Envases Comestibles Grupal

8/21/2019 Envases Comestibles Grupal

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UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID

FACULTAD DE VETERINARIA

Departamento de Nutricin, Bromatologa y Tecnologa de los Alimentos

TESIS DOCTORAL

Diseo, desarrollo y aplicacin de envases comestibles potencialmente

bioactivos

MEMORIA PARA OPTAR AL GRADO DE DOCTOR

PRESENTADA POR

Ana Mara Lpez de Lacey

Directoras

M. Elvira Lpez Caballero y M. Pilar Montero Garca

Madrid, 2013

Ana Mara Lpez de Lacey, 2012


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UNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID

FACULTAD DE VETERINARIA

DISEO, DESARROLLO Y APLICACIN

DE ENVASES COMESTIBLES

POTENCIALMENTE BIOACTIVOS

TESIS DOCTORAL

Ana Mara Lpez de Lacey

Madrid, 2012


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Departamento de Nutricin,

Bromatologa y Tecnologa

de los Alimentos

Instituto de Ciencia y Tecnologa

de Alimentos y Nutricin

DISEO, DESARROLLO Y APLICACIN

DE ENVASES COMESTIBLES

POTENCIALMENTE BIOACTIVOS

Memoria que presenta Ana Mara Lpez de Lacey para optar al grado de Doctor

por la Universidad Complutense de Madrid

Bajo la direccin de la Dra. M. Elvira Lpez Caballero y la Dra. M. Pilar Montero

Garca, actuando como tutora la Dra. M. Dolores Selgas Cortecero

INSTITUTO DE CIENCIA Y TECNOLOGA DE ALIMENTOS Y NUTRICIN (CSIC)

Madrid, junio del 2012


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DOCTORA MARA ELVIRA LPEZ CABALLERO, Cientfico Titular del Instituto de Ciencia y

Tecnologa de Alimentos y Nutricin, ICTAN (CSIC), y DOCTORA MARA PILAR MONTERO

GARCA, Profesora de Investigacin de Instituto de Ciencia y Tecnologa de Alimentos y

Nutricin, ICTAN (CSIC),

CERTIFICAN:

Que la presente memoria titulada Diseo, desarrollo y aplicacin de envases comestibles

potencialmente bioactivos, presentada por ANA MARA LPEZ DE LACEYpara optar al grado

de Doctor, ha sido realizada en el Instituto de Ciencia y Tecnologa de Alimentos y Nutricin

(CSIC) bajo su direccin, y que, hallndose concluida, autorizan su presentacin para que

pueda ser juzgada por el tribunal correspondiente.

Y para que as conste a los efectos oportunos, firman la presente cerfiticacin en Madrid, a

uno de junio de dos mil doce.

Dra. M. Elvira Lpez Caballero Dra. M. Pilar Montero Garca

Directora de la Tesis Doctoral Directora de la Tesis Doctoral


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ESTA TESIS DOCTORAL HA SIDO REALIZADA GRACIAS A LA FINANCIACIN DE DIFERENTES

AYUDAS Y PROYECTOS:

- Ayuda para la formacin de investigadores del Consejo Superior de InvestigacionesCientficas, programa Junta para la Ampliacin de Estudios (Programa JAE), durante el

perodo de enero de 2008-2011 (JAEPre_07_00667) y asociada al proyecto AGL2005-

02380.

- Ayudas para estancias breves en el extranjero para beneficiarios de ayudas CSIC I3P-Ventorrillo para personal investigador formacin:

Department of Agroenvironmental Science and Technology. University of Bologna.Italy. Enero-julio de 2009.

Institute of Food Research. Norwich. United Kingdom. Septiembre-diciembre de2010.

- Proyecto AGL2008-00231/ALI, del Plan Nacional de Investigacin Cientfica, Desarrollo eInnovacin Tecnolgica (I+D+I).

- Programa CYTED. I+D Accin 309AC0382. rea 3.- Promocin del Desarrollo Industrial.Lnea 3.5.- Recursos del agro: Obtencin de materiales aditivos a partir de subproductos

vegetales de la regin y su aplicacin en el desarrollo de envases biodegradables de uso

agroalimentario y nutracutico. Agrobioenvase.


