Optimización de nanopartículas autoensambladas de proteínas del lactosuero y polisacáridos solubles de soja como sistemas de encapsulación de curcumina

Abstract

En los últimos años, ha crecido el interés en la interacción entre proteínas y polisacáridos para formar complejos electrostáticos en la industria alimentaria, debido a sus múltiples aplicaciones. Además, se busca enriquecer los alimentos con compuestos bioactivos como polifenoles, ácidos grasos poliinsaturados y vitaminas para desarrollar alimentos funcionales. Sin embargo, estos compuestos suelen tener baja solubilidad en medios acuosos, son sensibles a las condiciones de procesamiento y almacenamiento, y presentan baja biodisponibilidad gastrointestinal. Para superar estas barreras, la encapsulación en nanopartículas de proteínas y polisacáridos se presenta como una solución adecuada para solubilizar, estabilizar e incrementar la biodisponibilidad de los compuestos bioactivos hidrofóbicos. En este trabajo de investigación, se propuso desarrollar nanopartículas autoensambladas utilizando proteínas aisladas del lactosuero (WPI) y polisacáridos solubles de soja (SSPS), capaces de encapsular y estabilizar la curcumina (CUR) como modelo de compuesto bioactivo. En primer lugar, se exploraron diferentes condiciones de pH (2,0 a 7,0) y relaciones másicas WPI:SSOS (1:1 a 1:0,10) para seleccionar las óptimas que aseguraran la interacción entre WPI y SSPS y la formación de nanopartículas autoensambladas. Las condiciones seleccionadas fueron pH 3,0, 3,5 y 4,0 con relaciones WPI:SSPS de 1:0,50, 1:0,25 y 1:0,17 respectivamente. En segundo lugar, se evaluó el efecto de un tratamiento térmico (90 °C, 20 min) en las características de los complejos WPI-SSPS, observando un ligero incremento en el tamaño de partícula, manteniéndose en un rango nanométrico, así como un aumento en la hidrofobicidad superficial y la estabilidad física durante el almacenamiento. Los nanocomplejos óptimos se obtuvieron a pH 3,5 y relación WPI:SSPS 1:0,50, con un tamaño de partícula de 126,1 ± 0,5 nm, potencial ζ cercano a la neutralidad (–1,26 ± 0,15 mV), y mayor hidrofobicidad superficial. En tercer lugar, se demostró que estos nanocomplejos mejoraron la estabilidad química de la CUR frente a condiciones de procesamiento y almacenamiento alimentario estándar (pasteurización, 4 y 25 °C), comparado con CUR no encapsulada. La eficiencia de encapsulación fue del 83 ± 3 %, con una capacidad de carga de 5,5 ± 0,2 μg CUR/mg complejo. En resumen, los resultados indican que las nanopartículas WPI-SSPS podrían ser efectivas para encapsular y estabilizar compuestos bioactivos como la CUR en matrices alimentarias ácidas, abriendo nuevas posibilidades para el desarrollo de alimentos funcionales mejorados.

In recent years, there has been growing interest in the interaction between proteins and polysaccharides to form electrostatic complexes in the food industry, owing to their numerous applications. Additionally, there is a push to enrich foods with bioactive compounds such as polyphenols, polyunsaturated fatty acids, and vitamins to develop functional foods. However, these compounds often exhibit low solubility in aqueous media, are sensitive to processing and storage conditions, and show poor gastrointestinal bioavailability. To overcome these challenges, encapsulation in protein and polysaccharide nanoparticles emerges as a suitable solution to solubilize, stabilize, and enhance the bioavailability of hydrophobic bioactive compounds.This research aimed to develop self-assembled nanoparticles using whey protein isolate (WPI) and soluble soybean polysaccharides (SSPS) capable of encapsulating and stabilizing curcumin (CUR) as a model bioactive compound. Firstly, different pH conditions (2.0 to 7.0) and WPI:SSPS mass ratios (1:1 to 1:0.10) were explored to select optimal conditions ensuring interaction between WPI and SSPS and the formation of self-assembled nanoparticles. The selected conditions were pH 3.0, 3.5, and 4.0 with WPI:SSPS ratios of 1:0.50, 1:0.25, and 1:0.17, respectively. Secondly, the effect of thermal treatment (90 °C, 20 min) on the characteristics of WPI-SSPS complexes was evaluated, revealing a slight increase in particle size within the nanometer range, alongside enhanced surface hydrophobicity and physical stability during storage. Optimal nanocomplexes were obtained at pH 3.5 and a WPI:SSPS ratio of 1:0.50, with a particle size of 126.1 ± 0.5 nm, near-neutral ζ-potential (–1.26 ± 0.15 mV), and increased surface hydrophobicity. Thirdly, it was demonstrated that these nanocomplexes improved the chemical stability of CUR under standard food processing (pasteurization) and storage conditions (4 and 25 °C) compared to nonencapsulated CUR. The encapsulation efficiency was 83 ± 3%, with a loading capacity of 5.5 ± 0.2 μg CUR/mg complex. In summary, the results indicate that WPI-SSPS nanoparticles could effectively encapsulate and stabilize bioactive compounds such as CUR in acidic food matrices, offering new possibilities for the development of enhanced functional foods.