APLICACIÓN DE LOS NANOMATERIALES EN EMPAQUES ANTIMICROBIANOS PARA LA INDUSTRIA ALIMENTARIA. Sara Sierra Sepúlveda1, Sebastian Rivera Grisales1. Estudiantes de Pregrado, Universidad de Antioquia.
RESUMEN La nanotecnología en la actualidad es una de las áreas con mayor desarrollo e investigación en diversos campos de estudio. En países subdesarrollados como Colombia es indispensable la inversión e implementación de estos métodos tanto en la industria como en la construcción de desarrollos sustentable y de cierto modo competitivo con otros países, para ir a la par en cuanto a la tecnología de la sociedad actual, por esto muchas universidades se han preocupado por incentivar el análisis y la viabilidad de proyectos en esta área. La industria alimentaria es un campo indispensable en el desarrollo de la nano ciencia en la actualidad, en cuando a la innovación y optimización de recursos que permite elevar los estándares de calidad a un país y así hacerse más competitivo a nivel internacional. En la actualidad los empaques son uno de los productos más importantes en la conservación, seguridad y comercialización de productos alimenticios, por ende se han desarrollado nuevas tecnologías verdes que no se consideraban como parte de los empaques, por ejemplo los empaques activos activos entre ellos están los antimicrobianos los cuales son capaces de extender la vida útil del producto, estos tipos de empaques la función es la inhibición o reducción del crecimiento microbiano ; el objetivo de este proyecto es investigar sobre la síntesis de este nano material y sus aplicaciones en la industria alimenticia.
INTRODUCCIÓN
migraciones toxicas, nuevas técnicas en la detección de patógenos, el uso de nano partículas, nano emulsiones y nano cápsulas permitirá mejorar el valor nutricional de ciertos alimentos deforma que la dispersión de nutrientes en interés aumente en su biodisponibilidad. Lo más tradicional de los empaques de alimentos es la protección, comunicación, contención y seguridad en el transporte.
La industria alimentaria es un campo indispensable en el desarrollo de la nano ciencia en la actualidad, en cuanto a la innovación y optimización de recursos que permite elevar los estándares de calidad a un país y así hacerse más competitivo a nivel internacional. La nanotecnología se define como: Tecnología de los materiales y de las estructuras en la que el orden de magnitud se mide en nanómetros, con aplicación a la física, la química y la biología se estudia y trabaja con estructuras y materiales que tienen un tamaño de 1 a 100 nanómetros de tamaño; un nanómetro es un metro divido en un millón de partes.
El concepto de empaques activos se empezó a utilizar a partir de cambios de funcionamiento de los empaques, que anteriormente eran empaques pasivos que solo su funcionamiento se da solo a la protección prote cción del producto. Un empaque activo interactúa positivamente con el producto extendiendo su vida útil y manteniendo su calidad nutricional y microbiológica y mejorando la seguridad de su transporte, las tecnologías de empaques activos se dividen en tres categorías: sistema
La implementación de este recurso ha ofrecido mejoras en la implementación de riesgos alimenticios, un ejemplo de ello son los envases con menor riesgo de 1
Autor principal et al.: Titulo
de absorción, sistema de emisión y otros tipos de sistema; dentro del sistema de emisión se encuentra los empaques activos a los que se les incorpora agentes antimicrobiantes en la estructura para que no allá un crecimiento de microorganismos en la superficie de los alimentos. La liberación de los agentes antimicrobianos en el empaque ha ayudado a inhibir o reducir el crecimiento microbiano utilizando una pequeña cantidad de este agente antimicrobiano.
en la paredes del empaque, regulando fisicoquímica mente las condiciones del producto empacado, con el fin de extender su vida útil en altas condiciones de seguridad para el consumidor y poco uso de agentes prersevantes. Controla su la respiración del alimento, previene su oxidación temprana, controla el crecimiento de bacterias nocivas para la salud y evitando ataque de insectos [2]. -Empaques bioactivos: son productos naturales que se obtienen de la combinación de componentes bioactivos con plásticos sintéticos para lograr efectos deseados, como inhibir el crecimiento microbiano, resaltar el sabor, realizar procesos de producción in situ, y contar con indicadores de seguridad y vida útil, se realizarán a partir de empaques sostenibles y biodegradables, usa el principio de transformación como su eje principal así transformando los componentes de los alimentos [3].
