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NANOTECNOLOGÍA ALIMENTARIA
LA NANOTECNOLOGÍA ES UN CAMPO DE LAS CIENCIAS
APLICADAS DEDICADO AL CONTROL Y MANIPULACIÓN DE LA
MATERIA A UNA ESCALA MENOR QUE UN MICRÓMETRO, ES DECIR,
A NIVEL DE ÁTOMOS O MOLÉCULAS (NANOMATERIALES)
UN NANÓMETRO ES LA MILLONÉSIMA PARTE DE UN METRO 10 -9
Alrededor de diez átomos de hidrógeno
Un leucocito tiene 10000 nm de diámetro
Las aplicaciones de la nanotecnología en el campo de la alimentación,
se
centran principalmente en desarrollar nuevos envases y alterar algunas
propiedades de los alimentos.
Agricultura
•Crecimiento controlado
de hormonas.
•Nanosensores para
detectar enfermedades
en plantas y animales.
•Nanosensores para
controlar las
condiciones del suelo y
el crecimiento de las
cosechas.
•Nanocápsulas para
generar vacunas.
Procesamiento de
alimentos
• Nanopotenciadores
del sabor.
• Nanoparticulas para
controlar la viscosidad
de los alimentos.
• Nanoparticulas para
detectar virus en los
alimentos.
Suplementos
alimentarios
Polvos para incrementar la
absorción de los nutrientes.
• Nanogotas que contengan
vitaminas para una mejor
absorción.
• Nanocápsulas para
controlar la estabilidad de los
nutrientes.
• Nanopartículas para llevar
hasta las células humanas los
nutrientes sin afectar al color
y al sabor de los alimentos
Envasado
• Anticuerpos adheridos a
nanoparticulas fluorescentes
para detectar aditivos
químicos y enfermedades.
• Nanosensores biodegradables
para controlar la temperatura,
humedad y conservación
de los alimentos.
• Nanopelículas para evitar la
absorción de oxígeno.
• Nanosensores electroquímicos
para detectar alcohol
Aplicaciones (I) : Agricultura
En referencia a la aplicación de la nanotecnología en la producción
agrícola destacan dos puntos :
- Mejorar la productividad (principalmente en uso de fertilizantes),
optimizando el uso del agua, los fertilizantes y los productos fitosanitarios
- Proteger los productos de posibles contaminaciones (uso de
pesticidas, desarrollo de nanocaptadores para detectar enfermedades,
plagas o falta de agua en las plantas).
Ejemplos:
BASF desarrolla nanoemulsiones y nanoencapsulados que permiten
que las formulaciones una vez agitadas queden homogeneizadas
durante más de un año (antes se agitaban cada dos horas para
prevenir que los ingredientes se separaran).
Monsanto, por ejemplo, trabaja con Flamel Technologies en el
desarrollo de un herbicida en nanocápsulas.
Syngenta ya tiene una nanocápsula que libera su contenido en el
estómago de ciertos insectos.
KX Industries desarrolló filtros físicos con poros o membranas
antivirales y antibacteriales que permitirían recuperar agua
contaminada para uso agrícola o doméstico.
Aplicaciones (II) : Procesado de alimentos
Aditivos (conservantes)
Silicatos de aluminio: se utilizan como antiagregantes en comidas como
cereales, leches en polvo, etc.
Anatase titanium dioxide se usa como aditivo para preservar quesos y
salchichas, dandoles un aspecto más fresco y brillante
Sonotek Company, desarrolla nanocoatings capa fina de cera de 5nm.
Este coating puede ser utilizado para liberar olores, sabores, colorantes.
Se puede utilizar en carnes, frutas, quesos, etc
Ejemplos de nanoingredientes incluyen nanopartículas de hierro o zinc y
nanocápsulas que contienen vitaminas, coenzima Q10 o Omega-3.
Aplicaciones (II): Suplementos alimentarios
El término NUTRACÉUTICO proviene de “nutrición” y “farmacéutico”
Se define la Nutracéutica como “un alimento o parte de un alimento que
proporciona beneficios médicos o para la salud, incluyendo la prevención
y/o el tratamiento de enfermedades”.
