Nanoencapsulación de aceite:desarrollo, aplicación e incorporación al mercado de alimentos

Número de publicaciones de nanoencapsulación, nanoemulsión, nanopartículas y nanotecnología por año en la base de datos Scopus utilizando las siguientes palabras clave: a nanoencapsulación, nanoemulsión, nanopartículas y nanotecnología; b nanoencapsulación y aceite, nanoemulsión y aceite, nanopartículas y aceite, y nanotecnología y aceite; y c nanoencapsulación y alimentos y aceite, nanoemulsión y alimentos y aceite, nanopartículas y alimentos y aceite, y nanotecnología y alimentos y aceite

El término nanotecnología se utilizó en muchas publicaciones como un término más general (Fig. 2). Al utilizar la combinación de estos términos y "aceite" (Fig. 1b), se observa un aumento en las publicaciones que involucran el término "nanopartículas". El número de publicaciones sobre “nanoemulsión” y “aceites” ha aumentado significativamente desde 2010, ya sea en áreas generales o relacionadas con la alimentación (Fig. 1b).

Esquema de las definiciones de nanoencapsulación comúnmente utilizadas para aceites

Aunque hay muchas más publicaciones que involucran “nanopartículas” y “nanotecnología” (Fig. 1a), encapsulación es el término más apropiado para describir el empaquetado de sustancias en micro y nanopartículas y se define como un proceso que involucra una sustancia, denominada como el "agente activo", dentro de otro producto denominado "material de la pared" [34,35,36].

La mayoría de las publicaciones sobre nanoencapsulación de aceite utilizan el término "nanoencapsulación" [2, 37,38,39,40,41,42] o "nanoemulsión" [10, 43,44,45,46,47,48]. Algunos autores utilizan el término "nanocápsulas" [49,50,51], y otros utilizan "nanopartículas" [35, 41]. Sin embargo, ambos términos significan originalmente "nanoencapsulación" (Fig. 2), que se ha utilizado en su sentido más amplio, abarcando tanto la formación de nanocápsulas como de nanopartículas [52].

El término "nanopartícula" es un nombre colectivo para nanoesferas y nanocápsulas [17]. Las nanocápsulas poseen una membrana polimérica con un núcleo líquido, en la que el compuesto activo está confinado a una cavidad que consta de un núcleo líquido interior rodeado por una membrana polimérica (la estructura de la cubierta del núcleo puede ser lipófila o hidrófila) [3, 17]. Por otro lado, las nanoesferas se pueden definir como fragmentos coloidales sólidos en los que los composts bioactivos se difunden, capturan, encapsulan y se encadenan químicamente o se adsorben en la matriz polimérica. La matriz polimérica forma una matriz sólida o porosa, y el núcleo probablemente puede convertirse en un material sólido basándose en la estructura del copolímero [3, 53]. Las nanopartículas generalmente se recubren con tensioactivos no iónicos para reducir las interacciones inmunológicas y ayudar a reducir las interacciones moleculares de los grupos químicos en la superficie de la partícula (van der Waals, enlaces de hidrógeno o interacciones hidrófobas). La captación intracelular de nanopartículas es mayor que la de otros sistemas encapsulados. Según la metodología aplicada, las nanocápsulas pueden actuar como vehículo para el material activo retenido en la membrana interna polimérica. El aceite liberado por estos sistemas puede ser transportado desde las nanopartículas al tejido objetivo por desorción, difusión o erosión [3].

La nanoemulsión es el comienzo de la nanoencapsulación, un sistema formado por fases oleosa y acuosa y la emulsificación de estas fases mediante el uso de un emulsionante. Además, las nanoemulsiones se forman con gotas de pequeño tamaño y grandes superficies [10, 18, 37, 54]. Estas propiedades les otorgan ventajas potenciales sobre las emulsiones convencionales, como una buena estabilidad física y una mayor biodisponibilidad [10, 19].