Durante la última década este tipo de empaques ha tenido mucho auge y se han publicado diversos trabajos e investigaciones sobre el tema, por ende el objetivó de este trabajo es realizar una investigación para describir la funcionalidad de los empaques antimicrobianos, el mejoramiento de la síntesis y las posibles aplicaciones que tiene en la industria alimenticia.
NECESIDAD Los bioempaques en la industria alimentaria sería una forma segura, ecológica y rentable para la distribución de productos en la actualidad, una estrategia de mercado que sin duda acapararía gran cantidad de clientes, debido a la competitividad en esta industria cada vez son mayores las empresas que deciden invertir para mejorar su productividad, uno de sus principales enfoques son tecnología flexible y estandarizada.
-Empaques antimicrobianos: El principal objetivo de este empaque es combatir micro organismos indeseados, mediante la incorporación de sustancias microbianas en o sobre el empaque. En este se haría una migración controlada de los agentes reguladores al contacto directo con el alimento, en este se usa la liberación de glucosamina protonada [4].
La aplicación de la nanotecnología en el campo de la alimentación permite producir alimentos más saludables y de mayor durabilidad o conservación, asegurando la calidad de los productos, mejorando la emisión de contaminantes abióticos [1].
TIPOS DE EMPAQUE ANTIMICROBIANAS
CON
En la actualidad se producen mediante el uso en plásticos y sustratos de cerámicas, comercialmente por una empresa de nanotecnología con el nombre comercial general de NanoBioTer®
FUNCIONALIDAD DE (ANTIMICROBIANOS)
APLICACIONES
ENVASES
ACTIVOS
Según Sun Lee et al. (2008) los envases activos se pueden clasificar en tres principales categorías.
-Empaques activos o inteligentes: Este tipo de empaques ofrece la ventaja de modificar el interior del envase del producto o la implementación de sustancias
2
Sistema de absorción: Esta tecnología usa bolsas para remover gases o sustancias
Autor principal et al.: Titulo
indeseables de los empaques, como dióxido de carbono, humedad, contaminantes, para poder alcanzar una atmosfera adecuada para la conservación de los alimentos. Sistema de emisión: Esta tecnología lo que hace es añadir compuestos deseados, como etanol, antimicrobianos, antioxidantes, para proteger y mejorar la calidad del producto. Otros sistemas: Estos sistemas incluyen diferentes tareas como auto calentamiento o enfriamiento y películas selectivamente permeables.[7]
biopolímeros naturales pueden ser usados para la preparación de películas para fabricación de empaque y sus principales ventajas son: Abundantes, controlan la humedad y gases, tienen bajo costo, biodegradable entre otras. -Arcilla: La presencia de éstas en un biopolímero incrementa la distancia de difusión de alguna molécula que penetre, proporcionando excelentes propiedades de barrera. -Celulosa: Puesto que es renovable, biodegradable y biocompatible, la celulosa tiene un alto potencial para ser utilizada como materia prima en materiales de empaques.
MATERIALES Los plásticos son los materiales más usados en esta aplicación ya que presentan características únicas como: transparencia, baja densidad, propiedades mecánicas eficientes y estabilidad térmica.
-Almidón: El almidón es uno de los biopolímeros naturales más utilizados para desarrollar los materiales de embalaje amigables con el medio ambiente en sustitución de los plásticos no biodegradables, al ser un material de bajo costo, biodegradable y renovable. Sin embargo, las aplicaciones han sido limitadas debido a la baja propiedad de barrera contra el agua y pobres propiedades mecánicas, como la fragilidad de películas causadas por la fuerza intermolecular.
Biopolímeros Los biopolímeros incluyen polímeros extraídos directamente de la biomasa, como polisacáridos y proteínas, la segunda opción se hace a partir de la biomasa con síntesis química como monómero de ácido poli láctico, la tercera forma son polímeros naturales producidos por microorganismos naturales o genéticamente modificados como los polihidroxicanoatos [5]
SINTESIS DE NANOBIOCOMPUESTOS Los nanobiocompuestos se pueden obtener por distintos métodos y sus propiedades dependerán del método que se utilice para su elaboración. Los tres métodos más utilizados son: polimerización in situ, la intercalación o exfoliación por disolvente e intercalación o exfoliación por fusión.
