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Preparación de muestras
Separación de proteínas a partir de harina de garbanzo (FC)
Los garbanzos Kabuli (Cicer arietinum L.), cosechados durante la temporada de cultivo de 2025 y procedentes del sureste de Turquía, se procesaron mediante un sistema de molienda por aire basado en impacto, en el que las partículas fueron sometidas a fuerzas centrífugas y a impactos repetidos contra el disco de molienda y el engranaje anular. Tras un primer paso previo al fresado, se molieron aún más granos gruesos para producir fibra de carbono utilizando un molino clasificador de aire. Durante el fresado por impacto, se aplicó un caudal de aire de 40-45m 3/h, una velocidad clasificadora de 7.000-8.000 rpm y una velocidad de avance de 200 kg/h, de acuerdo con las condiciones de funcionamiento previamente reportadas y un protocolo de optimización interno, tal como se describe en la literatura8.
Posteriormente, las fracciones finas ricas en proteínas se obtuvieron de la FQ mediante la clasificación del aire a temperatura ambiente, utilizando el mismo sistema de clasificadores de aire. La velocidad de las ruedas del clasificador se ajustó a 10.000 rpm, mientras que la velocidad de avance se mantuvo en aproximadamente 200 kg/h y el flujo de aire en 52 m³/h, como se describióanteriormente en 8. Este paso de separación enriqueció selectivamente la fracción proteica en función de las diferencias en el tamaño, densidad y propiedades aerodinámicas de las partículas.
Tras la clasificación del aire, el polvo resultante mostró una distribución fina del tamaño de partículas (d(0,9) = 20-22 μm); por lo tanto, no se aplicó ningún paso de tamizado para evitar pérdidas de materiales y esfuerzos mecánicos innecesarios. La fracción enriquecida con proteínas se envasó directamente en bolsas de polietileno de 25 kg con gas y se almacenó a 4 °C para minimizar la absorción de humedad y preservar las propiedades funcionales hasta su posterior procesamiento.
Preparación de nanoemulsión
El CPC se utilizó como único agente emulsionante para preparar NEs de aceite en agua (O/W) que apuntaban a una concentración de proteína activa del 3,0% w/v en la formulación final. Esta concentración se seleccionó en base a cribados preliminares de 1,0% p/v, 2,0% p/v y 3,0% p/v CPC, que indicaron que el 3,0% proporcionó la reducción más efectiva del tamaño de las gotas y la mayor estabilidad física a corto plazo. Según el contenido proteico medido del polvo CPC (44,8% p/w), se calculó que la concentración requerida en polvo era del 6,67% p/v. El CPC funcionó como emulsionante en la fase acuosa continua, mientras que el aceite de triglicéridos de cadena media (MCT) se utilizó exclusivamente como fase oleosa dispersa a una concentración fija del 5,0% v/v, correspondiente a 5,0 mL de aceite por 100 mL de formulación. No se utilizaron tensioactivos de bajo peso molecular en ningunaformulación 9.
La dispersión acuosa de CPC se preparó disolviendo la cantidad calculada de polvo de CPC en agua ultrapura bajo agitación magnética continua a 800 rpm durante 1.800 s para asegurar una hidratación completa y una dispersión homogénea de proteínas. La hidratación completa se confirmó por la ausencia de partículas o sedimentos visibles.
La fase aceitosa se añadió lentamente a la solución CPC hidratada bajo agitación continua, seguida de una homogeneización de alta cizalladura a 12.000 rpm durante 240 s, produciendo una emulsión gruesa (convencional), visualmente identificada por una apariencia uniforme y opaca sin separación visible de aceite. Estas condiciones se seleccionaron para evitar la agregación de proteínas y asegurar una suficiente alteración de las gotas.
