1 nuevas tecnologias para la producción de alimentos seguros

EMBALAJES INTELIGENTES
NUEVAS TECNOLOGIAS
PARA LA PRODUCCIÓN DE
ALIMENTOS SEGUROS
• Importante campo hoy en día en Ciencias de Alimentos son
las nuevas técnicas de preservación para garantir un
alimento seguro.
• Parte de estas técnicas se refiere a los sistemas de
embalajes inteligentes.
• Compuestos naturales tales como Aceites Esenciales,
Lizosima, Nisina, son investigados para ser utilizados como
preservantes de manera que garanticen la calidad de los
alimentos denominados “Green label”.
• Aplicación de compuestos antimicrobianos tales como
Bacteriocinas, entre otros , son propuestos para inhibir el
crecimiento de microorganismos (MO) indeseables.
COMPONENTES ACTIVOS NATURALES INCORPORADOS DIRECTAMENTE EN POLÍMEROS USADOS
EN EMBALAJES DE ALIMENTOS
COMPONENTE
ACTIVO
LIZOSIMA
NISINA
POLIMERO/ PORTADOR
SUBSTRATO
REFERENCIAS
SUBSTRATO
REFERENCIAS
Celulosa
Carne cocida
Alginato
Pescado
Field, Pivarnick, Barnett, and Rand (1986)
ÁCIDO ACÉ
ACÉTICO
Quitosan
Agua
Ouattara, Simard, Piette, Begin, and Holley (2000a)
Quitosan
Bologna, Jamón cocido,
Pastrami
Ouattara, Simard, Piette, Begin, and Holley (2000b)
ÁCIDO LÁCTICO
Alginato
Músculo de vacuno
Siragusa and Dickinson (1992)
Willett,
Willett, and Siragusa (2001)
ÁCIDO SORBICO
WPI
Medio de cultivo
Cagri, Ustunol, and Ryser (2001)
Coma, Sebti,
Sebti, Pardon,
Pardon, Deschamps,
Deschamps, and
ÁCIDO PROPIONICO
Quitosan
Agua
Ouattara et al. (2000a)
Quitosan
Bologna, Jamón cocido,
Pastrami
Ouattara et al. (2000b)
Lee, Hwang, and Cho (1998)
Appendini and Hotchkiss (1997)
Medio de cultivo
Padgett,
Padgett, Han,
Han, and Dawson (1998)
Filme de celulosa, PE
Queso,
Queso, jamonada
Scannell et al. (2000)
SPI, Filmes de almidó
almidón de
maí
maíz
Medio de cultivo
Padgett,
Padgett, Han,
Han, and Dawson (1998)
PE
Carcasa de res
Siragusa,
Siragusa, Cutter,
Cutter, and Willett (1999), Cutter,
Cutter,
Pichavant (2001)
LACTICINA
POLIMERO/
PORTADOR
GLUCOXIDASE
Medio de cultivo
Filmes comestibles
Medio de cultivo
COMPONENTE
ACTIVO
PEDIOCINA
PVOH, Nylon, Acetato de
celulosa
HPMC
COMPONENTES ACTIVOS NATURALES INCORPORADOS DIRECTAMENTE EN POLÍMEROS
USADOS EN EMBALAJES DE ALIMENTOS
Capa de silicio
Medio de cultivo
Daeschel,
Daeschel, Mcguire,
Mcguire, and Almakhlafi (1992)
Filmes de almidó
almidón de maí
maíz
Medio de cultivo
Padgett,
Padgett, Han,
Han, and Dawson (2000)
PVC, LDPE, nylon
Medio de cultivo
Natrajan and Sheldon (2000)
Filmes
Medio de cultivo
SPI, WPI, WG, EA
Filme de celulosa, PE
Ming, Weber, Ayres, and Sandine (1997)
EXTRACTO DE
SEMILLA DE UVA
LDPE
Lechuga, Brote de soya
HINOKITIOL
LDPE
Frutas y vegetales
Imakura, Yamada, and Fukazawa (1992)
Hoffman, Han,
Han, and Dawson (2001)
POLVO DE BAMBU
No estipulado
Vegetales y productos
marinos.
Fishery products, vegetables, etc.
Buffer Fosfato
Ko,
Ko, Janes,
Janes, Hettiarachchy,
Hettiarachchy, and Johnson
(2001)
TOCOFEROLES
LDPE
Bife
Moore et al. (2003)
Queso,
Queso, jamonada
Scannell et al. (2000)
COMPUESTOS NATURALES
ANTIMICROBIANOS
• Agentes antimicrobianos existen en
animales planta y MO donde
desenvuelven mecanismos de
defensa del hospedero.
