Molecular dynamics of interfacial phenomena in W/O Cocoa Butter emulsions : Insights into stability mechanisms and their impact on physical-Chemical properties

Este trabajo tuvo como objetivo investigar los fenómenos interfaciales en la interfase agua-aceite dentro de una emulsión de manteca de cacao estabilizada por lecitina de cacao (LC) utilizando simulaciones de Dinámica Molecular (DM). Se evaluó la LC y su estabilidad dentro de la interfase agua-aceite, comparándola con emulsiones comerciales a través de simulaciones de DM y procedimientos experimentales. El modelo de emulsión de manteca de cacao se construyó utilizando la interfaz web CHARMM-GUI con los principales triglicéridos (TAGs) de la manteca de cacao (POS, SOS y POP) y los fosfolípidos (PLs) reportados en la literatura (PC, PE, PI, PS, PG y PA) a temperaturas de 298K, 311K y 333K durante un período de simulación de 50 ns para evaluar la influencia de la temperatura en la estabilidad de las emulsiones. Se compararon con sistemas de emulsión comercial utilizando lecitina de soja y girasol. Se prepararon emulsiones experimentales utilizando aceite de girasol y lecitina de cacao (a 1.0 y 3.0 w/w) con un microprocesador ultrasónico, mientras que las emulsiones comerciales se prepararon utilizando aceite de girasol y lecitina de girasol. El análisis teórico involucró el balance hidrofílico-lipofílico, la función de distribución radial, área de superficie accesible al solvente, radio de giro, enlaces de hidrógeno, parámetro de orden de deuterio, propiedades termodinámicas y la medición de la tensión interfacial utilizando el método de Kirkwood-Buff. Los procedimientos experimentales incluyeron el Método de la Gota Pendante y el análisis de Turbiscan. Los análisis de DM revelaron una reducción significativa en los valores de tensión interfacial (IFT), que fueron comparables con valores reportados en la literatura, acompañados de un aumento en la entropía y el comportamiento anisotrópico de las moléculas de agua en la interfase agua-aceite a 311K y 333K observados en las trayectorias de DM. Los modelos de emulsión comercial también mostraron tendencias de estabilidad similares debido a la presencia de PL similares encontradas en la lecitina de soja y girasol. Aunque las emulsiones experimentales con lecitina de cacao y girasol mostraron una ligera disminución en los valores de IFT en comparación con los reportados en la literatura debido al menor contenido de PC, las emulsiones permanecieron estables según el análisis de luz de retrodispersión.

This research is aimed at investigating interfacial phenomena at the water-oil interface within Cocoa Butter (CB) emulsion stabilized by Cocoa Lecithin (CL) from an atomistic perspective using Molecular Dynamics (MD) simulations. It has been examined the surface-active effect of CL and its stability within the water-oil interface, comparing it to commercial emulsions through MD simulations and experimental procedures. The CB emulsion model was constructed using the CHARMM-GUI web interface with the main Triacylglycerols (TAGs) of CB (POS, SOS, and POP) and the Phospholipid (PLs) reported in the literature (PC, PE, PI, PS, PG, and PA) at temperatures of 298K, 311K, and 333K over a 50 ns simulation period to evaluate the influence of temperature on emulsion stability. It has been compared it to commercial emulsion systems using Soybean Lecithin (SBL) and Sunflower Lecithin (SL). Experimental emulsions were prepared using sunflower oil and CL (at 1.0 and 3.0 w/w) with an ultrasonic microprocessor, while commercial emulsions were prepared using sunflower oil and SL. Theoretical analysis involved the Hydrophilic-Lipophilic Balance (HLB), Radial Distribution Function (RDF), Solvent Accessible Surface Area (SASA), Radius of Gyration (Rg), Hydrogen Bond (HB)s, Deuterium Order Parameter (SCD), thermodynamic properties, and Interfacial Tension (IFT γ) measurement using the Kirkwood-Buff method. Experimental procedures included the Pendant Drop Method and Turbiscan analysis. MD analysis revealed a significant reduction in the IFT γ values, comparable to reported values, accompanied by an increase in entropy and anisotropic behavior of water molecules at the water-oil interface at 311K and 333K, observed within the MD trajectories. Commercial emulsion models also exhibited similar stability trends due to the presence of similar PL found in both SBL and SL. Although the experimental emulsions with cocoa and SL showed a slight decrease in the IFT γ values compared to those reported in the literature due to lower PC content, the emulsions remained stable according to Backscattering light (ΔBS) analysis.

Pregrado

Abogado(a)

Primera edición.