ES2604120T3 - Composición que comprende una fase interna dispersada en una fase continua hidrófila - Google Patents

Abstract

Composición que comprende una fase interna dispersada en una fase continua hidrófila, que posee un porcentaje de fase interna superior a 50% en volumen, caracterizada porque dicha composición contiene nanocristales de un polisacárido distinto de la celulosa que están localizados en la superficie interfacial entre dicha fase interna y dicha fase continua hidrófila.

Description

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DESCRIPCION

Composicion que comprende una fase interna dispersada en una fase continua hidrofila Campo de la invencion

La presente invencion se refiere al campo de las composiciones de fase interna elevada, ventajosamente una emulsion o una espuma, preferentemente una emulsion denominada de “fase interna media” o “fase interna elevada”.

Tecnica anterior

Ciertas composiciones comprenden una fase interna dispersada en una fase continua, a saber, en particular, emulsiones y espumas.

Una emulsion es una mezcla macroscopicamente homogenea, pero microscopicamente heterogenea, de dos sustancias liquidas no miscibles.

Las dos sustancias liquidas presentes se denominan fases. Una fase es continua; la otra fase discontinua interna esta dispersada en la primera fase en forma de gotitas.

Una espuma es muy similar a una emulsion: el gas (a menudo el aire) esta dispersado en muchas burbujas (se habla de “fase dispersada” o de “fase interna”), mientras que el liquido acuoso es completamente continuo (se habla de “fase continua”).

La obtencion de emulsiones de tipo aceite en agua, estabilizadas por nanocristales de quitina, se conoce, por ejemplo, por la publicacion TZOUMAKI et al., "Oil-in-water emulsions stabilized by chitin nanocrystal particles", FOOD HYDROCOLLOIDS, 25 (2011), paginas 1521-1529.

En este documento, las emulsiones obtenidas comprenden un volumen de fase hidrofoba que es inferior a 50%.

Otras composiciones consisten en sistemas dispersados inmiscibles en los que la fase interna, tambien denominada fase dispersada, ocupa un volumen superior a aproximadamente 50 por ciento del volumen total de la composicion.

Las emulsiones de fase interna elevada consisten normalmente en emulsiones denominadas de “fase interna media” o de “fase interna elevada”, tambien denominadas emulsiones de tipo “MIPE” (que corresponde a “Medium Internal Phase Emulsions”) o “HIPE” (que corresponde a “High Internal Phase Emulsions”) respectivamente.

Las emulsiones de fase interna elevada o HIPE consisten en sistemas dispersados inmiscibles lfquido/lfquido en los que la fase interna ocupa un volumen superior a aproximadamente 74%-75% del volumen total de la emulsion, es decir, un volumen superior al que es posible geometricamente para el empaquetado compacto de esferas monodispersas.

Las emulsiones de fase interna media o MIPE consisten por su parte en sistemas dispersados inmiscibles lfquido/lfquido en los que la fase interna ocupa un volumen comprendido entre aproximadamente 50% y 74-75% del volumen total de la emulsion.

La obtencion de emulsiones de tipo agua en aceite de fase interna elevada (de tipo MIPE o HIPE) y su utilizacion para la fabricacion de espumas polimeras se describe, por ejemplo, en la solicitud PCT n° WO-2010/058148.

En esta solicitud PCT n° WO-2010/058148, la emulsion de fase interna elevada es estabilizada por particulas derivadas de celulosa o de quitina, que son funcionalizadas para esto en la superficie mediante hidrofobizacion.

No obstante, el empleo de estas particulas transformadas es susceptible de plantear problemas de seguridad, en particular para aplicaciones alimentarias, con los aspectos de su inocuidad para el consumidor.

La obtencion de estas particulas transformadas obliga a una etapa complementaria de modificacion de la superficie.

Estas particulas transformadas ademas no estan adaptadas para la encapsulacion en constituyentes hidrofobos, debido a que estan previstas para emulsiones de tipo de agua en aceite.

Teniendo en cuenta lo que antecede, existe una necesidad de nuevas composiciones de emulsion en fase interna elevada de tipo aceite en agua, para diversas aplicaciones industriales, en particular la alimentaria.

Mas generalmente, existe una necesidad de estas composiciones en particular de emulsiones de fase interna elevada, que esten estabilizadas por agentes disponibles en gran cantidad, biodegradables, no toxicos, renovables,

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poco costosos, de densidades muy bajas y finalmente que sean facilmente adaptables mediante modificacion de la superficie.

Sumario de la Invencion

La presente invencion se refiere a una composicion (ventajosamente una emulsion o una espuma) que comprende una fase interna, particularmente hidrofoba o gaseosa, dispersada en una fase continua hidrofila que posee u porcentaje de fase interna superior a 50%.

Esta composicion se caracteriza porque contiene nanocristales de un polisacarido distinto de la celulosa, localizados en la superficie interfacial entre dicha fase interna y dicha fase continua.

Por tanto, la composicion segun la invencion contiene ventajosamente:

(i) nanocristales procedentes de un unico polisacarido o de al menos dos polisacaridos diferentes, excluyendo nanocristales de celulosa, o

(ii) nanocristales procedentes de un polisacarido unico o de al menos dos polisacaridos diferentes, distintos de la celulosa, en combinacion con nanocristales procedentes de celulosa.

Los nanocristales de polisacaridos, distintos de los nanocristales de celulosa, se escogen ventajosamente entre nanocristales que tienen carga positiva, a saber, preferentemente, nanocristales de quitina.

Estos nanocristales de polisacaridos se escogen preferentemente entre:

(i) exclusivamente nanocristales de polisacarido con carga positiva, excluyendo nanocristales de celulosa, o

(ii) nanocristales de polisacarido con carga positiva, distinto de celulosa, mezclados con nanocristales procedentes al menos un polisacarido con carga negativa.

Esta composicion consiste ventajosamente en una emulsion o una espuma.

La composicion consiste ventajosamente en una composicion de emulsion de tipo de fase interna elevada o HIPE, que posee un porcentaje de fase interna superior a 75%.

De forma alternativa, la composicion de emulsion es tipo de fase interna media o MIPE, que comprende un porcentaje de fase interna comprendido entre 50 y 75%.

La presente invencion se refiere adicionalmente a un procedimiento de obtencion de una composicion que comprende una fase interna, particularmente hidrofoba o gaseosa, dispersada en una fase continua hidrofila, que posee un porcentaje de fase interna superior a 50%.

Este procedimiento se caracteriza porque comprende las operaciones siguientes:

a) una etapa de incorporacion de nanocristales de un polisacarido distinto de la celulosa, en una fase hidrofila,

b) una operacion de suministro de dicha fase hidrofila que contiene nanocristales de polisacarido y una fase destinada a constituir la fase interna, en particular una fase interna hidrofoba,

c) una operacion de formacion de dicha composicion mediante dispersion de dicha fase interna en dicha fase hidrofila.

Los nanocristales de polisacarido incorporados en la a) se escogen ventajosamente entre nanocristales que tienen carga positiva, a saber, preferentemente, nanocristales de quitina.

Estos nanocristales de polisacarido se escogen en particular entre:

(i) exclusivamente nanocristales de polisacarido con carga positiva, excluyendo nanocristales de celulosa, o

(ii) nanocristales de polisacarido con carga positiva, distinto de la celulosa, mezclados con nanocristales procedentes de al menos un polisacarido con carga negativa.

Al final de la etapa c) la composicion obtenida consiste ventajosamente en una emulsion o en una espuma.

Segun un primer modo de realizacion, la operacion c) de formacion de una emulsion consiste en una operacion “secuencial” que comprende:

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c.1) una etapa de obtencion de una emulsion de aceite en agua, intermedia, que tiene una relacion en volumen de fase interna hidrofoba/fase continua hidrofila de al menos 5/95,

c.2) una etapa de obtencion de la composicion de emulsion que posee un porcentaje de fase interna superior a 50%, que comprende:

c.2.1) una etapa de adicion de un volumen de fase hidrofoba a la emulsion intermedia obtenida en la etapa c.1), y agitacion de la mezcla asi obtenida, y/o

c.2.2) una etapa de concentracion de la emulsion intermedia obtenida en la etapa c.1), mediante retirada de al menos un parte de dicha fase hidrofila.

En este caso, en la etapa c.1), la emulsion de aceite en agua intermedia tiene ventajosamente un porcentaje de fase interna superior o igual a 50%.

Segun un segundo modo de realizacion, la operacion c) de formacion de una emulsion consiste ventajosamente en una operacion “directa” que consiste en mezclar la fase hidrofila que contiene nanocristales de polisacarido y la fase hidrofoba, para la obtencion directamente de dicha emulsion que posee un porcentaje de fase interna superior a 50%.

De manera general, al final de la etapa c), la composicion de emulsion formada es (i) de tipo de fase interna elevada o HIPE, que posee un porcentaje de fase interna superior a 75% o (ii) de tipo de fase interna media o MIPE, que posee un porcentaje de fase interna comprendido entre 50% y 75%.

Descripcion de las figuras

Figura 1: Distribucion del diametro de las gotas (pm) en funcion de la concentracion de nanocristales de quitina en la fase acuosa (g/l);

Figura 2: Distribucion del diametro de las gotas (pm) en funcion del pH del medio, ajustado mediante la modificacion de la concentracion de HCl (nanocristales de quitina de 3 g/l NaCl 20 mM);

Figura 3: Distribucion de los diametros de las gotas (pm) despues de un almacenamiento a diferentes temperaturas (nanocristales de quitina a 3 g/l HCl 0,01 mM, NaCl 20 mM);

Figura 4: Distribucion de los diametros de las gotas (pm) antes y despues del secado (nanocristales de quitina a 5 g/l, HCl 0,01 mM, NaCl 50 mM);

Figura 5: Evolucion del porcentaje de fase interna para una suspension mixta de nanocristales de quitina, 1,5 g/l/nanocristales de celulosa 1,5 g/l (“quitina NC 1,5 g/l + celulosa NC 1,5 g/l”), en comparacion con una suspension testigo de nanocristales de quitina a 3 g/l (“testigo de quitina NC 3 g/l”), en funcion del volumen de aceite anadido en ml.

Descripcion detallada de la invencion

La presente invencion proporciona una nueva composicion de fase interna elevada, es decir, ventajosamente una composicion de emulsion de fase interna media (MIPE) o de fase interna elevada (HIPE), asi como procedimientos para la obtencion de esta composicion.

De manera general, el solicitante ha mostrado que, de forma inesperada, una composicion de emulsion de tipo MIPE/HIPE puede ser estabilizada mediante nanocristales de un polisacarido distinto de la celulosa.

El solicitante ha mostrado igualmente que, de forma inesperada, una composicion en forma de espuma puede ser estabilizada mediante nanocristales de un polisacarido distinto de la celulosa.

Los nanocristales de polisacarido, distintos de nanocristales de celulosa, presentan ventajosamente las siguientes ventajas:

- una adsorcion irreversible que genera una gran estabilidad de las emulsiones MIPE/HIPE (la energia de desprendimiento necesaria para la desorcion de los nanocristales de la superficie interfacial es tal que se considera que esta desorcion no se producira de forma espontanea),

- no toxicidad,

- biodegradables,

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- procedentes de una fuente biologica, y

- facilmente modificable mediante tratamiento posterior.

Estos nanocristales de polisacarido, distintos de los de celulosa, poseen ventajosamente una estructura de tipo varilla anisotropa, que asegura porcentajes de revestimiento y porosidad variables.

Incluso preferentemente, los nanocristales de polisacarido, distintos de los de celulosa, se escogen ventajosamente entre nanocristales procedentes de polisacaridos que comprenden monomeros de glucosa, o derivados de glucosa (por ejemplo, de glucosamina o de derivado de glucosamina), unidos mediante enlaces beta 1,4.

Los nanocristales de polisacarido escogidos poseen ventajosamente una carga positiva modulable (mientras que la mayor parte de los biopolimeros son de carga negativa), permitiendo combinaciones originales y multiples.

COMPOSICION SEGUN LA INVENCION

La composicion segun la invencion comprende por tanto una fase interna dispersada en una fase continua hidrofila, que posee un porcentaje de fase interna superior a 50%.

Esta composicion contiene nanocristales de un polisacarido distinto de celulosa; estos nanocristales estan localizados en la superficie interfacial entre la fase interna y la fase continua hidrofila.

Esta composicion consiste ventajosamente en:

- una composicion de emulsion de tipo fase interna media (MIPE) o de fase interna elevada (HIPE), en la que dicha fase interna esta constituida por una fase liquida hidrofoba, o

- una composicion en forma de espuma, en la que dicha fase interna esta constituida por una fase gaseosa. Definicion general

La composicion segun la invencion consiste ventajosamente en una emulsion o una espuma.

Mediante “emulsion” o “composicion de emulsion”, se entiende una mezcla macroscopicamente homogenea, pero microscopicamente heterogenea, de dos fases liquidas no miscibles.

En la presente invencion, las definiciones de “emulsion” o de “composicion de emulsion” se emplean de forma indiferente.

En una emulsion de la clase “aceite en agua”, en el contexto de la invencion, (i) la fase continua dispersante hidrofila consiste en una fase acuosa y (ii) la fase interna dispersada es una fase hidrofoba.

Una emulsion de aceite en agua puede ser designada tambien mediante las siglas “H/E” en la presente invencion.

Mediante “espuma” se entiende un medio complejo constituido por un material solido o liquido intimamente mezclado con un gas.

Segun la invencion, la espuma consiste ventajosamente en una espuma liquida acuosa en la cual (i) la fase continua dispersante hidrofila consiste en una fase acuosa y (ii) la fase interna dispersada es una fase gaseosa.

Esta espuma puede consistir en una espuma denominada “seca”, es decir, una espuma poco hidratada.

Mas precisamente, una espuma se denomina “seca” cuando el liquido solo ocupa una parte despreciable del volumen total de la espuma; por el contrario, se supone por tanto que la fraccion en volumen de liquido es entonces nula.

Experimentalmente, la fraccion en volumen de liquido puede descender desde 10-2, aproximadamente 10-4.

La fraccion en volumen de liquido corresponde a la relacion entre el volumen de liquido y el volumen total de espuma (Vliquido/Vespuma).

