glicerio león méndez. q.f., m. sc. ph.d. (c) miladys ... · plantas, compuestos por mezclas...

Glicerio León Méndez. Q.F., M. Sc. Ph.D. (C)

Miladys Torrenegra Alarcón Ing. de A., M. Sc.

Adriana Herrera Barros Ing. Química, M. Sc. Ph.D.

Colombia es un país que posee una gran diversidad

de ecosistemas y microclimas

2

INTRODUCCIÓN

Thymus vulgaris L.

Familia: Lamiaceae

ACEITE ESENCIAL: timol, eugenol, carvacrol…

Propiedades farmacológicas: antioxidante,

antibacteriana…

3

ESPECIES VEGETALES

Eugenia caryophyllata T.

Familia: Myrtaceae

ACEITE ESENCIAL: timol, eugenol, carvacrol…

Propiedades farmacológicas: antioxidante,

antibacteriana,antifúngica,

antiinflamatoria…

4

ESPECIES VEGETALES

Cinnamomum verum J.

Familia: Lauraceae

ACEITE ESENCIAL: Cinnamaldehido, eugenol…

Propiedades farmacológicas: antioxidante,

antibacteriana,antifúngica…

5

ESPECIES VEGETALES

Text

Text

Text

Text

Metabolitos secundarios de las plantas, compuestos por mezclas

complejas de hidrocarburos y compuestos oxigenados .

Proteger y atraer…

ACEITES ESENCIALES (AE)

6

Manihot sculenta C.

Familia: Euphorbiaceae

7

ESPECIES VEGETALES

Dioscorea rotundata L.

Familia: Dioscoreacea

Ipomoea batatas L.

Familia: Dioscoreacea

ALMIDÓN

60 y 75%

Almacenamiento de

hidratos de carbono

Los almidones nativos, aunque de naturalezaanfifílica, poseen una capacidad emulsificantelimitada.

8

ALMIDONES

Peñaranda O, Perilla J, Algecira N. Revisión de la modificación química del almidón con ácidos orgánicos. Revista Ingeniería e Investigación. 2008; 28(3): 47-48.

La incorporación de cadenas carbonadas largas,incrementan la capacidad emulsificante de losalmidones nativos.

9

ALMIDONES QUÍMICAMENTE MODIFICADOS

Chi H, Xu K, Xue D, Song C, Zhang W, Wang P. Synthesis of dodecenyl succinic anhydride (DDSA) corn starch, Food Research International. 2007; 40: 232–238.

ACEITE ESENCIAL

Estabilidad y viabilidad al prevenir su volatilización y extender la vida

útil.

Protege a los materiales nanoencapsulados de

factores como el calor y la humedad

10

NANOENCAPSULACIÓN

1. RECOLECCIÓN DEL

MATERIAL VEGETAL

2. EXTRACCIÓN DE LOS

ACEITES ESENCIALES (AE)

3. IDENTIFICACIÓN DE METABOLITOS

SECUNDARIOS POR CROMATOGRAFÍA DE

GASES ACOPLADA A ESPECTOMETRÍA DE

MASA (GC/MS)

6.DETERMINACIÓN DE LA ACTIVIDAD

ANTIOXIDANTE: DPPH, ABTS Y ORAC

Figura 1. Diagrama de bloques de la metodología de trabajo desarrollada. 11

METODOLOGIA

4.DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES FÍSICAS

5.CITOTOXIDAD CELULAR DE LOS AE

1. MODIFICACION QUÍMICA

DE ALMIDONES NATIVOS

2. DETERMINACIÓN DEL

GRADO DE SUSTITUCIÓN

(DS)

3. ESPECTROSCOPIA INFRARROJO

Figura 2. Diagrama de bloques de la metodología de trabajo. 12

METODOLOGIA

ABSORCION DE

ACEITE Y AGUA

CAPACIDAD

EMULSIFICANTE

4. PROPIEDADES DE LOS

ALMIDONES MODIFICADOS

13

Pasos de la reacción de succinatación del almidón: a) Formación de la sal dealmidón; b) Ataque de la sal de almidón sobre el anhídrido succínico; c) Productofinal.