• Ejemplos:
– Compuestos antimicrobianos como:
Lactoperoxidasa (leche);
– Lizosima (Huevos blancos);
– Saponinas (hierbas y especias);
– Bacteriocinas (Bactérias ácido lácticas
(LAB)).
Devlieghere, F.; Vermeiren, L.; Debevere, J.(2004). New preservation technologies: Possibilities and limitations.
International Dairy Journal, 14, 273-285.
COMPUESTOS NATURALES
ANTIMICROBIANOS
• Dos puntos importantes que
deben ser tomados en cuenta
para la aplicación practica de
estos compuestos naturales
antimicrobianos:
1. Cambios en las propiedades
organolépticas y en la textura de
los alimentos cuando estos
compuestos son adicionados.
1
COMPUESTOS NATURALES
ANTIMICROBIANOS
2. Interacción de los componentes con los
ingredientes y la influencia de esta interacción
en la eficacia de estos compuestos.
– Concentraciones moderadas de NaCl
presentes en alimentos neutralizan la
actividad antimicrobiana de estos
compuestos naturales. Ejemplo: Lizosima,
Bacteriocinas (Sakacina, Curvacina)
– Otros compuestos como proteínas, grasas y
almidón pueden alterar la actividad
antimicrobiana de estos compuestos.
BIOPRESERVACIÓN
• Actualmente existe un mayor interés del consumidor
por alimentos Minimamente Procesados, las
investigaciones apuntam a la preservación de los
alimentos a través de métodos biológicos.
• Biopreservación: Aumenta el tiempo de vida útil de los
alimentos mediante el uso de Microflora natural
controlada (BAL) y de productos antibacteriales como
ácido láctico, bacteriocinas, etc.
BIOPRESERVACIÓN
• BAL- Bacterias ácido lácticas consideradas cultivos
antagonistas porque inhiben el crecimiento de MO a
través de dos mecanismos:
– Competencia por nutrientes.
– Producción de metabolitos antimicrobianos: ácido láctico
y acético, peróxido de hidrógeno, enzimas
antimicrobianas, bacteriocinas y reuterinas.
BIOPRESERVACIÓN
• Cultivos Bacteriocinogénicos
– Producen compuestos antimicrobianos extracelulares
(proteínas o péptidos) sintetizados en los ribosomas, que
poseen efectos bacteriostáticos en otros MO.
– Estos compuestos actúan en la membrana citoplasmática
formando poros en la bicapa fosfolipídica.
– Ejemplos:
• Lactococcus lactis (Nisina)
• Pedioccocus acidilactici (Pediocina)
OPORTUNIDADES E INCONVENIENTES EN LAS NUEVAS TECNICAS DE PRESERVACI
ÓN DE ALIMENTOS
PRESERVACIÓ
BIOPRESERVACIÓN
• Cultivos No Bacteriocinogénicos
Nuevas técnicas de
Preservació
Preservación
Embalajes activos
– Alternativa para suplir las desventajas de los cultivos
Bacteriocinogénicos.
– El carácter antagonista de este cultivo se basa en la
combinación de efectos como producción de
substancias antimicrobianas y la competencia por
nutrientes específicos.
Oportunidades
Sequestradores de oxí
oxígeno incorporado em Filmes
demuestran ciertas limitaciones em su efectividad.
efectividad.
Permite el tratamiento de la
superficie de los productos.
Compatibilidad com la legislació
legislación.
Facilita el procesamiento.
procesamiento.
Cantidades de compuestos activos que migran no son
substanciales.
substanciales.
Compuestos activos tienen que ser termoestables
cuando son incorporados em filmes plá
plásticos
Compuestos naturales
antimicrobianos
Green label
Alto costo
Aspecto Natural
Interacció
Interacción con ingredientes del producto
Baja solubilidad de agua
Cambios em las propiedades organolé
organolépticas
Aspecto Natural
Espectro de actividad restringido
Perdida espontanea de bacteriocinogenicidad
Difusió
Difusión limitada em matrices sólidas
Bacteriocinas
Inactivació
Inactivación por enzimas proteolí
proteolíticas
– Ejemplos:
• Lactobacillus alimentarius BJ-33
• Lactobacillus sakei TH1
Inconvenientes
Sequestradores de oxí
oxígeno em
sachets efectivos.
efectivos.
