Nanotecnología y su aplicación en la Industria Alimentaria. Estado de la cuestión.

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Nanotecnología
Mª del Carmen Berrocal Sertucha
Prof. Depto. Ciencias Biomédicas (Nutrición y
Bromatología)
Facultad de Farmacia, Compuestos bioactivos 1-3Junio/2016

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Indice
• Definición.
• Precedentes de la Nanotecnología.
• El tamaño es clave.
• Comparativa en base al tamaño.
• Nanocompuestos.
• Nanoestructuras.
• Aplicaciones en la Industria Alimentaria.
• Relaciones Beneficios/Riesgos.
• Legislación Europea.

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Definición de Nanotecnología
• Según ISO (2010):
1. Comprensión y control de la materia y los
procesos a escala nanométrica, generalmente ≤
100nm de una o más dimensiones, donde la
aparición de fenómenos dependientes del
tamaño, permite nuevas aplicaciones.
2. Los nanomateriales adquieren propiedades
diferentes a escala nanométrica y surgen
materiales novedosos, dispositivos y sistemas
que explotan estas nuevas propiedades.

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Precedentes históricos
• Siglo IV a.C., los vidrieros romanos ya
aprovechaban las propiedades de los materiales
nanométricos. (cristales con Nmetales,
Au, Ag..).
• Richard Feynman, Premio Nobel
de Física, en 1960 propuso manipular los
átomos para construir estructuras que
poseyeran la mayor variedad de
propiedades.

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La ciencia de lo nanométrico
• En 1974 se crea el concepto de Nanotecnología
por el Prof. Norio Taniguchi de la Universidad de
Ciencias en Tokio.
• En los -80 en base a la teoria del Prof K. Eric
Drexler, se consigue manipular átomos y
moléculas.
• En 1996 Richard E. Smalley, Harold Kroto y
Robert Curl, ganan el Premio Nobel de Química
por el descubrimiento de los fullerenos (formas
alotrópicas del Carbono).

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El material nanométrico del futuro
• En 2010 Andrey Gueim y Konstantin Novosiolov,
reciben el Premio Nobel de Física por los
conocimientos de esta nueva forma alotrópica del
Carbono, EL GRAFENO.
• Conocido desde 1930s.
• Lo aíslan a Tªambiente.
• Es como un hidrocarburo aromático policíclico. En
su forma cristalina hay enlaces que estabilizan las
láminas de Grafeno.

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Nanopartículas insignia
A)-Fullereno (C60-1985)
C20, C70. En hollín,
Cristales, partículas
espaciales….
B)-Nanotubo de
carbono (1991).
Polímeros de
Fullereno
C)-Grafeno
(2010)

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Comparativa de tamaños
Oficina de Ciencias. Depto de la Energia
http://science.energy.gov/~/media/bes/images/placemats/nano%20energy/Nano-Front-HR.JPG

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Las propiedades “Nano”
• Las nanopartículas o nanoestructuras
deben cumplir 3 condiciones:
1) Que el tamaño ≤100nm. al menos en una
dimensión (1D,2D,3D).
2) Que las propiedades de los materiales
cambien en este rango.
3) Que haya control y entendimiento de lo
que se está fabricando.

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Las propiedades “Nano”
La escala nanométrica confiere a las
estructuras/partículas, propiedades diferentes a
las del mismo material a escala micrométrica.

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El tamaño es clave
Las nanopartículas tienen:
a) Un elevado cociente Superficie/Volumen.
Mayor reactividad.
b) El tamaño por debajo del tamaño celular y
de las barreras biológicas. Mayor poder de
penetración, incluso podrían llegar hasta el
núcleo celular.

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Elevada Reactividad (S/V)
Propiedades de interacción con la luz.
Propiedades eléctricas, conductividad.
Propiedades térmicas.
Propiedades mecánicas….
Propiedades químicas.
Propiedades biológicas.

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Las propiedades f(tamaño)
Emulsión
Suspensión
Comportamiento
frente a la luz

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Elevado grado de penetración

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Efecto Biológico

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Nanomateriales Inorgánicos
• Nanopartículas de Au, de Ag
• Nanopartículas de Se, de Cu
• Nanopartículas de Fe
• Nanopartículas de Ca, de Mg
• Nanopartículas de Silicatos
• Nanopartículas de NaCl (< cantidad)
• Nanopartículas de Oxidos de metales:
TiO2

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Nanoestructuras
Nanotubos inorgánicos
Nanosomas
Nanotubos orgánicos
Nanopartículas
Fullereno, grafeno….

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Nanosomas
Partículas versátiles
Encapsulación de moléculas hidrosolubles/liposolubles.
Dispersión en agua de una película fosfolipídica a Tª por
encima de la Tª de transición del lípido.