Chi H, Xu K, Xue D, Song C, Zhang W, Wang P. Synthesis of dodecenyl succinic anhydride (DDSA) corn starch, Food Research International. 2007; 40: 232–238.

Mecanismo de reacción

Figura 3. Mecanismo de reacción del almidón con DDSA

1. NANOENCAPSULACIÓN DE

ACEITES ESENCIALES

2. EFICIENCIA DEL

PROCESO DE

NANOENCAPSULACIÓN

3. IDENTIFICACIÓN DE METABOLITOS

SECUNDARIOS POR

CROMATOGRAFÍA DE GASES

ACOPLADA A ESPECTOMETRÍA DE

MASA (GC/MS)

Figura 4. Diagrama de bloques de la metodología de trabajo. 14

METODOLOGIA

4.DETERMINACIÓN DE LA ACTIVIDAD

ANTIOXIDANTE: DPPH, ABTS Y ORAC

Mohammed KP, Easo S, Hafsa PV, Prasad G, Nayar C. Emulgel: An Advanced Review. J. Pharm. Sci. & Res. 2013; 5(12): 254 – 258.

Fase Oleosa Fase Acuosa

Emulsificación

O/W

Incorporación

de la base gel

Emulgel Activo

Figura 5. Diagrama de flujo de formulación Emulgel

METODOLOGIA

16

1. ESTUDIO DE

PREFORMULACIÓN

2. DISEÑO DE LA

FORMULACIÓN COSMETICA

3. EVALUACIÓN SENSORIAL

Figura 6. Diagrama de bloques de la metodología de trabajo desarrollada en la etapa 5

5.DETERMINACIÓN DE LA ACTIVIDAD

ANTIOXIDANTE: DPPH, ABTS Y ORAC

METODOLOGIA

4. CONTROLES DE

FORMULACIÓN

VISCOSIDAD,

pH, ÁREA DE

EXTENSIBILIDAD,

ESTRÉS

ACELERADO

(SEPARACIÓN DE

LAS FASES) CONTROL

MICROBIOLÓGICO

RESULTADOS

5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0

-1

0

1

2

3

4

T ie m p o (m in )

Co

nte

nid

o d

e A

E (%

)

A E C a n e la H D

A E C a n e la M W H D

A E T o m illo H D

A E T o m illo M W H D

A E C la v o d e O lo r H D

A E C la v o d e O lo r M W H D

Figura 7. Cinética de extracción de los AEs obtenidos a través del método de hidrodestilación porarrastre de vapor (HD) e hidrodestilación asistida por microondas (MWHD)

Tabla 1. Rendimiento y propiedades físicas de los AE de las especies seleccionadas,aplicando el método de hidrodestilación por arrastre con vapor de agua “métodoconvencional” (HD) e hidrodestilación asistida por microondas (MWHD)

ANÁLISIS Cinnamomum verum J. Presl Thymus vulgaris L. Eugenia caryophyllata T.

HD MWHD HD MWHD HD MWHD

Rendimiento

(%)

0.617±0,012* 0.747±0,025* 1.733±0,058* 2.133±0,058* 2.933±0,058* 3.2±0,100*

Índice de

refracción

20°C

1.538±0,001 1.540±0,001 1.501±0,001 1.502±0,002 1.532±0,001 1.535±0,001

Solubilidad

EtOH (70%

v/v)

POSITIVA POSITIVA POSITIVA POSITIVA POSITIVA POSITIVA

Densidad

(g/mL) a

20ºC

1.000 ±0,002 1.030±0,001 0.919±0,001 0.921±0,001 1.027±0,001 1.039±0,001

* Diferencias significativas entre los métodos de extracción de cada aceite, p < 0,05, t students.

