nanoencapsulacion

Evaluación de la obtención de nanoencapsulados confines alimentariosCasas, E., García-Reverter J., Rivera, D., García, M.

ainia

Introducción

La nanotecnología se ocupa de la caracterización, fabricación y manipulación de estructuras con tamaños entre 1 y 100 nm y abarca la capacidad de medir, modelar y controlar los materiales en esta escala.

las asistencias tecnológicas (ATE) son servicios orientados a un resultado a

corto plazo, en los que ponemos nuestros conocimientos y experiencias al

servicio de la empresa

Nanotecnología en el sector alimentario

Source: US National Cancer Institute

Su potencial deriva de las propiedades inusuales de los materiales a escala nano como una elevada superficie específica y la capacidad de superar barreras biológicas.

EL potencial de la nanotecnología ha sido ampliamente reconocido por diversos sectores como el electrónico, biomédico, farmacéutico, cosmético, energético, catalítico o de materiales. Sin embargo su impacto en el sector alimentario ha sido limitado hasta la fecha.




Nanotecnología en el sector alimentario

Entre las aplicaciones alimentarias más prometedoras destacan:

Desarrollo de nuevos ingredientes funcionales

Desarrollo nuevos envases

Utilización de nanosensores

Nanocéuticos encapsuladosAlonso, y Sanchez, 2006. Nanociencia y nanotecnología, Nº34

Introducción

Índice

Tecnologías de producción de nanoencapsulados

Aspectos regulatorios relativos a la aplicación de nanoencapsulados en alimentación

Tecnologías de caracterización

Tipología de sustancias a emplear: núcleos y recubrimientos

EVALUACIÓN DE LA OBTENCIÓN DE NANOENCAPSULADOS CONFINES ALIMENTARIOS

Ventajas de la encapsulación aplicada en alimentación

Evaluación de la obtención de nanoencapsulados con fines alimentarios

Las ventajas principales de la encapsulación en el sector alimentario se pueden agrupar en:




Ventajas de la nanoencapsulación aplicada en alimentación

Enmascaramiento de olores y sabores desagradables de ingredientes concretos

Aislamiento de componentes específicos, frente a otros ingredientes o componentes de la matriz alimentaria, evitando reacciones no deseadas

Prolongación de la dosificación de un ingrediente de manera prolongada en el tiempo

Liberación selectiva de un ingrediente en determinadas condiciones predefinidas, como un determinado pH o temperatura concreta.

Protección de componentes alimentarios sensibles, como aromas, vitaminas frente a agentes externos como el oxígeno, temperatura, o la luz.


Concretamente, alcanzar escala de Nanoencapsulación:




Ventajas de la nanoencapsulación aplicada en alimentación

Mayor posibilidad de penetración en los tejidos y capilares

Aumento de los tiempos de residencia en el tracto gastrointestinal

Mejora de la eficiencia de liberación y absorción de los compuestos activos en los lugares de interés del organismo.

Aumento de la superficie específica

Núcleos:ingrediente o principio activo, al que se pretende dotar de alguna de las ventajas asociadas a la nanoencapsulación.


Recubrimientos:

Materiales mediante los cuales se aporta al núcleo estas características concretas en el proceso de nanoencapsulación

www.psrc.usm.edu/TRG/research/nano.html

Nanooesfera: Recubrimiento erosionable

Nanoesfera: Recubrimiento permeable

Nanocápsula:Recubrimiento permeable


Vitaminas yminerales

Aceites y ácidos grasos

AromasEnzimas

Extractos y compuestos bioactivosVit A

Vit B (B1, B2, B9, B12)

Vit. C, Vit E

Fe, Cu, Mg, Zn

Omega-3

(DHA/EPA/ALA)

Aceite de pescado

Aceites esenciales

Aminoácidos

Colina

Tocotrienoles

Menta

Limón

albahaca

Tomillo

Colesterol oxidasa

Lacasa

¿Qué encapsular? Tipos de núcleos


Interés de liberación prolongada o en determinadas condiciones ambientales.

Compuestos activos. Sensibles frente a factores externos. Fácilmente degradables.

Ingredientes con baja biodisponibilidad.



¿Con qué encapsular? Tipos de recubrimientos


Carboximetil-celulosa, metilcelulosa, etilcelulosa,nitrocelulosa, acetilcelulosa

CELULOSAS

Gluten, caseína, albúminaPROTEINAS

Ceras, parafinas, tristearina,ácido esteárico,monoglicéridos, diglicéridos, aceites, grasas

LÍPIDOS Y ÁCIDOS GRASOS

Almidón, amilosa y amilopectina quitosanoCARBOHIDRATOS

goma arábiga, agar, alginato, carragenatosGOMAS

TIPO DE RECUBRIMIENTOS EJEMPLOS

ASPECTO FUNDAMENTAL: SELECCIÓN DEL RECUBRIMIENTO

Definirá el mecanismo de liberación Efecto final del producto

Íntimamente relacionado con la tecnología de encapsulación

Compatibilidad con el núcleo y con la matriz



Estrategias Top-down Estrategias Bottom-up


Procesos basados en fenómenos físicos: Secado por atomización,

enfriamiento por atomización, recubrimiento en lecho fluido, deposición

electrostática

Procesos basados en fenómenos químicos: Coacervación,

polimerización, incompatibilidad polimérica, gelificación iónica, térmica

Procesos basados en fenómenos físico-químicos: Inclusión molecular,

formación de liposomas, micelas, nanotransportadores lipídicos,

fluidos supercríticos

1. Núcleos

2. Recubrimientos

3. Propiedades

finales



Procesos físicos: Secado por atomización/ enfriamiento por

atomización

Atomizador de dos fluidos, rotativo, a presión, ultrasonidos.Esquema proceso Spray drying. BUCHI.