La primera definición de nanotecnología fue discutida en 1959 por el renombrado físico Richard Feynman en su charla Hay mucho espacio en la parte inferior , en el que describió la posibilidad de síntesis a través de la manipulación directa de átomos. La “nanotecnología” fue utilizada por primera vez por Norio Taniguchi en 1974. La nanotecnología surgió como un campo en la década de 1980 y, a partir de este momento, ha habido un aumento en las publicaciones científicas y la conciencia en el área; La investigación en esta área se intensificó en la década de 2000 (Fig. 1), al igual que la atención científica, política y comercial, lo que generó controversias y avances. Además, comenzó a surgir la comercialización de productos basada en los avances en tecnologías a nanoescala [55].

La nanotecnología es un campo multidisciplinario que cubre una amplia gama de materiales, procesos y aplicaciones y abarca las ciencias químicas, físicas, biológicas, electrónicas y de ingeniería. Se centra en la fabricación, caracterización y experimentación de sustancias en el rango de nanoescala, casi entre 1 y 100 nm. El tamaño mínimo de partícula, en relación con el área de la superficie de crecimiento, exhibe propiedades únicas y novedosas y crea un gran potencial para usos tecnológicos [55, 56, 57].

La nanotecnología puede promover estrategias para la estabilidad térmica y de almacenamiento, la solubilidad en agua y las sustancias bioactivas, aumentar la biodisponibilidad para el uso alimentario y mejorar las propiedades a macroescala de los alimentos, como el sabor, la textura, los procesos industriales y la fuerza colorante [58]. Las principales empresas alimentarias han utilizado sus propios departamentos de investigación para diseñar estrategias de aplicación de nanotecnologías en alimentos funcionales [59].

Estado actual de las aplicaciones de nanoencapsulación de petróleo

El crecimiento de la disciplina alimentaria se cuantifica en la Fig. 1b, c como el número agregado de publicaciones que contienen las palabras clave “alimentos” y “aceite” y “nanoencapsulación”, “nanoemulsión”, “nanopartículas” o “nanotecnología” en su resumen.; la información se muestra en función del año de publicación. Como indican las tendencias en la Fig.1, la mayor parte del crecimiento en el campo de la nanotecnología alimentaria se produjo después del año 2010 debido a los numerosos estudios de nanotecnología de finales de los noventa y al crecimiento de aditivos de grado alimenticio adecuados para el proceso de nanopartículas. Las aplicaciones de nanoencapsulación de aceite de la industria se resumen en la Tabla 1.

Actualmente, los productos de nanotecnología en la industria alimentaria alcanzan un valor de mil millones de dólares (en su mayoría compuestos por recubrimientos de nanopartículas para productos que promueven la salud, tecnologías de empaque y borradores), y tienen la posibilidad de aumentar más de 20 mil millones de dólares en los próximos 10 años. . Muchas revisiones muestran un excelente resumen de los grupos de investigación y las organizaciones públicas y privadas que han estado liderando el campo de la nanotecnología alimentaria [11, 13, 60].

Aunque varias revisiones [11, 13, 55, 60, 61] han discutido la inversión en nanotecnología alimentaria y las aplicaciones emergentes de la nanotecnología para la producción primaria, no hay revisiones que aborden la nanoencapsulación de aceite al considerar el aceite como material encapsulado. Además, hay muchas revisiones sobre aplicaciones de nanotecnología [13, 53, 55, 61,62,63,64,65,66,67,68], y la mayoría de ellas se centran en la nanotecnología en aplicaciones alimentarias [13, 52, 55, 61,62,63,64,65,66,67,68].