Este valor esta asociado a la densidad p de la espuma mediante la formula siguiente:

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en la cual:

pi y p3, son las densidades respectivas de la solucion y del gas,

§i corresponde a la fraccion en volumen de liquido,

ty* corresponde a la fraccion en volumen de liquido critica, para la cual las gotas no son deformadas (esta definicion definida adicionalmente en la publicacion "Les mousses: structure et dynamique", L. Cantat et al. Paris; Ed Belin, 2010 - 278 paginas - ISBN: 978-2-7011 -4284-5).

Se definen por tanto tres tipos de estructuras de espuma:

- si ty* < ty: las burbujas son esfericas y sin contacto corresponden a un liquido burbujeante,

- si 0,05 < tyi < $*: las burbujas se tocan y adoptan la forma de esferas rotas, correspondientes a una espuma humeda,

- si tyi < 0,05: las burbujas se tocan y adoptan la forma de poliedros, correspondientes a una espuma seca.

Dicho de otro modo, el porcentaje de fase interna esta comprendido entre 64% y 95%, aproximadamente, para una espuma humeda; la fraccion en volumen de fase interna esta por encima de 95% para una espuma seca.

Los aspectos tecnicos relativos a estas espumas se describen adicionalmente en el documento siguiente: "Les mousses: structure et dynamique", L. Cantat et al. Paris; Ed Belin, 2010 - 278 paginas - ISBN: 978-2-7011 -4284-5.

En la presente descripcion, las expresiones “fase aceitosa” y “fase hidrofoba” pueden ser utilizadas de forma indiferente para designar el liquido aceitoso utilizado para la preparacion de una emulsion de la clase de aceite en agua.

La composicion segun la invencion comprende al menos una fase interna.

En la presente descripcion, con la excepcion de los aspectos especificos de las emulsiones, las expresiones “fase interna”, “fase interna hidrofoba”, “fase dispersada”, “fase dispersada hidrofoba” pueden ser utilizadas de forma indiferente para designar:

- la fase aceitosa dispersada de una emulsion de la clase aceite en agua, o

- el gas dispersado en una espuma liquida acuosa.

En la presente descripcion, las expresiones “fase acuosa” y “fase hidrofila” pueden ser utilizadas de forma indiferente para designar el liquido acuoso utilizado para la preparacion de una emulsion de la clase aceite en agua o de una espuma.

En la presente descripcion, las expresiones “fase continua”, “fase continua hidrofila” y “fase continua acuosa” pueden ser utilizadas de forma diferente para designar la fase acuosa dispersante de una emulsion de aceite en agua o de una espuma.

Mediante “porcentaje de fase interna” de una composicion de emulsion o de una espuma se entiende, segun la invencion, la relacion expresada en porcentaje en volumen entre (i) el volumen de fase interna dispersado en la fase continua hidrofila y (ii) el volumen total de la composicion resultante.

Para una espuma, la definicion de “porcentaje de fase interna” corresponde ventajosamente, de manera equivalente, a la definicion de “fraccion en volumen de la fase dispersada”.

Una composicion de “fase interna elevada” es por tanto un sistema dispersado inmiscible lfquido/lfquido o liquido/gas en el que la fase interna, tambien denominada fase dispersada, ocupa un volumen superior a aproximadamente 50%, preferentemente a aproximadamente 55% del volumen total de la composicion.

Una “emulsion de fase interna elevada” es por tanto un sistema dispersado inmiscible lfquido/lfquido en el que la fase interna, tambien denominada fase dispersada, ocupa un volumen superior a aproximadamente 50%, preferentemente a aproximadamente 55% del volumen total de la emulsion.

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Se recuerda que una emulsion de fase interna elevada (HIPE) consiste en un sistema dispersado inmiscible liquido/ liquido en el que la fase interna, tambien denominada fase dispersada, ocupa un volumen superior a aproximadamente 74-75 por ciento del volumen total de la emulsion, es decir, un volumen superior al que es posible geometricamente para el empaquetado compacto de esferas monodispersas, es decir, de una poblacion de esferas de tamano homogeneo.

Se recuerda adicionalmente que una emulsion de fase interna media (MIPE) consiste en un sistema dispersado inmiscible lfquido/lfquido en el que la fase interna ocupa un volumen comprendido entre 50 y 74-75 por ciento del volumen total de la emulsion.

Segun la invencion, la emulsion de fase interna media (MIPE) consiste ventajosamente en un sistema dispersado inmiscible lfquido/lfquido en el que la fase interna ocupa un volumen comprendido entre 50, preferentemente 55 y 74-75 por ciento del volumen total de la emulsion.

En ciertas situaciones, cuando una emulsion de tipo HIPE es preparada segun el procedimiento definido con anterioridad, se puede obtener una fase de emulsion que comprende una fase hidrofoba que esta dispersada en la fase continua hidrofila en forma de emulsion, eventualmente con (i) una fase aceitosa constituida por un volumen de fase hidrofoba que esta presente en la composicion en una forma no dispersada (siendo medido este volumen) y/o (ii) una fase acuosa (que no forma de la emulsion).

El porcentaje de fase interna se calcula mediante (i) medicion del volumen de la fase hidrofoba no dispersada, la cual en general sobrepasa la fase de emulsion, (ii) medicion del volumen de la fase de emulsion y seguidamente (iii) calculo del volumen de fase hidrofoba que esta en forma dispersada en una fase de emulsion, debiendo entenderse que es conocido el volumen total de fase hidrofoba contenido en la composicion.

Mediante “relacion en volumen de fase interna hidrofoba/fase continua hidrofila”, particularmente para una emulsion de tipo MIPE o HIPE, se entiende segun la invencion la relacion entre (i) el volumen de la fase hidrofoba incluida en la emulsion y (ii) el volumen de la fase hidrofila incluida en la emulsion.

Esta ultima relacion es unicamente indicativa, en el sentido de que es igualmente en funcion de la cantidad de nanocristales incluidos en la emulsion. De manera general, los ensayos se realizaron con una fase hidrofila que contiene nanoparticulas en suspension a una concentracion de 0,3 a 0,8 g/l. Esta concentracion no es en modo alguno limitativa; el limite mas fiable es ventajosamente, sin limitacion alguna, un grado de revestimiento de 80% durante la fabricacion de la emulsion de Pickering. En el caso de un procedimiento de fabricacion “secuencial” desarrollado con posterioridad, si se cumple la condicion de estabilidad de la emulsion de Pickering (etapa c.1)), el procedimiento puede estar seguido de la adicion de la fase hidrofoba o de la retirada de al menos una parte de la fase hidrofila para formar la emulsion MIPE o HIPE (etapa c.2)).

Porcentaje de fase interna

Segun la invencion, una composicion que comprende una “fase interna elevada” posee un porcentaje de fase interna superior a 50%, preferentemente superior a 55%.

Segun un modo de realizacion, la emulsion formada es ventajosamente del tipo de fase interna media (MIPE), que posee un porcentaje de fase interna comprendido entre 50% y 75%, preferentemente entre 55% y 75%, ventajosamente incluso entre 60% y 75%, ventajosamente incluso entre 65% y 75% y ventajosamente incluso entre 70% y 75%.

Segun otro modo de realizacion, la emulsion formada puede ser incluso del tipo de fase interna elevada (HIPE), que posee un porcentaje de fase interna superior a 75%, preferentemente incluso superior a 80%, preferentemente incluso superior a 85%, todavia incluso superior a 90%. Este porcentaje de fase interna esta incluso comprendido ventajosamente entre 80% y 90%, preferentemente entre 85% y 90%.

Segun otro modo de realizacion adicional, la composicion se presenta en forma de una espuma cuyo porcentaje de fase interna, correspondiente a la fraccion en volumen de fase dispersada, es superior a 50%, preferentemente superior a 55%, preferentemente incluso entre 64% y 95%.

En el caso de una espuma denominada “seca”, el porcentaje de fase interna es ventajosamente superior a 95%. Relacion en volumen

En ciertos modos de realizacion, se forma una composicion de emulsion MIPE o HIPE que tiene una relacion en volumen de fase interna hidrofoba/fase continua hidrofila superior a 60/40, preferentemente incluso superior a 80/20.

Por “superior a 60/40” o “de al menos 60/40”, se entiende una fase interna hidrofoba cuyo valor es ventajosamente superior a 60 en la relacion en volumen, a saber, particularmente 65/35, 70/30, 75/25, 80/20, 85/15 o 90/10.

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Por “superior a 80/20” o “de al menos 80/20”, se entiende una fase interna hidrofoba cuyo valor es ventajosamente superior a 80 en la relacion en volumen, a saber, particularmente 85/15 o 90/10.

Nanocristales de un polisacarido distinto de la celulosa

La composicion, en particular una composicion de emulsion, es estabilizada por tanto por nanocristales de polisacarido que consisten, para algunos al menos, en nanocristales distintos de nanocristales de celulosa.

Los polisacaridos (a veces denominados glicanos, poliosidos, poliholosidos o glucidos complejos) son polimeros constituidos por varias osas (denominados azucares o “unidad de anhidroglucosa” o “AGU”) unidas entre ellas.

Por “polisacaridos”, se entiende en particular polimeros formados por la condensacion repetitiva de osas mediante un enlace osidico, ventajosamente de al menos 10 unidades osidicas, para alcanzar varios centenares o millares de unidades.

Los nanocristales de polisacarido son conocidos en la tecnica anterior, a menudo con la denominacion de “whiskers” o “nanowhiskers”.

El termino “nanocristales” significa que se trata de cristales en los que al menos una dimension es de tamano nanoscopico o submicronico, constituidos por cadenas macromoleculares orientadas en el sentido de la fibra de forma paralela o antiparalela.

Estos nanocristales de polisacarido pueden proceder de diversas fuentes, por ejemplo, de origen vegetal, bacteriano, animal, fungico o amebico; pueden ser obtenidos mediante degradacion de la fuente o por recristalizacion.

La composicion segun la invencion puede contener en particular:

(i) nanocristales procedentes de un polisacarido o de una mezcla de polisacaridos, distintos de la celulosa, o

(ii) nanocristales procedentes de un polisacarido o de una mezcla de polisacaridos, distintos de la celulosa, mezclados con nanocristales de la celulosa.

Mediante “nanocristales de celulosa” se entiende nanocristales conocidos en la tecnica anterior, a menudo con la denominacion de “whiskers” de celulosa, “nanowhiskers” de celulosa o “nanocelulosa”.

Estos nanocristales de celulosa pueden proceder de diversas fuentes: vegetal (por ejemplo, pulpa de madera, algodon o algas), animal (por ejemplo, tuniciado), bacteriano, celulosa regenerada o celulosa mercerizada. Se describen, por ejemplo, en el documento de Samir et al. (2005, Biomacromolecules, Vol.6: 612-626) o en el documento de Elazzouzi-Hafraoui et al. (Biomacromolecules. 2008;9(1):57-65.).

Los nanocristales de polisacarido, distintos de los de celulosa, se escogen ventajosamente entre nanocristales procedentes de polisacaridos denominados “de estructura”, es decir, polimeros de glucosa o de un derivado de glucosa que no estan ramificados y cuyo enlace entre unidad es un enlace anomero de tipo p.

A este respecto, los nanocristales de polisacarido, distintos de los de celulosa, se escogen ventajosamente entre nanocristales procedentes de los polisacaridos siguientes:

- glucanos, polimeros de D-glucosa,

- galactanos, polimeros de D-galactosa,

- xilanos, polimeros de D-xilosa, y

- polimeros D-glucosamina, que comprenden particularmente quitina.

Por “glucano” se entiende el grupo de los a-glucanos, comprendidos los polisacaridos siguientes:

- almidon, a-1,4- y a-1,6-glucano

- amilopectina, a-1,4- y a-1,6-glucano

- amilosa, a-1,4-glucano.

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Por “glucano” se entiende igualmente el grupo de los p-glucanos, comprendidos los polisacaridos siguientes:

- curdlano, p-1,3-glucano

- laminarina, p-1,3- y p-1,6-glucano

- lentinano, para p-1,6: p-1,3-glucano

- pamylon

- pleurano, p-1,3- y p-1,6-glucano

- zimosano, p-1,3-glucano.

De forma incluso preferida, estos nanocristales de polisacarido, distintos de los de celulosa, se escogen ventajosamente entre nanocristales procedentes de polisacaridos que comprenden monomeros de glucosa, o derivado de glucosa (por ejemplo, glucosamina o de derivado de glucosamina, particularmente, del tipo N-acetil-D- glucosamina), unidos mediante enlaces beta 1,4.

Entre los nanocristales de polisacarido, se escogen en particular entre los que comprenden una carga positiva (mientras que la mayor parte de los biopolimeros tienen carga negativa), permitiendo combinaciones originales y multiples.

Esta carga positiva es ventajosamente modulable.

Esta carga positiva puede ser intrinseca a los nanocristales de interes (particulas no funcionalizadas) o puede ser obtenida mediante funcionalizacion (ventajosamente mediante injertado de una funcion N-acetilamina).

La composicion segun la invencion puede contener por tanto en particular:

(i) exclusivamente nanocristales de polisacarido con carga positiva, excluyendo nanocristales de celulosa, o

(ii) nanocristales de polisacarido con carga positiva, distintos de la celulosa, mezclados con nanocristales procedentes de al menos un polisacarido, ventajosamente con carga negativa.

A este respecto, los nanocristales de polisacarido se escogen por tanto ventajosamente entre nanocristales de quitina, designados incluso de forma general en ingles con el nombre de “chitin nano-crystal” o “ChN”.

El nombre quimico de la molecula de quitina es poli-N-acetil-D-glucosamina, p-(1,4)-2-acetamido-desoxi-D-glucosa o mas simplemente [N-acetil-D-glucosamina p-(1,4) N-acetil-D-glucosamina]n.

La quitina abarca ventajosamente polisacaridos compuestos por unidades de N-acetil-p-D-glucosamina (de 50 a 100%) y unidades de D-glucosamina (de 0 a 50%).

En el contexto de la invencion, se nombraran ventajosamente “nanocristales de quitina” a objetos cristalinos aciculares formados a partir de una asociacion de cadenas copolimeras de glucosamina y N-acetil-D-glucosamina unidas mediante un enlace p, (1-4).

Los nanocristales de quitina pueden ser de origen animal o fungico. Como ejemplo de fuente animal se pueden citar los crustaceos (cangrejos, gambas, langostas, etc.) y ciertos insectos (abejorros, escarabajos, etc.). Como ejemplo de fuente fungica de la quitina se pueden citar los hongos y las levaduras.