Debemos distinguir entre:
Nutracéuticos: productos de origen natural con propiedades biológicas
activas, beneficiosas para la salud y con capacidad preventiva y/o
terapéutica definida.
Alimentos Funcionales: aportan al organismo determinadas cantidades de
vitaminas, grasas, proteínas, hidratos de carbono y otros elementos
necesarios para el organismo.
Complementos Alimenticios o suplementos dietéticos: productos utilizados
para complementar la dieta (vitaminas, minerales, etc)
NANOMICELAS
• Las nanomicelas son partículas esféricas de 5-100 nanómetros de diámetro.
• Se forman espontáneamente por la disolución de surfactantes en agua a
concentraciones que exceden un nivel crítico, conocido como "concentración crítica
de la micela".
• Permiten encapsular moléculas no polares como lípidos, saborizantes,
antimicrobianos, antioxidantes y vitaminas
Aplicaciones exitosas de microemulsiones incluyen la encapsulación de limoneno,
licopeno, luteína, y ácidos grasos omega-3
Algunas patentes:
Incorporación de aceites esenciales saborizantes a bebidas carbonatadas
Encapsulación de alfa-tocoferol para reducir la oxidación de los lípidos en el aceite
de pescado.
Aquanova German Solubilisate Technologies GmbH
El primer producto en mercado ha sido incorporado en “salchichas”,
mejorando su textura, sabor y estabilizando el color, pero además mejoran el
proceso de producción.
Aquanova acaba de patentar en Europa una solución de isoflavonas
ambifílicas, conocida como NovaSol ®Iso, que consisten en isoflavonas de la
soja encapsuladas dentro de micelas, de alrededor de 30 nm de diámetro Las
micelas mejoran la absorción y biodisponibilidad de estas isoflavonas.
Tienen otros productos usados para encapsular otros ingredientes, vitaminas,
coenzima Q10 y ácidos grasos.
LIPOSOMAS
• Los liposomas, o vesículas de lípidos son formados de lípidos polares abundantes
en la naturaleza, principalmente fosfolípidos (como los presentes en la soja o los
huevos)
• Los liposomas son esféricos con una configuración de concha de dos
capas.
• Las vesículas de lípidos pueden ser uni- o multilamelar conteniendo una o más
conchas de dos capas, respectivamente.
• Los liposomas varían en tamaño entre 20 nm (nanómetros) y unos cientos de
micrómetros.
• Su interior es acuoso por naturaleza
• Los liposomas pueden incorporar una variedad amplia de componentes
funcionales en su interior.
• A diferencia de micelas, pueden ser usados para encapsular a compuestos
solubles en agua y en grasa.
Principales aplicaciones:
• Los liposomas se usan para encapsular proteínas
• El interior del liposoma, tiene propiedades que se asemejan a un solvente
orgánico.
• Proveen un micro-ambiente que permite mantener funcionalidad proteica
Ejemplos:
•Liposomas que encapsulan lactoferrina para incrementar la vida media en el
estante de los productos lácteos
•Fosvitina atrapada en liposomas para inhibir la oxidación de lípidos en una
variedad de productos lácteos y carne molida de cerdo.
•La vitamina C encapsulada en los liposomas para retener actividad después
de de 50 días de almacenamiento refrigerado mientras que la vitamina C no
encapsulada perdió su actividad después de 19 días.
Biopharma Scientific : Nanosorb technologies
Nanosorb® es un sistema de liberación de compuestos basado en liposomas
Nanosorb mimetiza la capacidad del cuerpo humano de crear liposomas de
pequeño diámetro para transportar nutrientes poco solubles (peptidos,
proteinas) y por tanto de mala-absorción.
NanoSorb technology permite generar liposomas de tamaño nanométrico
que encapsulan espontáneamente en su interior diferentes productos al
añadirles agua, sin necesidad de calentar, enfriar o agitar
Algunos productos comerciales : NanoOmega3, CoQ10, vitamina B12,
vitamina E,…
Nanoemulsiones
• Son emulsiones muy finas (o/w) de dos líquidos inmiscibles (generalemente
de aceite en agua) con uno de los líquidos siendo dispersado en el otro en
forma de gotas. El diámetro en las gotas de 50 a 200 nm (nanómetros).