En la industria alimentaria, el proceso de microencapsulación puede utilizarse por diversas razones, que Desai y Park [4] han resumido de la siguiente manera:a) el material del núcleo se protege de la degradación reduciendo sus respuestas al medio exterior; (b) se reduce la tasa de evaporación o transferencia del material principal al ambiente externo; (c) se modifican las características físicas del material original para facilitar su manipulación; (d) la liberación del material del núcleo está diseñada para que ocurra lentamente a lo largo del tiempo o en un momento particular; (e) se enmascaran los sabores o sabores no deseados del material del núcleo; (f) se logra la misma dispersión en el material de protección; y (g) se separan los componentes de la mezcla que de otro modo reaccionarían entre sí. Estas aplicaciones también son adecuadas para la nanoencapsulación de aceite. Ricaurte et al. [10] y Campo et al. [37] estudiaron el aceite de palma alto oleico (HOPO) y el aceite de semilla de chía con diferentes objetivos. El primer estudio tuvo como objetivo encontrar las condiciones de microfluidización, formación y almacenamiento más favorables para las nanoemulsiones obtenidas de HOPO y el segundo estudio prometió alternativas para proteger el aceite contra la oxidación de lípidos y mejorar la solubilidad y estabilidad (Tabla 1).

Cushen y col. [9] afirma que la afirmación anterior de que la microencapsulación de alimentos está bien establecida; El aceite de pescado microencapsulado se ha aplicado en el pan para obtener beneficios funcionales y saludables. El proceso de microencapsulación enmascara el desagradable sabor del aceite de pescado, y este pan ya es factible en el mercado. La nanoencapsulación y adición de compuestos en la industria alimentaria es una progresión lógica de la tecnología [2, 68]. Además, las reacciones de oxidación, los principales procesos de deterioro de grasas, aceites y alimentos a base de lípidos, dan como resultado una disminución del valor nutricional y la calidad sensorial, y la nanoencapsulación del aceite promueve la reducción de la oxidación a través de la formación de barreras protectoras formadas durante el proceso de nanoencapsulación, como mencionado anteriormente [2].

En su revisión, Walker, et al. [47] destacó la promesa de usar nanoemulsiones para la encapsulación, seguridad y liberación de ácidos grasos omega-3. Estos sistemas de transporte pueden usarse en la industria alimentaria en bebidas con estos lípidos bioactivos y para fortificar alimentos, o pueden usarse en la industria farmacéutica o de suplementos para mejorar la bioactividad de las composiciones funcionales de ácidos grasos omega-3.

Sozer y Kokini [67] simplificaron el uso de la nanotecnología en las industrias alimentaria y de envasado de alimentos. Los tipos de beneficios alimentarios incluyen protección contra la oxidación; liberación controlada de ingredientes encapsulados (humedad o pH); prueba de disfrazar; suministro de sustancias nutritivas nanoencapsuladas, vitaminas y sabores; detección de patógenos en sistemas alimentarios; Seguridad alimenticia; y análisis de calidad. Algunas aplicaciones de envasado de alimentos incluyeron envases mejorados (barreras de gas y humedad, resistencia a la tracción); extensión de la vida útil a través de envases activos, nanoaditivos, envases inteligentes, entrega nutracéutica y liberación controlada; efectos antibacterianos de los envases autolimpiables; y monitoreo de la condición del producto durante el transporte. Las aplicaciones en el envasado de alimentos se consideran muy prometedoras porque pueden mejorar la seguridad y la calidad de los productos alimenticios. Estas aplicaciones incluyen envases inteligentes, que pueden interactuar con el producto alimenticio. Sin embargo, para la aplicación de la nanoencapsulación de aceite en la industria alimentaria, normalmente se utiliza aceite de pescado, y el propósito de la nanoencapsulación es principalmente proteger el aceite de la oxidación de lípidos para la fortificación de alimentos [34, 38, 40].

Como se puede observar, el aceite de pescado es el aceite más utilizado tanto en micro como en nanoencapsulación. Es una fuente de ácidos grasos poliinsaturados e insaturados. Los seres humanos pueden producir la mayoría de los ácidos grasos. Sin embargo, los ácidos grasos omega-6 (n-6) y omega-3 (n-3), que son esenciales en la nutrición humana, no pueden ser sintetizados por el organismo humano. Por lo tanto, los humanos deben adquirirlos de los alimentos. La ingesta de aceites vegetales (aceites comestibles), incluidos los PUFA, está relacionada con una baja incidencia de enfermedades crónicas, como trastornos cardiovasculares o neurológicos, y una disminución de las tasas de cáncer [3, 69].