Como se desarrolla en lo que sigue, el solicitante ha mostrado que las propiedades ffsico-qufmicas de una composicion de emulsion del tipo MIPE/ HIPE estabilizada por nanocristales de quitina estan condicionadas por los parametros siguientes:

- los parametros estructurales de los nanocristales de quitina,

- la densidad de carga en la superficie de los nanocristales de quitina,

- el grado de revestimiento por los nanocristales de quitina,

- la relacion en volumen de fase dispersada hidrofoba/fase continua hidrofila,

- la fuerza ionica o el pH de la composicion de emulsion, y

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- el metodo de preparacion.

Como se desarrolla igualmente en lo que sigue, el solicitante ha mostrado que las propiedades ffsico-qufmicas de una composicion del tipo espuma estabilizada por nanocristales de quitina estan condicionadas por los parametros siguientes:

- el grado de revestimiento por los nanocristales de quitina,

- la fuerza ionica o el pH de la composicion de emulsion.

En particular, los nanocristales de quitina presentan, de forma inesperada, cualidades superiores de estabilizacion (asociadas a la presencia de funciones acetilamina cuyo caracter hidrofobo refuerza el caracter anfifflico que hace que estos nanocristales esten mas facilmente en la superficie interfacial.

Los nanocristales pueden proceder incluso de polisacaridos escogidos entre p-1,3-glucano, p-1,3-xiano y p-1,4- manano, que tienen en comun una estructura fibrilar semejante a la de la quitina. Tambien, estos polisacaridos pueden presentarse en forma de nanocristales.

Estos ultimos nanocristales pueden ser de origen vegetal o fungico. Como ejemplo de fuente vegetal se puede citar, en particular, para el p-1,3-xilano, ciertas algas. Para el p-1,4-manano, se pueden citar igualmente ciertas algas, asf como el endospermo de granos de plantas terrestres. Como ejemplo de fuente fungica de los polisacaridos se pueden citar, para el p-1,3-glucano, ciertos hongos y ciertas levaduras.

Los nanocristales pueden proceder incluso de polisacaridos escogidos entre almidon, a-1,4-glucano y a-1,6-glucano. La composicion segun la invencion puede contener, por tanto, ventajosamente:

(i) nanocristales de quitina exclusivamente, o

(ii) nanocristales de quitina, ventajosamente con carga positiva, mezclados con nanocristales procedentes de al menos otro polisacarido (por ejemplo, celulosa) ventajosamente con carga negativa.

Segun un modo de realizacion preferido del caso (i), la composicion es estabilizada unicamente por nanocristales de quitina, sin adicion:

- ni de otros compuestos emulsionantes o estabilizantes,

- ni de otras partfculas solidas, en que dichas partfculas solidas estan funcionalizadas o no funcionalizadas.

Segun el caso (ii), la relacion de nanocristales de quitina con carga positiva/ nanocristales procedentes de polisacarido(s) con carga negativa se ajusta ventajosamente segun un valor correspondiente a la carga superficial deseada.

Esta relacion se puede escoger, por ejemplo, entre 1/99 y 99/1, preferentemente entre 10/90 y 90/10, particularmente entre 1/99, 10/90, 20/80, 30/70, 40/60, 50/50, 60/40, 70/30, 80/20, 90/10 o 99/1.

En este caso, la superficie de las gotas o burbujas serfa ventajosamente de tipo de iones hfbridos (positivo y negativo).

La composicion puede contener incluso cualquier otro compuesto apropiado para su utilizacion, para su destino final o para su aplicacion.

La aplicacion de la composicion se puede escoger entre composiciones utilizables en los campos alimentarios, cosmeticos, farmaceuticos o incluso fitosanitarios.

En funcion de la aplicacion buscada para la composicion final segun la invencion, la composicion puede contener, por ejemplo, sin limitacion alguna, principios activos y adyuvantes como conservantes, gelificantes, disolventes, materias colorantes, etc.

Caracteristicas dimensionales de los nanocristales de polisacarido

Los nanocristales de polisacarido, particularmente de quitina, son partfculas solidas altamente cristalinas.

Estos nanocristales de polisacarido estan desprovistos, o al menos practicamente desprovistos, de parte amorfa. Presentan preferentemente un grado de cristalinidad de al menos 60% y, preferentemente comprendido entre 60% y

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Los nanocristales de polisacarido, distintos de los de celulosa, se presentan ventajosamente en forma de varillas anisotropas (Revol JF and Marchessault RH, Int. J. Biol. Macromol. (15) 1993, 325), de plaquetas o de esferas (esferillas) (Murray S.B. and Neville A.C. Int J. Biol. Macromol. 20 (1997) 123-130).

Mediante “varillas anisotropas” se entienden particulas orientables con una relacion de longitud/ anchura superior a 1.

Esta morfologia puede ser observada, por ejemplo, mediante microscopio electronico, en particular mediante microscopia electronica de transmision (o “MET”).

Estos nanocristales tienen ventajosamente anchuras que varian de 2 a 50 nm, para longitudes maximas de aproximadamente 1 micrometro.

Ventajosamente, los nanocristales de quitina tienen una forma alargada anisotropa.

Los nanocristales de quitina comprenden generalmente las caracteristicas dimensionales siguientes: (i) una longitud media comprendida entre 150 y 600 nm y (ii) una anchura comprendida entre 5 y 50 nm.

Como excepcion, se conoce igualmente nanocristales procedentes de quitina de “rifia” (animal de las profundidades marinas) cuyas caracteristicas dimensionales son: (i) una longitud media de aproximadamente 2.200 nm y (ii) una anchura de aproximadamente 18 nm.

Mediante “longitud” se entiende la dimension mas elevada de los nanocristales, que separa dos puntos situados en las extremidades de su eje longitudinal respectivo.

Mediante “anchura” se entiende la dimension medida a lo largo de los nanocristales, perpendicularmente a su eje longitudinal respectivo y correspondiente a su seccion maxima.

En modos de realizacion preferidos, las nanoparticulas de quitina forman una poblacion relativamente homogenea de nanocristales cuyos valores experimentales de longitud siguen una distribucion gaussiana centrada sobre el valor de la longitud asignada para dicha poblacion de nanocristales. En estos modos de realizacion preferidos, se pueden utilizar, por ejemplo, nanocristales de quitina de un “unico tamano determinado”, como se ilustra en los Ejemplos.

En la practica, la morfologia y las dimensiones de los nanocristales pueden ser determinados utilizando diferentes tecnicas de formacion de imagenes como microscopia electronica de transmision (MET) o microscopia de fuerza atomica (AFM), difusion de rayos X o de neutrones de angulos pequenos (respectivamente SAXS para “Small-Angle X-ray Scattering" y SANS para “Small-Angle Neutron Scattering") o incluso la difusion dinamica de la luz (DDL).

Ventajosamente, los nanocristales de quitina tienen una relacion de longitud/anchura superior a 1 e inferior a 100, preferentemente comprendida entre 5 y 30.

Una relacion de longitud/anchura superior a 1 e inferior a 100 abarca las relaciones de longitud/anchura de al menos 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41,42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61,62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71,72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98 y 99.

Por ejemplo, los nanocristales de quitina pueden proceder de:

- caparazon de cangrejo: 240 nm sobre 15 nm (Nair et Dufresne, Biomacromolecules 2003) o 260 ± 80 nm sobre 23 ± 3 nm (Belamie et al. J. Phys. Chem. 2004), o

- caparazon de gamba: 200 a 560 nm sobre 18 a 40 nm (Phonggying et al. Polymer 2007).

Carga en la superficie de los nanocristales de polisacarido

Para optimizar la estabilidad de las composiciones, los nanocristales de polisacarido se escogen ventajosamente en funcion de sus caracteristicas superficiales, teniendo en cuenta particularmente aspectos electrostaticos.

En particular, los nanocristales de quitina tienen carga positiva debido a las funciones aminas en la superficie (en particular, un grupo N-acetilglucosamina); la densidad de carga de la superficie varia entonces segun el nivel de acetilacion.

En lo que se refiere a las caracteristicas electrostaticas de la superficie, los nanocristales de quitina que estabilizan

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la emulsion tienen ventajosamente una densidad de cargas superficiales maxima de aproximadamente 1 e.nm-2. Se aprecia que “e” corresponde a una carga elemental.

La densidad de carga superficial se puede escoger ventajosamente en funcion de la fuerza ionica de la fase acuosa.

El efecto desestabilizante de la densidad de carga superficial puede ser eventualmente neutralizado mediante un aumento de la fuerza ionica en la fase acuosa.

Ventajosamente, esta densidad de carga superficial se determina mediante dosificacion conductimetrica.

La densidad de carga superficial puede ser obtenida mediante un control del grado de acetilacion de los nanocristales.

El “grado de acetilacion” (o “DA”) es la fraccion molar x 100 unidades de N-acetil-D-glucosamina sobre el numero total de unidades de glucosamina.

El DA puede ser determinado mediante diferentes metodos: titulacion conductimetrica, medicion por analisis elemental de la relacion de nitrogeno/carbono, espectrometrias IR o UV, RMN liquida 1H o solida 13C o mediante reaccion enzimatica (M. Rinaudo, Progress in Polymer Science, 2006, 31,603-632).

La desacetilacion de la quitina se puede efectuar en estado alcalino (NaOH concentrado) o mediante hidrolisis enzimatica en presencia de quitina desacetilasa.

Es posible desacetilar parcialmente los nanocristales de quitina mediante un tratamiento alcalino, por ejemplo, una solucion de NaOH al 33% a 90 °C durante 2 h a 4 h con rendimientos de 85% a 90% (Y. M. Fan, T. Saito and A. Isogai, Carbohydrate Polymers, 2010, 79, 1046-1051).

El grado acetilacion (DA) define la solubilidad de la cadena y, por tanto, su nomenclatura.

Para valores de DA superiores a 50%, la quitina se presenta en una forma solida insoluble; para valores de DA inferiores a 50%, se obtienen cadenas solubles de quitosano.

Segun la invencion, este grado de acetilacion esta comprendido ventajosamente entre 50% y 100%, preferentemente al menos 70% (por ejemplo, aproximadamente 74%), preferentemente incluso de aproximadamente 90%.

De forma general, los nanocristales de polisacarido utilizados segun la invencion son nanocristales que no han sido sometidos a modificaciones de las funciones superficiales.

Esto abarca los nanocristales de quitina cuyas funciones aminas no han sido modificadas mediante desacetilizacion.

Particularmente, se utilizan preferentemente nanocristales de sacararido que no han sido funcionalizados o injertados con grupos que permiten su reticulacion posterior, por ejemplo, grupos de tipo metacrilato o dimetacrilato.

Igualmente, se utilizan preferentemente nanocristales de polisacarido que no han sido funcionalizados o injertados por moleculas polimeras, como un polietilenglicol, un poli(hidroxiester) o incluso un poliestireno.

De manera general, pareceria que hay un efecto de la densidad de cargas superficiales en ausencia de sal, pero que este efecto desaparece mediante la adicion de NaCl (lo que protege las cargas y limita las repulsiones electrostaticas).

Cantidad de nanocristales de polisacarido, distintos de los nanocristales de celulosa, y grado de revestimiento

La composicion comprende ventajosamente de 0,035% a 2% en peso, preferentemente incluso de 0,05% a 1% en peso de nanocristales de polisacarido, ventajosamente de quitina, con relacion al peso total de dicha composicion.

Esta proporcion en peso de nanocristales de polisacarido puede ser evaluada, por ejemplo, mediante extraccion en seco de la fase acuosa o mediante dosificacion de los azucares despues de la hidrolisis.

Se ha mostrado segun la invencion que una cantidad de nanocristales de polisacarido suficiente para la obtencion de un grado de revestimiento de al menos 50%, preferentemente al menos 60%, preferentemente incluso de al menos 70%, ventajosamente de aproximadamente 80%, en funcion del tipo de nanocristales utilizados, es necesaria para la obtencion de una composicion de emulsion MIPE o HIPE final segun la invencion.

En el contexto de la presente descripcion, el “grado de revestimiento” por nanocristales de polisacarido representa la proporcion de la superficie de gotitas de la fase hidrofoba dispersadas en la fase acuosa, en la superficie interfacial

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aceite/agua, que esta revestida por los nanocristales de polisacarido.

El grado de revestimiento “C”, que la relacion entre (i) la superficie de nanocristales de polisacarido presentes en la composition de emulsion susceptible de estabilizarse en la superficie interfacial de fase interna hidrofiba/fase continua hidrofila y (ii) la superficie total de las gotitas de fase hidrofoba en dicha composicion de emulsion, se calcula segun la formula (I):

imagen2

en la cual:

- Sp representa la superficie de nanocristales de polisacaridos susceptible de estabilizarse en la superficie interfacial presente en la composicion de emulsion, y

- Sd representa la superficie total de las gotitas de fase hidrofoba en la composicion de emulsion.

La superficie de los nanocristales se asimila a una superficie de un solo plano, adoptando la hipotesis de que los nanocristales estan alineados sobre dicha superficie en una cinta plana.

En consecuencia, los valores de la superficie de los nanocristales pueden ser calculados segun la formula (II) siguiente:

en la cual:

N _ ifip _ mP

p Vpxpp Ixlxlrxpp

en la cual:

- Sp representa la superficie de nanocristales de polisacarido susceptible de estabilizarse en la superficie interfacial presente en la composicion de emulsion,

- Np significa el numero de nanocristales de polisacarido presentes en la fase acuosa,

- L significa la longitud de los nanocristales de polisacarido,

- l significa la anchura de los nanocristales de polisacarido,

- h significa la altura de los nanocristales de polisacarido,

- mp significa el peso de nanocristales de polisacarido, y

- p significa la densidad de los nanocristales de polisacarido.

La superficie de las gotitas es la superficie en la superficie interfacial aceite/agua, que se calcula para cada diametro medio de gotitas segun D(3,2).

En consecuencia, el valor de la superficie de las gotitas se puede calcular segun la formula (III) siguiente:

imagen3

Sd=A7zR2'xNg=A7iR2'x 3Voil (III),

4 7iR3 *

en la cual:

N _Voil_ (|V) * 4/3^3 1 1

en la cual:

- Ng significa el numero de gotas presentes en la emulsion,

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- Sd significa el valor de la superficie de las gotitas de fase hidrofoba,

- R significa el radio medio de las gotitas, y

- Voil significa el volumen total de la fase interna hidrofoba.

