USO DE NANO Y MICROTECNOLOGUSO DE NANO Y MICROTECNOLOGÍÍAS AS EN PRODUCTOS ALIMENTICIOS EN PRODUCTOS ALIMENTICIOS
Dra. Gabriela Gallardo
Definición de nanoalimentos
Todo alimento cultivado, producido, procesado o envasado mediante el empleo de técnicas o herramientas
nanotecnológicas, o a la cual se le han agregado nanomateriales manufacturados
(Joseph y Morrison 2006)
Nanotecnología en agroalimentos
Algunas definiciones más…
� Nutracéuticos: productos con propiedadesbiológicas activas, beneficiosas para la salud y con capacidad preventiva y/o terapéuticadefinida. El término NUTRACÉUTICO proviene de“nutrición” y “farmacéutico”
� Complementos o Suplementos Dietarios: productos utilizados para complementar la dieta (vitaminas, minerales, etc)
� Alimentos Funcionales: aportan al organismo determinadas cantidades de vitaminas, grasas, proteínas, hidratos de carbono y otros elementos necesarios para el organismo.
Inconvenientes que pueden poseer los compuestos bioactivos
�Inestables a factores ambientales�Insolubles en agua�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
Beneficios
Nanotecnología en productos alimenticios, nutracéuticos y suplementos dietarios
Desventajas
• Costos adicionales• Aumento de la complejidad de los procesos de producción
• Desafíos de estabilidad de los compuestos nano-microencapsulados durante el procesamiento y almacenamiento del alimento desarrollado
Potenciales aplicaciones de la nanotecnología
• Reducir el contenido de grasas, carbohidratos o calorías
• Aumentar el contenido de proteínas, fibras o vitaminas
Productos como bebidas, helados, chocolate o papas chips
Comercializarlos como alimentos “SALUDABLES”
• Conservar saborizantes, colorantes, aditivos nutricionales
y coadyuvantes
Incrementar la calidad de los productos
Reducir los costos de insumos y elaboración disminuyendo cantidades
• Desarrollar productos que cambien las propiedades nutritivas, el olor o el
sabor del alimento
Según las necesidades de cada individuo, sus alergias o preferencias de sabor
Área prioritaria en programas de investigación en empresas como
Kraft y Nestlé
Fitosteroles y fitoestanoles Inhibidores de la absorción de colesterol
Familias de compuestos BIOACTIVOS
Ej. xantófila: Astaxanthin
Xantófilas
Ej. caroteno: Lycopene
Familias de compuestos BIOACTIVOS
Carotenoides Actividad antioxidante
Lipofílicos y oxidables
Familias de compuestos BIOACTIVOS
Coenzyme Q10(ubiquinona) • Compuesto lipofílico similar a
vitaminas
• Esencial para respiración celular
• Antioxidante (secuestra radicales libres)
• Baja solubilidad, baja absorción y baja biodisponibilidad
Ej. Resveratrol
Polifenoles • Antioxidantes
• Antiinflamatorios
• Inhibidores de la agregación plaquetaria
• Hipocolesterolemiantes
• Inhibidores de algunos tipos de cáncer
• Baja solubilidad, baja absorción y baja biodisponibilidad
Lino, chía, sacha inchi, canola, nuezAceites vegetales (ALA)
Aceites provenientes de fuentes marinas (DHA y EPA)Pescados azules (atún, salmón, sardina, caballa, anchoa), algas, calamares, krill, etc.
PROPIEDADES DE LOS AG OMEGA 3
•Reducen el riesgo de ACV•Disminuyen los niveles de triglicéridos y el colesterol LDL•Inhiben la agregación plaquetaria•Disminuyen la presión arterial
Familias de compuestos BIOACTIVOS
�Baja solubilidad, absorción y biodisponibilidad
�Altamente oxidables
Distintas estrategias de encapsulación
Tipo reservorio Tipo matriz
Tecnología Morfología Tamaño ( µµµµm)
Secado por aspersión Tipo matriz
10 - 400
Liofilización 20-5000
EmulsificaciónTipo reservorio
0.2-5000
coacervación 10-800
( Zuidam & Shimoni)
LIPOSOMAS
• Son vesículas de lípidos son formados de lípidos polaresabundantes en la naturaleza, principalmente fosfolípidos (como los presentes en la soja o los huevos)
• Varían en tamaño entre 20 nm (nanómetros) y unos cientos de micrómetros
• A diferencia de micelas, pueden ser usados para encapsular a compuestos solubles en agua y en grasa.
MICELAS
• Las nanomicelas son partículas esféricas de 5-100 nanómetros en diámetro.
• Permiten encapsular moléculas no polares como lípidos, saborizantes, antimicrobianos, antioxidantes y vitaminas.
Principales aplicaciones
Aplicaciones microemulsiones incluyen la encapsulación de limonene, licopeno, luteína, y ácidos grasos omega-3
Algunas patentes:AIncorporación de aceites esenciales saborizantes a bebidascarbonatadasAEncapsulación de alfa-tocoferol para reducir la oxidación de los lípidosen el aceite de pescado.