Los aceites bioactivos se suelen aplicar por sus propiedades nutricionales, pero uno de los principales problemas en relación con su uso es la pérdida de componentes activos durante el almacenamiento [70]. Esto ocurre porque los aceites bioactivos contienen PUFA y otras sustancias (xantofilas, esteroles, carotenoides, monoterpenos, flavonoles, etc.) sensibles al oxígeno, la humedad, el calor y la luz [71]. Los productos formados en aceites oxidados incluyen numerosas especies de radicales libres, productos de oxidación primaria como hidroperóxidos lipídicos y productos de oxidación secundaria como hidrocarburos, aldehídos, epóxidos y cetonas. Algunos de estos productos pueden afectar negativamente a los tejidos biológicos [72]. Debido a esta oxidación, las propiedades y el valor nutricional del aceite se pierden y se produce un sabor y olor desagradables [3].

Los otros compuestos activos de estos aceites pueden exhibir propiedades antioxidantes, antiinflamatorias, antivirales, antibacterianas, anticancerígenas y / o regenerativas de tejidos [73]. Los polifenoles y tocoferoles de los aceites presentan una importante actividad antioxidante. Por tanto, las características y composición de los antioxidantes varían según el tipo de aceite. En consecuencia, los aceites de oliva, girasol, argán y semillas de uva contienen un alto contenido de compuestos antioxidantes [72]. Además, la presencia de compuestos lábiles como esteroles, carotenoides, xantofilas, flavonoles y monoterpenos también contribuye al valor nutricional y las propiedades saludables de un aceite [3].

Además, los AE son productos vegetales comunes compuestos por mezclas de materiales biológicamente activos y proporcionan compuestos potencialmente bioactivos y nuevas plantillas de moléculas [74, 75]. Los AE están compuestos por metabolitos secundarios volátiles con actividades antifúngicas, antibacterianas, antioxidantes, antiinflamatorias, antivirales y anticancerígenas [76]. La eficiencia del OE depende de su composición química, genotipo y condiciones ambientales y agronómicas [77]. Algunos ejemplos de estos aceites son tomillo, lavanda, menta, canela, árbol del té, romero, eucalipto y aceite de hierba de limón, entre otros. Se ha demostrado que estos aceites exhiben propiedades antimicrobianas pero son extremadamente vulnerables a la oxidación [15, 27, 78].

Los AE se clasifican como moléculas bioactivas naturales que se consideran adecuadas para su uso en la inhibición del crecimiento de patógenos transmitidos por los alimentos. Sin embargo, la incorporación directa de OE a los alimentos presenta desafíos tecnológicos debido a la alta volatilidad de algunos constituyentes de OE, la dificultad de incorporación de OE en formulaciones acuosas y la posibilidad de cambios drásticos en las propiedades sensoriales de los productos alimenticios. Entre los componentes que exhiben actividad antimicrobiana, se han utilizado en alimentos el orégano, carvacrol, timol y γ-terpineno.

Algunos aceites esenciales se han utilizado para mejorar la calidad microbiana, sensorial y química de alimentos como la carne, el pollo y los jugos de frutas [28, 79,80,81]. Ghaderi-Ghahfarokhi y col. [28] aceite esencial de tomillo nanoencapsulado y utilizado en hamburguesas de ternera. Observaron que el proceso de encapsulación mejoró la vida útil del aceite esencial de tomillo y minimizó la vaporización de compuestos activos al comienzo del almacenamiento. Además, la liberación lenta del aceite esencial de tomillo durante el almacenamiento podría mantener, o incluso aumentar, la actividad antioxidante y antimicrobiana del aceite hasta el final del almacenamiento refrigerado. Además, hubo cambios positivos en el enrojecimiento y el contenido de oximioglobina de la hamburguesa en comparación con el de los controles, y el aceite esencial de tomillo libre mejoró la aceptabilidad y la calidad sensorial de las hamburguesas de ternera.

