Preparación, caracterización y ensayos in vitro de la liberación controlada de humo líquido cargado en nanopartículas de quitosano para su aplicación en la conservación del filete de trucha Onchorynchus Mykiss

Abstract

El objetivo del presente proyecto es preparar y caracterizar nanopartículas de quitosano cargadas con humo líquido, así como la liberación controlada in vitro de este para su aplicación en la conservación del filete de trucha (Onchorynchus Mykiss). Con asistencia del diseño experimental Box-Bhenken (Minitab 18) fueron preparadas 26 formulaciones diferentes y aleatorias, de las cuales se lograron obtener 4 formulaciones optimizadas. Se determinó mediante DLS que el tamaño de las nanopartículas optimizadas estaba en el rango entre 180 a 200 nm, además presentaban una alta estabilidad con un potencial Z mayor a +40 mV y polidispersidad en el rango entre 0.36 – 0.45. También se realizó la caracterización por espectroscopia de infrarrojo, UV-Vis y microscopía electrónica de barrido infiriendo que el cargado y formación de las nanopartículas fue exitosa. Además, se determinó la capacidad de carga y eficiencia de cargado de estas 4 formulaciones optimizadas. Las dos formulaciones con altos porcentajes de capacidad de carga y eficiencia de cargado fueron: F’2 (21.6 % y 40.3 %) y F’3 (26.1 % y 49.3 %). El estudio de liberación controlada señaló que el mecanismo de liberación de las 4 formulaciones es similar al modelo de liberación de Korsmeyer-Peppas (mecanismo no Fickiano), el cual depende de la difusión y relajación del polímero. La formulación F’2 presentó la menor velocidad de liberación (K= 0.0471 min-1), permitiendo así a la dosificación del humo líquido cargado y a la conservación de los filetes de trucha. Por otro lado, las pruebas antimicrobianas y antioxidantes demostraron que las 4 formulaciones presentan buena actividad biológica. Por los resultados mostrados tanto en tamaño de partícula, potencial Z, eficiencia y capacidad de cargado, actividad antimicrobiana y antioxidante, la F’2 es la más prometedora formulación para realizar el cargado de humo líquido y emplearlo en la conservación de filetes de trucha. Finalmente, los resultados de la estabilidad microbiológica mostraron que los filetes de trucha tratados con las matrices QGA-LS, QGA y LS tienen un efecto positivo de inhibición, en el tiempo, frente a las bacterias Aéreo mesófilas, E. coli, ácido lácticas o lactobacillus, Staphylococcus aureus y salmonella; siendo las matrices de QGA-LS y QGA las que presentaron mejor efecto de conservación en el filete de trucha.

The objective of this project is to prepare and characterize chitosan nanoparticles loaded with liquid smoke, as well as the controlled release in vitro of this for its application in the conservation of trout fillet (Onchorynchus Mykiss).

With the assistance of the Box-Bhenken experimental design (Minitab 18), 26 different and random formulations were prepared, which 4 optimized formulations were obtained. The size of the optimized nanoparticles was determined by DLS, that was in the range between 180 to 200 nm, they also had high stability since their Z potential was greater than +40 mV and the polydispersity was in the range between 0.36 - 0.45. Characterization was also carried out by infrared spectrophotometry, UV-Vis and scanning electron microscopy, indicating that the loading and formation of the nanoparticles was successful. In addition, the loading capacity and loading efficiency of these 4 optimized formulations were determined. The two formulations with high percentages of loading capacity and loading efficiency were: F'2 (21.6% and 40.3%) and F'3 (26.1% and 49.3%).

The controlled release study indicated that the release mechanism of the 4 formulations is like the Korsmeyer-Peppas release model (non-Fickian mechanism), which depends on polymer diffusion and relaxation. Formulation F'2 presented the lowest release rate (K= 0.0471 min-1), allowing thus to dose the loaded liquid smoke and preserve the trout fillet. On the other hand, the antimicrobial and antioxidant tests showed that the 4 formulations have good biological activity.

Due to the results shown in particle size, Z potential, efficiency and loading capacity, antimicrobial and antioxidant activity, F'2 is the most promising formulation to carry out the loading of liquid smoke and use it in the conservation of trout fillets.

Finally, the results of microbiological stability showed that trout fillets treated with the QGA-LS, QGA and LS matrices have a positive inhibition effect, over time, against mesophilic aerial, E. coli, lactic acid or lactobacillus, Staphylococcus aureus and salmonella bacteria; being QGA-LS and QGA those have the best preservation effect on the trout fillet.