NANOTECNOLOGNANOTECNOLOG ÍÍA ALIMENTARIAA 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 hidrógenoUn leucocito tiene 10000 nm de diámetro

Las aplicaciones de la nanotecnología en el campo de la alimentación, secentran principalmente en desarrollar nuevos envases y alterar algunaspropiedades de los alimentos.

•Crecimiento controladode hormonas.•Nanosensores paradetectar enfermedadesen plantas y animales.•Nanosensores paracontrolar lascondiciones del suelo yel crecimiento de lascosechas.•Nanocápsulas paragenerar vacunas.

• Nanopotenciadoresdel sabor.• Nanoparticulas paracontrolar la viscosidadde los alimentos.• Nanoparticulas paradetectar virus en losalimentos.

Polvos para incrementar laabsorción de los nutrientes.• Nanogotas que contenganvitaminas para una mejorabsorción.• Nanocápsulas paracontrolar la estabilidad de losnutrientes.• Nanopartículas para llevarhasta las células humanas losnutrientes sin afectar al colory al sabor de los alimentos

• Anticuerpos adheridos ananoparticulas fluorescentespara detectar aditivosquímicos y enfermedades.• Nanosensores biodegradablespara controlar la temperatura,humedad y conservaciónde los alimentos.• Nanopelículas para evitar laabsorción de oxígeno.• Nanosensores electroquímicospara detectar alcohol

AgriculturaProcesamiento dealimentos

Suplementosalimentarios Envasado

Aplicaciones (I) : Agricultura

En referencia a la aplicación de la nanotecnología en la producciónagrícola 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 depesticidas, desarrollo de nanocaptadores para detectar enfermedades, plagas o falta de agua en las plantas).

Ejemplos :BASF desarrolla nanoemulsiones y nanoencapsulados que permitenque las formulaciones una vez agitadas queden homogeneizadasdurante más de un año (antes se agitaban cada dos horas paraprevenir 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 comocereales, leches en polvo, etc.

Anatase titanium dioxide se usa como aditivo para preservar quesos ysalchichas, dandoles un aspecto m ás fresco y brillante

Sonotek Company , desarrolla nanocoatings capa fina de cera de 5nm.Este coating puede ser utilizado para liberar olores, sa bores, colorantes.Se puede utilizar en carnes, frutas, quesos, etc

Ejemplos de nanoingredientes incluyen nanopartículas d e 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 carbonatadasEncapsulación de alfa-tocoferol para reducir la oxidación de los lípidos en el aceite

de pescado .

Aquanova German Solubilisate Technologies GmbHEl 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 isoflavonasambifílicas, 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.

• 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 doscapas.• 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 .

LIPOSOMAS

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 technologiesNanosorb® es un sistema de liberación de compuestos basado en liposomasNanosorb 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 nanométricoque 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 (generalementede 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 aderezospara 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 siliconaColoides hidrofilos que contienen goma arábica o gelatina

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.

NANOPARTÍCULAS BIOPOLIMÉRICAS

Chitosán se utiliza por suspropiedades por su capacidad para formar un film, para inhibir el crecimiento bacteriano, y de hongos, y su biodegradabilidad.

CHITOSAN COMO UN POSIBLE CONSERVANTE DE PESCADO SEM IPROCESADO

(-)Chitosan (+)ChitosanConservación a 4ºC

pSivida es una compañía australiana (NASDAQ:PSDV), centrada en el desarrollo y comercialización de silicona modificada (porosa ornanostructured 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 contienenvitaminas, antibioticos para patógenos, aditivos para preservación,, etc.

Los probióticos son mezclas de especies bacterianas vivas que ingeridastienen 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 derivadosfermentados de la leche (queso, pudding, bebidas basadas en leche)

Cultivos microencapsulados probióticos de ácido láct ico(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 inhibido ras•aumentando las propiedades competitivas de losmicroorganismos frente a la flora intestinal natura l•una efectividad máxima posible del probiótico en el lugar de actuación

APLICACIONES II: ALIMENTOS FUNCIONALES

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 CO 2 que causandeterioro del alimento

Envases inteligentes que liberan biocidas y contened ores, instrumentos hechos de materiales biocidas, que preservan los alime ntos del crecimiento de microbios por cambios en humedad, etc.Estos productos suelen contener nanopartículas de Ag, Z nO2, MgO2, TiO2

APLICACIONES III: ENVASADO

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 oxige no en comidaenvasada, como alerta que el producto no está en bue n 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.