Hay estudios que utilizaron aceites esenciales en los alimentos como conservantes naturales para mejorar la seguridad y la calidad de los alimentos, reemplazando a los dañinos conservantes sintéticos [49, 82]. Herculano y col. [82] eucalipto encapsulado y determinó las acciones antimicrobianas de las nanopartículas cargadas en Listeria monocytogenes y Salmonella enteritidis bacterias. Los autores observaron que la acción bactericida de las nanopartículas era más eficaz contra las bacterias grampositivas que contra las gramnegativas, ya que el aceite nanoencapsulado exhibía una actividad mejorada contra S . enteritidis ; estas nanopartículas se pueden utilizar en alimentos para su conservación natural.

La goma de anacardo (CG), cuya estructura se asemeja a la goma arábiga, es un heteropolisacárido extraído del exudado de Anacardium occidentale , un árbol común en la región noreste de Brasil. La goma de anacardo puede interactuar con el agua y, por lo tanto, actuar como estabilizador, emulsionante y adhesivo, y podría ser un buen sustituto de la goma arábiga, que es más cara. CG fue utilizado por Herculano et al. [82] para encapsular Eucalyptus staigeriana aceite esencial (ESO) y el diámetro (nm) y el potencial zeta (mV) de las cápsulas de la formulación fueron, respectivamente, F1:153,80 ± 8,20 y - 24,50 ± 0,45; F2:27,70 ± 3,42; - 14,47 ± 1,42 y F3:432,67 ± 41,47; - 10,45 ± 0,21. Estas formulaciones se componían de F1:CG:ESO =2:1; ESO:Tween 80 =2:1; F2:CG:ESO =4:1; ESO:Tween 80 =2:1; F3:CG:ESO =2:1; ESO:Tween 80 =1:1. Las muestras F1 y F2 mostraron una distribución unimodal, mientras que F3 tuvo una distribución bimodal (nanopartículas y micropartículas).

Nanoencapsulation Methods Applied in Different Oils

In this review, 11 studies that used nanoencapsulated oils in the food industry were analyzed [10, 16, 35, 37, 38, 83,84,85,86,87], and 1 figure, Fig. 3 was made that describes the technologies, nanoencapsulated oils, and wall materials used. Generally, there are many methodologies for the production of nanocapsules containing oils, such as emulsion-diffusion [16, 38, 85], emulsification-solvent evaporation [83], high-shear emulsification [10, 87], spontaneous emulsification [84, 88], homogenization [37], spray drying [35], and the emulsion supercritical fluid extraction process [86] (Fig. 3a). In general, the techniques are similar, with some particular similarities between each of them.

Proposal and techniques (a ), employed oils (b ), and wall materials (c ) of some studies using oil nanoencapsulation in food

In emulsion-diffusion, an emulsion is produced after a dilution causes the deposition of a polymer around the droplets, whereas in emulsification-solvent evaporation, an emulsion is formed with a polymer solution and an aqueous phase. The solvent is evaporated at the end of both techniques. High-shear homogenization, or microfluidization, is a kind of high-energy emulsification which uses microfluidizers to create mechanical shear. This equipment works by dividing a liquid jet into two parts. Every part passes through a narrow opening. Normally, emulsions with a diameter greater than 1 μm are first formed by other methods, after which their sizes are then reduced in a microfluidizer [3].

