Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Microencapsulación de principios activos desarrollo de procesos y equipos competitivos

1,864 views

Published on

Conoce las ventajas y aplicaciones de la microencpsulación, las tecnologías de microencapsulación (evaporación de emulsiones, coacervación, polimerización, fluidos supercríticos...), los pasos a seguir para el desarrollo de un producto microencapsulado y el desarrollo de equipamiento de microencapsulación (con reactores y emulsionadores, con etapas de atomización, con procesos fluidos supercriticos)

Published in: Technology
  • Be the first to comment

Microencapsulación de principios activos desarrollo de procesos y equipos competitivos

  1. 1. www.ainia.es 1 Microencapsulación de principios activos: desarrollo de procesos y equipos competitivos
  2. 2. www.ainia.es 2 Microencapsulación: ventajas y aplicaciones
  3. 3. www.ainia.es 3 La microencapsulación consiste en la generación de partículas en las que una sustancia o principio activo se encuentra recubierta por otra sustancia protectora de naturaleza distinta. > Microencapsulación: ventajas y aplicaciones Ejemplo: Microcápsula abierta de almidón y gelatina Fuente: ainia Núcleo/sustancia activa Material de recubrimiento Matriz pared
  4. 4. www.ainia.es 4 Propósito de la microencapsulación: diseñar y producir estas partículas para controlar los mecanismos de transferencia de materia y su cinética, con diferentes fines La aplicación de tecnologías de microencapsulación puede ser el fundamento para: la generación de nuevos Principios activos o ingredientes novedosos base para facilitar o abaratar procesos de producción > Microencapsulación: ventajas y aplicaciones
  5. 5. www.ainia.es 5 Mejora de la conservación y estabilidad durante el almacenamiento, frente a factores externos Luz, O2, T, pH... Luz, O2, T, pH... Luz, O2, T, pH... Ingredientes antioxidantes, vitaminas, ingredientes funcionales… Fármacos, principios activos… Reactivos químicos sensibles Aditivos microencapsulados que soportan procesos: temperatura, presión, cizalla… > Microencapsulación: ventajas y aplicaciones
  6. 6. www.ainia.es 6 Liberación prolongada en el tiempo: dosificación continuada o de manera sostenida Aromas en alimentación que duran más tiempo, al abrir un envase, durante la masticación de chicles, etc… Aromas mejorados de productos líquidos o en polvo, etc… Aditivos de proceso con una función específica: modificadores de humedad (absorbedores y liberadores), etc… Nutrientes que se aportan a la dieta de manera sostenida, aditivos en piensos Fármacos de liberación prolongada Conservantes alimentarios, Enriquecedores del suelo, agroquímicos, fertilizantes, quelantes, liberación selectiva o prolongada de fitofortificantes > Microencapsulación: ventajas y aplicaciones
  7. 7. www.ainia.es 7 Liberación selectiva en condiciones concretas: pH, T, estrés mecánico, etc… Activación de aditivos en ciertas condiciones de luz, H20, T… Activación de aditivos mediante una acción determinada manual Liberación de ingredientes en el intestino Liberación de fármacos en células diana Liberación de aromas con el uso, por fricción… Soporte frente a condiciones de proceso: térmicos, extrusión, etc… Partículas sólidas que se funden y liberan aceites Etiquetas inteligentes, aromas en bolsas, indicadores de ruptura de cadena de frío, contacto con oxígeno, temperatura optima de consumo. Aditivos alimentarios espumantes, etc. > Microencapsulación: ventajas y aplicaciones
  8. 8. www.ainia.es 8 Enmascaramiento de olores y sabores Aditivos de proceso de olor desagradable Ingredientes funcionales con mal olor o mal sabor: aceites de pescado,… Complementos alimenticios de sabor desagradable > Microencapsulación: ventajas y aplicaciones
