Laura Graciela Hermida(1,3) Cecilia Lorenzo(2,3) (1)INTI-Química (2)INTI-Plásticos (3)Programa

de Micro y Nanotecnologías INTI

Nanotecnología en el área de alimentos

Nanotecnología La nanotecnologia es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nano escala.

Nanotecnología en alimentos Clasificación original Nano - inside Nano - outside

Influencia sobre: Food aditives Food packaging

Valor nutricional, textura, sabor, conservación Almacenamiento, barrera a gases y humedad, materiales edibles

Definición actual

Los alimentos son nanoalimentos cuando se emplean nanopartículas, técnicas o herramientas nanotecnológicas durante el cultivo (o crianza), producción, procesamiento o packaging del alimento.

Nanotecnología en alimentos Procesamiento de alimentos en la micro y nanoescala

Desarrrollo de nuevas materias primas “nano”

Desarrollo de nanoproductos funcionales

Desarrollo de métodos e instrumentación para monitorear la seguridad de los alimentos Weiss et al. (2006) Functional Materials in Food Nanotechnology. Journal of Food Science 71(9):R107–R116

Ejemplos nanotecnológicos en la cadena de valor agroalimentaria Agricultura y ganadería

Nanocápsulas para delivery de agroquímicos, factores de crecimiento, vacunas, DNA - Nanobiosensores para monitoreo de condiciones ambientales y plagas

Materiales

Nanocápsulas para mejorar la biodisponibilidad de nutrientes, enmascarar sabores o controlar su liberación – Nanogeles para modificar la reología de los alimentos – Conservantes, saborizantes y antioxidantes nanoencapusulados

Nutracéuticos y Suplementos dietarios

Nanoemulsiones para nutrición oral o parenteral – Nutrientes nano/microencapsulados para aumentar estabilidad, protección en el TGI y aumento de la biodisponibilidad

Packaging de alimentos

Nanoarcillas para modificar la permeabilidad de envases y films – Recubrimientos antibacterianos y antifúngicos

Seguridad de alimentos

Sensores de patógenos, temperatura, humedad, otros .

Nanoalimentos

Vs.

Alimentos

Nanomedicinas Medicinas

Administración “masiva” y “crónica” Nutrientes bioacumulables Desafío actual : mejorar el valor nutricional de los alimentos Antecedentes: experiencias latinoamericanas con Programas de Fortificación de Alimentos con micronutrientes (Ministerio de Salud): •Harina fortificada con vitaminas, hierro y ácido fólico •Sal fortificada con fluor •Fluoración del agua potable

Ley 25630 publicada en el Boletín Oficial Nº30213 del 14/08/02 para fortificación de harinas

Nutracéuticos

Nutrition + Pharmaceutical: Nutraceutical Productos nutricionales presentados en una matriz no alimenticia (píldoras, cápsulas, polvo, etc.) de una sustancia natural bioactiva concentrada presente usualmente en los alimentos que, tomada en dosis superior a la existente en esos alimentos, tiene un efecto favorable sobre la salud

Global nutraceutical market: food, beverages and supplements 2009-2016

Medicina preventiva

Bioactivos Fitosteroles y fitoestanoles Inhibidores de la absorción de colesterol Baja solubilidad Ej. sitosterol, campesterol

Carotenoides

Polifenoles

Actividad antioxidante

•Antioxidantes • Antiinflamatorios •Hipocolesterolemiantes • Inhibidores de proliferación

Baja solubilidad y oxidables Ej. licopeno, -caroteno

Baja solubilidad Baja biodisponibilidad Ej. resveratrol

Bioactivos Coenzima Q10 (Ubiquinona) Actividad antioxidante Baja solubilidad Baja biodisponibilidad

Ácidos grasos -3 •Reducen el riesgo de ACV •Disminuyen los niveles de triglicéridos y el colesterol LDL •Inhiben la agregación plaquetaria •Disminuyen la presión arterial Baja solubilidad Baja biodisponibilidad Altamente oxidables ACEITES VEGETALES (ALA) Lino, chía, sacha inchi, canola, ahiflower ACEITES ANIMALES (DHA y EPA) Pescados azules (atún, salmón, sardina, caballa, anchoa), algas, calamares, krill