El valor final del grado de revestimiento “C” se calcula segun la formula (I) ya mencionada con anterioridad:

C= Sp / Sd (I),

en la cual:

- Sp representa la superficie de nanocristales de polisacarido susceptible de estabilizarse en la superficie interfacial y presentes en la composicion de emulsion,

- Sd representa la superficie total de las gotitas de fase hidrofoba en la composicion de emulsion.

Los ejemplos muestran adicionalmente que una composicion en forma de espuma puede ser obtenida a partir de una solucion que contiene una concentracion de al menos 6 g/l de quitina.

Fuerza ionica y pH

El solicitante ha mostrado igualmente que la estabilidad de la composicion de emulsion puede ser aumentada utilizando una fase acuosa que tenga una fuerza ionica minima determinada.

Como ya se mostro en los ejemplos con nanocristales de quitina, una estabilidad optima de la emulsion se obtiene a partir de un umbral minimo de valor de la fuerza ionica de la fase acuosa (por ejemplo, una concentracion final de 2 mM de NaCl, para una suspension de 3 g/l de nanocristales de quitina y una concentracion de HCl de 0,1 mM).

Como ya se mostro adicionalmente en los ejemplos, una estabilidad maxima de la composicion de emulsion se obtiene para un valor de la fuerza ionica correspondiente a una concentracion final de NaCl de 10 a 50 mM en dicha emulsion.

Siempre como se observo en los ejemplos, la ausencia de fuerza ionica o un aumento de la fuerza ionica mas alla de 10 mM tienden a una estabilizacion de una composicion de tipo espuma. En este caso, la fuerza ionica esta comprendida ventajosamente entre 1 y 5 mM de NaCl.

Sin vinculaciones a teoria alguna, el solicitante cree que el valor umbral de la fuerza ionica de la fase acuosa a partir de la cual se obtiene una estabilidad optima de la emulsion es aquella para la cual las cargas (contra-iones) presentes en la fase acuosa neutralizan las cargas (iones) presentes en los nanocristales.

Como se mostro igualmente en los ejemplos, la presencia de contra-iones en exceso no influye significativamente sobre las propiedades de estabilidad de la emulsion. Para un exceso masivo de contra-iones, que no se alcanzo en las condiciones operatorias de los ejemplos, se puede prever una variacion de las condiciones debido a una precipitacion de nanocristales sin alterar necesariamente la estabilidad de la emulsion (el fenomeno de agregacion se mostro muy favorable para la estabilizacion de la emulsion).

Con caracter indicativo, segun un modo de realizacion particular, los nanocristales de quitina comprenden ventajosamente una densidad de cargas superficiales maxima de 0,9 e.nm-2 para estabilizar una composicion que comprende una fuerza ionica al menos igual a la fuerza ionica a 5 mM de NaCl.

Para una composicion que comprende una fuerza ionica superior a la fuerza ionica equivalente a 10 mM de NaCl, la densidad de cargas superficiales portada por los nanocristales de quitina parece que ya no es un parametro relevante para la estabilizacion eficaz de la emulsion.

Una fuerza ionica superior a la fuerza ionica equivalente a 10 mM de NaCl incluye una fuerza ionica superior a 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150, 155, 160, 165, 170, 175, 180, 185, 190, 195, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 275, 280, 290, 300, 310, 315, 320, 325, 330, 335, 340, 345, 350, 360, 370, 375, 380, 390, 400, 410, 420, 430, 440, 450, 460, 470, 480, 490, o superior a 500 mM de NaCl. Preferentemente, la fuerza ionica es inferior a una fuerza equivalente 3 M de NaCl.

El solicitante ha mostrado tambien que la estabilidad de la composicion de emulsion puede ser aumentada utilizando una fase acuosa que tenga un pH determinado, cuyo valor es ajustado ventajosamente mediante la concentracion de acido.

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Por ejemplo, el acido se escoge entre acidos minerales u organicos, ventajosamente entre acido clorhidrico, acido perclorico, acido acetico, acido formico, acido cloroacetico, acido citrico, acido picrico, acido ascorbico y acidos grasos que comprenden hasta 12 atomos de carbono; es preferentemente utilizado el acido clorhidrico.

Como se mostro en los ejemplos, se obtiene una estabilidad maxima de la composicion de emulsion para un valor de pH comprendido entre 3 y 6. Igualmente el aumento de pH de 3 a 5 favorece la estabilizacion de la composicion en forma de espuma.

Adicionalmente en los ejemplos se muestra que la formacion de espuma es reversible en funcion del pH.

Estructura de la composicion de emulsion

Para definir la estructura de la composicion de emulsion, se pueden utilizar en particular caracteristicas relativas a la distribucion de tamanos de las gotitas lipidas constitutivas de la fase hidrofoba dispersada en la fase hidrofila.

Se puede citar, por ejemplo, su poblacion de gotitas lipidas mas importante en volumen, denominada adicionalmente “modo”, medida en pm.

La distribucion de tamanos de las gotitas lipidas puede estar caracterizada por un diametro denominado “Sauter” (d3.2) y un valor d4.3, definidos respectivamente por las formulas siguientes:

d32 = InidfVinidi2

d43 = Inidi4/Inidi3

en las que ni es el numero de gotitas lipidas de diametro di.

Estos dos valores permiten evaluar mejor la distribucion de tamanos de las gotitas lipidas dispersadas en la fase continua hidrofila.

Esta poblacion de gotitas lipidas se determina, por ejemplo, mediante la tecnica de granulometria laser.

La fase interna

La fase hidrofoba se escoge entre aceites vegetales, aceites animales, aceites minerales, aceites sinteticos, disolventes organicos hidrofobos y polimeros liquidos hidrofobos.

La fase hidrofoba puede ser escogida entre un alcano o un cicloalcano, sustituido o no sustituido. Los ejemplos ilustran modos de realizacion de una emulsion HIPE segun la invencion, respectivamente, con alcanos y cicloalcanos.

Para la fase hidrofoba, un alcano que tiene mas de 5 atomos de carbono abarca alcanos que tienen mas de 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 o mas de 17 atomos de carbono, es decir, particularmente, segun la nomenclatura convencional, alcanos C6-C18 y que son de formula CnH2n+2. Dichos alcanos pueden ser lineales o ramificados.

Dichos alcanos abarcan alcanos lineales o ramificados de los tipos hexano, heptano, octano, nonano, decano, undecano, dodecano, tridecano, tetradecano, pentadecano, hexadecano, heptadecano u octadecano.

Los alcanos sustituidos abarcan alcanos lineales o ramificados anteriores en los que al menos un atomo de hidrogeno esta sustituido con un atomo de un halogeno escogido entre cloro, bromo, yodo o fluor. La sustitucion de al menos un atomo de hidrogeno abarca la sustitucion de 2, 3, 4 o 5 atomos de hidrogeno.

En ciertos modos de realizacion, dicho cicloalcano es un cicloalcano no sustituido o sustituido. El ciclohexano puede estar sustituido con 1,2, 3 o 4 atomos de hidrogeno escogidos entre cloro, bromo, yodo o fluor.

La fase hidrofoba puede comprender adicionalmente una mezcla de estos alcanos, por ejemplo, en forma de un aceite o parafina.

En ciertos modos de realizacion, la fase hidrofoba comprende uno o varios monomeros hidrofobos polimerizables de un tipo conocido.

En otros modos de realizacion, la fase hidrofoba consiste esencialmente en una composicion de un monomero hidrofobo o una mezcla de monomeros hidrofobos. Con caracter ilustrativo, la fase hidrofoba puede consistir esencialmente en una composicion de monomeros de estireno.

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Los modos de realizacion en los que la fase hidrofoba comprende o consiste en un monomero hidrofobo o una composicion de monomeros hidrofobos son utiles, en particular, para la fabricacion de bolas de material polimero (mediante polimerizacion de este(s) monomero(s)).

En el caso de una espuma, la fase interna consiste en un gas, ventajosamente aire, nitrogeno o un gas carbonico.

La fase hidrofila

Mediante “fase hidrofila” o “fase acuosa” se entiende un liquido inmiscible con la fase hidrofoba. Se utiliza preferentemente una fase hidrofila miscible con agua. La fase hidrofila puede ser agua, como ya se ilustro en los ejemplos.

La fase hidrofila puede ser un disolvente hidrofilo, preferentemente un disolvente que porta grupo hidroxilo, como glicoles. Para la fase hidrofila, los glicoles abarcan glicerol y polietilenglicoles.

La fase hidrofila puede contener igualmente agentes hidrosolubles texturantes, particularmente espesantes o viscosificantes, como polisacaridos (por ejemplo, dextrano o xantano, siendo utilizado este ultimo en aplicaciones alimentarias).

La fase hidrofila puede estar constituida, en parte o totalmente, por un liquido organico escogido entre un alcohol como etanol o incluso acetona.

La fase hidrofila puede comprender un unico liquido o una mezcla de varios liquidos.

El experto en la tecnica puede adaptar facilmente la constitucion de la fase hidrofila, particularmente en funcion de la emulsion MIPE o HIPE final que se desee.

En ciertos modos de realizacion, la fase hidrofila puede comprender diversas sustancias adicionales o combinaciones de sustancias adicionales utiles para la aplicacion industrial que se busque para la emulsion MIPE o HIPE, como principios activos de un medicamento.

En ciertos modos de realizacion, la fase hidrofila comprende uno o varios monomeros hidrofilos, que pueden ser posteriormente polimerizados en la emulsion MIPE o HIPE.

En ciertos modos de realizacion, la fase hidrofila comprende uno o varios monomeros hidrofilos polimerizables de un tipo conocido.

En otros modos de realizacion, la fase hidrofila consiste esencialmente en una composicion de un monomero hidrofilo o una mezcla de monomeros hidrofilos. Con caracter ilustrativo, la fase hidrofila puede consistir esencialmente en una composicion de monomeros hidrofilos de tipo acrilato.

Los modos de realizacion en los que la fase hidrofila comprende o consiste en un monomero hidrofilo o una composicion de monomeros hidrofilos son utiles, en particular, para la fabricacion de un material polimero poroso.

Procedimiento de obtencion

La presente invencion se refiere tambien al procedimiento de obtencion de la composicion presente anterior.

Para la fabricacion de una espuma mediante dispersion de una fase acuosa en una fase hidrofila, es posible hacer referencia, por ejemplo, al protocolo descrito en el documento de Lucassen, J. (1981) Lucassen-Reijnders, E. H. ed. Anionic Surfactants - Physical Chemistry of Surfactant Action NY, USA: Marcel Dekker, en el documento de Alargova et al. “Foam superstabilization by polymer microrods”, Langmuir, vol. 20(24), 2004, 10371-10374, o en el documento de Blanco E. et al., “Stability and Viscoelasticity of Magneto-Pickering Foams”, Langmuir 29, (2013), 10019-10027.

De manera general, son posibles varios metodos para dispersar un gas en un liquido, a saber, en una sustancia, soplar el gas en el liquido, fabricarlo in situ, batir el liquido en presencia del gas o incluso mezclar un gas y un liquido haciendolo atravesar un material poroso.

En este caso, se obtiene ventajosamente una espuma hidrofila liquida particular, preferentemente una espuma denominada “seca” como se describio con anterioridad.

Segun esta realizacion, los nanocristales de quitina tienen el interes especifico de conferir propiedades de espumosidad particularmente interesantes a una solucion.

La “espumosidad” o el “poder espumante” de una solucion es una medida cualitativa de su capacidad de producir una espuma cuando es agitada o cuando se inyectan burbujas.

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De forma sorprendente, el solicitante ha mostrado adicionalmente que las emulsiones MIPE o HIPE de tipo aceite en agua que poseen un elevado contenido de fase dispersada hidrofoba, superior a 50%, incluso superior a 75% del volumen total de la emulsion, pueden ser obtenidas de forma “secuencial” (disenada incluso en “dos etapas”), a partir de emulsiones de tipo Pickering estabilizadas mediante nanocristales de polisacarido distinto de la celulosa.

Las emulsiones de tipo Pickering son conocidas en el estado de la tecnica y consisten en emulsiones que son estabilizadas por particulas en suspension coloidal localizadas en la superficie interfacial aceite/agua.

En general, las emulsiones Pickering estan desprovistas de agente tensioactivo convencional. En ciertos modos de realizacion, una emulsion Pickering puede contener uno o varios agentes tensioactivos convencionales, pero en cantidad insuficiente para estabilizar una emulsion.

Las emulsiones de Pickering, estabilizadas por nanocristales de polisacarido distinto de celulosa, que son utilizadas como producto de partida para la obtencion de MIPE o HIPE de la clase aceite en agua divulgadas en la presente descripcion, son especificas de la presente invencion, y su procedimiento de preparacion se especifica en detalle con posterioridad.

Mas precisamente, el solicitante ha mostrado que, de forma sorprendente, pueden ser obtenidas emulsiones MIPE o HIPE de tipo anteriormente citado cuando se utiliza como composicion de partida una emulsion de aceite en agua de Pickering estabilizada mediante nanocristales quitina.

Particularmente, se ha mostrado segun la emulsion que se obtienen emulsiones HIPE cuyas composiciones de emulsion de Pickering estabilizadas por nanocristales de quitina permiten sobrepasar seguidamente el estado de estructuracion compacta de las gotas de fase interna hidrofoba (tambien denominado estado “close packing", es decir, obtener un porcentaje de fase interna superior a 75%.

Por otra parte, el solicitante muestra adicionalmente que los nanocristales de quitina tienen la propiedad especifica e inesperada de permitir directamente la obtencion de una composicion de emulsion de fase interna elevada (procedimiento denominado "directo"), sin necesidad de pasar por la fase intermedia de una emulsion Pickering.

Como se ilustra seguidamente, en el caso de las composiciones de emulsion, la via “directa” integra la totalidad de la fase hidrofila introducida, mientras que la via “secuencial” tiene una tendencia a excluir de la fase hidrofila lo que aumenta el porcentaje de la fase interna para las MIPE. Mas alla de un 74% de fase interna, los porcentajes de fase interna son iguales en los dos procedimientos.

El procedimiento segun la invencion comprende ventajosamente las operaciones siguientes:

a) una etapa de incorporacion de nanocristales de un polisacarido distinto de celulosa, ventajosamente quitina, en una fase hidrofila,

b) una operacion de suministro (i) de dicha fase hidrofila que contiene los nanocristales de polisacarido y (ii) una fase destinada a constituir la fase interna (una fase liquida hidrofoba o una fase gaseosa, segun el caso),

c) una operacion de dicha composicion mediante dispersion de dicha fase interna en dicha fase hidrofila.