Principle: son immunoensayos cuyo principio de operación se basa en lamigración de micro- y nanopartículas a través de la membrana

Las líneas son fácilmente detectables (por ojo humano) una vez lamuestra se aplica

Lateral Flow (LF) test : Formatos y beneficios

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 analíticasAplicacionesClínica: diagnostico In vitro e in vivo (glucose detection, bacterial, urinarytract 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.

NANOBIOSENSORES

•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 dependen de condiciones ambientales, una mala unión, …

Nano-biosensores

Problemas:

-Los efectos sobre el cuerpo humano, impacto sobre s alud 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.

Tendencias futuras...

Suplementos vitam ínicos en SIDA y VIH

Alteraciones en metabolismo de glucosa, proteínas y grasas similares a otras formas de estrés fisiológi co, 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 dismi nuir grasas, colesterol y azúcares

Suplementos vitam ínicos en SIDA y VIH

Suele haber deficiencia de micronutrientes:

Ac. pantetoicoVitaminas A, C y/o ECuFeMg PSe Zn

El exceso de vit A, Cu, Fe o Zn contribuyen al riesg o y curso desfavorable del proceso infeccioso

Suplementos vitam ínicos en SIDA y VIH

ANOREXIA

PRIMARIA: causa emocional

SECUNDARIA: a fiebre, infecciones, medicación

DIARREA : síntoma gastrointestinal inicial en el 50-90 % de los casos

Suplementos vitam ínicos en SIDA y VIH

Emaciación : enflaquecimiento extremo por causa morbosa.Fundamentalmente, pérdida de masa muscular

1- Déficit de energía por incremento de gasto y disminuci ón de ingesta

2- Hipermetabolismo

3- Agotamiento de glutamina muscular para el sist. Inmun e en situación de

estres

4- Atrofia secundaria al escaso movimiento muscular

5- Pérdida de masa muscular por neuropatías y miopatías

Suplementos vitam ínicos en oncología

Caquexia tumoral : estado morboso caracterizado por anorexia, astenia, adelgazamiento con pérdida progresiv a de tejidos corporales e incapacidad para mantenerlos mecanismos metabólicos y homeostáticos normales, qu e conduce a una insuficiencia progresiva de las funcio nes vitales

Entre el 20-25% fallecen directamente por su caquex ia

No es recomendable los suplementos vitam ínicos entodos los casos. Valoración nutricional paciente a paciente

Suplementos vitam ínicos 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 vitam ínicos en oncología

1- DISMINUCIÓN DE LA INGESTA

- Alteraciones del apetito por productos tumorales d e acción central o periférica

- Alteraciones en el metabolismo del triptófano (aum ento de act. Serotoninérgica)

- Alteraciones del gusto y olfato

- Alteraciones hormonales y de los sustratos circula ntes( hiperglucemia, elevación

del lactato)

Suplementos vitam ínicos en oncología

2- ALTERACIONES METABÓLICAS

El gasto energético basal se encuentra aumentado por e l consumo tumoral de nutrientes

3- MEDIADORES TUMORALES

- Propios del género del tumor: intolerancia a carbohidra tos

- Propios de huésped del cáncer:obre función hipotalám ica con anorexia y

saciedad precoz

Suplementos vitam ínicos en oncología

4- CAUSAS PSICOLÓGICAS

- Depresión asociada al tumor

- Existencia de dolor

- Excesos o deficiencias nutricionales si se asocia e l 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 vitam ínicos en oncología

6- TRATAMIENTO QUIMIOTERÁPICO

7- TRATAMIENTO RADIOTERÁPICO

- La quimioterapia afecta en gran medida a las célul as epiteliales del tubo digestivo

- Nauseas y vómitos

- Infecciones micóticas

Irradiación a glándulas salivares con aumento de vi scosidad 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 l a alimentación, esofagitis y disfagia

Irradiación de hemiabdomen superior: nauseas y vómit os. Hemiabdomen inferior: diarrea

Suplementos vitam ínicos 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, C a, P, Fe, Se y Zn