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APLICACIONES DE LAS NANOPARTÍCULAS

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Nanotubos de Carbono
• Los nanotubos de carbono
son las fibras más fuertes
conocidas. 10-100 veces mas
fuertes que el acero, por
unidad de peso.
• 1,3nm. de diámetro.
• Para aumento de resistencia,
para transporte de moléculas
en su interior, exterior,
funcionalizados en superficie.

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Liberación
Efecto barrera
Humedad
Moléculas
volátiles
Oxígeno
CO2

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Aplicaciones en la Industria Alimentaria
En cualquier punto de la cadena alimentaria.
AREAS:
 Envasado (envases activos, envases inteligentes).
 Calidad y Seguridad Alilmentaria (biosensores).
 Nuevos productos (nanoalimentos funcionales).
 Mejora en el Procesado de alimentos
(gelatinización, espumas, emulsiones…).

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Nanoalimento
• Todo alimento cultivado, producido o
procesado o envasado mediante el
empleo de técnicas o herramientas
nanotecnológicas, o al cual se le han
agregado nanomateriales manufacturados
que incluyen nanopartículas metálicas o
nanoestructuras, que contienen
ingredientes alimentarios.

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• Con captadores de radicales libres: aumentan la
vida útil de producto alimentario.
• Con nanoestructuras que liberan: colorantes,
aromas….. Intensificando el efecto
Envases activos de plástico
Febrero/2016. Partículas de Se

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• Son sistemas que monitorizan las condiciones
del alimento envasado, dando información sobre
la calidad del mismo durante el transporte y el
almacenamiento.
Envases inteligentes (smart)
Indicador de frescura
(EEUU)
Facilita conocer la temperatura optima de consumo

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Un nanosensor detecta:
• Los cambios de temperatura (trazabilidad).
• La formación de compuestos de degradación.
• La formación de gases en el proceso.
degradativo.
• Contaminación microbiana.
Envases inteligentes (smart)

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Envases activos-inteligentes

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Nuevos productos funcionales
• Nanoalimentos funcionales. Incorporando a los
alimentos nanopartículas de Zn, Fe, Se.
Nanocápsulas con omega-3, carotenoides,
licopenos…..Reducción de la prevalencia de
enfermedades.
• Liberando gradualmente el contenido fijado en
superficie: color, textura, sabor, aromas.
• Uso de nanopartículas para mejorar la
absorción de nutrientes. Biodisponibilidad.

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Procesado de alimentos
• Conocer la naturaleza de las nanoestructuras
presentes en los alimentos, ayudará a mejorar
el procesado:
– Las propiedades funcionales de las nanoestructuras
que adoptan almidón y celulosa. Determinan los
procesos como gelatinización, que afectan al valor
nutritivo de los alimentos.
– Nanoestructuras en la interfase agua-aceite o agua-
aire, responsables de la estabilidad de espumas,
emulsiones…..

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Riesgos/Beneficios para la salud
Las nanopartículas
penetran
en el cuerpo humano
• Por Inhalación,
• Por ingestión,
• Por Penetración.

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Pregunta Parlamentaria
• Sept/2010.Batido dietético de chocolate de RBc Life
Sciences con nanopartículas de 5nm recubiertas de
moléculas de cacao y azúcar (menor cantidad de
• grasa y azúcar).
• La adición de nanomateriales no carece de riesgos,
pueden atravesar barreras, como epitelio e intestino.
• Instituto de Salud Medioambiental de Düssel
Dorf, tras su investigación: Ingerir nanopartículas de
Sílice o TiO2 podría provocar daños al instestino.

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Reglamento Europeo 1169/2011
• Nanomaterial artificial: cualquier material producido
intencionadamente que tenga una o más dimensiones
del orden de 100nm……………..
• Propiedades de la nanoescala:
– Relacionadas con la gran superficie específica.
– Las propiedades físico-químicas específicas que son distintas
de la forma no nanotecnológica del mismo material.
• Información en el etiquetado: Si hay nanomateriales
artificiales, figurarán en el listado de ingredientes
seguido de la palabra “nano”.

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Evaluación de los Riesgos
• En el año 2009 la Agencia Europea de
Seguridad Alimentaria (EFSA), concluyó que en
el uso de la nanotecnología aún existían
muchas incertidumbres sobre su seguridad y
era difícil dar unas conclusiones plenamente
satisfactorias.
• “Guidance on the risk assessment of the application of
nanoscience and nanotechnologies in the food and feed
chain” (EFSA Journal 2011;9(5):2140)

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• Nanotecnología considerada como la
segunda Revolución Industrial.
• Máximo desarrollo en la segunda década
del s. XXI.
• El grupo internacional “Amigos de la
Tierra” http://www.tierra.org/: Cambiar el
criterio de nanopartículas. Tamaño a
Propiedades…………300nm.
• Precaución de la Industria Alimentaria,
para evitar rechazo consumidores.

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Muchas Gracias