Inactivació
Inactivación por ingredientes del producto
Bacterias resistentes a Bacteriocinas
Cultivos Protectores
Green label
Algunas veces es difí
difícil de aplicar
Aspecto Natural
Inestabilidad térmica
Efectividad no siempre comprovada em alimentos
2
• Los agentes naturales antimicrobianos en
general tienen un alto valor agregado y por tanto
poseen un costo muy elevado.
• Por esta razón el equipo de nuestro Laboratorio
de Bioquímica de Alimentos, estudia la
producción de compuestos antimicrobianos
naturales y de Biosurfactantes a partir de
residuos agroindustriales, teniendo en cuenta
que en general estos substratos son de bajo
costo y muy mal aprovechados.
PRODUCCIÓN DE
BIOSURFACTANTES PARA
LA OBTENCIÓN DE
PRODUCTOS DE ALTO
VALOR AGREGADO
Manipueira
MANDIOCA
Manipueira
AGUA DE LAVADO
LAVADO Y
DESCASCARAMENTO
CASCARAS
RALLADO
PRENSADO
Platos tradicionales de
la culinaria regional
hechos a base de
Manipueira
Residuo líquido de la
industria de harina de
fécula de mandioca;
MANIPUEIRA
DESMENUZAMENTO
CERNIDO
TOSTADO
FIBRAS
CERNIDO
AGLOMERADOS
Pato no Tucupi
ACONDICIONAMIENTO
ALMACENAMIENTO
Folegatti et al, 2005
Tacacá
Manipueira
PRODUCCIÓN
La mandioca es
cultivada en todo el
territorio brasilero.
IBGE, 2005
3
Composición
PRODUCCIÓN
milhões de toneladas
• Es producida en gran escala.
• Producción en aumento.
26,6 millones de
toneladas
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
80% procesada
en Ind.
productoras de
fécula e harina
+ 30% en masa
1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
6,5 millones de
toneladas de
Manipueira
FAO, 2006
Buen substrato para procesos biotecnológicos
Composición
Componente
Maróstica
Jr. (2007)
Nitschke et
al (2003)
Damasceno
et al (1999)
Sólidos Totales (g/l)
60,0
62,0
62,0
DQO (g/l)
53,4
55,8
60,0
60,0
39,5
41,45
58,18
34,51
Costa
(2005)
Ponte
(1992)
Almidón (%)
Azúcares no red. (g/l)
Barros
(2007)
5,71
Sacarosa (g/l)
Azúcares red. (g/l)
Leonel
(1995)
34,2
36,2
29,3
13,9
24,5
20,1
23,3
20,2
-
Glucosa (g/l)
7,6
Fructuosa (g/l)
Nitrógeno total (g/l)
4,2
0,6
0,43
1,42
1,92
NH4+ (mg/l)
36,2
NO3- (mg/l)
Fósforo (mg/l)
1,72
369
245
83,3
5,2
161,3
256,5
293,0
16,2
246
Potasio (mg/l)
Calcio (mg/l)
3640
236
3472
293
895
184
2,9
122,8
1853,5
227,5
2650,0
220,0
894
Magnesio (mg/l)
438
519
173
366,8
405,0
340,0
288
Azufre (mg/l)
Hierro (mg/l)
61,4
2,72
154
7,80
38,0
8,0
69,0
5,6
195,0
15,3
74,0
7,60
150
4,2
Zinc (mg/l)
3,01
2,80
4,50
1,1
4,2
3,20
1,4
Manganeso (mg/l)
3,46
1,70
1,50
4,1
3,7
3,9
Cobre (mg/l)
1,11
1,0
0,75
0,7
11,5
0,9
1,6
0,3
0,3
5,0
Boro (mg/l)
Manipueira
2,08
1,60
131
4
Aplicaciones en
Biotecnología
• Tóxica
(glucósidos
cianogénicos,
especialmente
Linamarina);
Linamarina
• Contaminante
(elevada carga de
material orgánico).
Lotaustralina
Biosurfactantes
Compuestos anfifílicos
Tensoactivos (agentes de actividad superficial)
Biosurfactantes
Compuestos anfifílicos
Tensoactivos (agentes de actividad superficial)
4
Biosurfactantes
Bacillus subtilis
–
L-Leu
L-Glu
H3C CH3
CH
OH
O
C
CH2
CH
HN
O
H3C
CH2
H3C
H2
C
C
H2
H2
C
C
H2
H2
C
C
H2
H2
C
C
H2
H2
C
CH
C
CH3
CH
C
HN
O
CH
CH2
O
C
C
NH
CH2
O
O
HN C
C
O
CH
H2C
CH3
CH CH
CH
H 3C
L-Leu
H3C
O
CH2
H
N
H2C
Industria de Alimentos
• Emulsionantes;
• solubilidad de aromas.
