Download Envases activos e inteligentes con bioproductos de los

[Ide@s CONCYTEG 5(60): Junio, 2010]
López et al
Envases activos e inteligentes con bioproductos de los residuos de camarón
Envases activos e inteligentes con
bioproductos de los residuos de
camarón
Resumen
Los sistemas tradicionales de envasado están alcanzando
su límite, y cada vez se demandan más y mejores envases
de uso alimenticio. Los envases activos pretenden la
interacción del envase con el alimento para mejorar su
calidad y proporcionar diversas funciones al envase. Una
nueva propuesta para elaboración de envases activos es la
incorporación de bioproductos provenientes de la
fermentación
de
los
residuos
de
camarón,
específicamente, astaxantina y quitosano, los cuales
brindan capacidad antioxidante y antimicrobiana,
respectivamente. Con esta investigación se pretende por
una parte, la elaboración de nuevos envases que sean más
funcionales, y por otra, dar valor agregado a los residuos
agroindustriales y reducir la contaminación ambiental.
Palabras clave: envases activos, bioproductos, residuos de
camarón
Jaime López Cervantes1
Dalia I. Sánchez Machado2
Carolina Buen Solano3
Doctor en Tecnología de Alimentos por la Universidad de
Santiago de Compostela. Profesor Titular C, Departamento de
Biotecnología y Ciencias Alimentarias del ITSON, Miembro de
S.N.I. Nivel I. [email protected]
2 Doctora en Bromatología y Nutrición por la Universidad de
Santiago de Compostela. Profesor Titular C, Departamento de
Biotecnología y Ciencias Alimentarias del ITSON, Miembro de
S.N.I. Nivel I. [email protected]
3 Candidata a Doctora en Ciencias en Biotecnología por el
Instituto Tecnológico de Sonora. [email protected]
1
590
[Ide@s CONCYTEG 5(60): Junio, 2010]
López et al
Envases activos e inteligentes con bioproductos de los residuos de camarón
Abstract
ocasionado que el plástico sustituya al vidrio y al
metal. Entre las innovaciones más interesantes se
Traditional packaging systems are reaching their limit,
and are increasingly demanding more and better
packaging for food. The active packaging intended the
interaction of the container with food to improve its
quality and provide various functions to the package. A
new proposal for development of active packaging is the
incorporation of bio-products from fermentation of
shrimp residues, specifically, astaxanthin and chitosan,
which provides antioxidant and antimicrobial properties,
respectively. The aim of this research is on one hand,
developing new packaging to be more functional, and
secondly, to add value to agro-industrial residues and
reduce environmental pollution.
encuentran las técnicas de envasado activo, donde el
envase desempeña alguna otra función además de
constituir una simple barrera física entre el producto
y su entorno. Actualmente, se está trabajando en la
preparación de envases activos con actividad
antioxidante y antimicrobiana derivada de la
incorporación de astaxantina y quitosano, dos de los
principales productos obtenidos de la fermentación
de los residuos de camarón.
Key words: active packaging, bio-products, shrimp
residues
Envases tradicionales
Introducción
El envase es un elemento esencial en la conservación
En los últimos años se han producido una serie de
y comercialización de los alimentos. Además, de sus
cambios en las preferencias de los consumidores y
las últimas décadas, el envasado ha adquirido un
en la manera en que los alimentos son producidos y
papel esencial desde el punto de vista de marketing
comercializados. Por tal motivo, es necesario
y de la conveniencia del consumidor.
funciones primarias de contención y protección, en
desarrollar envases que brinden protección al
alimento durante su transporte y almacenamiento, y
El envasado ha sido definido como un sistema
además que le proporcionen funciones que ayuden a
coordinado de preparación de productos para el
prolongar su vida de anaquel.
transporte, la distribución, el almacenaje, la venta al
detalle y el uso oficial y como un medio de asegurar
El uso de plásticos como materiales de empaque ha
el suministro seguro hasta el último consumidor en
crecido rápidamente durante las últimas décadas.
condiciones adecuadas a un costo global mínimo
Además, el desarrollo de nuevas matrices plásticas y
(Paine y Paine, 1994). Asimismo, el objetivo
su combinación con diferentes materiales ha
dominante del envasado consiste en mantener el
591
[Ide@s CONCYTEG 5(60): Junio, 2010]
López et al
Envases activos e inteligentes con bioproductos de los residuos de camarón
producto en buenas condiciones durante su vida útil.