  9. 9. www.ainia.es 9 Separación de ingredientes incompatibles dentro de una misma matriz Formulaciones con ingredientes que pueden reaccionar: p. ej. Ácidos y bases Metales que catalizan determinadas reacciones. Modificación de propiedades fluido-dinámicas El manejo de productos líquidos como sólidos a granel La disminución de la toxicidad de productos sólidos Sólidos con mayor o menor fluidez par su manejo en proceso Características del apilado la simplificación del manejo de microorganismos, etc… > Microencapsulación: ventajas y aplicaciones
  10. 10. www.ainia.es 10 ¿Qué encapsular? Tipos de núcleos Sustancias activas •Fármacos, principios activos •Ingredientes funcionales •extractos antioxidantes •Aditivos Vitaminas •Vit A •Vit B (B1, B2, B9, B12) •Vit. C •Vit E Minerales •Hierro •Cobre •Magnesio •zinc Catalizadores •Inmovilización de catalizadores orgánicos •Biocatalizadores: Enzimas Aceites y ácidos grasos •Omega 3 (DHA/EPA/ALA) •Aceites de pescado •Aceites esenciales Sabores y aromas alimentarios •Sabores menta, fresa… •Aromas en envases Perfumes y Fragancias •Impregnación de tejidos •Productos de limpieza •Cuidado personal Microorganismos •Probióticos •Inmovilización en procesos de bioproducción > Microencapsulación: ventajas y aplicaciones
  11. 11. www.ainia.es 11 ¿Con qué encapsular? Tipos de recubrimiento shellac, (PEG) polietilenglicol, o carnaubaCeras Sulfato de calcio, silicatos, aluminosilicatosMateriales inorgánicos Gluten, caseina, albúminaProteínas Ceras, parafinas, tristearina, monoglicéridos, diglicéridos, aceites, grasas, Gelucires, ácido láurico, cáprico, palmítico, esteárico Lípidos y ácidos grasos Carboximetil-celulosa, metilcelulosa, etilcelulosa, nitrocelulosa, acetilcelulosa Celulosas Almidón, dextranos, sacarosa, jarabes de maízCarbohidratos Goma arábiga, agar, alginato de sodio, carrageninaGomas COBERTURA ESPECÍFICATIPO DE COBERTURA Aspecto fundamental: Selección del recubrimiento Definirá el mecanismo y cinética de liberación Efecto final del producto Íntimamente relacionado con la tecnología de encapsulación Compatibilidad con el núcleo y con el medio o matriz > Microencapsulación: ventajas y aplicaciones
  12. 12. www.ainia.es 12 Tecnologías de microencapsulación
  13. 13. www.ainia.es 13 > Tecnologías de microencapsulación Procesos basados en fenómenos químicos: coacervación, polimerización, evaporación/extracción de disolvente, gelificación iónica, térmica, polimerización interfacial, in-situ Procesos basados en fenómenos físico-químicos: inclusión molecular, formación de liposomas, micelas, nanotransportadores lipídicos, fluidos supercríticos Procesos basados en fenómenos físicos: secado por atomización enfriamiento por atomización recubrimiento en lecho fluido
  14. 14. www.ainia.es 14 > Tecnologías de microencapsulación Procesos químicos: Evaporación de emulsiones Evaporación/extracción disolvente orgánico Lavado+filtración Microcápsulas Microcápsulas de carotenoides en polisacáridos. Fuente: ainia Precipitación del material de recubrimiento sobre el núcleo (dispersión o emulsión) por disminución de su solubilidad aumento de la concentración por evaporación disolvente Aceite vegetal Tenisoactivo lipofílico Centrifugación/Evaporación Lavado+filtración Emulsión A/O/A Micro/cápsulas oO/A Pigmentoo en disolvente orgánico. Fase dispersa Quitosano en fase acuosa. Fase Continua A O Aditivo cross- linking Tenisoactivo no iónico
  15. 15. www.ainia.es 15 > Tecnologías de microencapsulación Procesos químicos: Coacervación: Formación de coacervados-precipitación alrededor del núcleo, por adición de reactivos o modificación de condiciones del medio Monómero/disolvente orgánico Medio acuoso tensioactivo Microcápsulas Reactivo de polimerización Polimerización: Precipitación de material de recubrimiento sobre el material nuclear, por reacción de polimerización (in situ, o interfacial) de una solución de monómeros.
