Películas nanocompuestas bioactivas en base a proteínas de soja, nanofibras de celulosa y aceite de pescado

DI GIORGIO, L.; SALGADO, P. R.; DUFRESNE, A.; MAURI, A. N.

Buenos Aires

Simposio; XIII Simposio Argentino de Polímeros (SAP 2019); 2019

IntroducciónActualmente se describe como envase bioactivo a aquellos que contribuyen a mejorar el impacto de los alimentos sobre la salud de los consumidores. La formulación de estos sistemas implica la adición de compuestos bioactivos o funcionales dentro del envase, para luego poder interactuar con el producto alimenticio a través de su liberación controlada o de la captura de sustancias generadas o presentes en los alimentos. La aplicación de la nanotecnología en esta área puede abrir nuevas posibilidades para mejorar la efectividad de estos envases. Así se han desarrollado diferentes estrategias en la preparación de materiales nanoestructurados para mejorar la estabilidad, dispersabilidad, disponibilidad y transporte de compuestos bioactivos. Las nanopartículas preparadas a partir de polisacáridos, como las nanofibras de celulosa, se encuentran entre los nanorefuerzos más prometedores para ser incorporados en películas y recubrimientos biodegradables y/o comestibles y aún más para el desarrollo de envases bioactivos. Por otra parte, los aceites ricos en ácidos grasos ω-3, tales como el aceite de pescado, resultan atractivos para el desarrollo de alimentos funcionales y envases bioactivos ya que presentan numerosos beneficios para la salud.El objetivo de este trabajo fue obtener películas nanocompuestas bioactivas en base a proteínas de soja, aceite de pescado, y distintas nanofibras de celulosa, analizando el efecto que cada componente provocaba en la funcionalidad de los materiales.Materiales y métodosSe trabajó con un aislado de soja comercial (SPI), aceite de pescado rico en ácidos grasos ω-3 como agente bioactivo, y nanofibras de celulosa obtenidas a partir de fibras de formio (Phormium tenax) y celulosa microcristalina por medio de distintos tratamientos. Por un lado, las fibras de formio se cortaron, se trataron con álcali (NaOH 1N, 80°C), se blanquearon (H2O2 4%v/v, 80°C), se lavaron con agua y se secaron a 80ºC. Estas fibras se sometieron a distintos tratamientos: i) homogeneización mecánica sometiendo a dispersiones acuosas (2%p/v) a un refinamiento en un molino tipo PFI y posteriormente en un molinillo de fricción ultra-fina SuperMasscolloider (MFC), ii) tratamiento enzimático con endoglucanasas, por 120 minutos a 50ºC y pH 5 y posterior tratamiento mecánico (i) (MFC-E), iii) tratamiento oxidativo con el reactivo 2,2,6,6- tetrametilpiperedina-1-oxil (TEMPO) por 120 minutos a 25°C y pH 10 y posterior tratamiento mecánico (i) (MFC-Q). A su vez, a la celulosa microcristalina se la sometió a un proceso de hidrólisis ácida con H2SO4 (c) durante 120 minutos a 45°C y posterior lavado de la suspensión hasta neutralidad, diálisis y sonicación (NCC). Todas se almacenaron en refrigeración hasta su utilización. Las nanofibras obtenidas se caracterizaron por potencial Z, AFM y DRX. Estas nanofibras (0 y 8 g/100 g SPI) se adicionaron a dispersiones de SPI (5 %p/v) y glicerol (1,25 %p/v, utilizado como plastificante) con y sin el agregado adicional de aceite de pescado (1,25 g/100 g SPI). Con el fin de analizar el efecto del agregado y del tipo de nanofibras, el agregado del aceite y el procesamiento sobre la funcionalidad de los materiales resultantes, se trabajó con tres series de películas formadas por una película proteica y 4 nanocompuestas aditivadas con las 4 nanofibras: procesadas por casting a partir de las dispersiones filmogénicas acuosas (Serie 1), procesadas por casting a partir de las dispersiones filmogénicas acuosas homogeneizadas por Ultraturrax + Ultrasonido (UT+US) (Serie 2) y procesadas por casting a partir de los sistemas emulsionados con aceite de pescado homogeneizadas por UT+US (Serie 3). Las películas se