– Ambientales
• Biorremediación metales
pesados.
– Industria Petrolera
• Biorremediación en derrames de
D-Leu
petróleo;
• recup. de óleo de pozos
antiguos.
– Salud
L-Val
• Antibiótico/ antiviral;
• Vehículo para aplic. de
L-Asp
medicamentos por vía pulmonar;
Surfactina
• Antitumoral;
NH
CH
C
CH
O
H 2C
CH3
H3C
C
N
H
CH
CH3
D-Leu
CH
H2C
Limitaciones
– Costos elevados de producción impiden su
aplicación.
– Desconocimiento del comportamiento de
microorganismos utilizando “Manipueira” como
substrato en porcesos de gran escala.
CH3
O
C OH
O
Proceso
Objetivos
1. Optimizar las etapas del proceso;
2. Ampliar la escala de un proceso que aún se
encuentra en estudio;
Definición de puntos
óptimos en los
parámetros controlados
en cada etapa
3. Proponer un proceso continuo (pequeña
escala).
Proceso
Proceso
Definición de puntos
óptimos en los
parámetros controlados
en cada etapa
Proponer un nuevo
modelo de purificación
usando ultrafiltración.
5
Optimizar etapas del proceso
Métodos
Analíticos
(Objetivo 1)
• Medida da tensión
superficial (Tensiometro);
Métodos
Analíticos
(Objetivo 2)
Ampliar la escala de un proceso que
aún se encuentra en estudio
• Medida de la producción de surfactantes (purificación por
precipitación ácida);
• Conteo padrón en placas;
• pH del medio;
• Producción de espuma;
• Concentración de carbohidratos (almidón y reductores)
• Conteo padrón en placas;
• Métodos indirectos de
medida de concentración
de Surfactina;
– Conductividad.
Proponer un proceso continuo (pequeña escala)
Métodos
Analíticos
(Objetivo 3)
Outras
Aplicaciones
Gran potencial para
otras aplicaciones
• Ácidos Orgánicos
• Aromas
• Biomasa
• Medida de la producción de surfactante (purificación por
precipitación ácida);
• Conteo padrón en placas;
• pH del medio;
• Producción de espuma;
• Concentración de carbohidratos (almidón y reductores)
Ácidos
Orgánicos
Aspergillus niger
Ácido Cítrico
–
–
Oleaginosa
Proteica
• Substrato para producción
de Enzimas
Ácidos
Orgánicos
Rhizopus sp
Ácido Fumárico
–
Industria de Alimentos
• Bebidas
• Mermeladas y
Conservas
• Dulces
• Frutas e Legumbres
• Productos Lácteos
• Grasa e Aceites
• Citrato de Sodio
–
–
–
Productos Farmacéuticos
Cosméticos
Industria de Plásticos
–
–
–
–
–
Industria de Alimentos
Productos Farmacéuticos
Cosméticos
Industria de Polímeros
Aditivos para colorantes
6
Aromas
Aromas
Fusarium oxysporum
Biotransformación
de terpenos
limoneno
Penicillium sp
Biotransformación
de terpenos
Citronelol
Alfa-terpineol
Óxido de rosa
Geranio
Cítrico/ Naranja
Coníferas/ Pino
Violeta
Aromas
Rosa
búlgara
Biomasa
Geotrichum fragans
Oleaginosa
ácido 2-metil propanóico
1-butanol
propionato de etila
Acetato de etila
–
–
butanodiol
Fruta madura
2-metil 1-butanol
2-metil propionato
de etila
Candida utilis
Rhodotorula gracilis
Hansenula saturnus
Schwanniomyces alluvius
etc...
–
Alimentación humana
Ventajas
Substrato para
la producción
de Enzimas
A partir de diversos
linajes de
microorganismos
Combustibles y lubricantes
Alimentación animal
3-metil 1-butanol
Protéica
feniletanol
Trichosporum sp
Ecologicamente
correcta
Celulasas
Glicosidasas
Lipasas
Amilasas
Proteasas
Financieramente
viable
7
CONCLUSIONES
• Las nuevas tecnologías son pensadas para proveer
alimentos seguros y de óptima calidad organoléptica
y nutricional.
• La Ciencia de Alimentos y la Ingeniería de Alimentos
pueden proveer nuevos ingredientes y nuevos
procesos que permitan alcanzar este objetivo.
GRACIAS
• Nuevos ingredientes deben ser investigados. A
partir de los sub-productos industriales los cuales
podrán causar impacto considerable en la
innovación en la Industria de Alimentos.
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