Posteriormente, se obtuvieron NEs mediante sonicación por sonda de la emulsión gruesa al 30% de amplitud durante 180 s, realizada en un baño de agua con hielo para mantener la temperatura de la muestra por debajo de 30 °C y evitar la agregación de proteínas. La temperatura se monitorizaba de forma intermitente durante la sonicación. Experimentos preliminares de optimización (datos no mostrados) evaluaron tiempos de sonicación de 60 s, 120 s y 180 s, y se seleccionaron 180 s como condición óptima basándose en la formación reproducible de NEs con diámetros de gotas inferiores a 200 nm y bajo PDI. Por lo tanto, todas las NEs reportadas en este estudio se prepararon utilizando el tiempo de sonicación optimizado de 180 s.
La formación exitosa del NE se vio respaldada por la aparición de una dispersión estable, ligeramente opalescente, sin separación de fases tras 1.800 s de pie. Las muestras que presentaban cremado visible o separación de fases fueron excluidas de análisis posteriores. Todas las muestras se equilibraron a temperatura ambiente (25 ± 2 °C) antes de la caracterizaciónfisicoquímica 9.
PRECAUCIÓN: El manejo de equipos de alta energía (homogeneizador y sonicador) se realizó conforme a los procedimientos de seguridad institucionales en el laboratorio. Durante la sonicación se usaban protección auditiva y protección contra salpicaduras. No se usaron ácidos ni bases durante la preparación de la emulsión; por lo tanto, no se requirieron medidas de neutralización química ni de eliminación de residuos peligrosos.
Caracterización nutricional y fisicoquímica de la harina de garbanzo (FC) y del concentrado de proteína de garbanzo (CPC)
Análisis composicional
La composición nutricional de las muestras de FQ y CPC se determinó mediante los Métodos Oficiales de Análisis de la Association of Official Analytical Chemists (AOAC). La fibra cruda se analizó según AOAC 991,43, la ceniza total según AOAC 923,03, la grasa cruda según AOAC 920,39 y la proteína cruda según AOAC 984,13, utilizando un factor de conversión nitrógeno a proteína de N × 6,25. El contenido total de carbohidratos de todas las muestras se determinó por diferencia restando la suma de los porcentajes de humedad, proteínas, grasas y cenizas del 100%3.
Análisis de color
Los parámetros de color de las muestras se midieron utilizando un colorímetro de mesa que operaba en modo de reflectancia. Antes de la medición, el instrumento se estandarizó utilizando los estándares de calibración en blanco y negro suministrados por el fabricante. Para asegurar mediciones uniformes y reproducibles, se cargó suavemente 5,0 g de muestra en polvo en una cubeta redonda de vidrio (64,0 mm de diámetro interno) para crear una superficie lisa y homogénea. Se aplicó un grosor de capa suficiente (≥ 50,0 mm) para minimizar la influencia del sustrato y los efectos de fondo, y para hacer que el polvo translúcido quedara efectivamente opaco bajo condiciones de reflectancia. Todas las mediciones se realizaron en modo de reflectancia a temperatura ambiente.
Las coordenadas de color se expresaban en el espacio de color CIELAB, donde L* representa la luminosidad (0 = negro, 100 = blanco), a* representa el eje rojo-verde y b* representa el eje amarillo-azul. Se calcularon parámetros adicionales de color, incluyendo la diferencia total de color (ΔE*), cromancia (C*), ángulo de tono (H°) e índice de color (CI), según las ecuaciones descritas en11 (Ecuaciones 1–4) de la siguiente manera:
(Ecuación 1)
(Ecuación 2)
(Ecuación 3)
(Ecuación 4)
Análisis de pH
El pH de las muestras de CF y CPC se determinó mediante un medidor de pH digital equipado con un electrodo de vidrio, insertando el electrodo directamente en la dispersión de la muestra a 25,0 ± 2,0 °C. Antes de la medición, el medidor de pH se calibraba utilizando soluciones tampón estándar (pH 4,0 y 7,0). Todas las mediciones se realizaron en triplicado (n = 3) para asegurar la reproducibilidad analítica.
Contenido de humedad
El contenido residual de humedad de las muestras de CF y CPC se determinó utilizando un analizador rápido de humedad operado bajo condiciones de calefacción controladas. Todas las mediciones se realizaron en triplicado (n = 3) para asegurar la reproducibilidad analítica.