De manera general, se ha mostrado en los ejemplos que el procedimiento de obtencion de emulsiones HIPE segun la invencion permite la preparacion de composiciones de emulsion con un elevado contenido de fase interna hidrofoba, que tienen hasta mas de 95% en volumen de fase interna hidrofoba.

Se ha mostrado tambien que las emulsiones MIPE o HIPE preparadas segun el procedimiento de la invencion tienen una relacion en volumen de fase interna hidrofoba/fase dispersada hidrofila superior a 60% pueden presentarse en forma de un gel solido.

Se ha mostrado en los ejemplos que las composiciones de emulsion MIPE o HIPE preparadas mediante el procedimiento segun la invencion son estables durante un periodo de tiempo largo, en este caso varios meses, incluso cuando son conservadas a una temperatura de aproximadamente 20 °C.

Ademas, se ha mostrado que las emulsiones MIPE o HIPE obtenidas segun el procedimiento de la invencion tienen una excelente capacidad de resistencia a la compresion.

Igualmente, el solicitante ha mostrado la reversibilidad de la rotura de una emulsion HIPE segun la invencion, por ejemplo, mediante cizallamiento (por ejemplo, mediante agitacion fuerte) o compresion (por ejemplo, mediante centrifugacion fuerte). Por tanto, una emulsion HIPE segun la invencion tiene la propiedad de formarse nuevamente despues de una rotura.

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Mediante un estudio de las emulsiones HIPE de la invencion mediante microscopia confocal de exploracion, se observo que las gotas de aceite dispersadas en la forma continua acuosa se deforman con las relaciones crecientes de fase interna hidrofoba/fase dispersada hidrofila hasta conformarse en poliedros, lo que minimiza el volumen ocupado por la fase continua acuosa.

Se mostro tambien que una emulsion HIPE segun la invencion puede ser sometida a un tratamiento para realizar una emulsion seca, por ejemplo, cuando la fase interna hidrofoba esta constituida por un aceite menos volatil que el agua, polimerizable o no liofilizable y que, consecuentemente, solo es eliminada la fase continua acuosa mediante secado o liofilizacion.

Se mostro tambien que una emulsion HIPE segun la invencion puede ser utilizada para realizar espumas secas, por ejemplo (i) ya sea por liofilizacion de dicha emulsion cuando las dos fases son liofilizadas, (ii) ya sea, cuando la fase dispersadas hidrofoba comprende monomeros polimerizables, mediante polimerizacion de dichos monomeros seguido de eliminacion de la fase continua acuosa.

Suministro de los nanocristales de polisacarido

Ciertos polisacaridos, particularmente la quitina, estan compuestos por una parte denominada “amorfa”, mientras que una segunda parte es “cristalina”.

Los nanocristales de polisacaridos ventajosamente proceden de la parte cristalina aislada, mediante eliminacion de la parte amorfa del polisacarido.

A partir de la materia prima escogida, los nanocristales de polisacarido se preparan mediante un procedimiento ventajosamente escogido entre uno de los procedimientos siguientes: fraccionamiento mecanico, hidrolisis quimica suave y disolucion/recristalizacion.

Mediante “fraccionamiento mecanico” se entiende una operacion clasica de homogeneizacion a presion elevada.

Mediante “hidrolisis quimica suave” se entiende un tratamiento mediante un compuesto quimico acido del polisacarido en condiciones que aseguren la eliminacion de su parte amorfa.

El compuesto quimico acido se escoge ventajosamente entre acido sulfurico o acido clorhidrico.

Como se describe en los ejemplos posteriores, segun el tipo de acido, la temperatura y el tiempo de hidrolisis, la carga de la superficie puede ser modulada.

Mediante “disolucion/recristalizacion” se entiende un tratamiento acido o basico o mediante o un disolvente, por ejemplo, acido fosforico, urea/NaOH, liquidos ionicos, etc., seguido de una recristalizacion. Este procedimiento se describe, por ejemplo, por A. Osorio-Madrazoa et al., Carbohydrate Polymers 83(4), (2011), 1730-1739.

Antes de su integracion en la composicion, los nanocristales de polisacarido obtenidos pueden ser sometidos a un procedimiento de modificacion posterior, al final del cual su densidad de cargas superficiales y/o su hidrofilicidad son modificadas, con la condicion de que la modificacion posterior no genere nanocristales unicamente hidrofobos.

Esta modificacion posterior pretende optimizar las caracteristicas superficiales de los nanocristales, particularmente en funcion de la emulsion en la que son introducidos, de manera que se optimice su estabilizacion.

Para modificar la densidad de cargas superficiales de la quitina, el procedimiento de modificacion posterior consiste ventajosamente en un tratamiento con NaOH durante 2 a 4 h anteriormente descrito (Y. M. Fan, T. Saito and A. Isogai, Carbohydrate Polymers, 2010, 79, 1046-1051).

Para modificar la hidrofobicidad y la carga superficial de nanocristales de polisacarido neutro, el procedimiento de modificacion posterior se dirige ventajosamente a generar grupos N-acetilglucosamino en estos nanocristales de polisacarido.

De forma alternativa y preferida, los nanocristales de polisacarido obtenidos no presentan modificacion alguna de carga superficial, como se desarrollo anteriormente.

Con caracter indicativo, los nanocristales de quitina suministrados en la etapa a) del procedimiento de obtencion de una emulsion MIPE o HIPE segun la invencion se obtienen ventajosamente mediante un procedimiento de fabricacion a partir de quitina.

La etapa de incorporacion de los nanocristales de polisacarido en la fase acuosa corresponde a las etapas realizadas para la incorporacion de particulas coloidales durante la fabricacion de emulsiones de Pickering.

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Procedimiento “secuencial” o de “dos etapas”

Segun un modo de realizacion denominado “secuencial” o de “dos etapas”, la operacion c) para la formacion de la composicion de emulsion mediante dispersion de la fase hidrofoba en la fase hidrofila se compone de dos etapas sucesivas:

c.1) una etapa de dispersion de dicha fase hidrofila en dicha fase hidrofoba, con una relacion en volumen de fase hidrofoba/fase hidrofila de al menos 5/95, para la obtencion de una emulsion de aceite en agua intermedia de tipo Pickering, seguida de

c.2) una etapa de obtencion de la composicion de emulsion de interes que posee un porcentaje de fase interna superior a 50%, en su caso de tipo MIPE o HIPE, que comprende:

c.2.1) una etapa de adicion de un volumen de fase hidrofoba a la composicion de emulsion intermedia obtenida en la etapa c.1), y agitacion de la mezcla asi obtenida, y/o

c.2.2.) una etapa de concentracion de la composicion de emulsion obtenida en la etapa c.1), mediante retirada de al menos una parte de dicha fase hidrofila.

Suministro de una emulsion de aceite en agua intermedia de tipo Pickering, estabilizada por nanocristales de polisacarido

La emulsion intermedia de Pickering utilizada para la obtencion de una emulsion MIPE o HIPE segun la invencion consiste en una composicion en forma de una emulsion que comprende una fase hidrofoba dispersada en una fase acuosa y que contiene particulas emulsionantes (o dicho de otro modo “particulas emulsionantes”) que comprenden nanocristales de un polisacarido distinto de la celulosa.

Como ya se preciso, la emulsion de Pickering es de la clase de “aceite en agua”.

Los nanocristales utilizados, asi como las fases hidrofoba e hidrofila utilizadas son como se desarrollaron con anterioridad.

La emulsion de Pickering es asi estabilizada al menos por nanocristales de un polisacarido distinto de la celulosa, ventajosamente nanocristales de quitina.

Segun un modo de realizacion preferido, la composicion de emulsion de Pickering intermedia es estabilizada unicamente por nanocristales de un polisacarido distinto de la celulosa, ventajosamente nanocristales de quitina, sin adicion de otro compuesto emulsionante o estabilizante.

La composicion comprende ventajosamente de 0,5% en peso de nanocristales de un polisacarido distinto de la celulosa, ventajosamente nanocristales de quitina con relacion al peso total de dicha emulsion de Pickering.

Como se desarrollo con anterioridad, se ha mostrado segun la invencion que una cantidad de nanocristales de un polisacarido distinto de la celulosa, suficiente para la obtencion de un grado de revestimiento de al menos 50%, en funcion del tipo de nanocristales utilizados, es necesaria para la preparacion de una composicion de emulsion de Pickering que esta adaptada para la obtencion de una composicion de emulsion MIPE o HIPE final segun la invencion.

En la etapa c.1), la emulsion de aceite en agua de tipo Pickering, presenta ventajosamente una relacion en volumen de fase hidrofoba/fase hidrofila ventajosamente de al menos 5/95 y, preferentemente, como maximo 50/50, incluso como maximo 60/40.

Mediante “al menos 5/95”, se entiende un valor minimo de 5 para la fase hidrofoba en la relacion en volumen.

Mediante “como maximo 50/50” o “como maximo 60/40”, se entiende el valor maximo de 50 o 60, respectivamente, para la fase hidrofoba en la relacion en volumen.

En este contexto, la relacion en volumen de fase hidrofoba/fase hidrofila se escoge ventajosamente entre 5/95, 10/90, 15/85, 20/80, 25/75, 30/70, 35/65, 40/60, 45/55, 50/50, 55/45 o 60/40.

Esta emulsion de aceite en agua de tipo Pickering segun la invencion posee ventajosamente un porcentaje de fase interna inferior o igual a 50%.

En este contexto, la emulsion de aceite en agua de tipo Pickering comprende ventajosamente un porcentaje de fase interna comprendido entre 5 y 30%.

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Procedimiento de obtencion de la composicion de emulsion de Pickering

El procedimiento para la fabricacion de la composicion de emulsion intermedia de Pickering comprende, ventajosamente, las etapas siguientes:

a) el suministro de nanocristales de un polisacarido distinto de la celulosa, ventajosamente nancoristales de quitina, como se definieron con anterioridad, seguidamente

b) la incorporacion de dichos nanocristales en la fase acuosa de dicha composicion, en una cantidad en peso adecuada para generar un grado de revestimiento de al menos 50%, preferentemente de al menos 80% en dicha emulsion intermedia de Pickering y estabilizar dicha emulsion intermedia.

Las etapas generales para la fabricacion de la emulsion pueden ser realizadas segun procedimientos clasicos, particularmente empleados para la fabricacion de una emulsion de Pickering.

Se podra hacer referencia en particular al documento de Tzoumaki et al., “Oil-in water emulsions stabilized by chitin nanocrystal particles”, Food Hydrocolloids 25 (2011) 1521-1529.

En particular, la etapa de incorporacion de los nanocristales de polisacarido en la fase acuosa corresponde a las etapas realizadas para la incorporacion de particulas coloidales durante la fabricacion de emulsiones de Pickering.

La dispersion de la fase hidrofoba en la fase hidrofila (que contiene los nanocristales estabilizadores) se puede realizar mediante cualquier tecnica de realizacion de una emulsion conocida por el experto en la tecnica.

Por tanto, se puede emplear una tecnica de obtencion de emulsion por ultrasonidos, como se realiza de manera convencional. Se puede emplear tambien una tecnica de obtencion de emulsion por agitacion por medio de un dispositivo dispersor homogeneizador de tipo rotor-estator, por ejemplo, un dispositivo rotor-estator conocido con el nombre de Ultraturrax®, bien conocido por experto en la tecnica.

Con caracter ilustrativo, se puede obtener una emulsion de Pickering estabilizada mediante nanocristales de quitina sometiendo una mezcla (i) fase hidrofila/(ii) fase hidrofoba (comprendiendo dicha mezcla la cantidad apropiada de nanocristales de quitina) a una etapa de homogeneizacion mediante ultrasonidos durante un periodo desde algunos segundos hasta algunos minutos, segun la potencia del dispositivo y el volumen de emulsion.

Igualmente, con caracter ilustrativo, se puede obtener una emulsion de Pickering estabilizada por nanocristales de quitina sometiendo una mezcla (i) fase hidrofila/(ii) fase hidrofoba (comprendiendo dicha mezcla la cantidad apropiada d nanocristales de quitina) a una etapa de homogeneizacion por medio de un dispositivo rotor/estator de tipo Heidolph (Roth - marca registrada) a una velocidad de al menos 5.000 rpm durante un periodo de 1 a 3 minutos.

Obtencion de la composicion de emulsion de tipo fase interna media (MIPE) o fase interna elevada (HIPE) partiendo de la emulsion intermedia de Pickering

Si se cumple la condicion de estabilidad de la emulsion intermedia de Pickering (etapa c.1)), el procedimiento puede estar seguido de la o las etapas para formar la emulsion MIPE o HIPE (etapa c.2)).

Segun la invencion, la obtencion de la emulsion MIPE/HIPE puede ser realizada:

c.2.1) mediante adicion de un volumen de fase hidrofoba a la composicion de emulsion intermedia obtenida en la etapa c.1), y/o

c.2.2) mediante concentracion de la composicion de emulsion intermedia obtenida en la etapa c.1), mediante retirada de al menos una parte de dicha fase hidrofila.

La obtencion de la emulsion HIPE necesita alcanzar una concentracion de gotas hidrofobas que sobrepase el umbral de “close packing", o congestion maxima teorica de esferas de tamano identico, correspondiente a un porcentaje de fase interna superior a 74-75%.

A este respecto, sin ser limitativos, se pueden prever dos vias:

- un tamano variable de gotitas de la fase interna, y

- un inflamiento de gotitas de la fase interna, seguido de sus deformaciones.

Los ejemplos siguientes muestran que la emulsion de Pickering segun la invencion permite la obtencion de la emulsion HIPE de interes, cuyo porcentaje de fase interna es superior a 74-75%.

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Adicion de un volumen de fase hidrofoba

Segun un primer modo de realizacion, el procedimiento puede ser realizado mediante la adicion de la fase hidrofoba para formar la emulsion MIPE o HIPE (etapa c.2.1)).

Para la obtencion de la emulsion MIPE o HIPE segun la invencion, a partir de una emulsion intermedia de Pickering preparada como se describio con anterioridad, se anade ventajosamente una cantidad deseada de fase hidrofoba a dicha emulsion antes de realizar una agitacion de la mezcla de emulsion de Pickering/fase hidrofoba anadida.

