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Suministro por diseño; ¿cómo se puede aprovechar los nutrientes de manera más racional?

Si bien ha habido una explosión en el interés por los sistemas de suministro coloidal en los últimos años, también ha habido una desconexión entre la investigación primaria y la comercialización, dice un experto que cree que un nuevo enfoque de “suministro por diseño” podría acelerar la adopción de la industria de la suplementación.

El desarrollo de los sistemas de administración coloidal (CDS) para encapsular, proteger y liberar agentes bioactivos se ha disparado en los últimos años, como se ve por el gran aumento de artículos publicados en esta área, señalan los expertos en investigación nutricional.

Los ejemplos de dichos sistemas de administración coloidal (CDS) incluyen micelas, microemulsiones, nanoemulsiones, emulsiones, emulsiones múltiples, nanopartículas de lípidos sólidos, nanopartículas de proteínas y microgeles de biopolímeros, explican los expertos en sistemas de administración bioactiva de la Universidad de Massachusetts Amherst. A pesar de este hecho, no está claro cuántos de estos sistemas de suministro están siendo realmente adaptados por la industria, o si son incluso adecuados para aplicaciones comerciales; por ejemplo, se fabrican a partir de ingredientes u operaciones de procesamiento que son demasiado costosas o inadecuadas para su uso en alimentos, o contienen partículas que son incompatibles con las matrices de alimentos.

El suministro por diseño

Una de las fuerzas impulsoras para el desarrollo de nuevos sistemas de administración coloidal es la necesidad de encapsular ingredientes funcionales, como vitaminas, minerales, probióticos, lípidos bioactivos u otros nutracéuticos, que son difíciles de incorporar en los alimentos en su estado normal.

Cada uno de estos ingredientes puede tener uno o más desafíos que limitan su aplicación directa en productos de alimentos y bebidas, como baja solubilidad, cristalinidad, degradación química, inestabilidad bioquímica, sabores desagradables, escasa biodisponibilidad oral o baja actividad.

Un sistema de administración coloidal cuidadosamente diseñado debería superar estos desafíos, además de ser económicamente viable y sustentable para la producción a gran escala. Los científicos sugieren que una nueva forma de abordar el problema de los sistemas de suministro coloidal podría ser aplicar un concepto de suministro por diseño desarrollado recientemente, que puede llevar a una producción más eficiente de los sistemas de suministro adecuados para la aplicación comercial en la industria alimentaria y de suplementación.

El concepto de suministro por diseño es un enfoque sistemático para diseñar, fabricar y probar sistemas de suministro coloidal adecuados para aplicaciones específicas, implicando una serie de pasos que facilitan la creación de sistemas adecuados para aplicaciones comerciales. Según los expertos, este enfoque se relaciona a una secuencia de pasos que definen cuidadosamente el problema e identifican soluciones.

La etapas clave en el suministro por diseño

La primera etapa del suministro por diseño implica definir claramente las propiedades físicas y químicas del ingrediente activo, incluida la identificación de los principales desafíos que deben superarse.

  • Los diferentes activos tienen diferentes propiedades moleculares y fisicoquímicas, lo que conlleva diferentes desafíos para su incorporación en productos de alimentos y bebidas o suplementación.

La segunda etapa del suministro por diseño es definir claramente las características fisicoquímicas deseadas y los atributos funcionales del producto final.

  • Algunas de las propiedades más importantes incluyen la apariencia, textura, estabilidad, sensación en la boca y perfil de sabor del producto, así como otros atributos que dependen de la aplicación específica, como la actividad antimicrobiana mejorada, la biodisponibilidad oral aumentada o la estabilidad química mejorada.
  • Además, a menudo es importante especificar las condiciones ambientales en las que el sistema de suministro coloidal debe operar dentro del producto final, por ejemplo, pH, fuerza iónica, temperatura, estrés mecánico e interacciones de ingredientes, señalando que esta etapa es “a menudo ignorada” por los investigadores que desarrollan sistemas de suministro.

Una tercera etapa del suministro por diseño consiste en combinar el conocimiento obtenido de las dos primeras etapas para especificar los atributos del sistema de suministro requerido, señalándose que las propiedades dependerán tanto de la naturaleza del ingrediente activo como del producto final, y variarán enormemente de aplicación a aplicación.

  • Algunos de los parámetros más importantes del sistema de administración que se debe especificar incluyen la forma física (fluido, gránulos o polvo), propiedades ópticas (claro, turbio, opaco), reología (baja viscosidad, viscosa, gel, sólido suave, sólido duro), estabilidad, capacidad de carga y el perfil de retención / liberación.
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Ejemplos prácticos de sistemas de suministro

Como ejemplo, un sistema de suministro por diseño utilizado para encapsular aceites ricos en omega-3 en un refresco transparente debe ser ópticamente transparente, tener una baja viscosidad, tener una buena estabilidad de agregación y crema, y ​​proteger los lípidos de la oxidación.

Por el contrario, un sistema de suministro por diseño utilizado para encapsular una vitamina dentro de un yogurt podría ser ópticamente opaco y tener una alta viscosidad, pero no debería afectar negativamente a la sensación en la boca y debería proporcionar una alta biodisponibilidad oral.

Una vez que se establecen los atributos requeridos del sistema de suministro, es necesario especificar las propiedades de las partículas coloidales que proporcionarán estos atributos, y seleccionar un tipo particular de sistema de entrega que tenga estas características. Una vez que se ha identificado un sistema de suministro adecuado, es necesario optimizar la operación de fabricación utilizada para fabricarlo y en este caso el sistema de suministro por diseño es algo que puede cambiar el modo de fabricación de la industria.

En fin, se debe seleccionar una operación de fabricación que produzca las características de partículas deseadas, así como cumplir con otros criterios importantes, como la disponibilidad de equipos, costo, simplicidad, confiabilidad, ampliación, etc. Las etapas finales importantes en el desarrollo sistemático de los sistemas de administración coloidal deben tener buenos protocolos de prueba analítica para garantizar que el sistema de suministro y el producto final tengan los atributos estructurales, fisicoquímicos y funcionales requeridos, y procesos implementados para optimizar el sistema.

En este modelo de desarrollo de suministro por diseño un fabricante podría utilizar inteligencia artificial y aprendizaje automático para identificar las condiciones de procesamiento óptimas para crear el rendimiento funcional deseado y es esta la diferenciación del modelo convencional aunque tecnológico actual.

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