Caracterización estructural y funcional de la CPC
Análisis XRD
El análisis de la XRD de CPC se realizó utilizando un difractómetro de rayos X de laboratorio equipado con radiación Cu-Kα (λ = 1,5406 Å). Se registraron difractogramas en un rango de 2θ de 10°-90° a una velocidad de escaneo de 2,5° min-1, operando a 40 mA y 45 kV, siguiendo un procedimiento12 previamente reportado.
La identificación de picos, la resta de fondos y el ajuste de curvas se realizaron utilizando software estándar de análisis XRD. El grado de cristalinidad se calculó como la relación entre el área integrada de las reflexiones cristalinas y el área total bajo el difractograma, según el método descrito por13, como se muestra en la Ecuación (5):
(Ecuación 5)
El tamaño aparente de cristalita (D) se estimó a partir de los datos de la XRD usando la ecuación de Scherrer (Ecuación 6), aplicada a los picos de difracción más intensos:
(Ecuación 6)
donde D es el tamaño aparente de cristalita (nm), K es el factor de forma (se supone que es 0,9), λ es la longitud de onda de rayos X, β es el ancho total a la mitad del máximo (FWHM, en radianes) del pico de difracción seleccionado, y θ es el ángulo de Bragg.
Análisis de calorimetría diferencial de barrido (DSC)
El análisis de calorimetría diferencial de barrido (DSC) de FQ y CPC se realizó utilizando un calorímetro diferencial de barrido de laboratorio. Se pesó y selló con precisión aproximadamente 10,0 ± 0,1 mg de muestra en un crisol cóncavo de aluminio con tapa perforada, mientras que se utilizó un crisol vacío de aluminio como referencia. Las mediciones se realizaron bajo una atmósfera de nitrógeno (20 mL/min) para minimizar los efectos oxidativos. Las muestras se calentaron de 0 °C a 400 °C a una velocidad constante de calentamiento de 5 °C min-1 bajo condiciones de escaneo dinámico. Se realizaron calibraciones de temperatura y sensibilidad antes del análisis para garantizar la precisión y la reproducibilidad de las mediciones.
Las transiciones térmicas se caracterizaron determinando la temperatura de inicio (To), la temperatura máxima (Tp), la temperatura de extremo (Te) y el cambio de entalpía (ΔH) asociado a cada transición. Además, se calcularon el ancho de pico endotérmico (EPW) y el índice de altura de pico (PHI) según las Ecuaciones. (7) y (8), respectivamente:
EPW= (Te−Tp) (Eq. 7)
PHI =ΔH/(Tp− To) (Ecu. 8)
Capacidad de espuma (FC) y estabilidad (FS)
La capacidad de espuma (FC) y la estabilidad de la espuma (FS) de una dispersión acuosa CPC (3,0 g/L) se evaluaron a pH 7,0, ajustadas según fuera necesario usando ácido clorhídrico (HCl) de 0,1 N. Una alícuota de 30 mL de dispersión proteica se transfirió a tubos centrífugas de polipropileno de 50 mL y se homogeneizó usando un homogeneizador de alta velocidad operado a 11.000 rpm durante 120 s para generar espuma. La formación de espuma se confirmó visualmente mediante el rápido aumento del volumen de muestras y la formación de una capa estable de espuma inmediatamente después de la homogeneización.
La FC se calculó como el aumento porcentual de volumen inmediatamente después de la homogeneización, mientras que la FS se determinó en función del volumen de espuma retenido tras 600 s, 1.800 s, 3.600 s y 7.200 s. Todas las mediciones se realizaron en triplicado (n = 3), y los valores de FC y FS se calcularon según las Ecuaciones. (9) y Ecuaciones. (10), respectivamente14:
(Ecuación 9)
(Ecuación 10)
PRECAUCIÓN: El ácido clorhídrico diluido se manipuló utilizando las precauciones de seguridad adecuadas en el laboratorio, incluyendo guantes y protección ocular. Las soluciones de residuos se eliminaron según las directrices institucionales de seguridad química.