celulosa, poliamida, hidrocloruro de caucho, resina
El
de
de poliéster, resina de polietileno, resina de
envasado, nuevos procesos y nuevas tecnologías han
polipropileno, resina de poliestireno, cloruro de
cambiado la manera de envasar, distribuir y
polivinilideno y cloruro de vinilo (Potter, 1999).
descubrimiento
de
nuevos
materiales
consumir los alimentos. Con estos descubrimientos
es posible mejorar la presentación y calidad de los
Desde
productos, logrando ampliar su vida de anaquel y
interacciones entre el alimento y los materiales de
manteniendo
estado.
envasado, así como la influencia de éstos en las
Tradicionalmente, se han hecho muchos esfuerzos
características organolépticas y vida útil de los
para minimizar las interacciones entre envases y
alimentos, son muy complejas.
alimentos, como la migración o absorción de
aspectos a considerar son: a) recubrimiento de
componentes y la permeabilidad de los materiales de
envases metálicos, con objeto de evitar posibles
envasado (Ahvenainen y Hurme, 1997). Pero, con
interacciones con los ácidos y otros compuestos de
las nuevas tecnologías se pretenden aprovechar esas
los alimentos; b) la migración a los alimentos de los
posibles interacciones en beneficio del producto,
plastificantes, pigmentos, iones metálicos y otros
cubriendo
componentes de los materiales plásticos; c) la
o
las
mejorando
deficiencias
su
del
envasado
convencional.
el
punto
de
vista
toxicológico
las
Los principales
migración de los aceites de los alimentos a los
plásticos, y d) la interacción entre el envase y el
Dentro de los principales materiales de envasado se
alimento bajo distintas condiciones de procesado
encuentran el papel y el cartón, y son las mejores
(Fellows, 1994).
fuentes de rigidez. El vidrio tiene la ventaja de no
alterar los alimentos, mientras que el metal aporta
Los sistemas tradicionales de envasado están
una mayor resistencia. Los plásticos proveen de
alcanzando su límite, y cada vez se demandan más y
formas rígidas y flexibles. El número de polímeros
mejores envases de uso alimenticio. En las últimas
utilizados o utilizables para el envasado de los
décadas se han desarrollado numerosas innovaciones
alimentos es ya muy importante y cada año que pasa
con el fin de conseguir formas más naturales de
aparecen
ser
conservación de los alimentos y de controlar el
utilizadas en este campo. Los plásticos más
propio envasado y el almacenamiento para asegurar
importantes empleados en el envasado de alimentos
una buena calidad del producto y la seguridad para
comprenden:
el consumidor. Entre los desarrollos más importantes
nuevas
moléculas
celulosa
que
regenerada,
podrían
acetato
de
592
[Ide@s CONCYTEG 5(60): Junio, 2010]
López et al
Envases activos e inteligentes con bioproductos de los residuos de camarón
se encuentran las técnicas de envasado activo e
El componente activo del envase puede ser parte del
inteligente.
material de envasado o algún material ajeno incluido
en él. El método más desarrollado hasta el momento
es la utilización de sobres o bolsitas que contienen el
Envases activos
producto activo y que se introducen en los envases.
El sobre debe ser permeable para permitir la
El envase activo está diseñado para interaccionar de
actividad del componente activo; pero, debe impedir
una forma activa con su contenido, y esta interacción
el contacto del mismo con el alimento. En otros
implica una transferencia de masa, pudiendo
casos, los compuestos activos se incorporan a las
incorporar sustancias al contenido del envase o
películas
absorbiendo componentes desde el contenido.
comestibles.
del
envase,
tanto
sintéticas
como
De esta forma, el envasado activo podría definirse
como toda técnica que pretende algún tipo de
Envases inteligentes
interacciones favorables entre el envase y el
producto, con el objeto de mejorar su calidad y
Con este tipo de envase se logra controlar el estado
aceptabilidad. Los materiales activos modifican
de los alimentos envasados o de su entorno. Son
determinadas condiciones o procesos del alimento
sistemas que monitorean las condiciones del
que juegan un papel determinante en la vida
alimento envasado para dar información acerca de la
comercial del producto.
calidad
del
mismo
durante
su
trasporte
y
almacenamiento. El envase inteligente está fabricado
Los
envases
activos
incluyen
sistemas
que
absorben/eliminan o regulan compuestos como
para poder brindar al consumidor cierta información
sobre alguna condición del alimento envasado.
oxígeno, etileno, humedad o compuestos que pueden
causar malos olores o sabores en los alimentos.