Esta fase hidrofoba anadida puede ser igual o diferente con respecto a la fase hidrofoba incorporada para formar la emulsion de Pickering.

De forma sorprendente, el solicitante ha mostrado que la realizacion de una simple agitacion con un dispositivo homogeneizador (por ejemplo, Ultraturrax®) de la mezcla de emulsion intermedia de Pickering/fase hidrofoba anadida permite la obtencion directa de una emulsion MIPE o HIPE.

Como se muestra en los Ejemplos, en una emulsion MIPE o HIPE segun la invencion, el valor de la relacion en volumen de fase dispersada hidrofoba/volumen de emulsion (y, por tanto, igualmente el valor de la relacion de volumen de fase dispersada hidrofoba/volumen de fase continua hidrofila) depende directamente del volumen de fase hidrofoba anadido a la emulsion de Pickering de partida.

Como ya se mostro igualmente en los Ejemplos, no parece que exista un limite especifico para el valor de la relacion en volumen de fase dispersada hidrofoba/fase continua acuosa en la emulsion HIPE asi obtenida.

En una emulsion MIPE o HIPE segun la invencion, el valor de la relacion en volumen de fase dispersada hidrofoba/emulsion se determina por adelantado en funcion del volumen de fase hidrofoba anadida a la emulsion de Pickering de partida para las condiciones optimas de agitacion.

La etapa de agitacion de la mezcla de emulsion de Pickering/fase hidrofoba anadida se puede realizar facilmente por medio de un dispositivo homogeneizador/dispersador convencional, por ejemplo, un dispositivo de agitacion de tipo Ultraturrax®.

Con caracter ilustrativo, cuando se utiliza un dispositivo de agitacion de tipo Ultraturrax®, la emulsion HIPE puede ser obtenida agitando durante un periodo de al menos 15 segundos a una velocidad de rotacion de al menos 5.000 revoluciones por minuto, preferentemente al menos 5.500 revoluciones por minuto para un contenido de 4 ml.

El experto en la tecnica adapta las condiciones de la etapa de agitacion de la mezcla sobre la base de las indicaciones de la presente descripcion y de sus conocimientos generales en el campo de la fabricacion de composiciones de emulsion.

Para la etapa de agitacion de la mezcla, un periodo de al menos 15 segundos abarca periodos de al menos 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 90, 95, 100, 1105, 110, 115, 120, 125, 130, 135, 140, 145, 150 segundos.

En su caso, la etapa de agitacion puede tener una duracion superior a 20 segundos, si bien esto no es util para la obtencion de la emulsion HIPE final.

Para la etapa de agitacion, una fuerza de agitacion de al menos 1.000 revoluciones por minuto abarca fuerzas de agitacion de al menos 1.050, 1.100, 1.150, 1.200, 1.250, 1.300, 1.350, 1.400, 1.450, 1.500, 1.550, 1.600, 1.650,

1.700, 1.750, 1.800, 1.850, 1.900, 2.000, 2.100, 2.200, 2.300, 2.400, 2.500, 2.600, 2.700, 2.800, 2.900, 3.000, 3.100,

3.200, 3.300, 3.400, 3.500, 4.000, 4.100, 4.200, 4.300, 4.400, 4.500, 4.600, 4.700, 4.800, 4.900, 5.000, 5.100, 5.200,

5.300, 5.400, 5.500, 5.600, 5.700, 5.800, 5.900, 6.000, 6.100, 6.200, 6.300, 6.400, 6.500, 6.600, 6.700, 6.800, 6.900,

7.000, 7.100, 7.200, 7.300, 7.400, 7.500, 7.600, 7.700, 7.800, 7.900, 8.000, 8.100, 8.200, 8.300, 8.400, 8.500, 8.600,

8.700, 8.800, 8.900, 9.000 o de al menos 10.000 revoluciones por minuto.

En su caso, puede ser aplicada una fuerza de agitacion superior a 15.000 revoluciones por minuto, si bien esto no es util para la obtencion de la emulsion HIPE final.

Preferentemente, en las condiciones generales de agitacion definidas con anterioridad, la fuerza de agitacion es inferior a 20.000 revoluciones por minuto, con el fin de evitar alterar la estructura de la emulsion. La fuerza de agitacion puede ser facilmente adaptada por el experto en la tecnica considerando el contenido de la presente descripcion y, en su caso, sus conocimientos generales. En particular, la fuerza de agitacion puede ser adaptada por el experto en la tecnica en funcion de la viscosidad de la emulsion de Pickering de partida, en funcion del aumento de la viscosidad durante la preparacion de la emulsion HIPE, que depende particularmente de la viscosidad de la fase hidrofoba que se anade.

En ciertos modos de realizacion, la etapa de agitacion con un dispositivo de tipo Ultraturrax® se puede realizar

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segun dos fases, respectivamente, una primera fase en el transcurso de la cual se aplica una primera fuerza de agitacion y una segunda fase en el transcurso de la cual se aplica una fuerza de agitacion.

Con caracter ilustrativo, se puede realizar la etapa de agitacion con (i) una primera fase de agitacion a 11.000 revoluciones por minuto y (ii) una segunda fase de agitacion a 15.000 revoluciones por minuto, por ejemplo, con una duracion aproximadamente igual para primera y la segunda fase de agitacion.

Ventajosamente, la etapa de agitacion de la mezcla de emulsion de Pickering/fase hidrofoba anadida se realiza a temperatura ambiente, es decir, en general a una temperatura que va de 15 a 25 °C y, lo mas a menudo, que va de 18 2C a 23 °C.

Concentracion de la composicion de emulsion

Segun un segundo modo de realizacion, el procedimiento puede llevarse a cabo mediante una etapa de concentracion, para formar la emulsion MIPE o HIPE (etapa c.2.2)).

Esta etapa de concentracion conduce a retirar la fase continua hidrofila mediante una tecnica adaptada escogida, por ejemplo, entre:

- cremacion/ sedimentacion por gravedad,

- centrifugacion (por ejemplo 2.000 g durante 10 minutos),

- filtracion (ventajosamente sistema de membrana porosa clasica o ultrafiltracion continua),

- metodos osmoticos,

- metodos de crio-concentracion o secado (en condiciones para las que solo se evapore la fase continua).

Como se muestra en los Ejemplos, en una emulsion MIPE o HIPE segun la invencion, el valor de la relacion en volumen de fase dispersada hidrofoba/volumen de emulsion depende en particular:

- de la concentracion de cada uno de los constituyentes (fase hidrofila, fase hidrofoba, nanocristales),

- del procedimiento de obtencion de la emulsion (ultrasonidos, rotor-estator, etc.), y

- de las condiciones utilizadas (velocidad, tiempo, temperatura, energia, volumen, etc.).

Los parametros de estas tecnicas se adaptaran en funcion de la muestra.

Estos procedimientos se describen, por ejemplo, en los siguientes documentos: “Emulsions: Theory and Practice”, Paul Becher Third Edition, Oxford University Press 2001 (ISBN 0-8412-3496-5) o “High internal phase emulsions (HIPEs) - Structure, properties and use in polymer preparation”, Cameron NR; Sherrington DC, BIOPOLYMERS LIQUID CRYSTALLINE POLYMERS PHASE EMULSION, ADVANCES IN POLYMER SCIENCE, Volumen: 126, paginas: 163-214, 1996.

Procedimiento directo

De forma inesperada, los inventores han observado que los nanocristales de quitina permiten la obtencion de una emulsion de fase interna elevada, mezclando directamente la fase hidrofoba con la fase hidrofila (que contiene los nanocristales) en proporciones apropiadas.

La dispersion de la fase hidrofoba en la fase hidrofila se puede realizar mediante cualquier tecnica de realizacion de una emulsion conocida por el experto en la tecnica. Por tanto, se puede emplear una tecnica de obtencion de emulsion por ultrasonidos, como se realiza de manera convencional. Se puede emplear tambien una tecnica de obtencion de emulsion por agitacion mediante un dispositivo dispersador homogeneizador de tipo rotor-estator, por ejemplo, un dispositivo rotor-estator conocido con el nombre de Ultraturrax® bien conocido por el experto en la tecnica.

Con caracter ilustrativo, se puede obtener una emulsion segun la invencion, estabilizada por nanocristales de quitina, sometiendo una mezcla (i) fase hidrofila((ii) fase hidrofoba (comprendiendo dicha mezcla la cantidad apropiada de nanocristales de quitina) a una etapa de homogeneizacion por medio de un dispositivo rotor/estator de tipo Heidolph (Roth - marca registrada) a una velocidad de 8.000 rpm, el tiempo para tener una emulsion homogenea.

Aplicaciones industriales de las composiciones segun la invencion

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Como se menciono anteriormente en la presente descripcion y se ilustra en los Ejemplos, una emulsion MIPE o HIPE segun la invencion puede ser obtenida con el objetivo de preparar una espuma solida o incluso una emulsion solida, por ejemplo, mediante simple liofilizacion de la emulsion MlPE o HIPE.

De manera general, el producto procedente de la composicion segun la invencion se escoge ventajosamente entre una emulsion seca, una emulsion solida, un material polimero poroso o bolas de material polimero.

Para la preparacion de una espuma solida, se utiliza preferentemente una fase hidrofoba que pueda evaporada por liofilizacion. Por tanto, sometiendo una emulsion MIPE o HIPE de la invencion a una etapa de liofilizacion, se evapora a la vez la fase hidrofila y la fase hidrofoba, de manera que se obtiene una espuma formada por un reticulo polisacarido, resultando dicho reticulo polisacarido de los nanocristales de polisacarido localizados en la superficie interfacial de la fase hidrofoba/fase hidrofila.

Particularmente, los ejemplos ilustran la fabricacion de un material de espuma de quitina mediante simple liofilizacion de una emulsion HIPE segun la invencion.

En particular y de manera no limitativa, las emulsiones de MIPE proporcionan estructuras alveolares esfericas y las emulsiones de tipo HIPE proporcionan estructuras alveolares no esfericas.

La espuma solida puede ser utilizada como soporte solido en diversas aplicaciones industriales, comprendido como material de aislamiento termico o sonoro o incluso biomaterial de soporte.

El producto resultante, es decir, la espuma polisacarida, posee una gran superficie especifica de material polisacarido y puede ser utilizado particularmente como soporte de principio(s) activo(s), por ejemplo, como soporte de principio(s) activo(s) farmaceuticos, humanos o veterinarios.

Con caracter ilustrativo, estos soportes de interes farmaceutico pueden ser obtenidos cuando el o los principio(s) activo(s) es o son anadido(s) previamente a la emulsion MIPE o HIPE, ya sea en la fase hidrofoba, ya sea en la fase hidrofila, en funcion de las caracteristicas de hidrofilicidad del o los principio(s) activo(s) considerado(s).

En ciertos modos de realizacion, dichos soportes polisacaridos pueden comprender a la vez (i) uno o varios principio(s) activo(s) hidrofobo(s), (ii) uno o varios principio(s) activo(s) hidrofilo(s) y, en su caso, (iii) uno o varios principio(s) activo(s) anfifilico(s).

En estos modos de realizacion, cada principio activo puede ser anadido (i) ya sea en una de las fases hidrofila o hidrofoba utilizadas para la preparacion de la composicion de emulsion, (ii) ya sea en la emulsion de Pickering utilizada para obtener la emulsion MIPE o HIPE final en el caso de un procedimiento “secuencial”, (iii) ya sea incluso en la fase hidrofoba que se anade en la etapa c) del procedimiento “secuencial” para obtener la emulsion MIPE o HIPE final.

Por tanto, la invencion tiene adicionalmente por objeto un procedimiento de preparacion de una espuma solida de polisacarido que comprende las etapas siguientes:

a) suministrar una emulsion MIPE o HIPE como se define en la presente descripcion, preferentemente una emulsion MIPE o HIPE obtenida segun el procedimiento especificado en la presente descripcion,

b) eliminar la fase hidrofila y la fase hidrofoba de dicha emulsion MIPE o HIPE por evaporacion, preferentemente por liofilizacion, con el fin de obtener la espuma solida particular.

Una emulsion MIPE o HIPE segun la invencion puede ser igualmente utilizada para la fabricacion de una emulsion seca, mediante evaporacion de la fase hidrofila, por ejemplo, por liofilizacion, y mantenimiento de la fase hidrofoba. En estos modos de realizacion, la fase hidrofoba puede contener una o varias sustancias de interes, por ejemplo, uno o varios principio(s) activo(s) de interes farmaceutico.

Una emulsion MIPE o HIPE segun la invencion puede ser igualmente utilizada para la fabricacion de materiales polimeros porosos, principalmente mediante adicion de monomeros hidrofilos polimerizables en la fase acuosa, seguido de polimerizacion in situ de dichos monomeros hidrofilos.

En otros aspectos, una emulsion MIPE o HIPE segun la invencion puede ser utilizada para la fabricacion de bolas de material polimero, principalmente mediante adicion de monomeros hidrofobos a la fase dispersada hidrofoba, seguido de polimerizacion de dichos monomeros.

Los materiales polimeros pueden ser utilizados como material para la fabricacion de dispositivos medicos, comprendido un material de soporte para principios activos fisiologicamente activos o incluso un material de soporte para protesis medicas.

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Las tecnicas de obtencion de materiales polimeros, ya sea de bloques de material polimero poroso, ya sea de bolas de material polimero, a partir de diferentes tipos de emulsion, son conocidas por si mismas en el estado de la tecnica.

En ciertos modos de realizacion, dichos monomeros de interes estan ya presentes en la fase continua hidrofila o en la fase dispersada hidrofoba que se utiliza para la obtencion de la composicion de emulsion segun la invencion.

En otros modos de realizacion del procedimiento “secuencial”, dichos monomeros de interes estan presentes en la fase hidrofoba que es anadida a la emulsion de Pickering de partida, en la etapa de realizacion de la emulsion MIPE o HIPE propiamente dicha.

Incluso en otros modos de realizacion, dichos monomeros de interes son anadidos posteriormente a la emulsion MIPE o HIPE que ya ha sido obtenida.

Incluso en otros modos de realizacion, los monomeros de interes pueden ser anadidos sucesivamente en diferentes etapas, en el procedimiento de obtencion de la emulsion MIPE o HIPE segun la invencion y/o despues de la obtencion de la composicion de emulsion MIPE o HIPE segun la invencion.

En ciertos modos de realizacion, el o los polimeros son utilizados en combinacion con uno o varios agentes de reticulacion.

