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1. INTRODUCCIÓN
La alta demanda de los almidones comerciales (almidones convencionales, obtenidos de maíz, trigo, arroz, papa y yuca), que dominan los mercados actuales, con altas incidencias en los costes y la sostenibilidad medioambiental, en toda la cadena de producción y distribución agroindustrial [1], ha despertado un creciente interés en las investigación de almidones de fuentes no convencionales (almidones no comerciales, como por ejemplo los provenientes de frutas) los cuales están además relacionado con la producción sostenible, el uso de subproductos, su disponibilidad regional, la importancia cultural y social de las fuentes de almidón, así como las posibles ventajas tecnológicas sobre los almidones comerciales [2].
Las frutas y verduras en países de ingresos medios, particularmente en Latinoamérica, presentan unas pérdidas estimadas, solo en procesamiento, empaque y almacenamiento, del 35 % [3]. En Colombia el desperdicio de frutas y vegetales en 2016 fue de 6,1 millones de t (62 % de pérdidas y desperdicio de la producción anual), de los cuales el 72 % de éstas corresponde a pérdidas en las etapas de producción, postcosecha, almacenamiento y procesamiento industrial [4]. Agregarles valor a las frutas y verduras permitiría el desarrollo de la cadena hortofrutícola, así como contribuir en disminuir el impacto ambiental ocasionado por sus desperdicios y desechos.
En los últimos años, algunos estudios de almidón no convencionales extraídos de pulpas de ñame [5], ahuyama [6], plátano [7], [8], frutas [9] y semillas de frutas [10]-[12] han sido aislados y estudiados por sus propiedades estructurales y fisicoquímicas. Adicionalmente se han reportado estudios de evolución de almidones no convencionales como material pared en microencapsulación de matrices alimentarias, con el fin de buscar alternativas que permitan proteger compuestos sensibles a condiciones adversas del entorno o procesamiento (como pH, luz, temperatura, oxígeno, humedad, entre otros), como, almidones modificados de yuca [13], Achira [14] y almidones nativos de taro [15], entre otros. Estos estudios han informado que las relaciones estructura-función-aplicación de los almidones no convencionales son información crítica para el desarrollo de productos en la industria alimentaria, farmacéutica, textil y química donde son requeridos [16]-[18] Sin embargo, esta relación depende de la metodología empleada en la extracción y modificación. la fuente botánica, la especie, e incluso el estado de madurez donde son extraídos, por lo que cada almidón tiene características y propiedades únicas [19], [20]. Esto plantea la necesidad de conocer el estado y evolución de las metodologías, técnicas, y tecnologías que puedan potenciar la utilización de almidones no convencionales como material pared en aplicaciones tecnológicas como la microencapsulación de compuestos bioactivos, sabores, colores entre otros, y como ingredientes en el desarrollo de nuevos productos con propiedades novedosas en la agroindustria, como alternativa para suplir la alta demanda de almidones comerciales.
Tener una visión panorámica de la actividad inventiva, respecto al uso de los almidones extraídos de fuentes no convencionales y su aplicación en desarrollo de nuevos productos a lo largo de los años y su vigencia, permite demostrar la gran importancia e interés de la comunidad científica e industrial, en el uso de los almidones no convencionales en procesos de microencapsulado y desarrollo de nuevos productos, por esto se hace necesario obtener una información detallada, a partir de la búsqueda de patentes en bases de datos especializadas, que permitan conocer y monitorear, el volumen de la actividad de investigación, hacia dónde se encaminan los métodos y técnicas, el desarrollo tecnológico y las operaciones económicas, entre otros factores, de la aplicación de los almidones extraídos de fuentes no convencionales en el desarrollo de nuevos productos. El objetivo de la presente revisión es presentar un análisis de las patentes publicadas en relación con la utilización de almidones extraídos de fuentes no convencionales en técnicas de microencapsulación, y en desarrollo de nuevos productos en la agroindustria para ilustrar la lógica detrás de las crecientes innovaciones composicionales y tecnológicas sobre la utilización estos almidones.
2. METODOLOGÍA
Se realizó la búsqueda de patentes en el sistema de búsqueda de patentes, teniendo como objetivo de búsqueda: Definir la tendencia del comportamiento de la innovación en el campo de los almidones extraídos de fuentes no convencionales, desde el punto de vista de los procedimientos desarrollados para su obtención, utilización como material de recubrimiento en proceso de microencapsulación de compuesto biológicamente activos y su uso como ingredientes en matrices alimentarias, para formulaciones de nuevos productos. Con base en este objetivo de búsqueda se seleccionaron palabras claves para la posterior construcción de la cadena de búsqueda utilizando los conectores OR y AND. Las palabras utilizadas en construcción de cadena de búsqueda de patentes en el idioma inglés fueron “Non conventional starches”, “Starch fruit”, “starch”, Microencapsulation”, “Microcapsule” y “food matrix”.
