Nanomateriales en la alimentación

Recientes avances en la nanotecnología brindan a las compañías oportunidades de reacomodar sus esquemas de procesos alimentarios, empaque y manufactura.
Debido al auge de tantos mercados y competencia en diversas áreas y productos como es el caso de las industrias de alimentos, se ha vuelto necesario que las compañías investiguen nuevas maneras de mejorar su productividad en términos de seguridad, uso de materiales para envases y empaque de manera sostenible, implementación de tecnología flexible y estandarizada, entre otros.

La nanotecnología es el área de investigación que estudia, diseña y fabrica materiales o sistemas a una escala nanométrica y brinda una aplicación práctica en la industria de alimentos. La escala nanométrica corresponde a longitudes entre 1 y 100 nanómetros (nm), donde 1 nm corresponde a aquella parte que resulta de dividir un metro lineal en mil millones de partes. Los objetos que se encuentran en esta escala y cuya dimensiones se hayan entre 1 y 100 nm se consideran nanomateriales.

Cabe mencionar que en la industria alimentaria se han identificado tres grandes áreas en las que se considera que la nanotecnología puede contribuir de forma benéfica: la producción primaria, el procesado y el envasado de alimentos. En concreto las nanopartículas, nanofibras, nanoemulsiones y nanoarcillas, han presentado un gran potencial de aplicación.

POLÍMEROS NATURALES
Existe enorme utilidad de los nanocompuestos a base de polímeros naturales para mejorar la calidad y la seguridad de los alimentos envasados, por medio del aumento de las propiedades barrera de los materiales de embalaje con actividad antimicrobiana. Éstos parecen tener un futuro muy brillante para una amplia gama de aplicaciones dentro de la industria de alimentos, incluido el envasado de alimentos e innovadores activos con propiedades biofuncionales.

Es importante señalar que todo material se compone de átomos y moléculas; los polímeros naturales (biopolímeros) son cadenas de moléculas (macromoléculas) que se caracterizan por tener grupos hidroxilo (-OH), mismos que pueden reaccionar químicamente con los átomos o moléculas (grupos funcionales) de otros compuestos. Estas características han permitido a los biopolímeros ser empleados como materia prima para producir nanoestructuras (fibras, partículas, esferas, capsulas, geles, etcétera).

NANOMATERIALES Y MEDIO AMBIENTE
¿Qué efectos produce este tipo de tecnología frente al medio ambiente? Sin duda, existe una inquietud sobre los efectos nocivos o no, que los nanomateriales pueden tener en la salud. Es precisamente por esta razón que existen diferentes grupos de investigación alrededor del mundo, para estudiar las consecuencias que pueden existir por la ingestión o contacto con estos nanomateriales, en particular, de la acumulación de nanomateriales en células y la alteración que éstas puedan sufrir. La piel es una ruta primaria de exposición potencial frente a tóxicos como a nanomateriales, los cuales pueden penetrar la epidermis. Sin embargo, no existe suficiente información sobre las implicaciones toxicológicas ante la exposición a nanomateriales. Este es el campo de estudio de la nanotoxicología, la cual está surgiendo y busca dar respuesta a ésta y otras interrogantes.

En ese sentido, se tiene cuidado en obtener los nanomateriales. Dependiendo del nanomaterial existe la técnica particular para la producción. Por ejemplo, los nanotubos de carbono se obtienen por tres métodos diferentes (ablación de láser, descarga de arco voltaico y por deposición química de vapor). El grafeno, que es un nanomaterial de vasta aplicación en electrónica, se puede producir a partir de exfoliación del a óxido de grafito. Otros nanomateriales a partir de polímeros naturales, como las nanopartículas de ésteres de celulosa se fabrican en solución de N, N-dimetilacetamida o acetona por diálisis o una técnica de goteo. Nanopartículas de almidón de citrato se fabrican por reticulación de las nanopartículas de almidón con ácido cítrico. Los nanocristales de polisacáridos (como el almidón) también se pueden fabricar por hidrólisis ácida, que es para eliminar regiones amorfas y reservar un residuo insoluble cristalino. Estas son sólo algunos métodos de obtención de nanomateriales.

Una de las particularidades son los nanomateriales de fuentes naturales o biopolímeros, es que son relativamente sencillas de producirse. Además, son capaces de servir como acarreadores de diferentes sustancias (como por ejemplo fármacos). Por lo anterior, las investigaciones se orientan hacia estos sistemas, los cuales son biocompatibles, biodegradables, no-tóxicos y provienen de fuente abundante en la naturaleza, como es el almidón. Algunas nanopartículas que se han producido ha sido a partir de almidón de garbanzo (Cicer arietinum), así como de almidón de maíz (Zea mays). Existen en forma comercial nanopartículas de almidón de otras fuentes, las cuales se han obtenido por procesos químicos mismos que pueden tener solventes químicos remanentes, por lo que no son apropiadas para la aplicación de acarreadores de fármacos u otras sustancias.

Para evaluar la inocuidad de los nanomateriales, organismos internacionales como la Food and Drug Administration (FDA en los EUA), la Unión Europea en su 7º Programa Marco y la  Organización para la Cooperación y Desarrollo Económicos (OCDE), han realizado proyectos para establecer los ensayos necesarios usando los métodos apropiados, que permitan conjuntar las pruebas de inocuidad. Estas pruebas están encaminadas a evaluar los efectos como el destino y la toxicología ambiental, toxicología en mamíferos y seguridad de los nanomateriales.

APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA
El empleo de algunos nanomateriales pueden mejorar el sabor y la textura de los alimentos, así como encapsular ciertos nutrientes (vitaminas o compuestos bioactivos), los cuales pueden extender la vida útil del producto. Al utilizar nanomateriales para fabricar envases, éstos pueden conservar mejor e incrementar la vida de anaquel del producto. Aunado a lo anterior, existe el uso de envases inteligentes que cuentan con nanosensores que informan al consumidor acerca del estado en que se encuentra el producto. Como sabemos, la  tendencia a nivel mundial es reducir el consumo de grasas en los alimentos, por lo que la nanotecnología está desarrollando “nanoalimentos” que permitan consumir un helado que contenga la misma cantidad de grasa que una zanahoria o, bien, comer una hamburguesa que reduzca el colesterol. Algunos de estos productos están en desarrollo y otros están fase de implementación.

Así, se puede afirmar que existen tres categorías en los cuales se están empleando nanomateriales, estos son: productos de cuidado personal, alimentos y suplementos alimenticios. En la categoría de alimentos se reporta que algunos aderezos para ensaladas y algunos untables contienen gotas de aceite nanoscópicas, esto con el fin de retardar la separación de los componentes; algunas verduras y frutas pueden contener cubiertas comestibles con algunos nanomateriales para proteger al producto y extender su vida anaquel. También el uso de nanomateriales en envases para bebidas, donde las botellas son plástico compuesto que contienen nanopartículas de arcilla, permite mejorar la propiedad barrera de la botella y extender la vida de anaquel de las bebidas.

(*) Investigador Titular Nivel SNI 1. Laboratorio de Envases. Coordinación de Tecnologías de Alimentos de Origen Vegetal del Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A. C. (CIAD)

Crédito foto:
Laboratorio Nacional de Nano-Biomateriales (LANNBIO) del CINVESTAV-IPN. Unidad Mérida.