Hay una amplia variedad de indicadores que son de
Otros sistemas liberan agentes antimicrobianos,
gran interés, por ejemplo, indicadores tiempo-
antioxidantes,
temperatura, indicadores de frescura e indicadores
saborizantes,
aromatizantes
o
de integridad del envase.
colorantes.
593
[Ide@s CONCYTEG 5(60): Junio, 2010]
López et al
Envases activos e inteligentes con bioproductos de los residuos de camarón
Los principales sistemas están patentados, pero sólo
alternativa viable para la utilización de los residuos
un número limitado ha sido comercializado debido a
de camarón es la fermentación láctica, la cual es una
que los requerimientos para envases son muy
técnica sencilla, económica y que no requiere de un
estrictos. Estos indicadores deben ser fácilmente
control excesivo durante su proceso. Con la
activados y exhibir un cambio (o mostrar una
fermentación láctica se logra proteger la biomasa de
indicación)
e
una descomposición, y se mantiene la calidad
irreversible, y los cambios dependientes del tiempo y
nutricional de los bioproductos obtenidos. Son tres
de
ser
los principales bioproductos de la fermentación: una
reproducibles e idealmente corresponderse o ser
fase sólida (quitina), una fase líquida (proteínas,
fácilmente correlacionables con la calidad del
minerales y aminoácidos libres) y una fase lipídica
producto alimenticio.
(lípidos y astaxantina). La fase lipídica corresponde
la
que
sea
temperatura
fácilmente
de
medible
exposición
deben
el 3% de los bioproductos obtenidos, en los cuales la
astaxantina se encuentra en una proporción de 0.35
Bioproductos de los residuos
de camarón
g/kg.
Teniendo en cuenta que la producción de
camarón en el estado de Sonora, en el 2009 que
fueron 76,000 ton aproximadamente, se generarían
El camarón es un crustáceo decápodo de tamaño y
26,600 ton de residuos, por lo que se esperarían 798
color variable. Su cuerpo es algo encorvado y está
toneladas de fase lipídica, y 3,675 toneladas de
dividido en dos partes: cefalotórax y abdomen,
quitina, la cual se convertirá posteriormente en
comercialmente conocidos como cabeza y cola,
quitosano.
respectivamente.
Aunque
el
camarón
es
excepcionalmente nutritivo solamente el 65 % del
animal es comestible y lo restante, gónadas y
hepatopáncreas,
son
desechado
en
Quitosano
basureros
municipales, convirtiéndose en una fuente de
La quitina es el segundo polisacárido más abundante
contaminación
problemas
en la naturaleza, se puede obtener de plantas,
ecológicos debido a su fácil descomposición
invertebrados marinos, insectos, y de la pared celular
bacteriana. Es por esto que existe la necesidad de
de algunos hongos y microorganismos (Chandumpai
encontrar alternativas que permitan reutilizar estos
et al., 2004; Ma et al., 2009; Kasaai, 2008). Es el
residuos para general productos de valor comercial y
principal constituyente del caparazón de crustáceos,
disminuir
tales como cangrejos y camarones. El derivado más
la
ocasionando
contaminación
serios
ambiental.