Tabla 2. Componentes mayoritarios detectados en los AE obtenidos mediante HD y MWHD

Compuesto

% Abundancia relativa, (tR, min)C. verum T. vulgaris E. Caryophyllata

HD MWHD HD MWHD HD MWHD

γ –Terpineno 3.20 (5.336) 15.36 (5.358) 15.48 (5.343)

Linalool 2.12 (5.856) 2.13 (5.856) 4.47 (5.870) 4.59 (5.855)

Alcanfor 1.11 (6.481) 1.13 (6.501) 1.39 (6.488) 1.43 (6.473)

Mentol 3.36 (6.948) 3.39 (6.958)

Cinnamaldehido 67.97 (8.259) 89.25 (8.568) 1.14 (8.289) 1.20 (8.290)

Timol 3.39 (8.855) 3.40 (8.859) 44.68 (8.952) 49.38 (8.952)

Carvacrol 8.55 (9.050) 9.58 (9.043)

Eugenol 2.73 (9.842) 60.32 (9.902) 65.24 (9.955)

Cariofileno 1.46 (11.281) 6.47 (11.303) 6.34 (11.296) 11.57 (11.289) 12.02 (11.296)

Tiempo de retención (tr) y abundancia relativa (%) de los aceites esenciales, identificados por

comparación con espectro de masas de referencia de la base de datos NIST-2008.

Precursor de biosíntesis

Figura 8. Resultados del ensayo de MTT para células HepG2 expuestas a los aceites esenciales de tomillo extraídos por ambos

métodos. * Diferencias significativas comparada con el control, p > 0,05, One-Anova, test de Dunnett’s

IC50: corresponde al valor de la concentración de aceite esencial que estabiliza el 50% del radical libre. Valores menores indican mayor actividad

antioxidante.

Figura 9. Actividad antioxidante expresada como IC50 de los AE evaluados por el método a) DPPH, b) ABTS•+, c) ORAC Hidrofilico y

Lipofílico.

RESULTADOS

a.b.

c.

Figura 10. Diagrama de FTIR para almidones nativos a) Ñame nativo; b) Maíz nativo; c) Batata nativa; d) Yuca nativa

570 y 860 cm-1

900 y 1500 cm-1

900 y 1160 cm-1

1640 cm-1

3600 - 4000 cm-1

2920 cm-1

Estiramientos C-C

Deformaciones de los

enlaces C-H y C-H2

que forman el anillo

glucosídicos

Región dactilar de los Almn

Estiramiento y

deformación de los

enlaces -C-O-C- de la

anhidroglucosa

Pequeña cantidad de agua

Estiramiento de los enlaces C-H

Grupos O-H.

Figura 11. Diagrama de FTIR para almidones nativos e) Ñame modificado (esterificación); f) Maíz modificado (esterificación); g) Batata

modificado (esterificación); h) Yuca modificado (esterificación).

1580 cm-1

Deformación asimétrica de las

vibraciones del enlace del grupo

carboxilato RCOO-

1720 cm-1

Deformación del enlace del grupo

éster carbonilo que une al grupo

funcional con la molécula de

almidón.

Figura 12. Representación gráfica de los porcentajes de sustitución de los almidoneslipofilizados.

Figura 13. Representación gráfica de los porcentajes de captación de aceite de todos losalmidones. * Diferencias significativas comparada con su almidón nativo, p < 0,05

Figura 14. Representación gráfica de los porcentajes de captación de agua de todos los

almidones. * Diferencias significativas comparada con su almidón nativo, p < 0,05

Figura 15. Representación gráfica de los porcentajes de emulsificación de todos los almidones.

RESULTADOS

ACEITE

ESENCIAL

METODO DE

EXTRACCIÓN

PROMEDIO

Canela HD 97.72 ±0.02

MWHD 98.1±0.07

Tomillo HD 98.89 ±0.05

MWHD 98.99 ±0.033

Clavo de Olor HD 98.92 ±0.006

MWHD 99.22 ±0.011

Tabla 3. Eficiencia del proceso de

nanoencapsulación de los distintos aceites

esenciales.