Se utilizó como fuente de información las plataformas de búsqueda de patentes multinacionales de acceso libre Google Patents®, Lens® y Patentscope®. Adicionalmente se consultó la plataforma de búsqueda Patent inspiration® versión libre. La búsqueda se enmarcó en el período 2002 a 2022, para los idiomas inglés, portugués y español.
Se introdujo la cadena de búsqueda: (“Non conventional starches” OR “fruits Starch” OR Starch) AND (Microencapsulation OR Microcapsule) AND “food matrix”, la cual se construyó utilizando el operador booleano OR para las palabras claves sinónimas y el operador booleano AND para asociar las palabras claves relacionadas con los temas específicos de la revisión. La búsqueda se filtró sólo a patentes por una familia (dado que una patente puede ser protegida en diferentes países o territorios y aparece el número de veces donde se haya protegido), buscando solo patentes publicadas. De los resultados derivados de la aplicación de la cadena y criterios de búsqueda, se construyó una base de datos, utilizando la información organizada en las plataformas de búsqueda, y se sintetizó la información a través de tablas y gráficos, con los cuales se realizó el análisis de la evolución y comportamiento de los métodos, técnicas y tecnología de las patentes publicadas, según clasificación corporativa de patentes, países, tecnología, área temática, universidades y temática central.
3. ANÁLISIS DE RESULTADOS DE BÚSQUEDA
A partir de la estrategia de búsqueda, relacionadas con la utilización de almidones como recubrimiento de microencapsulados en matrices alimentarias y como ingredientes en la preparación de nuevos productos, para el período consultado (2002-2022) se obtuvieron un máximo de 119 patentes publicadas en la plataforma de búsqueda Google Patents®, de los cuales el 50 % están concedidas. En la plataforma de búsqueda Patent Inspiration® se obtuvieron 114 patentes publicadas (41 % concedidas), en Lens® se obtuvieron 112 patentes publicadas (47 % concedidas), y en Patentscope® se obtuvieron 88 patentes publicadas (esta plataforma solo se pudo evidenciar patentes publicadas). La dinámica de la publicación de patentes, así como la concesión de éstas en las plataformas de patentes consultadas tienen un comportamiento similar en el período de tiempo consultado (Figura. 1). El número de patentes publicadas muestra un comportamiento fluctuante en el período comprendido entre 2002 a 2015, presentándose las mayores publicaciones en los años 2009 y 2012 con un promedio de 5 y 6 patentes publicadas respectivamente, entre las plataformas de patentes consultadas, lo cual puede indicar poco interés de la comunidad científica y empresarial en la temática en ese periodo de tiempo. Sin embargo, otra posibilidad puede ser debido al proceso y protocolos para la concesión de las patentes, que en algunos casos demanda tiempos importantes, dependiendo del auge de la tecnología y el número de solicitudes de patentes relacionadas, entre otros. Lamentablemente no se pudo realizar la trazabilidad de tiempo entre solicitud y concesión de la patente, dado que la primera no es reportada en los documentos.
Fuente: elaboración propia.
Figura 1 Distribución por períodos de tiempo del número de patentes publicadas, relacionadas con microencapsulación y uso de almidones no convencionales en matrices alimenticias
En el período 2015 a 2018, se presentó un incremento significativo, pasando de 4 a 14 patentes publicadas (con un incremento promedio para el período del 71 %). Esto muestra la importancia e interés que ha despertado en los últimos años en la exploración, invención y protección de propiedad intelectual, de métodos y tecnologías que utilizan almidones como recubrimiento de microencapsulados en matrices alimentarias destacándose la microencapsulación de compuestos bioactivos, aceites esenciales, probióticos [21]-[26]. También se han reportado la utilización de almidones como ingredientes en la preparación y desarrollo de nuevos productos, como alimentos con propiedades funcionales, harinas, y especies [27]-[30], entre otros. Sin embargo, en el período 2018-2022, se presentó un decrecimiento promedio de 57 %, lo cual pudo estar relacionado con la disminución de trámites asociado a la emergencia sanitaria y economía generada por la pandemia derivada del SARS-CoV-2. Aunque de forma general, a pesar de la mayor contracción económica de las últimas décadas, las solicitudes de derechos de propiedad intelectual, que es un sólido indicador de la innovación, han mostrado una notable capacidad de resistencia durante la pandemia, según el informe de los indicadores mundiales de propiedad intelectual de la OMPI [31]. El interés por la investigación en estas áreas de conocimiento, utilizando almidones extraídos de fuentes no convencionales como nuevas fuentes de almidón con propiedades novedosas y únicas, que puedan reemplazar a los tradicionales ingredientes en la industria alimentaria y no alimentaria, lo cual puede potenciar su utilización y comercialización en el sector agroindustrial donde son requeridos.