almacenaron a 59%RH y 20°C y posteriormente se caracterizaron según su apariencia, susceptibilidad al agua, propiedades mecánicas y capacidad de retener y proteger el aceite de pescado agregado.Resultados y discusiónSe obtuvieron NCC de 0,5-3 nm de diámetro y 250-550 nm de largo, con un índice de cristalinidad (ICr) de 96% y una carga superficial de -41mV. Todas las nanofibras obtenidas a partir de formio presentaron dimensiones nanométricas menores a 10 nm medido por AFM, siendo las MFC-Q las de menor diámetro mientras que el largo de las fibras fue superior a 800 nm, excepto las de tratamiento enzimático (MFC-E) que presentaron valores de 400 nm aproximadamente. El ICr fue entre 55 y 60%. Al medir el potencial Z se observó que las MFC-Q tenían una carga superficial negativa por los tratamientos realizados mientras que las dos restantes no presentaron carga superficial.PELÍCULAS NANOCOMPUESTAS BIOACTIVASEN BASE A PROTEÍNAS DE SOJA, NANOFIBRAS DE CELULOSA Y ACEITE DE PESCADODi Giorgio L (1), Salgado PR (1), Dufresne A (2), Mauri AN (1)(1) Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos (CIDCA, CONICET-UNLP-CIC), La Plata, Bs. As., Argentina.(2) INP-PAGORA, CNRS, Grenoble, Francialudigiorgio99@gmail.comEl agregado de nanofibras a los materiales ejerció un efectorefuerzo muy significativo en los materiales proteicos, que sereflejo en un aumento significativo en la resistencia a latracción y módulo de Young (Figura 1.C) en detrimento de suelongación (Figura 1.D) y una disminución en su solubilidad,pero sin modificar su WVP (Figura 1.A y 1.B). Entre lasnanofibras los NCC y MFC-Q provocaron el mayor efecto,posiblemente debido a sus menores diámetros y a sus cargassuperficiales que les permitieron dispersarse mejor en lamatriz.El proceso de emulsificación utilizado para incorporar el aceiteprovocó una modificación estructural muy significativa en lasproteínas que afectaron su capacidad formadora de películas,generando materiales menos resistentes y más hidrofílicos(Figura 1), estabilizados principalmente por interaccionespuentes de hidrógeno (datos no mostrados). Pero este procesopareció favorecer la dispersión de las nanofibras en la matrizproteica, incrementando su efecto refuerzo así como latransparencia de los materiales.El agregado de aceite de pescado mejoró la susceptibilidad alagua, disminuyendo su permeabilidad al vapor de agua (conrespecto a la Serie 2 y solubilidad en agua y las propiedadesmecánicas de las películas proteicas y nanocompuestas (Figura1). La presencia de nanofibras en la formulación favoreció laretención del aceite en las películas, a través de su mejordispersión en gotas de menor tamaño. La buena adhesión delaceite a la matriz, posiblemente favorecida por las nanofibras,fue la causante de las mejoras en las propiedades de laspelículas. Las películas nanocompuestas formuladas con NCC yMFC-Q presentaron una mayor concentración de los ácidosgrasos omega-3 (≈12%, mientras que las demás películaspresentaron ≈7%). Nuevamente, los sistemas formulados conestas nanofibras fueron las que lograron mayor protección delaceite de pescado.ConclusionesSe obtuvieron películas proteicas y nanocompuestas bioactivasen base a proteínas de soja y nanofibras de celulosa capaces detransportar aceite de pescado. La presencia de las distintasnanofibras influyó en el comportamiento de las películas,provocando un efecto refuerzo muy significativo en losmateriales proteicos. El proceso de emulsificación utilizadopara incorporar el aceite provocó una modificación estructuralmuy significativa en las proteínas que afectaron su capacidadformadora de películas. Finalmente, el agregado de aceite depescado mejoró la susceptibilidad al agua y las propiedadesmecánicas de las películas proteicas y nanocompuestas. Laspelículas bioactivas nanocompuestas formuladas con NCC yMFC-Q retuvieron una mayor concentración de los ácidosgrasos omega-3, señalando su mayor protección del aceite depescado.