•Ejemplos: mayonesa, leche, salsas con grasa, y aderezos
para ensaladas.
•Tienen propiedades de textura interesantes. Por ejemplo, pueden
comportarse como una crema viscosa a concentraciones muy bajas de las
gotas de aceite, y se utiliza en el desarrollo de productos bajos en grasa.
Ejemplos:
Mayonesas que incluyen nanoparticulas de aluminio y silicona
Coloides hidrofilos que contienen goma arábica o gelatina
NANOPARTÍCULAS BIOPOLIMÉRICAS
Estas nanopartículas consisten de una matriz de biopolímeros que pueden
estar conectadas a través de fuerzas intermoleculares de atracción o a través
de enlaces químicos covalentes para formar partículas sólidas.
Las nanopartículas pueden consistir de un biopolímero simple o puede tener
una estructura de concha-interior.
Hoy, un a amplia variedad de polímeros naturales y sintéticos, han sido
usados para encapsular y transportar compuestos.
Entre estos esta el chitosan, un polímero anti-microbiano y antioxidante
obtenido de las conchas de crustáceos y el compuesto sintético poli-láctico
Ejemplos:
KitofitC® (Chitosan-Vitamin C Tablets)
Películas de quitosano (al 1%) con espesor de 31nm en tartaletas de
manzana.
CHITOSAN COMO UN POSIBLE CONSERVANTE DE PESCADO SEMIPROCESADO
Chitosán se utiliza por sus
propiedades por su capacidad
para formar un film, para inhibir
el crecimiento bacteriano, y de
hongos, y su biodegradabilidad.
(-)Chitosan
(+)Chitosan
Conservación a 4ºC
pSivida es una compañía australiana (NASDAQ:PSDV), centrada en
el desarrollo y comercialización de silicona modificada (porosa or
nanostructured silicon) conocida como BioSiliconTM.
La innovación: este producto puede ingerirse como un ingrediente
gracias a sus propiedades biodegradables y ópticas. BioSiliconTM se
degrada en acido silícico que se encuentra ya de forma natural en
otros alimentos como cerveza, vinos, cereales, arroz entre otros.
Entre las aplicaciones de la empresa destacan: productos contienen
vitaminas, antibioticos para patógenos, aditivos para preservación,,
etc.
APLICACIONES II: ALIMENTOS FUNCIONALES
Los probióticos son mezclas de especies bacterianas vivas que ingeridas
tienen un efecto beneficioso en la salud del consumidor, mejorando la
salud intestinal, disminuyendo niveles de colesterol y mejorando el
sistema inmunológico.
Los probióticos se incorporan en la dieta en forma de yogurt o derivados
fermentados de la leche (queso, pudding, bebidas basadas en leche)
Cultivos microencapsulados probióticos de ácido láctico
(cápsulas de 2 a 10 micron)
La alta resistencia de las cápsulas actúa:
•como protección ante influencias perjudiciales del
ambiente
•evitando un transporte difuso de sustancias inhibidoras
•aumentando las propiedades competitivas de los
microorganismos frente a la flora intestinal natural
•una efectividad máxima posible del probiótico en el
lugar de actuación
APLICACIONES III: ENVASADO
Objetivo :
Alargar el tiempo de vida de los alimentos envasados (menor degradación
por gas o por exposición a la luz)
“Envases Inteligentes” que dan a los productos una apariencia de alimento
fresco y de calidad.
El envase interaccionar con la comida que contiene (ej.: liberan
antimicrobiales, antioxidantes, sabores, fragancias, etc)
Nanotubos de carbono capaces de “bombear” oxígeno o CO2 que causan
deterioro del alimento
Envases inteligentes que liberan biocidas y contenedores, instrumentos
hechos de materiales biocidas, que preservan los alimentos del
crecimiento de microbios por cambios en humedad, etc.
Estos productos suelen contener nanopartículas de Ag, ZnO2, MgO2, TiO2
Aplicaciones (IV) : Trazabilidad
La tinta está formada por nanocápsulas de un polimero de hidroxietilcelulosa que
contiene una dispersión acuosa de TiO2, trietanolamina y un indicador redox (azul de
metileno)
La tinta es incolora. En presencia de oxigeno o de luz UV, la tinta se vuelve azul por
lo que puede trazar aquellos alimentos en los que el oxigeno ha entrado, o han
estado en contacto con la luz UV.