Nano/micronutracéuticos Surgen de la necesidad de nano/microencapsulación o solubilización según las características fisicoquímica de los bioactivos Inconvenientes de Bioactivos Inestables a factores ambientales Insolubles en agua (alto %) Sabor u olor desagradables Baja biodisponibilidad Dificultad de manipulación Sensibles a procesos de manufactura

• Reducción de la reactividad del bioactivo a factores ambientales, como luz, O2, humedad • Aumento de la solubilidad • Enmascaramiento de sabores y olores • Aumento de biodisponibilidad • Conversión de líquidos a sólidos • Control de liberación • Facilidad de manipulación/almacenamiento • Incorporación a alimentos

Herramientas nano/ microtecnológicas

NANOPARTÍCULAS  Aplicaciones nutracéuticas NanoCeuticals Supplements - RBC Life Sciences® (Alemania) Tecnología de NANOCLUSTERS Polvos de tamaño nanométrico para mejorar propiedades organolépticas y aumentar la biodisponibilidad.

Super Nano Green Tea (China) Partículas nanométricas (200 nm) para aumento de la biodisponibilidad.

Nano-Selenium Rich Black Tea (China) Aumento de la biodisponibilidad del selenio

Nano Gold (NGT) edible gold (Taiwan) 0,5 – 100 nm Partículas nanométricas de oro obtenidas por métodos físicos

LIPOSOMAS  Aplicaciones nutracéuticas

Complejos fosfolípidos polifenoles

Coenzima Q10 Polifenoles

(Italia)

Carotenoides

Spin off Universidad del Litoral

Extracto de Ginkgo Biloba administrado a voluntarios sanos

NANOEMULSIONES  Aplicaciones nutracéuticas Canola active oil (Shemen Industries, Israel)

NSSL con 13 mg licopeno/g

Aceite vegetal enriquecido en bioactivos mediante la tecnología de NSSL. Los nutrientes están contenidos en la fase dispersa (nano), lo cual aumenta su biodisponibilidad.

Nano-Size Self-assembly Lipid Vehicles (NSSL)

< 50 m O/W/O Nissim Garti (2006) Nanoarchitectures as delivery platforms for nutraceutical (Israel)

NANOEMULSIONES LIPÍDICAS : Nutrición parenteral OBJETIVOS

• Obtener emulsión estable por dos años (tamaño de gota medio < 500 nm) • Aumentar la biodisponibilidad de los aceites

Muestra homogénea (microscopio óptico)

Tamaño medio de gota : 270 nm

Microencapsulación de aceites con alto contenido de -3 OBJETIVOS

• Protección de la oxidación durante el procesamiento del alimento • Facilitar la mezcla de polvos • Aumentar la biodisponibilidad de los aceites

Aceite de lino microencapsulado

Aceite de pescado microencapsulado

Microencapsulación de aceites con alto contenido de -3 Obtención de alimentos funcionales

Barras de cereal y pan fortificado con aceite de lino microencapsulado Una porción cubre el 40% de la ingesta diaria recomendada de -3 (Asociación Internacional de Ácidos Grasos y Lípidos) Guida & col. (2013) Microencapsulación de aceite de lino para el desarrollo de un alimento funcional. XIV Congreso CYTAL, Rosario, Septiembre 2013.

REGULATORY FRAMEWORKS FOR NANOTECHNOLOGY IN FOODS (OECD 2013)

El packaging de alimentos

El packaging de alimentos Permitir el transporte

Contener

Funciones Comunicar Identificar - Promocionar

Proteger

Fuente: Mónica Gonzáles Gonzáles – ICIA, España.

Alimento ↔ Envase ↔ Ambiente Migración de componentes

Aromas, gases, vapor de agua, microorganismos, radiación (Luz, UV)

Aromas, componentes no volátiles, vapor de agua

Residuos

Envases amigables  biobasados/ biodegradables

Requisitos Aptitud Sanitaria



Requisitos metrólogicos y de rotulado



 

Reciclado

Impacto de nuevas tecnologías..

