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14ANEXO I  Ejemplo de las principales empresas de la alimentación y agricultura que se dedican a la                       ...
15ANEXO IIEvidencia experimental de la toxicidad de una muestra de los nano-materiales ahora en uso                       ...
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Nanotecnología en envases para alimentos

  1. 1. ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL Facultad de Ingeniería Mecánica y Ciencias de la ProducciónPROFESORA: Ing. Priscila Castillo SotoMATERIA: Ingeniería de Procesos No ConvencionalesINTEGRANTES: Diana Coello Montoya Danny Tagle FreireTEMA: La Nanotecnología en la Industria de Alimentos Uso de Nanotecnología en Empaques para la Preservación de Alimentos EXAMEN FINALFECHA DE ENTREGA: 30 de Agosto del 2012
  2. 2. 2 TABLA DE CONTENIDOTABLA DE CONTENIDO .................................................................................................................. 2NANOTECNOLOGÍA ALIMENTARIA ................................................................................................ 3NANOTECNOLOGÍA EN LOS ENVASES DE ALIMENTOS .................................................................. 5SEGURIDAD NANOTECNOLOGÍA ALIMENTARIA............................................................................ 9CONCLUSIÓN ............................................................................................................................... 10BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................. 11ANEXO I ....................................................................................................................................... 14ANEXO II ...................................................................................................................................... 15
  3. 3. 3 NANOTECNOLOGÍA ALIMENTARIALa nanotecnología comprende el estudio, diseño, manipulación y aplicación de materiales ysistemas funcionales a través del control de la materia a nano-escala, además del estudio delos fenómenos que esta materia puede producir cuando es manipulada y empleada en varioscampos de aplicación. [1]Uno de los campos en los que la nanotecnología va ganando terreno es la industriaalimentaria. Según un reporte de la European Nanotechnology Gateway, “Nanotechnology inAgriculture and Food”, un nano-alimento es aquel que en su fabricación se utilizanherramientas o procesos nanotecnológicos o bien nano-partículas en cualquiera de sus etapasde desarrollo, ya sea el cultivo, producción o bien el empaquetado. [2]La nanotecnología alimentaria reúne varias aplicaciones dentro de un mismo campo como semuestra a continuación: En materiales de envase, con el fin de potenciar algunas características. Directamente en alimentos con diferentes fines tecnológicos. Desarrollo de bio-sensores. [3]Aplicación directa en alimentosCuando se utiliza la nanotecnología directamente en los alimentos se busca producir“alimentos interactivos" cuyas características de sabor, color, aroma y de suplementosalimenticios adicionados sean definidos por y cuando el consumidor lo decida con base en susgustos, demandas y necesidades nutricionales. El principio técnico es la incorporación de milesde nano-estructuras como lo son las nano-emulsiones, nano-partículas biopoliméricas, nano-laminados, nano-esferas que contengan cantidades mínimas, pero efectivas, de suplementosalimenticios, preservativos o mejoradores de color, sabor o aroma de gran funcionalidad. [4]Debido a las numerosas ventajas anteriormente mencionadas se trabaja en diferentes líneasde investigación como: Mejoramiento del manejo de líquidos volátiles, como los saborizantes, al convertirlos en polvos estables.
