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

Código Alimentario Argentino (CAA) capítulo 5

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

¡Muchas Gracias!