  16. 16. www.ainia.es 16 > Tecnologías de microencapsulación Procesos físico-químicos: Punto Crítico p (MPa) T (ºC) CO2 7.3 31.1 H2O 22.1 374 Las ventajas de los FSC estriban en los valores que toman sus propiedades en el estado supercrítico, entre las de los gases y los líquidos Propiedad Gas FSC Líquido Densidad (kg m-3 ) 1 100-800 1000 Viscosidad (cP) 0.01 0.05-0.1 0.5-1.0 Difusividad (mm2 s-1 ) 1-10 0.01-0.1 0.001 Fluidos supercríticos
  17. 17. www.ainia.es 17 > Tecnologías de microencapsulación RESS: Núcleo- recubrimiento Solubles. Precipitación-coprecipitación por expansión rápida de una corriente de CO2 en la que ambos compuestos se encuentran solubilizados, debida a un descenso repentino de las condiciones de Presión. Procesos físico-químicos: Fluidos supercríticos. Proceso RESS intercambiador calor EXTRACTOR UNIDAD PRECIPITACIÓN cámara precipitación condensador bomba CO2 Venteo
  18. 18. www.ainia.es 18 > Tecnologías de microencapsulación SAS: Núcleo y recubrimiento insolubles en medio CO2-SC. Precipitación /coprecipitación por el efecto antidisolvente del CO2. Fenómeno físico-químico similar al GAS. Diferente fluido-dinámica diferentes propiedades de las partículas Procesos físico-químicos: Fluidos supercríticos. Proceso tipo SAS intercambiador calor UNIDAD PRECIPITACIÓN intercambiador calor bombeo partículas condensador bombeo CO2 venteo CO2 Solution
  19. 19. www.ainia.es 19 > Tecnologías de microencapsulación Procesos físicos: Secado por atomización/enfriamiento por atomización •Desarrollo inicial complejo: muchas variables con efectos interrelacionados. •Relativa sencillez de TRASLADO A ESCALA INDUSTRIAL. •INVERSIÓN RELATIVAMENTE BAJA para grandes producciones. •Instrumentación y CONTROL DE PROCESO INDUSTRIAL SENCILLO, una vez están definidas las variables. Alimentación. Emulsionador. Filtrado Boquilla atomización Aire comprimido Aire Aire Filtrado Calefacción Producto microencapsulado Producto microencapsulado Separador ciclónico Aire de salida
  20. 20. www.ainia.es 20 > Tecnologías de microencapsulación Procesos físicos: Secado por atomización/enfriamiento por atomización Microencapsulación por sprayd drying. Pigmentos en polímeros orgánicos. Microencapsulación por spray cooling. vitamina E en ácidos grasos hidrogenados. Nanopartículas quitosano por atomización Microalgas microencapsuladas en biopolímeros por atomización
  21. 21. www.ainia.es 21 > Tecnologías de microencapsulación Procesos físicos: Secado por atomización Microalgas microencapsuladas en biopolímeros Fuente: ainia Microalgas al microscopio óptico Fuente: ainia Microalgas encapsuladas en quitosano marcado. Fuente: ainia
  22. 22. www.ainia.es 22 Pasos a seguir para contar con un producto microencapsulado