Estabilidad fisicoquímica de las NEs basadas en CPC y CPC
Tamaño medio de partículas y distribución de tamaño de partícula
La distribución del tamaño de las partículas y el diámetro hidrodinámico promedio Z de las muestras se determinaron mediante dispersión dinámica de la luz (DLS). Se registraron el diámetro hidrodinámico medio Z y el índice de polidispersión (PDI) para caracterizar el tamaño medio de las gotas y la uniformidad de la distribución de tamaño,respectivamente 15,16.
Antes de la medición, las muestras se diluyeron con agua destilada en una proporción de 1:100 (v/v) para minimizar los efectos de dispersión múltiple y asegurar mediciones fiables de dispersión de luz. Los análisis se realizaron a una temperatura controlada de 25 ± 2 °C. La PDI se utilizó como indicador de la homogeneidad de la distribución de tamaño de las gotas, con valores más bajos de PDI correspondientes a distribuciones de tamaño más estrechas. Las mediciones se realizaron el día 0 (NEs recién preparadas) y tras 7 días de almacenamiento para evaluar la estabilidad física a corto plazo del sistemaNE 16. Las muestras que presentaban cremado visible, sedimentación o separación de fases antes de la medición se excluyeron del análisis DLS.
ζ-potencial de partículas
Se determinó el potencial ζ de las muestras para evaluar la carga superficial neta y la estabilidad electrostática de las gotas mediante dispersión electroforética de luz (ELS), siguiendo las metodologías previamentedescritas 15,16. Las mediciones se realizaron a una temperatura controlada de 25,0 ± 2 °C, y se utilizaron muestras sin diluir para preservar el entorno iónico original de las NE.
Se calcularon los valores medios de ζ-potencial y las correspondientes desviaciones estándar para cada muestra para evaluar las interacciones electrostáticas y la estabilidad coloidal de las emulsiones. Todas las mediciones se realizaron utilizando agua como dispersante, de acuerdo con un establecido
Procedimiento operativo internoestándar 15. Las muestras que mostraron separación de fases visible o creaming antes del análisis se excluyeron de las mediciones de ζ-potencial.
Validación del método y resultados esperados
La validación del método se logró evaluando parámetros fisicoquímicos clave, incluyendo diámetro hidrodinámico promedio Z, PDI, potencial ζ y estabilidad física bajo tensión. La ejecución exitosa del protocolo se apoyó en la formación reproducible de NEs con tamaños de gotas inferiores a 200 nm y PDI ≤0,30. Para validar aún más la estabilidad más allá del simple almacenamiento, se realizó una prueba de esfuerzo de centrifugación a 4.000 rpm durante 900 s. La ausencia de separación visible de fases o cremado tras la centrifugación, junto con perfiles consistentes de potencial de ζ y pH durante 7 días de almacenamiento, apoyan colectivamente la robusta capacidad emulsionante de CPC y la reproducibilidad del protocolo propuesto.
Análisis estadístico
Las mediciones composicionales y funcionales se realizaron en triplicado (n=3), mientras que los análisis estructurales (XRD y DSC) se realizaron como mediciones individuales, ejecuciones representativas. Los resultados se presentan como el valor medio ± desviación estándar (DS). Las evaluaciones estadísticas se realizaron mediante análisis unidireccional de varianza (ANOVA) mediante software SPSS. Para todos los análisis, se consideró que un valor p de < 0,05 indicaba significación estadística. En los casos en los que se identificaron diferencias significativas, se empleó la prueba post-hoc de Tukey de Honestamente Significativa Diferencia (HSD) para comparaciones múltiples. Las letras estadísticas de conexión (por ejemplo, a, b, c) presentadas en las tablas y figuras se derivaron de los resultados de la prueba de Tukey HSD; Los medios que comparten la misma letra no son significativamente diferentes en el nivel de significación del 5%.