3.1 Patentes publicadas según la clasificación corporativa de patentes (CPC)
Los registros de patentes publicadas según la clasificación corporativa de patentes (CPC), se muestran en la Figura 2 y en la Tabla A1 (anexo). El 38 % de las patentes están clasificadas como A23V: "Alimentos, alimentos o bebidas no alcohólicas” básicamente relacionada con mejorar las propiedades funcionales como viscosidad, textura, capacidad de absorción de agua, capacidad emulsificante, como ingrediente de barrera contra la absorción de aceite, agente para enmascarar sabor y olor, agentes para extender de vida útil y recubrimientos de sabor entre otros, en matrices alimentarias. En esta área se registran patentes donde se utilizan almidones no convencionales (que desarrollan alta viscosidad a concentración muy baja) como espesante de productos alimenticios sopas, salsas, postres, aderezos, productos horneados y salsa, además para alimentos de animales [32], [33]. Aunque el almidón nativo se ha utilizado como un buen estabilizador y regulador de textura en los sistemas alimentarios. Sin embargo, su fuerte hidrofobicidad suele deteriorar sus propiedades mecánicas y su estabilidad, presentando algunas limitantes en la industria alimentaria y no alimentaria como: baja solubilidad, baja estabilidad a la congelación-descongelación, baja resistencia al cizallamiento, resistencia térmica, descomposición durante el procesamiento, deficiente hidrólisis enzimática, la alta sinéresis, la alta tendencia a la retrogradación y la alta digestibilidad [34], [35]. Por esta razón, una gran mayoría de las patentes hacen referencia a aplicaciones de almidones modificados. Los autores de [36] y [37] patentaron la utilización de almidón modificado como agentes espesantes en preparación de salsas, emulsiones cárnicas, sopas, aliños, salsas para mojar, productos lácteos, tales como yogurt cuchareable y batido; leche entera, desnatada, agria; suero de mantequilla y de leche; kéfir, crema, mousse, gelatina, pudin, margarinas, mermelada, helado y productos de panadería entre otros.
Fuente: elaboración propia.
Figura 2 Distribución de patentes totales y publicadas por clasificación corporativa de patentes (CPC), relacionadas con microencapsulación y uso de almidones no convencionales en matrices alimenticias
Por otra parte, los almidones alimentarios modificados, reticulados y estabilizados, se usan ampliamente para texturizar los alimentos. La estabilización imparte estabilidad de congelación y descongelación a un almidón, mientras que la reticulación imparte tolerancia al proceso. Los almidones tolerantes al proceso pueden resistir la descomposición en fragmentos más pequeños y pueden resistir la disolución cuando se procesan.
Tal comportamiento puede permitir que el almidón espese un alimento sin causar gelificación, cohesión o fibrosidad no deseadas. En este sentido, [38] patentaron el desarrollo de almidones pregelatinizados que tienen alta tolerancia en procesamiento de alimentos como en la preparación de sopa, salsa, aderezo, relleno, crema, yogurt entre otros. Por su parte [27], patentaron la utilización de almidón modificado gelatinizado como extensores cárnicos para un producto cárnico tipo hamburguesa.
Los autores de [28] patentaron almidones modificados como adyuvante y saborizante para mejorar las características sensoriales de bebidas, mientras que [29] patentaron su uso como aditivo en productos lácteos y [39] como emulsionante en preparación de alimentos.
También se han registro patentes del uso de almidones no convencionales modificados (almidones OSA) con baja viscosidad para glasear alimentos [40], así como para rebozar productos alimenticios como carnes, de res, aves, pescados, entre otros [41], para productos de confitería, y productos alimenticios precocinados [42] Se ha patentado el uso de almidones hidrofóbicos (OSA), de fuentes no convencionales, que actúan como una barrera para la absorción de aceite en alimentos fritos [43]-[45] y sustituto de grasa entre un 25 % p/p a 35 % p/p [30].
El 21 % de las patentes están clasificadas como “A23L: "Modificación cualidades nutritivas de los alimentos, tratamiento físico, conservación y productos alimenticios en general”, relacionada con la utilización de almidones no convencionales en formulación en matrices alimentarias para el desarrollo de productos como suplemento alimenticio y sustituto para desarrollo de alimentos libres de alérgenos o gluten. Los autores de [46] y [47] patentaron la utilización de almidones para desarrollar fórmulas libres de alérgenos o libres de lácteos y el uso de estas en productos alimenticios específicamente en fórmulas infantiles.
