La organogelación de esteres alifáticos constitutivos de bioceras comestibles

Abstract

Los ésteres alquílicos saturados juegan un papel importante en la determinación de las propiedades funcionales de las ceras vegetales utilizadas en las formulaciones de cosméticos naturales y oleogeles comestibles. Estudiamos la relación entre las propiedades termomecánicas y la microestructura cristalina desarrollada por esteres saturados simétricos (SE: 14:14, 16:16, 18:18, 20:20 y 22:22) y asimétricos (AE: 18: 14, 18:16, 18:20, 18:22) en estado puro y en oleogeles. Además, evaluamos el efecto del 1-estearoil-glicerol (MSG; 0.5% y 1%) en el desarrollo de oleogeles SE y AE. El análisis por rayos X y microscopía mostró que en estado puro y en los oleogeles los SE se auto-ensamblan desarrollando cristales en forma de placas, mientras que AE desarrollaron cristales aciculares. Los análisis de microscopía mostraron que AE y SE siguen un comportamiento de cristalización similar en los oleogeles. Los oleogeles AE tuvieron mayor elasticidad (G') que los oleogeles SE. En ambos tipos de oleogeles a medida que aumentaba el número de carbonos del éster, G’ de los oleogeles disminuía mientras el tamaño del cristal aumentaba. La adición de solo 0.5% de MSG, particularmente en los oleogeles AE, limitó la disminución de G' a medida que aumentaba el número de carbono del éster, principalmente porque MSG disminuye el tamaño del cristal. Los resultados de calorimetría sugieren que durante el enfriamiento el MSG y los esteres alquílicos desarrollan un co-cristal. Sin embargo, parte del MSG no interactuó con las moléculas de éster y cristalizó de manera independiente. Estos cristales de MSG actuaron como relleno de la microestructura formada por los co- cristales. El efecto general fue que en comparación con los oleogeles de éster alquílico, los oleogeles de éster alquílico con 0.5 y 1.0% mantienen un G’ elevado con un comportamiento reológico independiente de la frecuencia. Este comportamiento reológico fue particularmente evidente con los oleogeles de AE. Estos resultados mostraron que la composición del éster y la estructura molecular (es decir, simetría o asimetría) influyen en gran medida en su autoensamblaje molecular y, posteriormente, en las propiedades termomecánicas de los oleogeles. Se están realizando estudios que utilizan modelos de mecánica molecular para establecer el mecanismo que siguen AE y SE en su autoensamblaje con y sin MSG. El objetivo general es comprender y controlar la cristalización de las ceras vegetales en el desarrollo de oleogeles comestibles funcionales.

Saturated alkyl esters play an important role in determining the functional properties of the vegetable waxes used in the formulations of natural cosmetics and edible oleogels. We studied the relationship between the thermo-mechanical properties and crystal microstructure developed by saturated symmetrical (SE: 14:14, 16:16, 18:18, 20:20, and 22:22) and asymmetrical (AE: 18:14, 18:16, 18:20, 18:22) esters in the neat state and in oleogels. Additionally, we evaluated the effect of 1-stearoyl-glycerol (MSG; 0.5% and 1%) in the development of SE and AE oleogels. The X-ray and microscopy analysis in the neat state showed that SE self-assembled developing plate-like crystals, while AE developed acicular-like crystals. Microscopy analysis indicated that AE and SE followed similar crystallization behavior in the oleogels. The AE oleogels had higher elasticity (G’) than the SE oleogels. In both types of oleogels as the ester carbon number increased the oleogels’ G’ decreased and crystal size increased. The addition of just 0.5% MSG, particularly in the AE oleogels, limited the decrease in G’ as the ester carbon number increased, mainly because MSG decreased crystal size. The calorimetry results suggested that during cooling the MSG and the alkyl esters developed a co-crystal. Nevertheless, part of the MSG did not interact with the ester molecules and crystallized independently. These MSG crystals acted as active fillers of the microstructure formed by the co-crystals. The overall effect was that in comparison with the alkyl ester oleogels the alkyl ester oleogels with 0.5% and 1% MSG had higher G’ with frequency independent rheological behavior. This rheological behavior was particularly evident with the AE oleogels. Therefore, ester composition and molecular structure (i.e., symmetry or asymmetry) greatly influence its molecular self-assembly and subsequently the oleogels' thermomechanical properties. Studies using molecular mechanics modeling are underway to establish the mechanism for AE and SE self-assembly with and without MSG. The overall goal is to understand and control the crystallization of vegetable waxes for the development of functional edible oleogels.