Dentro de los bioplásticos que se aceptan para ser utilizados como material de empaque se encuentran: celulosa, almidón, poli-beta-hidroxialcanoatos y ácido poli láctico[6] En general los biopolímeros se usan en forma de películas esto se debe a que proporcionan fuerza de cohesión y capacidad de fusión esto afecta propiedades como densidad, compacidad, porosidad, permeabilidad, flexibilidad y fragilidad. Casi todos los
La polimerización in situ consiste en la mezcla del nano material y el monómero en disolución, donde se origina la polimerización del monómero, al eliminarse el disolvente. En la intercalación por disolvente, el nano material en disolución y el polímero en otra disolución se combinan, y las cadenas de polímeros se intercalan y 3
Autor principal et al.: Titulo
desplazan en el disolvente dentro de la lámina del nano material formándose el nanobiocompuesto por eliminación de disolvente. En la intercalación por fusión, el nano material y el polímero se combinan juntos por encima de la temperatura de fusión del polímero; pueden estar a esa temperatura durante un largo período, se someten a un corte u otras condiciones para fomentar la intercalación o exfoliación del nano material.
espesores o en forma de probetas normalizadas, de acuerdo al uso y tratamiento que se le va a dar al material La optimización de los parámetros de extrusión (como la temperatura, la velocidad del husillo y de la alimentación, etc.) es de vital importancia para conseguir en el nano compuesto una exfoliación adecuada de las nano partículas en la matriz que mejore las propiedades, tal y como se pretende; pues se persigue comparar el material polimérico virgen, que forma la matriz, con el nano compuesto, para así averiguar qué propiedades se mejoran.
De estos métodos, la intercalación por fusión es el proceso más atractivo debido a su versatilidad y su compatibilidad con el equipo actual de procesamiento de polímeros, tales como moldeo por extrusión e inyección, y su carácter amigable con el ambiente debido a la ausencia de disolventes. Además, este método permite el uso de polímeros que no son adecuados para la polimerización in situ o intercalación del disolvente. [8]
Los nano compuestos de polímeros/silicatos representan una clase nueva de mezclas de plásticos especiales debido a la dispersión de las partículas inorgánicas a escala nanométrica. Generalmente, el tipo de silicato usado en nano compuestos de polímeros/silicatos es Ia montmorillonita, una arcilla de tipo esméctica. Esta arcilla tiene una estructura natural en capas, con plaquetas que tienen grosores de 1 nm y longitudes de superficie del orden de 100 -1.000 nm. Las dimensiones de las partículas son Ia razón para clasificar estos materiales como nano compuestos.
Esta sería una de las síntesis para la realización del material a desarrollar para los empaques inteligentes, una de las formas más viable en la actualidad para nuestro proyecto sería la realización de nano compuestos de polímeros con nano partículas de arcilla, el principal mineral usado para este proceso es la montmorillonita o bentonita, una arcilla natural obtenida a partir de cenizas volcánicas o rocas.
La montmorillonita es hidrofílica, Io que dificulta su exfoliación completa y dispersión en polímeros convencionales que suelen tener un carácter hidrófobo. Por esta razón, normalmente se modifica Ia montmorillonita a través de sustitución de sus jones de sodio por iones de amonio orgánico, lo que da como resultado un complejo órgano-arcilloso que sí es compatible con los materiales plásticos, de manera que las plaquetas individuales pueden dispersarse más fácilmente en Ia matriz polimérica. [9]
La obtención de materiales poliméricos termoplásticos aptos para la obtención de nanobiocompuestos de matriz polimérica, son mediante la extrusión e inyección dada a la temperatura que se realiza el proceso y el producto final a obtener, para la producción de estos nano compuestos con materiales inorgánicos en este caso con arcillas, a la matriz se le hace un proceso de extrusión a una temperatura y husillo dadas, así se obtendrá la fase cristalina más estable, al terminar este proceso se obtiene una granza homogénea que se inyecta en moldes de placas con diferentes tamaños y
Falta el mejoramiento de la síntesis y la parte experimental no lo puse porque no pude encontrar la bibliografía de esa parte.