En esta área también se ha patentado la utilización de almidones resistentes reticulados, para mejorar las propiedades funcionales de los alimentos. Por ejemplo,[48] patentaron la utilización de almidones reticulados en preparación de productos horneados sin gluten, [49] los utilizaron para elaborar un suplemento probiótico preferentemente a personas en edad pediátrica y [50] para la preparación de un producto comestible para el control o regulación del nivel de glucemia entre otros, lo cual demuestra el amplio espectro de la utilización de almidones reticulados lo que representa una gran proyección de nuevos productos para la industria de alimentos. Sin embargo, la preparación de estos almidones se realiza en condiciones húmedas, lo cual implica un alto consumo de agua, de energía (si la reacción se realiza a una temperatura elevada, y durante el secado del producto reticulado) y el exceso de reactivos, lo cual conduce a un producto con una alta cantidad de impurezas o requiere un procedimiento de purificación.
Para subsanar estas deficiencias, los autores de [51] patentaron la preparación de almidones reticulados en condiciones semisecas a una temperatura por debajo de 75ºC, y en el que el contenido de humedad durante la reacción de reticulación sea del 1 %- 25 % en peso (en base seca), por encima del contenido de humedad en equilibrio del almidón. La alternativa propuesta es más atractiva económicamente que los procesos conocidos, debido al bajo consumo de energía (temperatura de reacción relativamente baja y bajo contenido de agua), tiempo de procesado corto, bajo consumo de materias primas (agua, reactivos) y la pequeña cantidad de residuo.
El 19 % de las patentes (Figura 2) están clasificadas como A61K: "Preparaciones para fines médicos, dentales o de tocador" básicamente compuesta por patentes relacionadas la producción de probióticos y microencapsulación de compuestos bioactivos de grupo formado por nutracéuticos, vitaminas, suplementos, minerales, enzimas, probióticos, broncodilatadores, esteroides anabólicos, analgésicos, proteínas, péptidos, anticuerpos, vacunas, anestésicos, fármacos para proteger la vista entre otros. En esta área se registran patentes donde se utiliza el almidón de alto contenido de amilosa (provenientes de frutas y tubérculos) nativos y modificados en diferentes usos para la preparación de productos farmacéuticos como estabilizante de fármacos [52], desintegrante en forma granular intacta [53], agente de reticulación para inhibir o controlar la liberación de medicamentos [54] y microencapsulantes para producir micropartículas que proporcionan propiedades de enmascaramiento del sabor y olor, permitiendo la liberación controlada y mejoren la estabilidad del fármaco, producto nutracéutico, un probiótico entre otros, producir probióticos con alta biodisponibilidad [55]-[57] Y aunque se han propuesto sistemas que se han desarrollado como matrices para la liberación de medicamentos como cloruro de polivinilo, acetato de polivinilo, ésteres de polivinilo, silicona entre otros [58]. Las patentes reportadas resaltan que los almidones proporcionan una composición de liberación controlada que puede suministrar una variedad de medicamentos, (hidrofílicos o hidrofóbicos), de manera uniforme y estable. Además, de proporcionar propiedades funcionales como dureza apropiada y resistencia a ser desmenuzada, compatibilidad con los ingredientes activos contenidos en la pastilla, fácil de sintetizar, biodegradable y no tóxica al suministrar el medicamento.
Las demás categorías con menor grado de participación se registraron patentes que estuvieron relacionadas con la utilización de almidones modificados para productos de higiene personal, cosméticos y empaques entre otros. Por ejemplo, los autores de [59] patentaron almidones modificados con OSA. con grado de sustitución entre 0,2 % y 0,5 % con propiedades espumantes, para producción de champú, champú sin sulfato, acondicionador y mascarilla para el cabello, gel de baño, limpiador para la piel entre otros. Los autores de [60] utilizaron almidones hidrosoluble y gelificable para preparar una composición cosmética hidratante de la piel. Por su parte, los autores de [61] utilizaron almidones hidrofóbicos modificado por eterificación, esterificación o amidación como agente de resistencia en seco para fabricación de papel y [62] utilizó almidones para la preparación de productos farmacéuticos, nutracéuticos y agroquímicos.
3.2 Patentes expedidas por países
La Figura 3a muestra la distribución de patentes publicadas según el país donde se solicitó el registro de la patente. Se puede observar que Estados Unidos es el principal país con mayor generación de patentes, con 29 patentes publicadas en promedio (24 % de participación), lo que posiciona a Estados Unidos como potencia en el desarrollo y proyección intelectual de los métodos y tecnología relacionada específicamente con la microencapsulación y la utilización de almidones en el desarrollo de nuevos productos en la industria de alimentos y farmacéutica. El Tratado de Cooperación en materia de Patentes (PCT, siglas en inglés) registra un total de 27 patentes en promedio (con una participación de 23 %), seguido de la China (con 15 %), la Oficina Europea de Patentes (OEP) con una participación de 9 % y Brasil con una participación de 8 %.
Fuente: elaboración propia.