Criterios a tener en cuenta para diseñar la correcta estrategia de encapsulación
�Características fisicoquímicas del activo
�Condiciones de producción y procesamiento del alimento donde se quiere incorporar el activo
�Condiciones de almacenamiento del activo microencapsulado antes de su uso
�Condiciones de almacenamiento del alimento funcional desarrollado antes de su consumo
�Tamaño de partícula y densidad de las microcápsulas necesarios para obtener una correcta incorporación en el producto final
�Mecanismo de liberación del activo
�COSTOS
�Material de pared
�Proceso de encapsulación
�Concentración de activo a utilizar
�Puntos legales a evaluar
�Estado del material intelectual
�Evaluar si es posible abastecer al cliente con las cantidades y en el tiempo que necesita
Basados en este análisis …
Mercado emergente
• Más de 300 nanoproductos alimenticios disponibles en el mercado• En 2015 la nanotecnología se utilizará en el 40 % de las industrias alimentarias• Este crecimiento proviene principalmente de las aplicaciones de la nanotecnologia en el negocio de envasados (“Food Packaging Business”)• Está previsto un crecimiento del 25% en la próxima década.• Numero elevado de patentes y publicaciones en los últimos cinco años•Incremento en el número de iniciativas y desarrollos en Europa (31,5%), USA (37,2%) y Japón (37,2%)
Helmut Kaiser Consultancy Group
Global nutraceutical market: food, beverages and supplements 2009-
2016
Medicina preventiva
Mercado emergente
Ácido lipoico: acelerador de la saciedad
Coenzima Q10: disminuye la acumulación de grasas
Novasol SUSTAIN Alemania
PolifenolesCoenzima Q10
Productos
� Silicatos de aluminio: se utilizan como
antiagregantes en comidas como cereales,
leches en polvo, etc.
• Dioxido de Titanio: se usa como aditivo para
preservar quesos y salchichas, dándoles un
aspecto más fresco y brillante
Sonotek Company nanocoatings
capa fina de cera en frutas, quesos
Algunos ejemplos
• Aquanova micelas con isoflavonas ambifílicas,
NovaSol ®Iso incorporado en “salchichas”,
mejorando su textura, sabor y color
Productos
•Liposomas que encapsulan lactoferrina para
incrementar la vida media en el estante de los
productos lácteos
•Fosvitina atrapada en liposomas inhibe la
oxidación de lípidos en una variedad
de productos lácteos y carne molida de cerdo
•La vitamina C en liposomas retiene la actividad después de 50 días de
almacenamiento refrigerado
Aplicaciones de liposomas
Carotenoides
Complejos fosfolípidos polifenoles
� Existen mayonesas que incluyen nanoparticulas de aluminio y siliconaColoides hidrófilos que contienen goma arábica o gelatina
Super Nano Green Te (China)Partículas nanométricas, aumentan la
biodisponibilidad de polifenoles(de 10mg a 105 mg)
Nano-Selenium Rich Black Tea (China)Aumento de la biodisponibilidad del selenio
Polvos de tamaño nanométrico para mejorar propiedades organolépticas y aumentar la
biodisponibilidad.
NanoCeuticals Supplements - RBC Life Sciences®(Alemania) Tecnología de NANOCLUSTERS
Productos
Tip Top Bread (Australia)
Aceite de lino y pescado microencapsulado
(China)
Microencapsulated DHA Nu-Mega (Australia)
Aceite de hígado de bacalao
microencapsulado (Noruega)
Aceite con omega 3 microencapsulado
(Denomega, Noruega)
DHA/EPA microencapsulado (Ocean
Nutrition, Canadá)
Productos
Metodología más difundida: EMULSIÓN + SECADO POR ASPERSIÓN (spray drying)
Formulación de la Emulsión
Secado
Gharsallaoui et al.(2007) Applications of spray-drying in microencapsulation of food ingredients: An overview. Food Research International, 40(9), 1107-1121
Microencapsulación de aceites
con alto contenido de omega 3
Caracterización
Microencapsulación de aceites
con alto contenido de omega 3
“Optimización del proceso de obtención de aceite microencapsulado con alto contenido de omega 3”. Defain, M.V., Alberti, C., Rodríguez Z., Frangie S., Lelli, D. y Hermida L., X Congreso Argentino
de Farmacia y Bioquímica Industrial, JorfyBi, Buenos Aires (2005).
Aceite de pescado microencapsulado
Aceite de lino microencapsulado
Microencapsulación de aceites
con alto contenido de omega 3
Gallardo et al. (2013) Microencapsulation of linseed oil by spray drying for functional food applications.Food Research International 52(2):473-482
M-GA/MD/WPI
M-GA/MD
M-GA
Protección del aceite frente a la oxidación
Desarrollo de alimentos funcionales con
alto contenido de omega 3
Guida & col. (2013) Microencapsulación de aceite de lino para el desarrollo de un alimento funcional. XIV Congreso CYTAL, Rosario, Septiembre 2013.
Proyecto en elaboración
INTI
Empresa productora aceite de pescado
Aceite de pescado microencapsulado
Nutracéutico (producto final)
Materia prima para desarrollar alimentos funcionales
Empresas
Sistemas de Liberación Controlada INTI-Química INTI-Agroalimentos
Lic. Cristina López, Ramiro Blasco (INTI-Agroalimentos)Ing. Nicolás Apro (INTI-Cerelales y oleaginosas)Dra. Patricia Eisemberg (INTI-Plásticos)Ing. Haydeé Montero (INTI-Lácteos)Lic. Mariana Sanchez y Ing. Viviana Renaud (INTI-Carnes)Dr, Jaime Vernon Cartner (Universidad Metropolitana, México DF)Dra. Ruth Pedroza-Islas (Universidad Iberoamericana, México DF)Dra. Ana Julia Colmenares (Universidad del Valle, Cali, Colombia)Dra. Cristina Ratti (Universidad Laval, Quebec, Canadá)
Colaboraciones
Financiación
Grupo de I+D en Alimentos
Laura HermidaGabriela GallardoLeticia GuidaRamiro Iturralde