Cómo hacer Nanoemulsiones de aceite en Agua
por Claudia S. Copeland, Ph. D.
El aceite y el agua no se mezclan, a menos que tengan ayuda, eso es. Esa ayuda es un conjunto cada vez más sofisticado de opciones para emulsiones de aceite en agua impulsadas por el campo de la nanotecnología. Hoy en día, es posible crear bebidas de aceite en agua y otros productos que proporcionan la máxima biodisponibilidad en una emulsión que es ópticamente clara y ambientalmente estable. Sin embargo, antes de entender cómo se puede hacer esto, primero debemos comprender la naturaleza de las sustancias polares y no polares y por qué no se mezclan naturalmente.
Carga, Polaridad y solubilidad
Las palabras «polar » y» no polar » se refieren a la naturaleza de todas las sustancias como cargadas total o parcialmente (por ejemplo, agua) o sin carga (por ejemplo, aceite). Cuando se trata de productos químicos, los opuestos se atraen: Las sustancias con una carga positiva son atraídas a sustancias con una carga negativa. La carga total del agua pura (H2O) es cero — todos los electrones cargados negativamente están equilibrados por protones cargados positivamente—, pero eso desmiente la verdadera naturaleza dinámica del agua. En realidad, el extremo de oxígeno de la molécula de H2O tiene una carga negativa parcial como resultado de que los electrones pasan más tiempo orbitando alrededor de ella. Esto deja a los átomos de hidrógeno relativamente libres de electrones, dándoles una carga positiva parcial. Esta polaridad de las moléculas de H2O hace que se «peguen» entre sí, con el oxígeno cargado negativamente de una molécula de agua siendo atraído hacia el extremo de hidrógeno cargado positivamente de otra molécula de agua.
Ahora, si agrega otra sustancia cargada o polar al agua, como la sal de mesa, esa sustancia se disolverá fácilmente. Esto se debe a que los iones de sodio con carga positiva (Na+) de la sal de mesa (NaCl) serán atraídos a la carga negativa parcial del extremo de oxígeno de la molécula de agua, mientras que los iones de cloruro con carga negativa (Cl–) serán atraídos a los extremos de hidrógeno parcialmente positivos. Tanto las sustancias totalmente cargadas como las parcialmente cargadas se disolverán fácilmente en el agua debido a la atracción de cargas opuestas.
Las sustancias no polares
Los compuestos solubles en aceite y grasa, a diferencia del agua, las sales y los ácidos, no tienen cargo. Estos compuestos se denominan tradicionalmente hidrófobos, temerosos del agua, pero no es que teman a las moléculas de agua o que las moléculas de agua sean repelidas por ellas. Es solo que a las moléculas de agua no les importan — son indiferentes-y, al mismo tiempo, las moléculas de agua se sienten muy atraídas entre sí y hacia otras moléculas polares. Lo que sucede como resultado es que los compuestos no polares se aíslan, al principio en burbujas y, finalmente, en una capa separada. Al igual que el aderezo para ensaladas con aceite y vinagre, puedes agitar compuestos polares y no polares y hacer que se mezclen, pero eventualmente se separarán de nuevo, formando diferentes capas.
La búsqueda de la Estabilidad de aceite en Agua
Desde la antigüedad, la humanidad ha estado tratando de obtener sustancias no polares para disolverse en soluciones a base de agua, un proceso conocido como emulsificación. La yema de huevo, que contiene una alta cantidad de fosfatidilcolina, o lecitina, es uno de los emulsionantes más antiguos. (En aquellos días, los usuarios, desde cocineros hasta médicos, no entendían el concepto de emulsificación, pero sabían que las yemas de huevo ayudaban a disolver sustancias solubles en grasa en agua.) Esta misión va mucho más allá de hacer aderezo italiano estable y masa para pasteles. Desafíos mucho más importantes, como la absorción de medicamentos del entorno intestinal polar humano, requieren el desarrollo de formas de permitir que el aceite se mezcle con el agua. Los farmacéuticos han estado preocupados por este proceso durante mucho tiempo, como lo demuestra esta sección del libro de 1911, sobre » cosas que todos los farmacéuticos deben saber sobre la emulsificación de los aceites.»
Entonces, ¿qué es un emulsionante? En pocas palabras, un emulsionante (también conocido como surfactante) es un compuesto que puede «pegarse» a sustancias polares y no polares, permitiendo que las sustancias solubles en grasa se disuelvan en agua. Los emulsionantes se encuentran en toda la naturaleza y, cada vez más, en sofisticadas tecnologías de ciencia de alimentos de vanguardia.
Emulsionar como Lo Hace la Naturaleza
Aunque el nombre más corto lecitina proviene de la palabra griega para yema de huevo, la fosfatidilcolina está en realidad en todas las células vivas, no solo en los huevos de gallina. Su estructura consiste en una columna vertebral de fosfato cargada negativamente de la que se suspenden los ácidos grasos de cadena larga, en otras palabras, un extremo polar unido a extremos largos no polares. La fosfatidilcolina y otros tipos de fosfolípidos forman la matriz de las membranas que encierran todas las células, la bicapa de fosfolípidos.