Spontaneous emulsification, or low-energy emulsification or self-emulsification, is a process which depends on different variables:interfacial and bulk viscosity, interfacial tension, phase transition region, and surfactant structure and concentration because the emulsion is formed spontaneously as a result of the low interfacial tension from high surfactant levels. In the homogenization (nonspecific name) technique, the emulsion is composed of an organic phase, which has a surfactant, organic solvent and oil, and of an aqueous phase, which is composed of water and a polymer. The organic phase is added dropwise to an aqueous solution. Then, the solvent is removed by a vacuum process [37].

The spray dryer technique is based on dissolving or dispersing the active ingredient in a biopolymer solution. Then, the dispersion is atomized in a heated air chamber that rapidly removes the solvent and produces a dried particle consisting of the active ingredient embedded in a porous wall material [31]. The supercritical fluid extraction of emulsions (SFEE) technique is based on the use of supercritical carbon dioxide (CO₂ ) to rapidly extract the organic solvent from an oil-in-water emulsion, in which a bioactive compound and its coating polymer have been previously dissolved. By removing the solvent, both compounds precipitate, generating a suspension of particles in water [86].

In addition to that in oil microencapsulation, the oil usually used in nanoencapsulation is fish oil [16, 35, 38, 86] (Fig. 3b). However, sunflower oil [85], roasted coffee oil [83], HOPO [10], thyme oil [87], garlic essential oil [84], rice bran oil [88], and chia oil [37] are also used (Fig. 3b).

Oil nanocapsules have been produced with the application of different wall materials (Fig. 3c), depending on the usage and kind of oil to be nanoencapsulated. Unlike oil microencapsulation, oil nanoencapsulation does not usually involve wall material mixtures. Usually, the wall material is used alone because the particles formed must have a size of 1000 nm, and, as there is a larger contact surface, the fewer the compounds in the nanocapsule formulation the better the interaction is among the compounds, ultimately favoring the particle size.

The wall materials most used in the techniques are biodegradable polymers. Some usual wall materials used in oil nanoencapsulation are polycaprolactone [16, 38, 86, 88], whey protein [10, 35], sodium caseinate [87], chia seed mucilage [37], maltodextrin, or modified starch [35] (Fig. 3c). Some authors did not report the wall material used in their study [88], probably because of the spontaneous emulsification technique that was employed.

Wall material is chosen according to the size of the required nanoparticles, aqueous solubility and stability, and other factors. Among polymers, most of the wall material utilized is poly(ε-caprolactone) (PCL). PCL is a polymer obtained through the ring-opening polymerization of the cyclic monomer Ɛ-caprolactone utilizing cationic or anionic, coordination, or the radical catalysts mechanism. This polymer is semicrystalline, and its crystallinity is directly associated with its molecular weight. It is soluble in inorganic solvents and has a good blend compatibility that provides a transformation of chemical properties, such as solubility and porosity, and it presents a low melting point (59–64 °C). Furthermore, PCL is a synthetic, biocompatible, and fully biodegradable polymer that has a semi crystalline nature (glass transition temperature of 213 K). It is approved for drug delivery by the Food and Drug Administration (FDA). Due to its slow degradation, PCL is ideally suited for long-term delivery or when a targeted delivery to the intestinal tract is intended. PCL has a high hydrophobicity, high in vitro stability, and low cost [87]. Usually, PCL is utilized in the emulsion-diffusion method and supercritical fluid extraction of emulsions, especially for fish oil encapsulation [16, 86].

Whey protein may also be applied to nanoencapsulate bioactive compounds such as oils because of its functional characteristics, such as its surface activity, gelation, shielding, and protective properties, e.g., biocompatibility and biodegradability [58]. Ricaurte et al. [10] applied HOPO and obtained nanocapsules with whey protein from microfluidization, confirming that this methodology was able to create stable nanocapsules with a diameter of 163 nm.

After synthesis, the basic characterization of the oil nanoparticles is determined by important parameters, such as the size, polydispersity index (PDI), and zeta potential. The size and size dispersion of nanocapsules are important because of their ability to transform the physicochemical and pharmaceutical behaviors of the encapsulated ingredients [58].