Figura 3 Distribución del número de patentes expedidas por países (a) y compañías y universidades (b) relacionadas con microencapsulación y uso de almidones no convencionales en matrices alimenticias
Aunque la oficina de patentes de Estados Unidos fue la que mayor publicaciones tubo a nivel mundial, se hace notoria la alta participación del Tratado de Cooperación en materia de Patentes (PCT), probablemente debido a que es un sistema centralizado de concesión de patentes de forma simultánea a todos sus 156 países miembros. Por otra parte, la alta participación de China refleja los rápidos avances en áreas como la educación, infraestructura, manufactura de alta tecnología, publicación académica, patentes, y aplicaciones comerciales, y proyectándose en algunas áreas y por ciertas medidas, un líder mundial.
También hay que destacar que la Oficina Europea de Patentes (OEP), que es la encargada de gestionar y conceder las patentes de manera abierta y centralizada, de los 38 estados miembros de la Organización Europea de Patentes, lo que le permite tener una mayor participación en publicación de patentes por encima de países como Brasil y Japón.
En particular, Estados Unidos lidera el desarrollo de nuevos productos, métodos y desarrollo tecnológico relacionado con procesos de microencapsulación mediante secado por aspersión, utilizando almidones nativos y modificados como material pared, debido a sus bajas viscosidades con alto contenido de sólidos y fuerte solubilidad. Este liderazgo es impulsado por la presencia de compañías importantes, incluidos Johnson & Johnson, Pfizer y Merck & Co. y participa en el desarrollo de nuevos sistemas de administración de fármacos, lo que tiene un gran impacto en el impulso de la demanda de microencapsulación, así como el creciente uso en la industria de alimentos y bebidas para sabores, fragancias, colorantes y fabricación de alimentos funcionales [63], por lo cual se debe tener como referente para futuras investigaciones sobre el tema. Es de destacar la participación de China (18 patentes publicadas en promedio) y en América del sur a Brasil (10 patentes publicadas en promedio), específicamente con las patentes relacionadas con la microencapsulación de compuestos bioactivos y desarrollo de probióticos. Sin embargo, los países latinoamericanos no evidencian publicación de patentes en estas temáticas.
Según la distribución de patentes publicadas por compañías y universidades (Figura 3b) se puede observar que la mayoría de las patentes están publicadas por compañías con un 74 %, siendo la compañía Ganeden Biotech Inc. la que tiene la mayor cantidad de publicaciones de patentes, con una participación de 23,3 %, seguida de Amazentis SA con 11 % y Nizo Food Res B V con 7 %. Las universidades participan con un 26 % de las patentes publicadas, siendo la universidad de Rutgers de Nueva Jersey la que mayor participación tiene entre las universidades, seguida del Instituto Tecnológico de Massachusetts, la Universidad de California, Illinois, en los Estados Unidos, Universidad Massey en nueva Zelanda y Universidad de Navarra en España. La poca participación de las universidades en la publicación de patentes demuestra el bajo interés de las universidades en este tipo protección de la propiedad intelectual y las invenciones tecnológicas, procesos y metodologías desarrolladas producto de las investigaciones que se realizan, prefieren protegerlos, desde el punto de vista de derechos de autor, a través de las publicaciones en revistas indexadas.
Hay que resaltar que la universidad de Rutgers cuenta con más de 300 centros e institutos de investigación que son la red más grande de laboratorios e instalaciones de investigación en Nueva Jersey. Tiene convenios de investigación con más de 1000 industrias, empresarios, pequeñas empresas, del sector público y organizaciones sin fines de lucro para desarrollar nuevas ideas y productos con impacto local y global. Tiene más de 1197 patentes activas y 167 premios de investigación. En el área se destaca el Centro de Innovación Alimentaria y el EcoComplex, incubadora de industrias verdes, y cuenta con un grupo de investigadores como los doctores Peggy Brennan-Tonetta Qingrong Huan, Julie Elmer, Zuri Masud, Chi-Tang y Stephen Baughman entre otros, con trabajos relacionados con el desarrollo de productos, pruebas y validación de procesos, selección y especificación de ingredientes y empaques y análisis nutricional [64]. Por su parte el Massachusetts Institute of Technology Community Repository cuenta con más de 60 centros y laboratorios coordinado por el MIT Lincoln Laboratoryll a través del cual mantiene una relación activa de investigación con la industria y una amplia gama de colaboraciones globales [65].
3.3 Patentes publicadas por tecnología
En los registros de patentes publicadas según la distribución por tecnologías (Figura 4a) se puede observar que la mayoría de las patentes a nivel mundial se encuentran relacionadas con la tecnología de química de los alimentos (con una participación del 40 % de patentes), lo cual está en gran medida relacionado con el desarrollo de productos alimentarios y con procesos de encapsulación de probióticos y de compuestos bioactivos, colorantes, aromas y sabores.
Fuente: elaboración propia.