Los emulsionantes tradicionales, como la lecitina, pueden ayudar a mezclar aceite y agua. Sin embargo, para llevar una emulsión de aceite en agua al siguiente nivel, para producir una emulsión de aceite en agua altamente estable sin sabor agregado o alterado o apariencia adversa y con el más alto nivel de biodisponibilidad, debemos construir estructuras macromoleculares para conferir de manera eficiente las propiedades que buscamos. El enfoque tecnológico de trabajar con moléculas de este tamaño se llama nanotecnología. Dos tipos de emulsiones útiles que se pueden crear a través de la nanotecnología son las microemulsiones y las nanoemulsiones.
Microemulsiones
Las microemulsiones de aceite en agua consisten en suspensiones de pequeñas gotas con estructuras bastante similares a las que encierran células vivas. Entre las más importantes se encuentran las micelas. Las micelas, como las membranas celulares, están hechas de fosfolípidos. Sin embargo, en lugar de estar dispuestos en bicapas planas, los fosfolípidos de las micelas están dispuestos en estructuras esféricas, con sus «cabezas» polares orientadas hacia el exterior (en una solución acuosa) y sus «colas» no polares orientadas hacia el interior. Las micelas son como pequeñas burbujas que se extienden en el agua en una mezcla uniforme llamada coloide. (Un ejemplo natural de coloide es la leche. Es opaco, pero las grasas y los nutrientes lipofílicos de la leche se dispersan uniformemente en la base acuosa de la leche y no se separan con el tiempo.) Cuando las sustancias solubles en grasa se colocan dentro de las micelas, es como si se colocaran en cómodos vagones polares que se dispersan uniformemente en el agua, con sus pasajeros aceitosos escondidos de forma estable dentro de ellos.
Los nanotecnólogos utilizan una variedad de portadores que funcionan de manera similar, encapsulando un compuesto no polar de interés (como un medicamento o un alimento nutracéutico) para facilitar la solubilidad, la estabilidad del compuesto en condiciones ambientales adversas y la absorción del compuesto del tracto gastrointestinal al cuerpo. Estos portadores incluyen biopolímeros, liposomas, nanopartículas de lípidos sólidos y nanofibras, por nombrar algunos.
Cómo hacer una nanoemulsión
Tanto las microemulsiones como las nanoemulsiones consisten en partículas de menos de 100 nanómetros de tamaño y mejoran características clave como la estabilidad a largo plazo, la claridad óptica y la biodisponibilidad. Las nanoemulsiones contienen partículas de diferentes tamaños, mientras que las partículas de las microemulsiones serán uniformes. Sin embargo, la diferencia entre nanoemulsiones y microemulsiones no es tanto de tamaño como de sus características funcionales y de cómo se fabrican. Si bien ambos tipos de emulsiones requieren ingredientes similares (aceite, agua y uno o más surfactantes), las microemulsiones, que son termodinámicamente estables, se autoensamblarán espontáneamente. En contraste, las nanoemulsiones se hacen utilizando procesos tecnológicos como el corte mecánico o la sonicación para crear gotas con longitudes de onda más cortas que las longitudes de onda de la luz visible (y, por lo tanto, vistas por los ojos humanos como claras). La creación de estas pequeñas partículas requiere la entrada de energía a través de tecnología como ultrasonido, homogeneizadores de válvulas de alta presión o microfluidizadores. Luego, debido a que no son termodinámicamente estables cuando se crean por primera vez, se debe agregar un estabilizador. Desafortunadamente, este proceso no es sencillo y se complica por otras consideraciones, como controlar la tasa de degradación del ingrediente activo, buscar la estabilidad de la temperatura y el pH, y lidiar con el amargor abrumador que acompaña a las nanoemulsiones cargadas de ingredientes activos como el CBD o el THC.
Productos de Emulsión de aceite en Agua listos para usar
El campo de la nanotecnología es uno de las vastas posibilidades y los métodos para lograr la estabilidad de aceite en agua pueden ser vertiginosos en número y complejidad. Si usted es una empresa pequeña que busca maximizar la estabilidad de sustancias lipofílicas en una base de agua, la investigación en soluciones nanotecnológicas es probablemente prohibitivamente costosa. Afortunadamente, Axiomm ha hecho la mayor parte de la investigación por usted. Con productos como µGOO, µSHOT y µMIX, puede comenzar con soportes pre-desarrollados diseñados para crear nanoemulsiones estables de aceite en agua infundidas con su producto. Simplemente agregue los componentes únicos de su producto y siga las instrucciones. Puedes centrarte en cuestiones como el sabor, el color y la textura, mientras que Axiomm se encarga del trabajo técnico de la nanoemulsión. El resultado? Una manera fácil de desarrollar la mejor versión de su propio producto único para sus clientes.