Una
594
[Ide@s CONCYTEG 5(60): Junio, 2010]
López et al
Envases activos e inteligentes con bioproductos de los residuos de camarón
importante de la quitina es el quitosano, el cual se
Astaxantina
obtiene de una desacetilación parcial de la quitina en
estado sólido bajo condiciones alcalinas (NaOH
La astaxantina es un carotenoide de origen natural de
concentrado) o por hidrólisis enzimática (Rinaudo,
gran interés, en el ámbito científico y comercial,
2006).
usos
debido sus diversas aplicaciones. Por ejemplo, en la
biotecnológicos, principalmente en la industria
industria farmacéutica se puede utilizar como
farmacéutica se ha utilizado para la fabricación de
marcador celular y como antioxidante, y en la
fármacos de liberación controlada. Por otra parte, en
industria cosmética como un agente colorante.
los últimos años se ha atribuido al quitosano una
Mientras que en la industria alimenticia como
importante
que
suplemento y complemento de color de numerosos
demuestra su importancia en la industria alimenticia
alimentos, tales como la intensificación del color
y
de
amarillo de la yema del huevo o en la pigmentación
desacetilación del quitosano es un factor clave esta
de salmones. Hay tres fuentes de astaxantina que
propiedad. Se ha reportado que el quitosano de bajo
pueden ser utilizadas en la industria,
peso molecular tiene acción antimicrobiana contra
sintética, astaxantina obtenida de fermentación
Escherichia
microbiana,
El
quitosano
actividad
farmacéutica.
coli,
tiene
diversos
antimicrobiana,
Sin
embargo,
Pseudomonas
el
lo
grado
aureofaciens,
y
astaxantina
astaxantina
recuperada
del
subtilis,
procesamiento de los residuos de camarón (Hwan-
Candida kruisei y Fusarium oxysporum, y además
Lee, et al., 1999). La extracción de astaxantina de
puede inhibir el crecimiento de hongos (Tikhonov, et
los residuos de camarón ha sido estudiada por
al., 2006). De acuerdo a León y Santiago (2007), la
diferentes autores (Félix-Valenzuela, et al., 2001;
propiedad antimicrobiana del quitosano se debe a la
Gimeno, et al., 2007). Así mismo, se han
presencia de grupos amino cargados positivamente
desarrollado métodos para la separación de la
que interaccionan con la membrana celular de las
astaxantina con un alto grado de pureza a partir de la
bacterias, cargadas negativamente, afectando a las
fracción
proteínas y otros componentes. Aunado a todo esto,
características de los pigmentos carotenoides. Por
el quitosano se caracteriza por ser biodegradable, no
una parte, son compuestos orgánicos coloreados por
tóxico y biocompatible.
lo que pueden actuar como pigmentos, y por otra,
Enterobacter
agglomerans,
Bacillus
lipídica.
Son
dos
las
principales
tiene la capacidad redox, que les permite actuar
como antioxidantes, bajo condiciones especificas.
595
[Ide@s CONCYTEG 5(60): Junio, 2010]
López et al
Envases activos e inteligentes con bioproductos de los residuos de camarón
Incorporación de quitosano y
astaxantina a envases activos
y el Instituto Nacional de Salud de Portugal, Dr.
Ricardo Jorge (INSA, Dra. Ana Teresa Sánchez
Silva); se encuentra financiado bajo el proyecto
Usualmente un envase activo es desarrollado en base
FONCICYT
a polímeros no biodegradables, nanobiocompuestos,
trabajo tiene como objetivos específicos: 1) obtener
proteínas,
las condiciones óptimas para la extracción de
polisacáridos
y
biopolímeros
de
C002-2008-1 (200-95935). El grupo de
microorganismos, todos ellos tienen la habilidad de
astaxantina
controlar la liberación de sustancias (Coma, 2008).
proveniente de la fermentación de los residuos de
Actualmente, existe un gran interés en aprovechar
camarón; 2) optimizar la conversión de quitina a
los residuos agroindustriales. Por medio de procesos
quitosano
biotecnológicos se investiga la utilización de los
desarrollar la metodología para incorporar el
residuos de camarón, y la elaboración de envases
quitosano a matrices plásticas, PE y PA, para la
activos con actividad antioxidante y antimicrobiana
generación de envases activos con propiedades
debido a la incorporación de astaxantina y quitosano
antimicrobianas; y 4) comprobar la capacidad
extraído de este tipo de residuos en las matrices
antioxidante y antimicrobiana del envase activo
poliméricas. El interés en el desarrollo de envases
desarrollado. Con este proyecto se busca el
activos con este tipo de compuestos naturales es para
desarrollo de un proceso enteramente biológico,
aumentar la vida útil de los alimentos y garantizar su
donde se utilicen los residuos de camarón para
seguridad. Se proyecta integrar estos compuestos en
obtener
matrices plásticas de polietileno (PE), etileno vinil
características idóneas para incorporarlos a envases
acetato (EVA) y poliamida (PA).