Innovación en materiales nanoestructurados

Desarrollo de nuevos materiales

Envases Activos

Envases Inteligentes

Incorporar componentes activos y funcionales

Innovación en diseño para hacerlo funcional al consumidor

Nanotecnología en el packaging de alimentos Desarrollo de materiales plásticos nanoestructurados

Partículas esféricas

Fibras y nanotubos

Propiedades barrera a gases, aromas y vapor de agua 



Propiedades mecánicas

Arcillas



Comportamiento térmico



Propiedades ignífugas



Materiales más livianos

Fuente: Mónica Gonzáles Gonzáles – ICIA, España.

Nanotecnología en el packaging de alimentos Desarrollo de materiales plásticos nanoestructurados biodegradables/edibles 

Disminución del consumo los recursos petroquímicos



Disminución del impacto de residuos



Valorización de residuos agroindustriales

Biopolímeros provenientes de recursos agrícolas Obtenidos a partir de microorganismos

Nanotecnología en el packaging de alimentos Desarrollo de materiales plásticos nanoestructurados Desarrollo de botellas de alta barrera MITSUBISHI & Nanocor

% C02 retention

105

100

95 M9/PET Nano-clay barrier

PET

90

N-MXD6/PET Std product 85

0

5

10

15

20

Storage time (weeks)

25

30

Nanotecnología en el packaging de alimentos NPs Ag

NPs TiO2



Antimicrobiano, antibiótico



Protector UV



Protector UVA/UVB



Antimicrobiano



Resistencia mecánica



Elimina olores, retiene



Absorbedor de etileno

partículas de polvo

NPs TiO2

Silica gel (nanoporoso)



Antimicrobiano



Absorbedor de etanol



Elimina olores, retiene partículas de polvo



Bactericida



Protector UV

NPs ZnO/MgO 

Antimicrobiano



Anti olor, retiene partículas de polvo

Nanotubos de C 

Antimicrobiano

Tecnologías en envases activos Altera dinámicamente las condiciones del sistema envase/alimento envasado Fisiológicos

Eliminación de Etileno

Absorbedor de agua

Biológicos

Físicos y Químicos

Control de humedad

Liberador de etanol

Antivaho

Nanotecnología en envases activos Agentes activos  formando parte del envase Control activo de O2

Nanotecnología en envases activos Envases antimicrobianos

Control de microorganismos en películas  migración de ácidos orgánicos, enzimas, nisina, sales de plata

Tecnologías en envases Inteligentes Sistema coordinado entorno//envase//producto envasado Indicadores t/T

Rx. Enzimática

Rx. Polimerización

Indicadores de calidad microbiana

Presencia de gases

Indicadores de frescura

Nanotecnología en el packaging de alimentos Sensores de gases 

Identificación RFID

NPs TiO2 - sensor de exposición a O2 

en matrices poliméricas y con colorantes. 

NPs para nanosensores electroquímicos

 detección de etileno. 

conductores – sensores electrónicos. Sensores t/T NPs como colorantes



Soportes

para

la

nanoporosos migración

Incorporación

de

transistores

poliméricos que usen tecnologías de películas

delgadas

de

compuestos

orgánicos en nanoesca.

NPs en nanocompuestos poliméricos





de

compuestos/colorantes Tintas termocromáticas óxidos de vanadio



Tintas conductoras con NPs metálicas



Uso de NTC como antenas

Consideraciones de seguridad Esta tecnología lleva implícitos posibles riesgos que es necesario tener en cuenta dado que estas nanopartículas no se rigen por las mismas leyes físicas y químicas que cuando se encuentran en bulk, de manera que pueden presentar respuestas inesperadas e impredecibles. 



Consideraciones de seguridad tanto para el consumo como para el ambiente.

Redefinir los requisitos de aptitud sanitaria y los métodos que se utilizaran para el análisis. 

Consideraciones de Seguridad NPs

Seguridad y calidad alimentaria e impacto en el consumidor

Impacto en el ambiente

Gracias por su atención! Programa de Micro y Nanotecnologías - INTI

www.inti.gob.ar/microynanotecnologias.com