  4. 4. 4 El uso de nano-estructuras para aislar ingredientes activos y sabores hasta su consumo, los cuales poseen una alta probabilidad de interactuar con otros ingredientes. El desarrollo de micro-esferas nano-estructuradas para la protección de alimentos de la oxidación. El bloqueo de sabores indeseados por medio de nano-estructuras que no permitan la interacción entre el activo encapsulado y la mucosa oral donde están los receptores de sabor. [4]En el Anexo I se puede observar una lista de compañías de alimentos y agricultura del mundo,que tienen activos programas de investigación y desarrollo de nanotecnología.Bio-sensoresSe utilizan para trazabilidad alimentaria, estimación de vida útil y grado de frescura, detecciónde fraudes alimentarios y detección y cuantificación de compuestos xenobióticos comoaditivos, plaguicidas, dioxinas, metales pesados, etc. Además sirven para el análisis de lacomposición de los alimentos y agentes no deseados como anti-nutrientes, alérgenos, toxinasbacterianas y fúngicas, microorganismos alterantes y patógenos; actualmente se dispone dedispositivos específicos (basados en interacciones antígeno-anticuerpo) para la detecciónde Salmonella spp., Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Staphylococcus aureus,Clostridium botulinum y otros microorganismos cuya presencia en los alimentos puedesuponer un peligro para la salud de los consumidores. Por otra parte, las narices y lenguaselectrónicas tienen numerosas aplicaciones para el control de calidad de los alimentos duranteel proceso de producción como en el producto final. [5]
  5. 5. 5 NANOTECNOLOGÍA EN LOS ENVASES DE ALIMENTOSEl empaque es un factor clave para mantener la calidad y principalmente la inocuidad de losproductos, el objetivo de enfocar la nanotecnología en los envases es para mejorar el materialcon el cual se fabrica el empaque de manera que éste pueda llegar a ser más funcional y, enconsecuencia, mantener la seguridad del alimento y la protección al consumidor. [6]Un nano-compuesto polimérico es un material bifásico formado por un nano-material dispersoen una matriz polimérica, en la figura I se puede observar su formación por (a) fasesseparadas, en la cual el polímero es incapaz de insertarse entre las láminas de la nano-arcilla;(b) intercaladas, se produce cuando una o más cadenas poliméricas se insertan regularmenteen el espacio entre las láminas de la nano-arcilla; o (c) exfoliada, en la cual toda la superficie dela nano-arcilla está disponible para interactuar con el polímero, esta estructura es la quepresenta las mejores propiedades. [7] Figura I. Formación de nano-compuestos Fuente: T.V. Duncan, J. Colloid Interface Sci., 2011Las interacciones interfaciales entre la matriz y las nano-partículas son las principalesresponsables del grado de mejora en las propiedades del material, estas mejoras estánrelacionadas con los siguientes factores: dispersión, interacción con la matriz, agregacionesque puedan tener lugar entre las partículas, cantidad de arcilla utilizada y método deprocesamiento.En la mayoría de los casos, la superficie de la nano-partícula se modifica por un procesoquímico bajo condiciones y procedimientos especiales, con el propósito de optimizar las
  6. 6. 6interacciones entre el polímero y la arcilla, mejorar la dispersión y la reducción deaglomerados y facilitar la obtención de los nano-compuestos deseados. [8]Se pueden añadir otro tipo de nano-materiales, además de nano-arcillas, para proporcionaruna barrera adicional o propiedades funcionales, éstos incluyen nano-partículas de metales yóxidos metálicos, nano-fibras y nanotubos. Nano-partículas de sílice pueden ser insertados endeterminadas matrices poliméricas para mejorar las propiedades mecánicas o de barrera delos materiales compuestos y películas biodegradables.Otros rellenos de nano-partículas se han explorado también, por ejemplo, DuPont comercializauna nano-partícula de TiO2 (Estabilizador de Luz 210) para bloquear la luz UV y proporcionaruna mayor vida útil de los alimentos, y Rohm and Haas comercializan nano-partículas acrílicas(Paraloid BPM-500) para aumentar la fuerza del ácido poliláctico, un polímero biodegradable.Otro tipo de forma de nano-partículas que está atrayendo mucho interés es el quitosano, elcual mejora las propiedades mecánicas y de barrera, especialmente la resistencia al agua. [9]Una de las aplicaciones sobre la que se están llevando a cabo estudios experimentales es lafabricación de botellas para alimentos sensibles al oxígeno mediante inyección-soplado, apartir de preformas fabricadas con PET incorporando una capa aditivada con nano-arcillas.Unas de las ventajas principales con relación al vidrio es la reducción de peso, así comomenores costes de fabricación, aunque se recomienda realizar un estudio