4
Autor principal et al.: Titulo
EMPAQUES ANTIMICROBIANOS
barrera impartida por la matriz del nano compuesto y las propiedades antimicrobianas aportadas por los agentes antimicrobianos naturales impregnados en su interior.[10]
El objetivo principal de este empaque es el control de microorganismos indeseables en los alimentos mediante la incorporación o depósito de sustancias antimicrobianas en o sobre los materiales de embalaje. El principio de acción de los envases antimicrobianos se basa en la migración de liberación controlada de las especies biológicas a la fase líquida y/o la cámara de aire o por contacto directo.
REFERENCIAS [1]. Rev. Soc. Quím. Uso de nanomateriales en polímeros para la obtención de bioempaques en aplicaciones alimentarias.[En línea] LimaPerú v.77 n.4 Lima oct./dic. 2011 http://www.scielo.org.pe/scielo.php?pid=S1810634X2011000400007&script=sci_arttext [Consulta: Marzo del 2017].
Otra opción es el uso, dentro de los plásticos y sustratos de cerámica, de sistemas sobre bases biológicas, metales, extractos naturales y otros principios. Esta se encuentra disponible comercialmente por una empresa de nanotecnología con el nombre comercial general de NanoBioTer®. La nano dispersión de estos sistemas en materiales plásticos y bioplásticos conduce a las sinergias con otras propiedades mientras conserva la transparencia y otras propiedades de la matriz polimérica.
[2]. SERRANO,Carlos. Empaques inteligentes y activos.[En línea]S.C, 2005 http://www.plastico.com/temas/Empaques-activos-yempaques-inteligentes+3036011 [Consulta: Marzo del 2017].
También de especial interés es el polímero de quito sano de base biológica. Este sistema ha sido ampliamente investigado; pero no fue hasta hace poco que la fenomenología del polisacárido y sus propiedades biológicas se entienden con mayor claridad, y métodos adecuados de caracterización puestos en marcha con el fin de optimizar la capacidad biológica de este polímero en aplicaciones de envasado de alimentos y recubrimiento. Sin embargo, los nano compuestos más comunes utilizados como películas antimicrobianas para el empaque de alimentos se basan en la plata, que es bien conocida por su fuerte toxicidad para una amplia gama de microorganismos, con estabilidad a altas temperaturas y baja volatilidad.
[3]. Tecnológico de Monterrey. Tecnología de alimentos.[En línea]. México,2001 http://www.mty.itesm.mx/die/ddre/transferencia/56/56 -III.05.html [Consulta: Marzo del 2017] [4] Sharma, V., Yngard, R., Lin, Y. Silver nanoparticles: Green synthesis and their antimicrobial activities. Advances in Colloid and Interface Science 145 (2009) 8396. [5]. Lagaron, J.M., Lopez-Rubio, A. Latest Developments and Future Trends in Food Packaging and Biopackaging. Innovation in Food Engineering. Ne w Techniques and Products. 2010. [6].Ecology Center.[En linea]. Berkeley, S.A http://ecologycenter.org/ptf/misconceptions.html [Consulta: Marzo del 2017].
Un nano compuesto formado por una película antimicrobiana es particularmente deseable debido a su integridad estructural y aceptables propiedades de
5
Autor principal et al.: Titulo
[7]. Sun Lee, D., Yam, K. T. y Piergiovanni, L. 2008. Food Packaging Science and technology. CRC Press. Boca Raton, EE.UU.650 p.
http://revistaselectronicas.ujaen.es/index.php/ininv/arti cle/viewFile/659/631 [10]. Lagaron, J.M., López-Rubio, A. Latest Developments and Future Trends in Food Packaging and Biopackaging. Innovation in Food Engineering. New Techniques and Products. 2010.
[8]. Bakshi, M., Kaur, H., Khullar, P., Banipal, T., Kaur, G., Sing, N. Protein Films of Bovine Serum Albumen Conjugated Gold Nanoparticles: A Synthetic Route from Bioconjugated Nanoparticles to Biodegradable Protein Films. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 2982-2992. [9]. Técnicas de análisis para estudios de nano compuestos de matriz polimérica[En línea].[Andalucía: Campus las lagunillas], c. 2011. [Consulta:3 de marzo 2017].Disponibilidad en :
6
2
2