Nanoparticle size, also named the mean diameter or z-average, may be established by several methods, such via laser diffraction (LD) and a Coulter counter; however, the most applied technique is dynamic light scattering (DLS) [58, 89], which allows the description of particle size distribution and destabilization phenomena. Nevertheless, it is not very precise when used with large size differences; it is noted that particles larger than 1 μm will be subject to gravitational movement in addition to Brownian motion, which makes this technique suitable for the characterization of particles only < 1 μm.

For nanoencapsulated oils, the diameter size is usually between 100 and 1000 nm [10, 16, 35, 37, 38, 83, 85, 87] or less than 100 nm [84, 86,87,88]. Diameters larger than 1000 nm were found by Ricaurte et al. [10]; those authors reported diameters between 163 and 2268 nm using the microfluidization method and whey protein as a wall material in the nanoencapsulation of HOPO.

Size dispersion is indicated as the PDI, an index that describes the particles uniformity in suspension; PDI values between 0.1 and 0.25 [10, 38, 87, 88] indicate a small size distribution, and PDI values higher than 0.5 indicate a broad distribution [50]. Although some authors, such as Choi et al. [16], Campo et al. [37], and Jafari et al. [35], did not report PDI, it is a good parameter for characterizing nanoparticles when used with particle size and zeta potential. Campo et al. [37] did not perform PDI analysis, but they found a bimodal figure in one of the diameter size results, suggesting the presence of nano and microparticles; if PDI was performed, the values would likely be greater than 0.25.

Zeta potential is a physical characteristic that is shown by particles in suspension, macromolecules, or substance surfaces; it corresponds to the nanoparticle’s electrical potential, as influenced by the nanocapsule ingredients and the medium in which they are distributed. This parameter is widely applied to indicate suspension stability in colloidal dispersions, where zeta potential values higher than 30 mV and lower than − 30 mV promote high stability and prevent particles aggregation [90]. The majority of the studies examined here obtained results between these values (30 mV and − 30 mV) [10, 37, 38, 84, 85]. Some authors, such as Choi et al. [16], Freiberger et al. [83], Bernardi et al. [88], Jafari et al. [35], and Pietro and Calvo [86], did not report the zeta potential.

For nanoencapsulated oils, the zeta potential is usually variable because of wall material characteristics. Campo et al. [37] obtained a zeta potential of − 11.58 ± 1.87 mV for encapsulated chia oil with chia seed mucilage as wall material. Nanoparticles of anionic gums, such as chia seed polysaccharide and cashew gum, can present negative zeta potential due to the presence of carboxylic acids groups in the carboxylate form (-COO-) that generates negative charges [82].

Another important analysis for the characterization of nanoparticles is Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), which is a technique used to obtain an infrared spectrum of the absorption or emission of a solid, liquid or gas. An FTIR spectrometer simultaneously collects high spectral resolution data over a wide spectral range. This provides a significant advantage over a dispersive spectrometer, which measures intensity over a narrow wavelength range. FTIR is a less intuitive way to obtain the same information. Usually, oil nanoparticles are used in the transmittance mode, operating with wavelengths between 400 and 500 and 4000 cm ⁻¹ and a resolution of 4 cm ⁻¹ [37, 84, 91].

Based on FTIR analysis, it is possible to physically perceive the interactions that take place between the nanoparticle components; for example, the FTIR results of nanoencapsulated garlic essential oil showed the characteristic Tween 80 (the emulsifier used) peaks. This phenomenon could be related to coverage in the garlic oil nanoemulsion spectrum due to the stretching vibration of the extracted garlic bands. The band at 1325–1450 cm ⁻¹ showed the presence of S=O, and the band at 1675–1600 cm ⁻¹ showed a -C-C=C symmetric stretch, both of which are present in garlic EO compounds [84].