Nanopartículas de quitosanopor atomización



Procesos basados en fenómenos físicos y químicos:

Fluidos supercríticos: RESS, SAS, PGSS...

Partículas coprecipitación SAS Caroteno PLA

Partículas por Inclusión molecular ciclodextrinas



Procesos basados en fenómenos físicos y químicos:

Inclusión molecular o formación de nanocomplejos

Complejos de cilcodextrinasDímero de β-lactoglobulina bovina complejada con retinol. b) Dímero de β-lactoglobulina bovina unida a dos moléculas de palmitato (C16:0). Fuente: http://www.rcsb.org

Formación de micelas, formación de liposomas

www.psrc.usm.edu/TRG/research/nano.html



Procesos basados en fenómenos químicos:

Evaporación emulsiones, coacervación, reacciones de polimerización,gelificación iónica o térmica


El efecto de productos nanoencapsulados en la dieta depende de muchos aspectos específicos del material, además de las características químicas del producto empleado: Tamaño de partícula y su distribución de tamañosÁrea interfacialPropiedades superficiales de las partículas Estado de agregación del conjunto de partículas

Estas propiedades afectan a su comportamiento en el organismo, en cuanto a:

Grado de penetración de las nanopartículas en el organismoPuntos de penetraciónla posible acumulaciónMigración de las nanopartículas en el organismo







¿Cómo evaluar el producto final? Técnicas de caracterización

Aspecto crítico requiere desarrollos específicamente adaptados a cada caso concreto.

La legislación y aspectos regulatorios dependen directamente del desarrollo y adaptación de las técnicas de caracterización a escala nanométrica.

Las técnicas de caracterización básicas deben adaptarse para tener en consideración:

la propiedad final que se desea evaluarel tipo de recubrimientoel medio o matriz en el que se encuentran las nanopartículas

Fuente: Malvern Instruments



Caracterización morfológica: microscopía electrónica de barrido SEM





Distribución de tamaño de partículas: difracción de luz

Potencial Z:

Estabilidad excelenteMás de ±61

Inestabilidad incipienteDe 10 a ± 30

Buena estabilidadDe 40 a ±60

Estabilidad moderadaDe 30 a ± 40

Coagulación o floculación rápidaDe 0 a ± 5

Potencial Z Estabilidad del coloide

Fuente: Zeta Potential of Colloids in Water and Waste Water, ASTM Standard D 4187-82, American Society for Testing and Materials, 1985.


Estudios de estabilidad

Estudios de liberación

Requieren desarrollo de procedimientos específicos en función del uso final-Análisis químico: HPLC, GC-MS

Caracterización química y funcional



Higuera-Ciapara, et al. 2004Tachaprutinun, et al. 2009


Aunque se menciona en determinados reglamentos, no existe una normativa específica, por lo que su aplicación se debe regir por la reglamentación habitual.

Se hace mención específica a la nanotecnología en el Reglamento CE 1333/2008: necesidad de someter los aditivos alimentarios ya autorizados a la evaluación de la Autoridad, cuando se elaboren con métodos de producción o mediante el uso de materias primas significativamente diferentes de los incluidos en la determinación de riesgo, incluyendo mención específica a la nanotecnología en la definición del calificativo “significativamente diferente”.

artículo 12 del citado reglamento, donde se especifica que el aditivo alimentario en el que se produce un cambio en el tamaño de las partículas, por ejemplo mediante nanotecnología, se considera un aditivo diferente, y antes de que pueda comercializarse deberá incluirse una nueva entrada en las listas comunitarias o una modificación de las especificaciones

NUEVOS ALIMENTOS DEBE QUEDAR DEMOSTRADA SU INOCUIDAD

AMPLIO CAMPO DE INVESTIGACIÓN




Aspectos regulatorios relativos a la aplicación de nanoencapsulados en

alimentación


La nanoencapsulación de sustancias alimentarias, es una solución para el empleo de aditivos alimentarios que requieren un aislamiento del medio en el que se pretende emplear

El modo de liberación del principio activo depende fundamentalmente de la forma de la nanopartícula, del material empleado como encapsulante, y del método de encapsulación


La selección de la metodología más apropiada a cada caso es el punto clave para la consecución de los objetivos deseados

la evaluación de nanopartículas encapsuladas es algo complejo y requiere el desarrollo o adaptación de métodos en función de los parámetros que se precisa evaluar en cada caso


Existe una gran variedad de sustancias susceptibles de encapsular con una amplia diversidad de funciones.

Del mismo modo, la disponibilidad de materiales a emplear como encapsulantes es muy diversa, lo que permite seleccionar de manera específica las propiedades que se pretende aportar a cada caso concreto.

los métodos de caracterización son necesarios también para evaluar el efecto biológico de las partículas

Reforzar las investigaciones dado que desde el punto de vista regulatorio se está poniendo el acento en la seguridad e inocuidad de los productos sobre la salud de los consumidores

¡¡GRACIAS POR SU ATENCIÓN¡¡

Ministerio de Ciencia e innovación: Proyecto consorciado

DINAMO IAP-060100-2008-23 . “Desarrollo de nanoencapsulados para uso

alimentario”. Participan junto con AINIA: Cartif (coordinador), Azti, CNTA e Inbiotec

Datos de contacto: [email protected] tfno. 961366090


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