  23. 23. www.ainia.es 23 > Pasos a seguir para contar con un producto microencapsulado Desarrollo de un producto microencapsulado 1. ESTUDIO DE APTITUD TECNOLÓGICA EN EL LABORATORIO DEFINIR EL OBJETIVO: Núcleo / mecanismo de liberación Material de recubrimiento Técnica/proceso de microencapsulación ¿se puede hacer? •Desarrollo de metodologías •Técnicas de caracterización •Muestras analíticas •Evaluación de la funcionalidad •Selección de materiales •Ajuste de proceso 2. ESTIMACIÓN PRELIMINAR DE VIABILIDAD TÉCNICO- ECONÓMICA ¿será rentable? •Efecto de las variables •Escalado •Rendimiento del proceso •Rendimiento de encapsulación •Estimación de costes de proceso •Cálculo de costes de inversión •Optimización del proceso 3. ESCALADO INDUSTRIAL (DEMOSTRATIVO) •Ajuste de costes •Problemas de cambio de escala •Producción de pequeños lotes demostrativos/ prototipos: mercado 4. PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE EQUIPOS Y DE PLANTAS INDUSTRIALES Equipamiento diseñado para un proceso y producto concreto SUBCONTRATACIÓN DE LA PRODUCCIÓN servicios de maquila ADQUISICIÓN DE EQUIPOS PREDISEÑADOS Plantas versátiles multipropósito
  24. 24. www.ainia.es 24 Desarrollo de equipamiento de microencapsulación
  25. 25. www.ainia.es 25 > Desarrollo de equipamiento de microencapsulación Equipos de microencapsulación con reactores y emulsionadores Reactores y emulsionadores 1. ESTUDIO DE APTITUD TECNOLÓGICA EN EL LABORATORIO 2. ESTIMACIÓN PRELIMINAR DE VIABILIDAD TÉCNICO- ECONÓMICA 3. ESCALADO INDUSTRIAL (DEMOSTRATIVO) 4. PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE EQUIPOS Y DE PLANTAS INDUSTRIALES Equipamiento diseñado para un proceso y producto concreto SUBCONTRATACIÓN DE LA PRODUCCIÓN servicios de maquila ADQUISICIÓN DE EQUIPOS PREDISEÑADOS Plantas versátiles multipropósito Técnicas de Polimerización interfacial polimerización in situ, coacervación, evaporación de emulsiones…
  26. 26. www.ainia.es 26 CONSIDERACIONES DE DISEÑO ESPECÍFICAS EN PROCESOS DE MICROENCAPSULACIÓN CON UNA ETAPA DE FORMACIÓN DE EMULSIONES Distribución de tamaño de gota de la fase dispersa en la emulsión: •Tamaño de partícula •Tamaño de núcleo •Grosor de la cobertura Homogeneidad en la distribución: Producción > Desarrollo de equipamiento de microencapsulación Equipos de microencapsulación con reactores y emulsionadores
  27. 27. www.ainia.es 27 Atomización > Desarrollo de equipamiento de microencapsulación Equipos de microencapsulación con etapas de atomización 1. ESTUDIO DE APTITUD TECNOLÓGICA EN EL LABORATORIO 2. ESTIMACIÓN PRELIMINAR DE VIABILIDAD TÉCNICO- ECONÓMICA 3. ESCALADO INDUSTRIAL (DEMOSTRATIVO) 4. PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE EQUIPOS Y DE PLANTAS INDUSTRIALES Equipamiento diseñado para un proceso y producto concreto SUBCONTRATACIÓN DE LA PRODUCCIÓN servicios de maquila ADQUISICIÓN DE EQUIPOS PREDISEÑADOS Plantas versátiles multipropósito Técnicas de spray drying, spray cooling/chilling, spray con disolventes orgánicos Atomización de disoluciones emulsiones/dispersiones
  28. 28. www.ainia.es 28 > Desarrollo de equipamiento de microencapsulación Microencapsulación con procesos de atomización Particle Size Distribution 0.01 0.1 1 10 100 1000 3000 Particle Size (µm) 0 2 4 6 8 10 Volume(%) Distribución de tamaño de gota y de tamaño de partícula •Tamaño de núcleo •Tamaño de gota en la emulsión •Tamaño de la cobertura Homogeneidad en la distribución :Producción Combinación emulsión-atomización Boquillas específicas: •Dos fluidos: mezcla externa/interna •Un fluido Separadores de partículas CONSIDERACIONES DE DISEÑO ESPECÍFICAS EN PROCESOS DE MICROENCAPSULACIÓN CON UNA ETAPA DE ATOMIZACIÓN