Incorporation of Nanoencapsulated Oils into the Food Market and Patent Application

According to the House of Lords [92], food currently contains structures at the micro and nanoscale. Fruit juice is composed by plant material that was built from nanoscale ingredients, while Bailey’s Irish Cream contained nanoemulsions with an average droplet size of 190 nm. Margarine had water droplets smaller than 10 μm across, with even smaller fat crystals interspersed in them. The naturally occurring nanomaterials found in food ranged from particles smaller than 100 nm found in drinks such as tea, beer, and coffee to protein structures of approximately 300 nm found in eggs or soy to larger oil particles of approximately 800 nm found in substances such as milk. All fresh and processed food was structured at the nanoscale, and consequently, the body evolved over time to deal with nanoscaled materials.

Few studies have been performed on the incorporation of nanotechnology incorporation into trade [65]. Furthermore, no products that contained oil nanoencapsulation were found in the market. However, there are numerous oil microencapsulation products that can be found in trade, and there is an article that highlights this information [93]. This finding may be attributed to the fact that, in general, nanotechnology is relatively new, and it is a relatively complex technology to employ. However, it is possible to notice some similarities between the methods used for the micro and nanoencapsulation of oils. In addition, the regulation gap in nanotechnology raises some uncertainties about the use of this technology in the market.

Concerning nanotechnology regulation, there are a number of ongoing EU research projects aimed at addressing all aspects of nanosafety, including toxicology, ecotoxicology, risk assessment, exposure assessment, mechanisms of interaction, and standardization. Examples of ongoing EU projects include the NanoLyse project, which is dedicated to the development of analytical tools for the detection and characterization of engineered nanoparticles in food, and the NanoReTox project, which seeks to address the human health and environmental implications of exposure to engineered nanoparticles [94]. However, regulatory institutions such as the Environmental Protection Agency (EPA) and the Food and Drug Administration (FDA) in the USA or the Health and Consumer Protection Directorate of the European Commission have started addressing the potential risks posed by nanoparticles. So far, neither engineered nanoparticles nor the products and materials that contain them are subject to any special regulation regarding production, handling, or labeling.

Although there is no specific nanoparticle regulation, there are some food industry patent documents deposited in different countries. WO2018029626, a patent application from Argentina, focused on chia oil with an edible nanoemulsion. It described a chia oil nanoemulsion comprising between 10 and 20% of chia oil (Salvia hispanica L. ), between 2 and 5% of polysorbate, between 0.5 and 5% of at least one emulsifier other than the polysorbate, between 0.05 and 0.2% of at least one antioxidant, and water. Formulations of edible chia oil nanoemulsions used in transparent drinks and desserts, such as juices and jellies, were disclosed [95]. A patent application from the Republic of Korea, KR20160005182, focused on cinnamon oil nanoemulsions to inhibit the development and increase of dangerous food microorganisms. Furthermore, this invention could not only be used for food additives, food packaging materials, preservatives, etc. but also be utilized in the pharmaceutical and cosmetic industries [96]. A mustard oil nanoemulsion application patent from China, CN103315956, was prepared to alleviate the pungent smell of mustard oil to avoid volatilization, and the mustard oil may be used for bacterial resistance in food and drugs [97]. Wang Weichun Feng Wei submitted an application patent from China, CN103750050, describing a palm oil nanoemulsion that solved the problems of high grease costs, low absorption rates, low oil content in the existing prepared palm oil nanoemulsions, large granularity, poor stability, long production periods, high equipment investments, and high production costs in existing young animal feeds. The palm oil nanoemulsion was prepared by mixing an emulsifier with palm oil, cutting and emulsifying the mixture, and ultrasonically performing cell breaking in the mixture. The process was simple, the entire reaction process was easily controlled, the entire process production period was short, the equipment investment and production costs were low, the oil content of the produced nanoemulsion was high, the distribution granularity was small, the stability was good, and the digestion by livestock increased [98].

There is a growing trend of oil nanoencapsulation patent applications, indicating that many innovations have been made and attesting to the technology the global market.