activos.
presente
mediante
astaxantina
en
la
procesos
y
fracción
lipídica
enzimáticos;
quitosano
con
3)
las
Actualmente, el consorcio formado por el Instituto
Tecnológico de Sonora (Dr. Jaime López Cervantes
Bibliografía
y Dra. Dalia Sánchez Machado), BIODEPARC, S.A.
de C.V (empresa dedicada al aprovechamiento de
residuos agroindustriales), Universidad de Santiago
de Compostela (Dr. Perfecto Paseiro Losada),
Fundación
GAIKER
(Dra.
Inmaculada
Angulo
Varona), Centro de Investigación en Alimentos y
Desarrollo, A.C. (CIAD, Dra. Herlinda Soto Valdez)
Ahvenainen, R. y Hurme, E. (1997). “Active and smart
packaging for meeting consumer demands for quality and
safety”. Food Additives and Contaminants, 14 (6-7), 753-763.
Chandumpai, A., Singhpibulporn, N., Faroongsarng, D. y
Sornprasit, P. (2004). “Preparation and physico-chemical
characterization of chitin and chitosan from the pens of the
squid species, Loligo lessoniana and Loligo formosana”.
Carbohydrate Polymers, 58, 467-474.
596
[Ide@s CONCYTEG 5(60): Junio, 2010]
López et al
Envases activos e inteligentes con bioproductos de los residuos de camarón
Coma, V. (2008). “Bioactive packaging technologies for
extended shelf life of meat-based products”. Meat Science, 78,
90-103.
Félix-Valenzuela, L., Higuera-Ciapara, I., Goycoolea-Valencia,
F. (2001). “Supercritical CO2/ethanol extraction of astaxanthin
from blue crab (callinectes sapidus) shell waste”. Journal of
Food Process Engineering, 24, 101-112.
Fellows, R. (1994). Tecnología del procesado de los alimentos:
principios y prácticas. Zaragoza, España: Acribia, S.A.
Gimeno, M., Ramírez-Hernández, J.Y., Martinez-Ibarra, C.,
Pacheco, N., García-Arrazola, R., Bárzana, E. y Shirai, K.
(2007). “One-solvent extraction of astaxanthin from lactic acid
fermented shrimp wastes”. Journal of Agricultural and Food
Chemistry, 55, 10345-10350.
Hwan Lee, S., Roh, S.K., Park, K.H. y Yoon, K. (1999).
“Effective Extraction of Astaxanthin Pigment from Shrimp Using
Proteolytic Enzymes”. Biotechnol. Bioprocess Eng., 4, 199-204.
Kasaai, M.R. (2008). “A review of several reported procedures
to determine the degree of N-acetylation for chitin and chitosan
using infrared spectroscopy”. Carbohydrate Polymers, 71, 497–
508.
León, K. y Santiago, J. (2007). “Propiedades Antimicrobianas de
Películas De Quitosano-Alcohol Polivinílico Embebidas en
Extracto De Sangre De Grado”. Revista de la Sociedad Química
del Perú, 73, 158-165.
Ma, G., Yang, D., Kennedy, J. y Ni, J. (2009). “Synthesize and
characterization of organic-soluble acylated chitosan”.
Carbohydrate Polymers, 75, 390-394.
Paine, F. y Paine, H. (1994). Manual de envasado de alimentos.
Madrid, España: A. Madrid Vicente, Ediciones.
Potter, N.N. (1999). Envasado de los alimentos. En La ciencia
de los alimentos. España: Acribia, S.A.
Rinaudo, M. (2006). “Chitin and chitosan: Properties and
applications”. Prog. Polym. Sci, 31, 603-632.
Tikhonov, V., Stepnova, E., Babak V., Yamskov, I., PalmaGuerrero, J., Jansson, H., Lopez, L., Salinas, J., Gerasimenko,
D., Avdienko, I., Varlamov, V. (2006). “Bactericidal and
antifungal activities of a low molecular weight chitosan and its N/2(3)-(dodec-2-enyl)succinoyl/-derivatives”.
Carbohydrate
Polymers, 64, 66-72.
597