Para polimerizar el o los polimeros de interes, se anade normalmente uno o varios compuestos iniciadores de la polimerizacion apropiados.

Con caracter ilustrativo, la utilizacion de emulsiones, comprendidas las emulsiones HIPE de aceite en agua, para la fabricacion de materiales polimeros, se describe, por ejemplo, en la solicitud PCT n° WO 2009/013500 o adicionalmente en las patentes US 6.218.440 y US 4.472.086.

La presente invencion se ilustra ademas, sin ser limitada, por medio de los Ejemplos siguientes.

Ejemplo: Preparacion de una emulsion de aceite en agua estabilizada por nanocristales de quitina

A. PROTOCOLOS

Protocolo 1: Preparacion de nanocristales de quitina

El procedimiento de obtencion de los nanocristales de quitina se describe en los documentos “In vitro chiral nematic ordering of chitin crystallites”, Revol, J.-F.;Marchessault, R.H.; Int. Journal of Biological Macromolecules, 1993, 15, 329-335, y “Structure and chirality of the nematic phase in chitin suspensions” Belamie, E; Davidson, P; Giraud- Guille, M.M. Journal of Physical chemistry B, 2004, 108 (39), 14991-15000.

Mas precisamente, se mantienen en ebullicion 4 g de quitina en 80 ml de HCl 3 N y bajo agitacion durante 90 minutos.

La suspension seguidamente se diluye, se lava con agua ultra pura mediante centrifugaciones sucesivas a 10.000 rpm durante 20 minutos y se analiza frente a HCl =,01 mM durante 5 dias.

La dispersion final, constituida por nanocristales de quitina, se somete a un tratamiento de ultrasonidos, se filtra sobre 5 pm y seguidamente 1,2 pm y seguidamente se conserva a 4 °C.

Protocolo 2: Microscopia electronica de transmision (TEM)

Se depositan 20 pl de una suspension acuosa de nanocristales de quitina (0,0025% peso/volumen) sobre una rejilla carbonada para microscopia electronica.

Despues de 2 minutos, se absorbe el exceso de disolvente y la muestra se marca mediante adicion de 20 pl de acetato de uranilo (2% en agua); el exceso se absorbe despues de 2 minutos.

Esta rejilla para microscopia electronica se seca seguidamente en una estufa a 40 °C.

Las rejillas se observan seguidamente con un microscopio electronico de transmision de marca JEOL (80kV).

Protocolo 3: Preparacion de una emulsion H/E estabilizada por nanocristales de quitina

Esta emulsion H/E puede ser preparada segun dos protocolos diferentes, a saber, en dos etapas o en una sola

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etapa.

(a) Protocolo en dos etapas

Se prepara una primera emulsion de Pickering de aceite en agua utilizando una fase acuosa que contiene una concentracion conocida de nanocristales de quitina en HCl 0,01 mM y NaCI 20 mM.

Las emulsiones se prepararon utilizando una relacion 20/80 de aceite/agua a partir de una fase acuosa que contiene nanoparticulas a una concentracion de 0,3% en peso, con respecto al volumen de la fase acuosa (sin dilucion complementaria).

En un tubo se anaden 0,2 ml de hexadecano a 8 ml de la suspension acuosa durante 5 segundos, la mezcla se somete a un tratamiento alternado 1 segundo de tratamiento con ultrasonidos y 2 segundos de reposo.

La emulsion de tipo HIPE se obtiene seguidamente mediante la adicion de un volumen escogido entre hexadecano en rotor-estator a 5.500 rpm, durante 30 segundos a 2 minutos para 1 a 20 ml, respectivamente.

(b) Protocolo en una etapa

Las fases acuosa y aceitosa se ponen directamente en el tubo.

La emulsion de tipo HIPE se obtiene mediante mezcla en el rotor-estator a 5.000 rpm durante 30 segundos a 2 minutos.

Protocolo 4: Microscopio optico y granulometria

Se incorporan aproximadamente 20 pl de la muestra de emulsion a 1 ml de agua destilada.

El producto se mezcla mediante giro forzado, seguidamente se deposita una gota sobre una laminilla para la observacion en microscopio.

El diametro y la distribucion de los tamanos de las gotas se determinan mediante un dispositivo Malvern MasterSizer mediante difraccion de la luz con un granulometro Malvern 2000 equipado con un laser He-Ne (Malvern Instruments, U.K.), con un analisis mediante la ecuacion de Fraunhofer.

El riego de agregacion esta en este caso limitado por la adicion de 0,1% de SDS (dodecil-sulfato de sodio) y HCl 0,01 mM hasta antes de la medicion.

Protocolo 5: Microscopio electronico de exploracion (MEB)

Para preparar la muestra de emulsion destinada a su observacion mediante microscopio electronico de exploracion (MEB) se mezclan 150 pl de una mezcla de estireno/iniciador (relacion estireno:AIBN (azobisisobutironitrilo) 100:1 peso/peso) con 1,0 a 1,5 ml de solucion al 0,3% de una solucion de muestra de HCl 0,01 mM en NaCl 20 mM, previamente sometida a ultrasonidos durante 1-2 minutos. La mezcla se desgasifica con nitrogeno durante 10 minutos.

La emulsion se obtuvo mediante tratamiento de ultrasonidos durante 30 segundos (impulsos de 2 segundos, separados por 5 segundos).

Este sistema se desgasifica con nitrogeno durante 10 minutos y la polimerizacion se lleva a cabo a 50 °C, entre 6 h y 24 h sin agitacion.

En la preparacion resultante se aclara con HCl 0,01 mM mediante centrifugaciones repetidas y seguidamente se somete a una etapa de metalizacion segun tecnicas convencionales de microscopia electronica de exploracion antes de la observacion.

Protocolo 6: Calculo del porcentaje de fase interna

El porcentaje de fase interna es igual al volumen de aceite de la emulsion dividido por el volumen total de la emulsion.

Este volumen puede ser obtenido, por ejemplo, mediante exploracion, pesada o medida de la altura de la emulsion en un tubo de diametro conocido.

Protocolo 7: Desacetilacion/desacetilacion

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El procedimiento de desacetilacion de los nanocristales de quitina se describe por Fan et al. Carbohydrate polymers, 2012, 79, 1046-1051.

Mas precisamente, se anaden 240 ml de NaOH al 40% a 50 ml de suspension de nanocristales de quitina al 1,2% que contienen 0,3 g de NaBH4. La mezcla se lleva 3 h a 90 °C bajo agitacion.

Al cabo de 3 h de lavado mediante centrifugaciones repetidas, se someten a dialisis frente a HCl 0,1 mM y seguidamente a filtracion a 5 pm y seguidamente 1 pm.

Protocolo 8: Preparacion de espumas solidas

Las emulsiones en tubos de 10 ml se centrifugan a 2.000 g durante 2 a 5 minutos.

Esta etapa permite concentrar las emulsiones y desgasificarlas.

Una vez que se termina la centrifugacion, el fondo del tubo es cortado por medio de un tubo cortador para vaciar toda la fase acuosa y recuperar solo la emulsion concentrada.

Las emulsiones se colocan seguidamente en el congelador a -18 °C y seguidamente se liofilizan.

Protocolo 9: Preparacion de espumas secas

Se efectuaron ensayos de formacion de espumas sobre la base del Protocolo descrito en el documento de Alargova et al. - “Foam superstabilization by polymer microrods”, Langmuir, vol. 20(24), 2004, 10371-10374.

Este procedimiento consiste en una aireacion mediante una fuerte agitacion lateral manual de 2 ml de una suspension en una probeta de 10 ml durante 30 segundos a 1 minuto.

El volumen de espuma formado se mide en la probeta mediante una medicion del grosor de espuma por medio de un calibrador electronico. Todas las mediciones se efectuaron por el mismo experimentador.

B. RESULTADOS

B.1. Evolucion del diametro medio en funcion de diferentes parametros para emulsiones de Pickering

Un metodo para evaluar la estabilidad de una emulsion es medir el tamano de las gotas para verificar si hay coalescencia.

Por tanto, se midio el diametro medio mediante granulometria (Protocolo 4).

(a) Concentration de nanocristales de quitina

Los resultados obtenidos se presentan en la tabla 1 siguiente y en Figura 1.

Tabla 1: Evolucion del diametro medio en funcion de la concentracion de nanocristales de quitina, en una solucion de NaCl 20 mM y HCl 0,01 mM____________________________________________________________________

Concentracion de nanocristales (g/l)

D3,2 (pm) D4,3 (pm) Polidispersidad

0,5

11,45 ± 0.64 13,25 ± 0.49 1,51

1

8,51 ± 0.21 10,06 ± 0.57 1,58

2

6,67 ± 0.12 8,76 ± 0.21 1,31

3

5,21 ± 0.16 6,96 ± 0.36 1,34

5

4,54 ± 0.07 6,19 ± 0.10 1,36

A la vista de estos resultados, hay una disminucion continua del diametro con el aumento del numero de nanocristales de quitina introducidos, seguido de una estabilizacion.

Un valor preferido para la concentracion de nanocristales de quitina seria de 3 g/l.

(b) Variation del pH

Los resultados obtenidos se presentan en la tabla 2 siguiente y en la Figura 2.

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35

Tabla 2: Evolucion del diametro medio (pm) en funcion del pH ajustado mediante la concentracion de HCl (para emulsiones de 3 g/l de nanocristales de quitina en una solucion de NaCl 20 mM)____________________________

Concentracion de HCl (mM)

D3,2 (pm) D4,3 (pm) Polidispersidad

0

5,83 ± 0,17 7,61 ± 0,18 1,31

0,01

5,21 ± 0,16 6,96 ± 0,36 1,34

0,1

5,10 ± 0,15 6,58 ± 0,22 1,29

1

5,78 ± 0,22 7,60 ± 0,27 1,32

Estos resultados ponen de manifiesto que no hay influencia del pH sobre la preparacion de emulsiones de Pickering a partir de nanocristales de quitina.

Un valor preferido para el pH seria de 0,01 a 0,1 mM de HCl.

(c) Variation de la salinidad

Los resultados obtenidos se presentan en la tabla 3.

Tabla 3: Evolucion del diametro medio (pm) en funcion de la salinidad (mM) por la variacion de la concentracion de NaCl (para emulsiones de 3 g/l de nanocristales ^ de quitina y una concentracion de HCl de 0,01 mM)______________

Concentracion de NaCl (mM)

D3,2 (pm) D4,3 (pm) Polidispersidad

0

8,32 ± 0,32 13,00 ± 0,13 1,56

2

5,84 ± 0,16 7,53 ± 0,38 1,29

5

5,85 ± 0,08 7,32 ± 0,34 1,25

10

6,23 ± 0,10 8,03 ± 0,16 1,29

20

6,43 ± 0,21 8,43 ± 0,32 1,31

50

6,39 ± 0,20 8,25 ± 0,35 1,29

100

5,35 ± 0,24 7,02 ± 0,37 1,31

En ausencia de fuerza ionica, la produccion de la emulsion es posible pero se hace menos controlable y la distribucion de tamanos de gotas es mas polidispersa.

A partir de una concentracion 2 mM de NaCl en estas condiciones, no hay influencia de la fuerza ionica.

Un valor preferido seria de 20 a 50 mM de NaCl, segun la densidad de carga superficial y la concentracion.

(d) Estabilidad en almacenamiento a diferentes temperaturas

Las muestras en condiciones estandar (3 g/l de nanocristales de quitina en NaCl 20 mM y HCl 0,01 mM) se almacenaron durante 1 semana a diferentes temperaturas.

Los resultados obtenidos se presentan en la tabla 4 siguiente y en Figura 3.

Tabla 4: Evolucion del diametro medio (pm) en funcion de la temperatura de almacenamiento (°C)_______________

Temperatura de almacenamiento

D3,2 (pm) D4,3 (pm) Polidispersidad

250C

5,21 ± 0,16 6,96 ± 0,36 1,34

40C

4,94 ± 0,18 6,36 ± 0,23 1,29

40°C

5,60 ± 0,15 7,10 ± 0,08 1,27

Despues de estos tratamientos termicos, las emulsiones estaban visiblemente inalteradas.

El valor de 25 °C sirve como valor de referencia y la ausencia coalescencia muestra la estabilidad de las emulsiones en estas condiciones.

B.2. Estabilidad por secado para la aplicacion como emulsion seca

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Una muestra de emulsion de 5 g/l de nanocristales de quitina en NaCI 50 mM y HCl 0,01 mM se mantuvo en un tubo no tapado a 50 °C durante 8 h y seguidamente a 25 °C durante 5 dfas (tiempo necesario para secar de forma homogenea).

Seguidamente se disperso en HCl 0,01 mM y se hizo pasar al granulometro.

Los resultados obtenidos se presentan en la tabla 5 siguiente y en la Figura 4 aneja.

Tabla 5: Evolucion del diametro medio (^m) antes y despues del secado _________________________________

D3,2 (urn) D4,3 (um) Polidispersidad

No secado

5,07 ± 0,04 6,33 ± 0,07 1,25

Secado a 50 °C y seguidamente 25 °C

5,05 ± 0,13 6,50 ± 0,35 1,29

El diametro de las gotas es igual, mostrando la capacidad de formar emulsiones secas.

B.3. Evolucion del porcentaje de fase interna en funcion de diferentes parametros para las HIPE producidas segun 2 protocolos (“directo” y “dos etapas”)

Las emulsiones se preparan segun los protocolos descritos con anterioridad y, despues de un tiempo de espera de 24 h, se miden los volumenes para calcular los porcentajes de fase interna (Protocolo 6).

Finalmente los tubos se inclinan, o se invierten, para proporcionar una indicacion sobre la textura: S: solido, C: vertible, L: lfquido.

Los resultados obtenidos se exponen en las tablas 6 a 9 siguientes.

