Diseño, desarrollo y optimización de diferentes sistemas de liberación modificada para la protección y vehiculización de ácidos grasos poliinsaturados omega-3 y curcumina

Abstract

La presente Tesis Doctoral es una contribución al conocimiento de los sistemas de liberación basados en oleogeles y en emulsiones como potenciales opciones tecnológicas para la encapsulación, protección, vehiculización y liberación de altas dosis de PUFAs ω-3 y curcumina por vía oral. Para ello, sobre cada sistema de liberación considerado (oleogel, emulsión simple W/Og, emulsión simple Og/W y emulsión múltiple W1/Og/W2), primero se seleccionaron las variables más importantes a considerar en un diseño de experimentos y sus rangos correspondientes. A partir de estas variables independientes, se aplicó un diseño que permitiese evaluar simultáneamente el efecto de todas ellas y de sus posibles interacciones sobre las variables respuesta de interés (tamaño de partícula –si procede–, oxidación lipídica primaria y secundaria, y capacidad de retención de curcumina). Además, cada diseño contó con una muestra adicional (control) que permitía evaluar el impacto del proceso de oleogelificación del aceite o de emulsificación del oleogel sobre las variables respuesta. A continuación, para ajustar cada respuesta se establecieron modelos de segundo orden con interacciones que representaron adecuadamente los datos experimentales. Seguidamente, se identificaron todas las variables estadísticamente significativas y se analizaron sus efectos sobre la variable respuesta. Para terminar, se examinó de manera individual cada una de las respuestas de interés ajustadas para identificar el conjunto de variables de operación que conduce a su óptimo individual (máximo o mínimo). Puesto que, como era de esperar, los conjuntos de condiciones experimentales óptimas no fueron iguales en todas las respuestas, se llevó a cabo un análisis de optimización simultánea utilizando la metodología de superficie multi-respuesta para obtener los mejores resultados en términos globales. Finalmente, sobre una de las fórmulas óptimas se realizaron estudios reológicos, de estabilidad de la emulsión –si procede– y la curcumina incorporada con el tiempo frente a distintas condiciones ambientales que podrían afectarle (como el pH, la fuerza iónica, la luz o la temperatura), y de bioaccesibilidad y biodisponibilidad en condiciones fisiológicas humanas.

This Doctoral Thesis is a contribution to the knowledge of delivery systems based on oleogels and emulsions as potential technological options for the encapsulation, protection, transport, and release of high doses of ω-3 PUFAs and curcumin by the oral way. For this purpose, for each delivery system considered (oleogel, W/Og simple emulsion, Og/W simple emulsion, and W1/Og/W2 multiple emulsion), the most important variables to have into account in an experimental design were first chosen with their corresponding ranges. From these independent variables, a design was applied to simultaneously evaluate the effect of all of them and their possible interactions on the response variables of interest (particle size –if applicable–, primary and secondary lipid oxidation, and curcumin retention capacity). In addition, each design had an additional sample (control) that made it possible to evaluate the impact of the oil oleogelification or oleogel emulsification process on the response variables. Subsequently, in order to adjust each response, second-order models with interactions that adequately represented the experimental data were established. Following this, all statistically significant variables were identified and their effects on the response variable were analyzed. Finally, each of the adjusted responses of interest was individually examined to identify the set of operating variables that leads to their individual optimum (maximum or minimum). As expected, the sets of optimal experimental conditions were not equal in all responses, a simultaneous optimization analysis was carried out using the multi-response surface methodology to obtain the best results in global terms. Finally, focusing on one of the optimal formulations, rheological studies were carried out, analysing also the stability of the emulsion –if applicable– and exploring how different environmental conditions (pH, ionic strength, light, or temperature) could influence the curcumin incorporated over time. Besides, on the optimal formulations, the bioaccessibility and bioavailability studies under human physiological conditions were carried out.