Figura 16. Porcentaje remanente de aceite esencial de canela en un envejecimiento de 15 días, respecto de

la composición original. * Diferencias significativas comparada con el dia 0, p < 0,05

94,6097,72 93,00 92,50 92,00 91,72 98,10 96,00 94,10 93,00 92,55 92,10

Figura 17. Porcentaje remanente de aceite esencial de tomillo en un envejecimiento de 15 días, respecto de lacomposición original. * Diferencias significativas comparada con el día 0, p < 0,05

93,0098,89 96,49 94,10 93,89 93,00 92,90 98,9996,60

94,39 94,00 93,90

RESULTADOS

Figura 18. Porcentaje remanente de aceite esencial de clavo de olor en un envejecimiento de 15 días,respecto de la composición original. * Diferencias significativas comparada con el dia 0, p < 0,05

98,9296,50 94,00 93,92 93,20 92,92 99,22 97,20 94,72 94,22 93,72 93,30

Compuesto

% Abundancia relativa, (tR, min)

C. verum T. vulgaris E. caryophyllata

HD MWHD HD MWHD HD MWHD

γ –Terpineno 3.15 (5.222) 15.00 (5.087) 15.1 (5.234)

Linalool 2.10 (5.336) 2.11 (5.443) 4.00 (5.670) 4.50 (5.665)

Alcanfor 1.00 (6.222) 1.12 (6.453) 1.2 (6.444) 1.30 (6.223)

Mentol 3.30 (6.800) 3.35 (6.789)

Cinnamaldehido 66.00 (8.443) 88.90 (8.555) 1.0 (8.373) 1.20 (8.566)

Timol 3.2 (8.666) 3.33 (8.789) 44.00 (8.977) 49.00 (8.789)

Carvacrol 8.44 (9.010) 9.50 (9.000)

Eugenol 2.70 (9.766) 60.00 (9.900) 65.00 (9.902)

Cariofileno 1.40 (11.002) 6.44 (11.222) 6.30 (11.555) 11.57(11.119) 12.00 (11.278)

RESULTADOS

Tiempo de retención (tr) y abundancia relativa (%) de los aceites esenciales, identificados por

comparación con espectro de masas de referencia de la base de datos NIST-2008.

Tabla 4. Componentes mayoritarios detectados en las microcápsulas de los AEs obtenidos mediante

HD y MWHD

2.89% y 0.39% Cinnamaldehido

1.522% y 0,769% Timol

0.5305% y 0.3678% Eugenol

RESULTADOS

IC50: corresponde al valor de la concentración de aceite esencial que estabiliza el 50% del radical libre. Valores menores indican mayor

actividad antioxidante.

Figura 19. Actividad antioxidante expresada como IC50 de las microcápsulas de AE evaluados por el método del a) DPPH, b) ABTS•+, c) ORAC

Hidrofilico y Lipofílico. *Diferencias significativas comparada con el control positivo, p > 0,05

a.b.

c.

F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8

Copolímero de acrilato

(en suspensión)

1 4 1 4 1 4 1 4

Copolímero de acrilato - - - - - - - -

Glicerina 5 5 5 5 5 5 5 5

Trietanolamina 1 4 1 4 1 4 1 4

Conservante 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

Monoestearato de

Glicerilo, PEG-100

Estearato

5 5 10 10 5 5 10 10

Estearato de Glicerilo

Auto-emulsificante

- - - - - - - -

Isopropil miristato 5 5 5 5 - - - -

Oleil erucato - - - - 5 5 5 5

Agua c.s.p. 100%

Tabla 5. Formulaciones propuestas para el diseño del emulgel (%).