Tabla 6: Evolucion de las condiciones de referencia: nanocristales de quitina a 3 g/l en la fase acuosa de NaCl 20 mM y HCl 0,01 mM___________________________________________________________________________

V de aceite anadido (ml)

0,5 1 1,5 2,5 4 9 15 20

% fase interna “dos etapas”

70,2 ± 1,3 76,8 ± 0,7 74,3 ± 3,1 77,0 ± 0,0 83,6 ± 0,1 91,6 ± 0,1 94,4 ± 0,1 94,9 ± 0,3

S

S

S

S

S

S

S

S/C

% fase interna en directo

64,2 ± 5,1 64,7 ± 0,6 68,0 ± 0,0 77,1 ± 0,0 83,9 ± 0,0 91,6 ± 0,2 94,9 ± 0,0 84,8

S

S

S

S

S

S

S

S

Tabla 7: Evolucion en funcion del pH, a acidez mas elevada: nanocristales de quitina a 3 g/l en la fase acuosa NaCl 20 mM y HCl 1 mM ________________________________________________________________________

V aceite anadido (ml)

0,5 1 1,5 2,5 4 9 15 20

% fase interna en “dos etapas”

72,6 ± 4,3 74,2 ± 0,5 75,1 ± 1,1 76,9 ± 0,1 83,6 ± 0,0 91,3 ± 0,3 94,2 ± 0,1 96,1 ± 0,0

S

S

S

S

S

S

S

S/C

% fase interna en directo

69,8 ± 1,9 67,8 ± 0,9 67,7 ± 0,1 76,7 ± 0,1 83,6 ± 0,0 91,5 ± 0,0 94,5 ± 0,4 96,0

S

S

S

S

S

S

S

S

Tabla 8: Evolucion en funcion de la salinidad, en ausencia de NaCl: nanocristales de quitina a 3 g/l en la fase acuosa HCl 0,01 mM___________________________________________________________________________________

V aceite anadido (ml)

0,5 1 1,5 2,5 4 9 15 20

% fase interna

70,3 ± 0,2 74,6 ± 3,3 77,7 ± 3,3 77,6 ± 3,1 83,0 ± 0,0 91,7 ± 0,1 94,6 ± 0,0 95,6 ± 0,8

en “dos etapas”

C C C S S S S S/C

% fase interna

72,3 ± 3,4 69,7 ± 1,1 71,8 ± 2,0 83,7 ± 4,6 83,5 ± 0,2 91,9 ± 0,3 94,6 ± 0,1 96,0 ± 0,1

en directo

L L L C S S S S/C

Tabla 9: Evolucion en funcion de la salinidad, a concentracion elevada de NaCl: nanocristales de quitina a 3 g/l en la fase acuosa con NaCl 100 mM y HCl 0,01 mM

V aceite anadido (ml)

0,5 1 1,5 2,5 4 9 15 20

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

% fase interna en “dos etapas”

67,1 ± 5,1 70,2 ± 1,2 69,8 ± 1,8 76,9 ± 0,1 82,2 ± 2,1 91,3 ± 0,1 94,3 ± 0,3 93,4 ± 0,2

S

S

S

S

S

S

S

S/C

% fase interna en directo

40,7 ± 0,3 60,0 ± 0,0 68,0 ± 0,0 77,1 ± 0,1 83,6 ± 0,0 91,7 ± 0,0 94,8 ± 0,0 95,9 ± 0,2

C

S S S S S S S/C

Si las diferencias se observan para los primeros puntos de emulsiones menos estables y menos estructuradas en ausencia de sal (gel vertible/gel solido), mas alla de aproximadamente 74% de fase interna, todas las emulsiones presentan un porcentaje de fase interna identico, independientemente del metodo y de los parametros ensayos.

En la mayoria de los casos, se obtiene un gel solido.

Solo la ausencia de sal conduce a emulsiones menos estructuradas, pero siempre es posible formar HIPEs. A una salinidad elevada, siendo el gel muy estructurado, es mas dificil de poner en practica.

La via “directa” integra la totalidad del agua introducida, mientras que la via de “dos etapas” tiene una tendencia a excluir el agua, aumentando asi el porcentaje de fase interna para las MIPE.

Mas alla de aproximadamente 74% de fase interna, los porcentajes de fase interna son iguales para los dos procedimientos.

No obstante, se apreciara una diferencia de textura considerable entre los dos metodos. La estructuracion del gel segun el modo de preparacion parece por tanto que es diferente.

Si se desea un gel mas estructurado (gel solido) y un porcentaje de fase interna superior, es preferible hacerlo segun la via de dos etapas.

Ademas, los resultados (no presentados) ponen de manifiesto que es posible preparar MIPEs y HIPEs a partir de nanocristales de quitina despues de 1 y 2 horas de desacetilizacion segun el protocolo 7.

B.4. Preparacion de espumas solidas a partir de emulsion de Pickering o de MIPE

Las emulsiones preparadas basadas en nanocristales de quitina y de ciclohexano se congelan y seguidamente se liofilizan (Protocolo 8).

Este protocolo permite obtener espumas alveolares cuyos tamanos de celulas son controlables segun el volumen de fase interna (ciclohexano) anadida a una emulsion de Pickering.

Las imagenes de MEB ponen de manifiesto estas estructuras alveolares. Esto ilustra la gran estabilidad de los nanocristales de quitina en la superficie interfacial, lo que permite conservar la estructura para una porosidad muy elevada y de las paredes extremadamente finas, es decir, de aproximadamente 10 a 50 nanometros.

Estos resultados estan asociados a las propiedades de la emulsiones de Pickering ya que adsorcion irreversible en la superficie interfacial y la elevada estabilidad de estas emulsiones permite el mantenimiento de la estructura en la congelacion.

Para una via en dos etapas (resultados no presentados), la estructura de la espuma es analoga.

B.5. Combinacion de nanocristales de polisacarido

Se prepararon emulsiones mixtas de nanocristales de quitina/celulosa segun el Protocolo 3(a) en “dos etapas” anterior, de forma que se obtiene una combinacion de nanocristales de quitina a 1,5 g/l y nanocristales de celulosa a 1,5 g/l en la fase acuosa que contiene NaCl 20 mM y HCl 0,01 mM.

Despues de un tiempo de espera, se miden los volumenes para calcular los porcentajes de fase interna (Protocolo 6).

Finalmente los tubos se inclinan, o se invierten, para proporcionar una indicacion sobre la textura: S: solido, C: vertible, L: liquida.

Los resultados obtenidos se presentan en la tabla 10 siguiente y en la Figura 5 aneja.

V aceite anadido (ml)

0,5 1 1,5 2,5 4 9 15 20

5

10

15

20

25

30

35

40

% fase interna en “dos etapas”

79,9 ± 5,4 78,6 ± 1,6 80,2 ± 2,1 76,2 ± 0,1 82,9 ± 0,1 91,0 ± 0,2 89,3 ± 7,1 94,9 ± 0,5

S

S

S

S

S

S

S

C

Las propiedades permanecen inalteradas, siendo modificada solamente la naturaleza de la superficie interfacial.

Una suspension que comprende 50% de nanocristales de quitina y 50% de nanocristales de celulosa conduce a MIPEs y HIPEs equivalentes en textura y en porcentaje de fase interna para una suspension que comprende 100% de nanocristales de quitina, pero cuyas cargas superficiales seran a la vez positivas y negativas, lo que puede ser interesante para ciertas aplicaciones.

B.6. Formacion de una espuma seca estable

Se realizaron ensayos de formacion de espuma segun el Protocolo 9 siguiente.

Se estudiaron los diferentes parametros siguientes:

- una concentracion de nanocristales de quitina de 2 g/l a 13 g/l,

- una fuerza ionica entre 0 y 5 mM de NaCl,

- un pH de HCl 0,01 mM (pH 5), HCl 0,1 mM (pH 4) y HCl 1 mM (pH 3).

Concentracion de quitina

Los resultados obtenidos se presentan en la tabla 11 siguiente, en fraccion en volumen de espuma con respecto al volumen total de emulsion.

Tabla 11: Comparacion de las fracciones de espuma segun las concentraciones de nanocristales de quitina y estabilidad con el tiempo (HCl 0,01 mM, NaCl 2 mM)___________________________________________________

Concentracion en nanocristales de quitina (g/l)

2

6 10 13

Tiempo

0 25% 41% 47% 89%

2 min

21% 33% 41% 78%

20 min

10% 30% 40% 76%

12 h

10% 29% 40% 75%

2 dias

8% 23% 28% 61%

5 dias

4% 22% 25% 55%

La formacion de espuma se observa efectivamente a partir de una concentracion de 6 g/l de nanocristales de quitina. Para concentraciones inferiores a 6 g/l, la espuma es muy debil e inestable.

Fuerza ionica y pH

Los resultados obtenidos se presentan en la tabla 12.

Tabla 12: Comparacion de las evoluciones de las fracciones en volumen de espuma en porcentaje, segun las condiciones de fuerza ionica y pH a 13 g/l de nanocristales de quitina y t= 20 min_____________________________

NaCl (mM)

0

1 2 5

HCl (mM)

0,01 67% 79% 76% 70%

0,1

32% 41% 61% 40

1

0,03% 0,7% 28% 25%

Como muestran las evoluciones del volumen de espuma medido, la ausencia de fuerza ionica (NaCl a 0 mM) no permite la formacion de espuma para valores del pH inferiores a 4. Igualmente, el aumento de la fuerza ionica mas alla de 10 mM tiende a una desestabilizacion de la espuma cualquiera que sea el pH.

Ademas, el aumento del pH de 3 a 5 favorece la estabilizacion de la espuma.

Se observo igualmente que una espuma de origen a pH 5 desaparece a pH 2 (mediante la adicion de 20 pl de HCl 1 M); solo subsiste una corona. Se forma una espuma cuando vuelve a pH 5 (mediante la adicion de 20 pl de NaOH 1 5 M).

Estos resultados muestran el caracter reversible de la espuma en funcion del pH.

Estudio de la estabilidad de las espumas con el tiempo

10

Una solucion de quitina de 2 g/l a 13 g/l (HCl 0,01 mM y NaCl 5 mM) se somete a una agitacion horizontal segun el Protocolo 9 anteriormente citado.

Los resultados obtenidos se presentan en la tabla 11 anterior.

15

Se observa una estabilidad muy buena con el tiempo.

Claims (15)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

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   REIVINDICACIONES

   1. Composicion que comprende una fase interna dispersada en una fase continua hidrofila, que posee un porcentaje de fase interna superior a 50% en volumen, caracterizada porque dicha composicion contiene nanocristales de un polisacarido distinto de la celulosa que estan localizados en la superficie interfacial entre dicha fase interna y dicha fase continua hidrofila.
2. 2. Composicion segun la reivindicacion 1, caracterizada porque los nanocristales de un polisacarido distinto de la celulosa se escogen entre nanocristales que tienen cargas positivas.
3. 3. Composicion segun la reivindicacion 2, caracterizada porque los nanocristales de polisacarido se escogen entre:

   (i) exclusivamente nanocristales de polisacarido con carga positiva, excluyendo nanocristales de celulosa, o

   (ii) nanocristales de polisacarido con carga positiva, distinto de celulosa, mezclados con nanocristales procedentes al menos un polisacarido con carga negativa.
4. 4. Composicion segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 o 3, caracterizada porque los nanocristales de un polisacarido distinto de la celulosa se escogen entre nanocristales de quitina.
5. 5. Composicion segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque consiste en una emulsion o una espuma.
6. 6. Composicion segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque dicha composicion consiste en una emulsion (i) de tipo de fase interna elevada o HIPE, que posee un porcentaje de fase interna superior a 75% en volumen, o (ii) de tipo de fase interna media o MIPE, que posee un porcentaje de fase interna comprendido entre 50 y 75% en volumen.
7. 7. Procedimiento de obtencion de una composicion que comprende una fase interna dispersada en una fase continua hidrofila, que posee un porcentaje de fase interna superior a 50% en volumen, procedimiento que se caracteriza porque comprende las operaciones siguientes:

   a) una operacion de incorporacion de nanocristales de un polisacarido distinto de la celulosa, en una fase hidrofila,

   b) una operacion de suministro de dicha fase hidrofila que contiene nanocristales de polisacarido y una fase destinada a constituir dicha fase interna,

   c) una operacion de formacion de dicha composicion mediante dispersion de dicha fase interna en dicha fase hidrofila.
8. 8. Procedimiento segun la reivindicacion 7, caracterizado porque los nanocristales de polisacarido incorporados en la operacion a) se escogen entre nanocristales que tienen cargas positivas.
9. 9. Procedimiento segun la reivindicacion 8, caracterizado porque los nanocristales de polisacarido incorporados en la operacion a) se escogen entre:

   (i) exclusivamente nanocristales de polisacarido con carga positiva, excluyendo nanocristales de celulosa, o

   (ii) nanocristales de polisacarido con carga positiva, distinto de celulosa, mezclados con nanocristales procedentes al menos un polisacarido con carga negativa.
10. 10. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 8 o 9, caracterizado porque los nanocristales de polisacarido incorporados en la operacion a) se escogen entre nanocristales de quitina.
11. 11. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque al final de la operacion c), la composicion obtenida consiste en una emulsion o en una espuma.
12. 12. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque la composicion es una composicion de emulsion que comprende una fase interna hidrofoba y una fase continua hidrofila y porque la operacion c) de formacion de la emulsion comprende:

    c.1) una etapa de obtencion de una emulsion de aceite en agua, intermedia, que tiene una relacion en volumen de fase interna hidrofoba/fase continua hidrofila de al menos 5/95,

    c.2) una etapa de obtencion de la composicion de emulsion que posee un porcentaje de fase interna superior a 50% en volumen, que comprende:

    c.2.1) una etapa de adicion de un volumen de fase hidrofoba a la emulsion intermedia obtenida en la etapa c.1), y agitacion de la mezcla asf obtenida, y/o

    5 c.2.2) una etapa de concentracion de la emulsion intermedia obtenida en la etapa c.1), mediante retirada de al

    menos un parte de dicha fase hidrofila.
13. 13. Procedimiento segun la reivindicacion 12, caracterizado porque en la etapa c.1), la emulsion de aceite en agua intermedia tiene un porcentaje de fase interna en volumen inferior o igual a 50% en volumen.

    10
14. 14. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque la composicion es una composicion de emulsion que comprende una fase interna hidrofoba y una fase continua hidrofila y porque la operacion c) de formacion de la emulsion consiste en mezclar la fase hidrofila que contiene nanocristales de polisacarido y la fase interna hidrofoba, para la obtencion directamente de dicha emulsion que posee un porcentaje

    15 de fase interna superior a 50% en volumen.
15. 15. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 14, caracterizado porque al final de la etapa c), la composicion de emulsion formada es (i) de tipo de fase interna elevada o HIPE, que posee un porcentaje de fase interna superior a 75% en volumen, o (ii) de tipo de fase interna media o MIPE, que posee un porcentaje de fase

    20 interna comprendido entre 50% y 75% en volumen.