Figura 4 Distribución de número de patentes publicadas por tecnología (a) y por área temática (b) relacionadas con microencapsulación y uso de almidones no convencionales en matrices alimenticias
En segundo lugar, están las patentes publicadas en la tecnología de productos farmacéuticos con una participación del 38 % de las patentes publicadas, seguido en menor proporción de biotecnología con 9 % y la tecnología en ingeniería química con una participación del 5 %. En la mayoría de las patentes se describe el procesamiento o procedimiento, y en menor proporción se describen o patentan los equipos necesarios para realizar dichos procedimientos o desarrollos tecnológicos de los productos.
La mayor cantidad de información consultada está relacionada con la tecnología y el procesamiento de alimentos con propiedades funcionales mejoradas y tecnología de procesos de microencapsulación de compuestos bioactivos con una participación promedio de 23 % y 14 % respectivamente (Figura 4b).
De las patentes consultadas el 13 % hace referencia a la encapsulación de extractos naturales de frutas y hortalizas [66]-[72]; el 8 % están relacionadas con desarrollo de alimentos probióticos y encapsulación de microorganismos [21]-[24], [55]-[57], [73] y el 7 % están relacionadas con microencapsulación de olores, colores, sabores de frutas [25], [26], [74], [75] y fármacos [52]-[54], [58] (Figura 4b). En menor participación se publicaron patentes relacionadas con diferentes temas como elaboración de alimentos fortificados, reducción de astringencia en alimentos, producto de control de plagas, composición cosmética con extractos naturales, alimenticios para peces y mascotas, microorganismos para desarrollo de productos lácteos, edulcorantes, empaques, entre otros.
3.4 Patentes publicadas según tema central
Respecto a la temática central (Figura 5) el mayor número de patentes publicadas hacen referencia a los métodos de preparación y producción de productos de la agroindustria con una participación porcentual de 66 % y 20 %, respectivamente. En este sentido, se registraron patentes en temas relacionados con la utilización de almidones para mejorar propiedades funcionales de alimentos como mejora viscosidad, densidad, floración del chocolate, aumento de la untabilidad de la grasa, recubrimiento para confitería, elaboración de alimentos para mascotas y de productos cosmético entre otros. Por ejemplo [76] patentaron un proceso para preparar almidón pregelatinizado de cualquier fuente nativa, con un tratamiento con vapor sobrecalentado, la cual es tecnología emergente y relativamente desconocida, en una cámara de reacción de un reactor o en un secador por aspersión, obteniendo almidón con funcionalidades nuevas y superiores (mayor desarrollo de viscosidad instantánea y dispersabilidad) a las de los almidones pregelatinizados convencionales, adecuados para preparación de salsas, sopas, pudines, aderezos, cremas para panadería y bebidas. En esta patente se describen también las condiciones de diseño de los equipos empleados en el proceso. También se registraron patentes utilizando almidones no convencionales como espesante [32], [33], [36], [37] estabilizantes [38], emulsionante [39].
Fuente: elaboración propia.
Figura 5 Distribución de número de patentes publicadas por temática central (a) relacionadas con microencapsulación y uso de almidones no convencionales en matrices alimenticias
Respecto a métodos de producción, preparación y tecnología de microencapsulación se registraron patentes apuntaron a mejorar las características microencapsulantes de los almidones, y los procesos de encapsulados y microencapsulados, para el desarrollo de alimentos funcionales, probióticos o suplemento nutricional, fármacos y protección de agentes aromatizantes y aceites esenciales.
En particular para mejorar las características microencapsulantes de los almidones se registran varios métodos y procesos de modificación. Los autores de [77] patentaron composiciones de encapsulación con goma arábiga, goma de alerce, gelatina hidrolizada y carbohidratos de bajo peso molecular para formar microcápsulas estables a temperatura ambiente de aceite saborizante. Sin embargo, la disponibilidad y alta funcionalidad de agentes microencapsulantes efectivos para su aplicación en alimentos es relativamente limitada. Los autores de [78] patentaron composiciones de almidón modificado con anhídrido n-octenil succínico, mono y disacáridos, un emulsificante alimenticio y carbohidratos plastificantes de bajo peso molecular, para producir encapsulados con una temperatura de transición vítrea (Tg) mayor a 40ºC. Sin embargo, la carga del encapsulado es generalmente limitada a un 10 % (p/p). Por su parte, [79] patentaron composiciones con maltodextrina y jarabe de maíz para de encapsulación de colorantes y saborizantes. Sin embargo, están sujetos a aquellos con limitada volatilidad y un nivel de humedad total en el producto menor a 11 % (p/p) y dado que muchos compuestos tienen altas presiones de vapor a temperatura ambiente y no son fácilmente encapsulados.
Los autores de [75] presentaron como alternativa para suplir deficiencias de los materiales pared convencionales en procesos de encapsulación de sabores, aromas, compuesto bioactivos y similares, el desarrollo ésteres de almidones no utilizados convencionalmente, patentando los procesos de preparación de almidones fosfatados, acetilados y succinatados mediante hidrólisis ácida, modificación química y extrusión termoplástica. Los autores consideran el proceso como práctico y eficiente en términos de funcionalidad, tiempos de preparación, costos, versatilidad y reducción de efluentes.