La encapsulación del polímero permite que pueda incorporar en plástico, metal, papel
u otras superficies
NanoInK: Una nueva tinta para detectar la presencia de oxigeno en comida
envasada, como alerta que el producto no está en buen estado.
Etiquetas biocompatibles con un sistema de identificación de radio-frecuencia
(RFID) que permiten ver como el alimento ha sido tratado
(University of Strathclyde, Glasgow)
Oxonica Inc, incorpora nanopartículas de Au, Ag, Pd, Ni, Pt para incorporarse en
contenedores
Aplicaciones (V): Seguridad Alimentaria
La industria alimentaria demanda métodos rápidos para estimar la
identidad, la caducidad, el deterioro o la contaminación de los
alimentos. A la industria en general, y a la alimentaria en particular, le
es necesario controlar de manera confiable los productos en matrices
muy complejas. Con la consolidación de la Unión Europea, las
medidas dirigidas hacia el control de alimentos cada vez son más
estrictas y generan necesidades analíticas muy variadas.
Esencialmente se pueden clasificar en contaminantes microbiológicos
(bacterias, virus y parásitos), material exógeno, toxinas naturales, y
otros compuestos químicos tales como pesticidas, metales tóxicos,
dogas y residuos veterinarios, entre otros.
Lateral Flow (LF) test : Formatos y beneficios
Principle: son immunoensayos cuyo principio de operación se basa en la
migración de micro- y nanopartículas a través de la membrana
Las líneas son fácilmente detectables (por ojo humano) una vez la
muestra se aplica
NANOBIOSENSORES
Un nano-biosensor es un dispositivo analítico capaz de aportar
información cuantitativa o semi-cuantitativa por la señal generada por el
reconocimiento biológicos específico entre el analito de interés y la
molécula de reconocimiento
Principales beneficios
•Medidas cuantitativas
•Información fiable y rápida
•Selectividad y sensibilidad
•Instrumento fácilmente transportable
•Plataformas rápidas, fáciles de manejar
•Fácilmente aplicables a medidas on-line
•Bajo requerimiento energético
•Configurable para diferentes muestras analíticas
Aplicaciones
Clínica: diagnostico In vitro e in vivo (glucose detection, bacterial, urinary
tract infections, cancer cell targeting, …)
Agro-food: Seguridad alimentaria (patógenos, pesticidas, aditivos, metales
pesados, toxinas, antibióticos …)
Medio-ambiente: pesticidas en aguas, tóxicos en suelos, sedimentos, aguas,
etc.
Nano-biosensores
•Diseño de biosensores:
El principio de operación del sensor recae en el elemento de
captura inmobilizado sobre la superficie transductora.
•Existen diferentes aproximaciones para inmovilizar este
elemento: adsorción inespecífica, unión a avidina o
estreptoavidina, proteina A, SAMs, …
•Problemas: Uniones inespecíficas, que
condiciones ambientales, una mala unión, …
dependen
de
Tendencias futuras...
Problemas:
-Los efectos sobre el cuerpo humano, impacto sobre salud de las
nanopartículas no se conocen
- Algunas preguntas no son claras:
¿Atraviesan distintas barreras de órganos?
¿Qué efectos causan cuando se depositan en órganos?
El uso de la nanotecnología en comida y bebida puede generar el
desarrollo de nuevos alergenos, reacciones immunológicas y pueden
incluso tener secuelas toxicas.
Suplementos vitamínicos en SIDA y VIH
Alteraciones en metabolismo de glucosa, proteínas y
grasas similares a otras formas de estrés fisiológico,
aumentado gluconeogénesis hepática y lipolisis y
proteolisis periférica
El hipermetabolismo incrementa el gasto energético
basal del 20 al 60%.