RESULTADOS

F 9 F 10 F 11 F 12 F 13 F 14 F 15 F 16

Copolímero de acrilato

(en suspensión)

1 4 1 4 1 4 1 4

Copolímero de acrilato - - - - - - - -

Glicerina 5 5 5 5 5 5 5 5

Trietanolamina 1 4 1 4 1 4 1 4

Conservante 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

Monoestearato de

Glicerilo, PEG-100

Estearato

- - - - - - - -

Estearato de

Glicerilo Auto-

emulsificante

2 2 5 5 2 2 5 5

Isopropil miristato 5 5 5 5 - - -

Oleil erucato - - - - 5 5 5 5

Agua c.s.p. 100%

Tabla 5. Formulaciones propuestas para el diseño del emulgel (%).

RESULTADOS

F 17 F 18 F 19 F 20 F 21 F 22 F 23 F 24

Copolímero de acrilato

(en suspensión)

- - - - - - - -

Copolímero de acrilato 0,1 0,5 0,1 0,5 0,1 0,5 0,1 0,5

Glicerina 5 5 5 5 5 5 5 5

Trietanolamina 0,1 0,5 0,1 0,5 0,1 0,5 0,1 0,5

Conservante 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

Monoestearato de

Glicerilo, PEG-100

Estearato

5 5 10 10 5 5 10 10

Estearato de Glicerilo

Auto-emulsificante

- - - - - - - -

Isopropil miristato 5 5 5 5 - - - -

Oleil erucato - - - - 5 5 5 5

Agua c.s.p. 100%

Tabla 5. Formulaciones propuestas para el diseño del emulgel (%).

RESULTADOS

F 25 F 26 F 27 F 28 F 29 F 30 F 31 F 32

Copolímero de acrilato

(en suspensión)

- - - - - - - -

Copolímero de acrilato 0,1 0,5 0,1 0,5 0,1 0,5 0,1 0,5

Glicerina 5 5 5 5 5 5 5 5

Trietanolamina 0,1 0,5 0,1 0,5 0,1 0,5 0,1 0,5

Conservante 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

Monoestearato de

Glicerilo, PEG-100

Estearato

- - - - - - - -

Estearato de

Glicerilo Auto-

emulsificante

2 2 5 5 2 2 5 5

Isopropil miristato 5 5 5 5 - - - -

Oleil erucato - - - - 5 5 5 5

Agua c.s.p. 100%

Tabla 5. Formulaciones propuestas para el diseño del emulgel (%).

RESULTADOS

INDICADORES F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8

pH 7.967±0.0

2

8.3±0.03 8.052±0.04 8.434±0.

03

7.9±0.04 8.373±0.02 7.88±0.03 8.367±0.02

Viscosidad

(cP)

183±0.55 2440±1.00 2045±0.25 6605±0.3

3

513±1.00 4454.33±1.0 2712.33±0.

5

7470±0.33

Estrés

acelerado

(Separación

de las fases)

Si No No No Si No No No

INDICADORES F 9 F 10 F 11 F 12 F 13 F 14 F 15 F 16

pH 7.911±0.03 8.472±0.02 7.928±0.03 8.425±0.

02

7.754±0.0

3

8.257±0.01 7.858±0.03 8.304±0.03

Viscosidad

(cP)

205±0.22 1726.33±0.

33

696.33±0.3

3

2638±0.1

5

265±0.55 2238.33±0.2

2

1272.33±1.

00

3495±0.23

Estrés

acelerado

(Separación

de las fases)

Si No No No Si No No No

RESULTADOS

Tabla 6. Evaluación de los indicadores fisicoquímicos de las formulaciones propuestas

para el diseño del emulgel (%).

INDICADORESF 25 F 26 F 27 F 28 F 29 F 30 F 31 F 32

pH 5.4±0.03 6.043±0.0

4

5.426±0.0

2

6.295±0.0

2

5.443±0.

04

6.523±0.03 5.48±0.02 6.098±0.01

Viscosidad

(cP)

175.66±0.

33

9255.33±

0.1

1275±0.33 8301.33±0

.30

1525±0.