específico para cadaproducto. [8]El control de la difusión de los gases a través de los materiales del envase es la aplicación másdestacada para el uso de nanotecnología en este campo, lo que se logra es prolongar el tiempode conservación de los alimentos mediante la incorporación de nano-partículas, ya sea en elseno de la matriz polimérica, o como recubrimiento. En el caso de la incorporación de lasnano-partículas, éstas crean un recorrido tortuoso para la difusión de las moléculas gaseosasademás de aumentar la rigidez del material y mejorar las propiedades térmicas, aumentandola temperatura de fusión del material. Despierta gran interés el hecho de que con una pequeñacantidad de estas nano-partículas (3-5% en peso) se obtiene una notable mejora de laspropiedades mencionadas. [8]En la figura II se puede observar como en una película compuesta sólo de polímero (a), lasmoléculas de gas que se difunden migran a través de una vía que es perpendicular a laorientación de la película. En una película nano-compuesta (b), las moléculas que se difundendeben navegar alrededor de las partículas impenetrables (nano-partículas), y a través de las
  7. 7. 7zonas interfaciales. El camino tortuoso aumenta la longitud media de difusión de gas y, portanto, la vida útil del alimento. [10] Figura II. Ilustración del "camino tortuoso" Fuente: T.V. Duncan, J. Colloid Interface Sci., 2011Un envase activo es aquel que interacciona con el alimento o la atmósfera que lo rodea, liberaalgún compuesto de interés (antimicrobianos, antioxidantes) o bien absorbe algún tipo desustancia indeseable (oxígeno, etileno), con el objetivo de aumentar la vida útil del alimento,mantener sus propiedades organolépticas, al mismo tiempo que mantiene su seguridadalimentaria. En este sentido, actualmente se trabaja en el desarrollo de nano-compuestos conactividad antimicrobiana (inhibidores del crecimiento, portadores de antibióticos), la mayoríade las cuales se han centrado en nano-revestimientos o nano-compuestos con nano-partículasde óxido de plata y zinc, también hay investigaciones sobre los efectos antimicrobianos decompuestos naturales biológicos. [9]LOS iones de plata tienen un efecto bactericida, sus niveles liberados son relativamente bajos ya pesar de no afectar a los humanos, existe cierta preocupación por los efectos de iones deplata que se descargan en el ambiente y se acumulan en los ecosistemas, pues los iones deplata son tóxicos para la vida acuática. [9]El Instituto de Nanotecnología y Materiales Avanzados de la Universidad de Bar-llan (Israel) hadesarrollado una técnica para producir material de envasado con un recubrimiento de nano-partículas de plata tal que evita el crecimiento microbiano. Los investigadores indican que laspérdidas de plata hacia los alimentos son mínimas, respecto al poder antibacteriano indicanque posee una potente actividad hacia organismos patógenos como la Escherichia coli yStaphylococcus aureus, siendo capaz de eliminar las bacterias en cuestión de horas. [11]La Universidad de Arizona en Estados Unidos, ha realizado investigaciones centradas en eldesarrollo de envolturas comestibles para la reducción de Escherichia coli y Listeriamonocytogenes en carne fresca. Su último estudio se basó en la eficacia de envases activos
  8. 8. 8sobre cepas de Campylobacter jejuni, las dos sustancias con potencial antimicrobianoseleccionadas fueron el carvacrol y el cinamaldehído, dada la restricción que ponen alcrecimiento de las cepas.Los estudios se llevaron a cabo con carne de pollo y tres cepas de la bacteria, las muestrasinoculadas se envolvieron con un film de manzana con cinamaldehído y carvacrol en diferentesconcentraciones y se incubaron a temperaturas de 4ºC y 23ºC durante 72 horas. Los resultadosmostraron que la eficiencia del envase dependía de la dosis y de la temperatura, obteniéndoselos mejores resultados para el film con cinamaldehído a 23ºC. [11]Los envases inteligentes son aquellos que monitorizan las condiciones del producto envasado yson capaces de registrar y aportar información sobre su calidad [8], en relación a este tipo deenvases y la nanotecnología, ya se dispone de envases cuyas propiedades cambian en funciónde las condiciones externas o internas, como temperatura, es el caso de carnes empacadas.Además, hay envases con nano-sensores incorporados que detectan cantidades minúsculas deagentes químicos, como etileno, en el que el sensor puede cambiar de color para avisar alconsumidor el nivel de maduración. [9]Actualmente las investigaciones se están desarrollando en base a bio-polímeros como lacelulosa, que pueden usarse como abono después de su vida útil, es así que los estudios sellevan a cabo para determinar cómo las propiedades pueden ser mejor mejorados paraaplicaciones específicas. [9]