Por su parte Los autores de [80] patentaron un método de modificación de almidón con un ácido mineral, un peróxido y un agente oxidante en reactor tubular con eje giratorio y una o varias de palas, para disminuir viscosidad de almidones como material pared, obteniendo un almidón de baja viscosidad y alta solubilidad o almidón de baja solubilidad y viscosidad.
La técnica más utilizada relacionada con patentes de procesos de microencapsulación fue el secado por aspersión con una participación de 50 %, seguido de la coacervación con 15% y con menor proporción, encapsulación de liposomas, secado por liofilización y extrusión.
Por ejemplo, se registraron patentes relacionadas con la microencapsulación mediante secado por aspersión de partículas de liberación controlada de ingredientes activos hidrofóbicos, para productos alimenticios, suplementos nutricionales, y productos para uso de cuidado personal (champú, acondicionador para el cabello, acondicionador, desodorante entre otros) [81]; métodos de encapsulación de uno o más microorganismos probióticos en un encapsulante protector para prolongar la vida útil del probiótico [22]; microencapsulación de enterocina en suero de leche para conservación de alimentos por su actividad antimicrobiana [82]; microencapsulado de hierro de alta biodisponibilidad [57]; microcápsulas de fragancias híbridas de liberación controlada para la higiene personal y cuidado bucal [83], entre otras, mostrando la diversidad de productos desarrollados empleado esta técnica.
Se registraron patentes donde se utilizan almidones para microencapsular materiales biológicamente activos beneficiosos para la salud, como flavonoides, ácidos fenólicos, terpenoides, antioxidantes usados comúnmente en la industria alimentaria, minerales, oligoelementos, que participan en procesos redox in vivo como el selenio, zinc y magnesio, mediante un proceso de secado por aspersión, donde los almidones influyeron de forma favorable en la liberación controlada de los compuestos activos y la protección contra el oxígeno y/o luz y/o temperatura a los compuestos microencapsulados. Por ejemplo, [21] patentaron la utilizaron almidones hidrofóbicos en la microencapsulación para la mejora de la estabilidad y el almacenamiento de ingredientes biológicamente activos. Los autores de [22] y [23] patentaron la utilización de almidones modificados microfluidización para mejorar la eficacia en la microencapsulación de microorganismos probióticos. Los autores de [73] utilizaron almidones hidrofóbicos o combinado con otros polímeros para microencapsular compuestos bioactivos de propóleo rojo, en secador por aspersión, para uso farmacéutico como coadyuvante para combatir infecciones y procesos inflamatorios de origen bacteriano. Por su parte [24] patentaron la utilización de almidón modificado en la microencapsulación de antioxidante (ácido ascórbico, palmitato de ascorbilo, tocoferoles mixtos, tocoferoles sintéticos, ascorbato de sodio, lecitina y romero).
Los almidones modificados OSA se encuentran dentro de las modificaciones químicas más patentadas y utilizadas para microencapsulación de compuestos bioactivos por su carácter anfifílico, Se registran patentes de utilizan almidón OSA de baja viscosidad para la microencapsulación mediante secado por aspersión de vitamina E y aceite de algas [84]; para microencapsular aceite grasos esenciales de perilla en polvo con importantes funciones de nutrición y cuidado de la salud siendo una alternativa para superar deficiencia en la estabilidad de la microcápsulas y olor de pescado, por su delicada fragancia [74] y microencapsular e ácidos grasos poliinsaturados con buena estabilidad a la oxidación por coacervación compleja [85]. También se han patentado la utilización de almidón OSA y almidón poroso para la microencapsulación de betacarotenos mediante secado por aspersión mejorando la estabilidad y bioaccesibilidad [25] y para microencapsular esencias como la de mostaza, mejorando la estabilidad y fragancia, útiles en productos para hornear [26].
Se resalta que se registró una patente de producción de nanopartículas microencapsuladas para productos farmacéuticos, cosméticos y alimentarios, caracterizando como encapsulante goma xantana, goma arábiga, carragenina e hidratos de carbono seleccionados (almidón nativo de maíz, papa, harina de quinua, trigo, almidones modificados, por acetilación del almidón de maíz, yuca, patata). Sin embargo, aunque en las reivindicaciones (Claims) se especifican las aplicaciones de almidones no convencionales, en los ejemplos de microencapsulación expuestos en las patentes se utilizan almidones comerciales. Esta nueva tecnología presenta una oportunidad de desarrollo de nuevos productos funcionales y nutracéuticos utilizando almidones de nuevas fuentes botánicas, con propiedades encapsulantes que permitan el desarrollo de alimentos funcionales y probióticos con mejor biodisponibilidad y cinética de liberación de sus compuestos bioactivos, así como el desarrollo de nuevos productos con propiedades funcionales que permitan contribuir a la diversificación de nuevos productos con propiedades particulares.