10

10901.67±0

.33

1905±0.50 11785.33±0

.33

Estrés

acelerado

(Separación de

las fases)

Si No No No Si No No No

INDICADORES F 17 F 18 F 19 F 20 F 21 F 22 F 23 F 24

pH 5.629±0.

03

5.963±0.0

3

7.553±0.01 7.4±0.05 5.549±0.

01

5.409±0.02 5.546±0.01 5.307±0.01

Viscosidad

(cP)504.33±0

.33

9301±0.3

3

5902.66±0.

50

16005±0.

75

382.33±

0.3

15801.66±0.

33

1418.33±0.2

5

15905±0.1

Estrés

acelerado

(Separación

de las fases)

Si No No No Si No No No

RESULTADOS

Tabla 6. Evaluación de los indicadores fisicoquímicos de las formulaciones propuestas

para el diseño del emulgel (%).

RESULTADOS

Figura 20. Porcentaje de aceptación del grado de humectación por parte de los panelistas para las

diferentes formulaciones.

RESULTADOS

Figura 21. Porcentaje de aceptación de la textura por parte de los panelistas para las diferentes

formulaciones.

RESULTADOS

Figura 22. Porcentaje de aceptación de la facilidad de aplicación por parte de los panelistas para las

diferentes formulaciones.

RESULTADOS

Figura 23. Porcentaje de aceptación del color por parte de los panelistas para las diferentes

formulaciones.

Figura 24. Porcentaje de intención de compra del producto por parte de los panelistas para las

diferentes formulaciones.

RESULTADOS

Área de

extensibilidad de

20-40 cm2Figura 25. Comportamiento del área de extensibilidad (cm²)del emulgel con mayor aceptabilidad (F4)

RESULTADOS

IC50: corresponde al valor de la concentración de aceite esencial que estabiliza el 50% del radical libre. Valores menores indican mayor

actividad antioxidante.

Figura 26. Actividad antioxidante expresada como IC50 del emulgel con microcápsulas de AE evaluados por el método a) DPPH, b)

ABTS•+, c) ORAC Hidrofilico y Lipofílico. *Diferencias significativas comparada con el control positivo, p > 0,05

a.b.

c.

Formulación MesofilosAerobios

UFC/g

Coliformes totales UFC/g

Coliformes fecales UFC/g

Mohos y levaduras

UFC/gEmulgel

(F4)

< 10 < 3 < 3 1

Valor Referencia < 300

UFC/g

< 10 UFC/g < 10 UFC/g < 50 UFC/g

Tabla 7. Análisis microbiológico del producto terminado

UFC= Unidades Formadora de Colonias

Parámetros de calidad en cuanto a asepsia y cantidad adecuada de agente

antimicrobiano en la elaboración del producto

CONCLUSIONES

El fitocosmético diseñado con nanocápsulas de AE de tomillo

obtenido mediante MWHD, usando como matriz polimérica

almidón modificado de yuca, presentó una notable actividad

antioxidante, buena estabilidad, extensibilidad y aceptabilidad por

parte de los potenciales consumidores.

Cabe resaltar que los resultados de este trabajo aportan al

desarrollo de formulaciones fitocosméticas estables y funcionales

de aceites esenciales, resaltando que la extracción de AE

mediante hidrodestilación asistida por radiación con microondas

es considerada una alternativa novedosa la cual contribuye a la

disminución del impacto ambiental en la industria cosmética, y

relativamente económico en comparación con la hidrodestilación

convencional.

BIBLIOGRAFIA

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Rev Cubana Farm. 2005; 39(3).

Alves R, Grossmann M, Ferrero C, Zaritzky N, Martino M, Sierakoski M. Chemical and functional characteristics of

products obtained from yam tubers. Starch / StärKe. 2002; 54: 476-481.

Apak R, Güclü K, Demirata B, Özyürek M, Celik SE, Bektasoglu B, Berker KI, Özyurt D. Comparative evaluation of

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