  29. 29. www.ainia.es 29 > Desarrollo de equipamiento de microencapsulación Equipos de microencapsulación con etapas de atomización GV P5 , Calle C Stand 108
  30. 30. www.ainia.es 30 Fluidos supercríticos > Desarrollo de equipamiento de microencapsulación Microencapsulación con procesos Fluidos supercríticos Técnicas de inclusión de complejos con fluidos supercríticos, técnicas tipo GAS, RESS, SAS,PGSS… 1. ESTUDIO DE APTITUD TECNOLÓGICA EN EL LABORATORIO 2. ESTIMACIÓN PRELIMINAR DE VIABILIDAD TÉCNICO- ECONÓMICA 3. ESCALADO INDUSTRIAL (DEMOSTRATIVO) 4. PRODUCCIÓN INDUSTRIAL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE EQUIPOS Y DE PLANTAS INDUSTRIALES Equipamiento diseñado para un proceso y producto concreto SUBCONTRATACIÓN DE LA PRODUCCIÓN servicios de maquila ADQUISICIÓN DE EQUIPOS PREDISEÑADOS Plantas versátiles multipropósito
  31. 31. www.ainia.es 31 Elementos para diseño de partículas Cámaras de precipitación de partículas: Sistemas GAS, SAS, RESS, lecho fluido Cámara de impregnación Boquillas de atomización en medio supercrítico: SAS y RESS > Desarrollo de equipamiento de microencapsulación Microencapsulación con procesos fluidos supercríticos Diseño para altas presiones Tamaño de partícula Boquillas específicas Diferentes procesos en función de la solubilidad en SCF CONSIDERACIONES DE DISEÑO ESPECÍFICAS EN PROCESOS DE MICROENCAPSULACIÓN CON FLUIDOS SUPERCRÍTICOS
  32. 32. www.ainia.es 32 > Desarrollo de equipamiento de microencapsulación Escalado de procesos con procesos fluidos supercríticos
  33. 33. www.ainia.es 33 Instalaciones FSC hasta nivel industrial: instalación ALTEX 09. Instalación industrial ALTEX en AINIA Capacidad de tratamiento: 4 extractores x 1.000 litros/u > Desarrollo de equipamiento de microencapsulación Escalado de procesos con procesos fluidos supercríticos
  34. 34. www.ainia.es 34 Aspectos fundamentales
  35. 35. www.ainia.es 35 La microencapsulación de sustancias activas, es una solución para el empleo de aditivos que requieren un aislamiento del medio en el que se pretende emplear El modo de liberación del principio activo depende fundamentalmente de la forma de la partícula, del material empleado como encapsulante, y del método de encapsulación Existe una gran variedad de sustancias susceptibles de encapsularse con una amplia diversidad de funciones. Del mismo modo, la disponibilidad de materiales a emplear como encapsulantes es muy diversa, lo que permite seleccionar de manera específica las propiedades que se pretende aportar a cada caso concreto > Aspectos fundamentales www.ainia.es 35
  36. 36. www.ainia.es 36 El punto de vista industrial y la metodología de traslado a proceso productivo debe tenerse en cuenta desde las primeras etapas de estudio de laboratorio para obtener un producto real, económico y viable. El desarrollo del proceso de microencapsulación en paralelo con el diseño de equipamiento para la producción permite alcanzar resultados industriales de manera más efectiva. > Aspectos fundamentales www.ainia.es 36
  37. 37. www.ainia.es 37 Muchas gracias por su atención J. Daniel Rivera jdrivera@ainia.es Tel. +34 961 366 090 (Ext. 464) Mov. 610781173

×