4. CONCLUSIONES
En los últimos años hay un marcado interés en la exploración, invención y protección de propiedad intelectual, de métodos y tecnologías que utilizan almidones como recubrimiento de microencapsulados en matrices alimentarias y como ingredientes en la preparación de nuevos productos, a pesar de la mayor contracción económica de las últimas décadas acentuada por la emergencia sanitaria y economía, generada por la pandemia derivada del SARS-CoV-2, mostrando una notable capacidad de resistencia por la investigación y desarrollo tecnológico en estas áreas de conocimiento.
El mayor número de patentes registradas, según clasificación corporativa de patentes (CPC), donde se sugiere la utilizaron almidones no convencionales, estuvo relacionada con la “composiciones de alimentos e ingredientes alimentarios” apuntando a mejorar las propiedades funcionales como viscosidad, textura, capacidad de absorción de agua, capacidad emulsificante, como ingrediente de barrera contra la absorción de aceite, agente para enmascarar sabor y olor, agentes para extender la vida útil y recubrimientos de sabor entre otros, siendo los almidones modificados los más utilizados en el desarrollo de productos dado la limitada aplicación de los almidones nativos básicamente por su fuerte hidrofobicidad que suele deteriorar sus propiedades mecánicas y su estabilidad. Los almidones alimentarios modificados más utilizado, registrados en las patentes de esta clasificación, son los reticulados y estabilizados, usados ampliamente para texturizar los alimentos, dándole mayor estabilidad al producto e impartiendo una mayor tolerancia al proceso, usándose como extensores cárnicos, adyuvante y saborizante y como emulsionante en preparación de alimentos, entre otros. Los almidones OSA también son utilizados para para glasear, rebozar alimento, como sustitutos de grasa y barrera de absorción en alimentos fritos.
Las patentes clasificadas en “modificaciones de cualidades nutritivas de los alimentos”, apuntaron al desarrollo de productos como suplemento alimenticio y alimentos libres de alérgenos o gluten, probióticos y productos para control y regulación de glicemia, entre otros, utilizando almidones reticulados, para los cuales, se destaca una nuevo desarrollo tecnológico de modificación en condiciones semiseca a temperaturas por debajo de 75 °C como alternativa más atractiva económicamente que los procesos tradicionales de modificación en condiciones húmedas, dado que estos representa alto consumo de agua, de energía, exceso de reactivos y necesidad de etapa de purificación.
Los “preparados medicinales con principios activos” se relacionaron con el uso de almidones como estabilizante de fármacos, en la producción de probióticos y microencapsulación de compuestos bioactivos para la liberación controlada.
Se destaca que Estado Unidos está a la vanguardia de los desarrollos tecnológicos en el uso de almidones convencionales relacionados en procesos de microencapsulación, impulsado por el desarrollo de nuevos sistemas de administración de fármacos y creciente uso en la industria de alimentos y bebidas para sabores, fragancias, colorantes y fabricación de alimentos funcionales, presentándose en los últimos años un notable desarrollo e interés en la solicitud de patentes la oficina de patentes del Tratado de Cooperación en materia de Patentes y países como China y Brasil, en Suramérica, presentan un notable desarrollo e interés en la solicitud de patentes en esta temática,
Lo cual evidencia el creciente interés de solicitudes de propiedad intelectual relacionadas con la utilización de almidones en los desarrollos tecnológicos de productos donde son requeridos. Sin embargo, no se encontraron publicaciones de patentes en países latinoamericanos, en la temática de estudio, lo cual puede ser una oportunidad para mejorar e impulsar el desarrollo tecnológico en esta área del conocimiento. Las compañías del sector farmacéutico y alimentos son las que mayor número de patentes tiene publicadas en esta temática, y se evidenció poca participación de las universidades en solicitudes de patentes relacionadas con la innovación tecnológica de procesos productivos en la industria alimentaria y farmacéutica.
La estructura tecnológica que se desarrolla en el campo de los microencapsulados va dirigida fundamentalmente a encapsular compuestos bioactivos y probióticos, siendo la técnica más utilizada el secado por aspersión, lo que reivindica el uso de esta técnica en el desarrollo de productos nutracéuticos y alimentos funcionales, siendo los almidones modificados químicamente por OSA los que se encuentran dentro de los desarrollos más patentados y utilizados para la microencapsulación de compuestos bioactivos por su carácter anfifílico.
Se han patentado varios métodos y procesos de modificación para mejorar las características microencapsulantes de los almidones que apuntan a hacer los procesos más prácticos y eficientes en términos de funcionalidad, tiempos de preparación, costos, versatilidad y reducción de efluentes. Sin embargo, este es un campo aún comienza en su exploración para almidones de matrices no convencionales.