  9. 9. 9 SEGURIDAD NANOTECNOLOGÍA ALIMENTARIANo existen leyes claras para la nanotecnología en alimentos, quizá debido a la rapidez con quefue ganando terreno en la industria. Múltiples son los criterios y opiniones que circulan eninternet acerca de esta nueva tecnología, que indistintamente a gustos y percepciones de cadauno, ha beneficiado notablemente a la industria de alimentos.Son pocos los datos disponibles acerca de la exposición y toxicidad oral a los nano-materiales,en el Anexo II se pueden observar una tabla en la que se muestra evidencia experimental de latoxicidad de una muestra de los nano-materiales de uso comercial por la industria alimentaria.Esta tecnología aplicada a los alimentos lleva implícitos posibles riesgos que deben tomarse encuenta, ya que estas sustancias no se rigen por las mismas leyes físicas, incluso químicas, queotras partículas más grandes. En febrero del 2009, la Autoridad Europea de SeguridadAlimentaria (EFSA) publicó un dictamen sobre los riesgos potenciales derivados de la nano-ciencia aplicada en alimentos, el cual no asegura un daño al ser humano, pero tampocorecomienda su libre uso en la elaboración de alimentos, lo que si hace es recomendar que enla identificación de los riesgos deba informar si el material que se ingiere es de forma nano ono, además indica que por su diminuto tamaño, pueden circular por el organismo de formadistinta a como lo hacen otras partículas más grandes y que, por tanto, es necesario realizarevaluaciones de riesgo para cada caso. [12]Debido a las razones antes mencionadas la Organización Internacional de Normalización (ISO),publicó nuevas medidas internacionales para evaluar la toxicidad de la nanotecnologíaaplicada a los alimentos por medio de la norma ISO 10808:2010, destinada a garantizar que losanálisis para establecer la toxicidad por inhalación de nano-partículas en el aire son fiables yaplicables en todo el mundo. [13]La FDA dijo que la nanotecnología no podía clasificarse en la categoría “generalmentereconocidos como seguros” es decir, las empresas tendrían que demostrar los datosadicionales de seguridad antes de su aprobación. [14]
  10. 10. 10 CONCLUSIÓNEn los actuales momentos las opiniones son diversas, mientras unos aceptan lo que indican losorganismos internacionales, otros no les satisface lo hecho por los mismos. Lo cierto es que laausencia de una normativa de etiquetado obligatoria de productos de este tipo a nivelmundial, imposibilita la opción de determinar el número de productos alimenticioscomercializados que contienen nano-ingredientes. Incluso, ante la ausencia de un debatepúblico y el descuido por parte de los organismos reguladores, ya se han introducido en elmercado algunos alimentos sin etiquetar que han sido producidos usando la nanotecnología.Como opinión grupal, se tiene que la nanotecnología es una nueva alternativa para lograrobjetivos que en algún momento fueron inalcanzables, pero que ahora son posibles. Nadie seopone a una revisión toxicológica y ambiental de esta tecnología, pero es insensato pretenderno incursionar o explorar las nuevas opciones que se presentan, siempre y cuando losorganismos responsables tengan el compromiso de realizar los análisis y pruebas ya descritos.
  11. 11. 11 BIBLIOGRAFÍA[1] Red Española de Nanotecnología. Fecha última actualización: 03/03/2012. Disponible enhttp://www.nanospain.org/nanospain.php?p=h.[2] Joseph, T. and Morrison, M., ¨Nanotechnology in agriculture and Food¨, Nanoforum report,European Nanotechnology Gateway, 2006.[3] Nanotecnología México Blog. Fecha última actualización: 21/08/2012. Disponible enhttp://www.nanodepot.mx/nanoblog/biosensores-que-mejoran-la-inocuidad-en-los-alimentos/.[4] Delgado, Gian., ¨Nanotecnología y Producción de Alimentos: Impactos Económicos,Sociales y Ambientales¨, Tesis Master, UNAM, Centro de Investigaciones Interdisciplinarias enCiencias y Humanidades, 2009.[5] Centro de Vigilancia Sanitaria y Veterinaria. Fecha de última actualización: 10/07/2012.Disponible en http://www.madrimasd.org/blogs/alimentacion/.[6] Almengor, L. ¨Nanotecnología en la Industria Alimentaria¨, Revista Electrónica IngenieríaPrimero Universidad Rafael Landívar, no. 13, 2009, pp. 35-52.[7] Azkarate, G., Velte, D. and Blanco, A. ¨Aplicaciones industriales de las Nanotecnologías enEspaña en el Horizonte 2020¨. Reporte Técnico Fundación OPTI, Gobierno de España, 2008.[8] Guía Técnica Ainia de Envase y Embalaje. Fecha última actualización: 07/08/2012.Disponible en http://www.guiaenvase.com/.[9] Robinson, D. and Morrison, M., ¨Nanotechnologies for Food Packaging¨, Reporte Técnico,ObservatoryNANO, 2010.[10] Duncan, T., ¨Applications of Nanotechnology in Food Packaging and Food Safety: BarrierMaterials, Antimicrobials and Sensors¨, Journal of Colloid and Interface Science, no. x, 2011,pp. 1-18.