Al igual que en infección se debe administrar una
cantidad suficiente de energía y proteínas, y disminuir
grasas, colesterol y azúcares
Suplementos vitamínicos en SIDA y VIH
Suele haber deficiencia de micronutrientes:
Ac. pantetoico
Vitaminas A, C y/o E
Cu
Fe
Mg P
Se
Zn
El exceso de vit A, Cu, Fe o Zn contribuyen al riesgo y
curso desfavorable del proceso infeccioso
Suplementos vitamínicos en SIDA y VIH
PRIMARIA: causa emocional
ANOREXIA
SECUNDARIA: a fiebre, infecciones, medicación
DIARREA: síntoma gastrointestinal inicial en el 50-90 % de los casos
Suplementos vitamínicos en SIDA y VIH
Emaciación: enflaquecimiento extremo por causa morbosa.
Fundamentalmente, pérdida de masa muscular
1- Déficit de energía por incremento de gasto y disminución de ingesta
2- Hipermetabolismo
3- Agotamiento de glutamina muscular para el sist. Inmune en situación de
estres
4- Atrofia secundaria al escaso movimiento muscular
5- Pérdida de masa muscular por neuropatías y miopatías
Suplementos vitamínicos en oncología
Caquexia tumoral: estado morboso caracterizado por
anorexia, astenia, adelgazamiento con pérdida progresiva de
tejidos corporales e incapacidad para mantenerlos
mecanismos metabólicos y homeostáticos normales, que
conduce a una insuficiencia progresiva de las funciones
vitales
Entre el 20-25% fallecen directamente por su caquexia
No es recomendable los suplementos vitamínicos en
todos los casos. Valoración nutricional paciente a paciente
Suplementos vitamínicos en oncología
CAUSAS DE LA MALNUTRICIÓN PRODUCIDAS POR EL CANCER
1- DISMINUCIÓN DE LA INGESTA
2- ALTERACIONES METABÓLICAS
3- MEDIADORES TUMORALES
4- CAUSAS PSICOLÓGICAS
5- TRATAMIENTO QUIRÚRGICO
6- TRATAMIENTO QUIMIOTERÁPICO
7- TRATAMIENTO RADIOTERÁPICO
Suplementos vitamínicos en oncología
1- DISMINUCIÓN DE LA INGESTA
- Alteraciones del apetito por productos tumorales de acción central o periférica
- Alteraciones en el metabolismo del triptófano (aumento de act. Serotoninérgica)
- Alteraciones del gusto y olfato
- Alteraciones hormonales y de los sustratos circulantes( hiperglucemia, elevación
del lactato)
Suplementos vitamínicos en oncología
2- ALTERACIONES METABÓLICAS
El gasto energético basal se encuentra aumentado por el consumo
tumoral de nutrientes
3- MEDIADORES TUMORALES
- Propios del género del tumor: intolerancia a carbohidratos
- Propios de huésped del cáncer:obre función hipotalámica con anorexia y
saciedad precoz
Suplementos vitamínicos en oncología
4- CAUSAS PSICOLÓGICAS
- Depresión asociada al tumor
- Existencia de dolor
- Excesos o deficiencias nutricionales si se asocia el tumor o la curación a
ciertos alimentos
5- TRATAMIENTO QUIRÚRGICO
- Reserción radical en tumor de cabeza o cuello
- Reserción de tumores de esófago o gástricos
- Tumores de colon o intestinales
- Tumores pancreáticos
Suplementos vitamínicos en oncología
6- TRATAMIENTO QUIMIOTERÁPICO
- La quimioterapia afecta en gran medida a las células epiteliales del tubo digestivo
- Nauseas y vómitos
- Infecciones micóticas
7- TRATAMIENTO RADIOTERÁPICO
Irradiación a glándulas salivares con aumento de viscosidad y caries, nauseas y micosis
Irradiación de mucosa oral con úlceras y alteración de gusto
Irradiación en esófago, alteraciones en deglución
Irradiación en tumores pulmonares, disnea durante la alimentación, esofagitis y disfagia
Irradiación de hemiabdomen superior: nauseas y vómitos. Hemiabdomen inferior: diarrea
Suplementos vitamínicos en oncología
DIETA RECOMENDADA EN PACIENTE NEOPLÁSICO:
-PROTEÍNAS 10-15%
-GRASAS 30%
-HIDRATOS DE CARBONO 55-60%
MICRONUTRIENTES TÓXICOS A DOSIS ELEVADAS:
Vit. A, D, Niacina, ac, nicotínico, nicotinamida, Ca, P, Fe, Se y Zn