  12. 12. 12[11] Boletines on Line Observatorio de Prospectiva Tecnológica Industrial (OPTI). Fecha de laúltima actualización: 23/03/2011. Disponible en http://www.opti.org/que.asp.[12] Blog Nanoalimentos. Fecha de la última actualización: 16/05/2012. Disponible enhttp://www.nanoalimentos.com/.[13] Eroski Consumer: Futuro de la Nanotecnología Alimentaria. Fecha de la últimaactualización: 22/07/2012. Disponible en http://www.consumer.es/seguridad-alimentaria/.[14] Club Darwin. Net: FDA Ve riesgos en Nanotecnología Alimentaria, pero DejaResponsabilidad a la Industria. Fecha de la última actualización: 24/08/2012. Disponible enhttp://www.clubdarwin.net/.
  13. 13. 13
  14. 14. 14ANEXO I Ejemplo de las principales empresas de la alimentación y agricultura que se dedican a la investigación y al desarrollo de nanotecnología Altria (Kraft Foods) Cargill Hershey Foods Nichirei Associated British DuPont Food La Doria Nippon Suisan Kaisha Foods Industry Solutions Ajinomoto General Mills Maruha PepsiCo BASF Glaxo-SmithKline McCain Foods Sara Lee Bayer Goodman Fielder Mars, Inc. Syngenta Cadbury Schweppes Group Danone Nestlé Unilever Campbell Soup John Lust Group Plc Northern Foods United FoodsFuente: Friends of the EarthMarzo, 2008
  15. 15. 15ANEXO IIEvidencia experimental de la toxicidad de una muestra de los nano-materiales ahora en uso comercial por la industria alimentariaNano-material, Tamaño, Evidencia experimental de toxicidadaplicaciones descripción físicaDióxido de titanio 20nm Destruye ADN (in vitro).Unos pocos cientos 30nm mezcla de Produce radical libre en el cerebro célulasde partículas de formas de rutilo y inmunes (in vitro).tamaño nm se usa anatasaampliamente comoaditivo alimentario; Nano-partículas, Daño al ADN humano, a células de la piel cuandoforma nano utilizada de tamaño se expone a la luz ultravioleta (in vitro).como antimicrobiano desconocido, dey protector formas de rutilo yultravioleta (UV) en anatasaempaquesalimenticios y en Cuatro tamaño 3- Altas concentraciones interfieren con la funcióncontenedores de 20nm, mezcla de de las células de la piel y pulmonares. Partículasalmacenamiento y se formas de rutilo y de anatasa 100 veces más tóxicas que lasvenden como aditivo anatasa partículas de rutilo (in vitro).alimentario 25nm, 80nm, 25nm y 80nm de partículas causan daño a los 155nm riñones e hígado en ratones hembra. Acumulado en el hígado, brazo, riñones y tejidos pulmonares (in vivo).Plata 15nm Altamente tóxico para el ratón de la línea germinal de las células madres (in vitro).Antimicrobianos enlos empaques 15nm, 100nm Altamente tóxico para las células del hígado dealimenticios y las ratas (in vitro).artículos de cocina,también se vende 15nm, forma Tóxica para las células cerebrales de las ratas (incomo suplemento iónica vitro).para la saludZinc 20nm, 120nm 120nm de partículas dosis-efecto causa daños en óxido de zinc en el hígado, corazón y bazo de ratones, 20nm deVendido como aditivo polvo partículas daña el hígado, bazo y páncreas (innutricional y utilizado vivo).en empaquesalimenticios 19nm óxido de Tóxico para las células humanas y de ratas,antimicrobianos zinc incluso en concentraciones muy bajas (in vitro).
  16. 16. 16 58±16nm, Pruebas en ratones mostraron letargo, vómitos y 1.08±0.25 diarrea. Dosis de nano-partículas produjeron una polvo de zinc respuesta más severa, matando a 2 ratones en la primera semana, causando mayor daño a los riñones y anemia. Un mayor daño hepático en el tratamiento de micro-partículas (in vivo).Dióxido de silicio 50nm, 70nm, 50nm y 70nm partículas absorbidas dentro delUnos pocos cientos 0.2 , 0.5 , núcleo celular, donde causó aberrantesde partículas nm 1 , 5 formaciones de proteínas e inhibición delutilizados como crecimiento celular. Provocó la aparición deaditivos alimenticios, patologías similares a las afeccionesforma nano neurodegenerativas (in vitro).promocionada parasu uso en empaquesalimenticiosFuente: Friends of the EarthMarzo, 2008

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