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AGRADECIMIENTOS

Quiero expresar mi ms profundo agradecimiento a todas aquellas personas, sin cuya

ayuda no hubiera sido posible la realizacin de esta Tesis Doctoral.

A las doctoras M Elvira Lpez Caballero y M Pilar Montero Garca, por brindarme laoportunidad de realizar la tesis con ellas, por su constante apoyo, plena dedicacin y sus

valiosos consejos que me han servido de gua a lo largo de estos aos. Gracias, sobretodo, por

sacrificar muchas veces vuestro tiempo libre para que la tesis llegue a buen puerto.

A la Dra. M Carmen Gmez Guilln por su valiosa ayuda durante mis primeros aos en el

laboratorio y por mostrarme siempre su completa disposicin para responderme cualquier

duda que me surgiera durante el desarrollo de la Tesis.

Al Dr. Joaqun Gmez Estaca por ensearme muchas de las tcnicas de laboratorio

durante mis primeros aos en el ICTAN y por su importante contribucin a la Tesis, no habra

podido avanzar tan rpido en la Tesis sin su estimable ayuda.

Al Dr. Efrn Prez Santn por ensearme muchos de los conceptos de Qumica que tena

olvidados, por guiarme o aconsejarme con el desarrollo de los experimentos y por su

participacin activa en la Tesis, realizando la mayor parte de los anlisis con el HPLC, actividad

antioxidante y antihipertensiva.

A la Dra. Begoa Gimnez Castillo por su magnfica aportacin a la Tesis y por revisarme

de forma rigurosa y exhaustiva el trabajo de Norwich. Te estar eternamente agradecida por

tu enorme contribucin.

A los profesores Prof. Bruno Biavati, Dr. Giovanni Dinelli, Dra. Diana di Goia y la Dra. Ilaria

Marotti por acogerme en su laboratorio (Facultad de Agraria, Universidad de Bolonia) y

hacerme sentirme como en casa y por introducirme en el maravilloso mundo de los

probiticos.

Al Dr. Richard Faulks y a la Dra. Giusy Mandalari por permitirme trabajar en su laboratorio,

Institute of Food Research (Norwich), ponerme a su disposicin su digestor y por participar

activamente en el diseo y desarrollo experimental del trabajo de digestin de las pelculas.

Por su puesto, quiero darle las gracias a todos mis compaeros de laboratorio que me han

ayudado alguna vez en mis experimentos, permitiendo que pueda ir ms rpido, facilitndome

muchas veces el trabajo o simplemente animndome, apoyndome o hacindome ms amena

la tarea (espero no olvidar a ninguno): Elena, scar, Estela, Eva, Inma, Carmen, Rubn, Cristina

de las Heras, Amaia, Eva, Pilar, Torsten, Tati, Fernando, Ins, Gonzalo, Cristina Fernndez,

Ailn, Gemma, Ins, Nacho, Lorena, Candelas, etc. En especial, a Elena porque me ense

muchos de los conocimientos que actualmente s de microbiologa. Tampoco puedo olvidarme


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de Carmen de la Mata por estar siempre disponible cuando he necesitado ayuda, tanto en el

laboratorio como dndome apoyo moral en mis das bajos con la Tesis.

A todos mis compaeros de laboratorio durante mi estancia en Italia: Erwin, Cecilia,

Lorenzo, Irene, Ilaria, Francesca y Loredana. Especialmente a Erwin por transmitirme muchos

de sus valiosos conocimientos en microbiologa y que me han sido de gran utilidad para la

realizacin de esta Tesis Doctoral, pero sobretodo, por ser como un hermano mayor para m

durante el tiempo que estuve en Italia. Gracias Erwin tambin por contagiarme ese entusiasmo

tuyo por la investigacin.

A mis amigos Cecilia y Lorenzo por dedicarme un pequeo hueco de su tiempo cuando

ms lo he necesitado y por animarme con la Tesis.

A todos mis buenos amigos fuera y dentro del ICTAN: Isa, Mamen, Mari Val, Carlos, Luis,

Gonzalo, Nuria, Mauri, Pablo, Ruth, Bea, Mara, y tantos otros. Todos vosotros me habis

animado en algn momento o escuchado cuando ms lo he necesitado y me habis dado

fuerzas para seguir adelante y no rendirme. Gracias simplemente por estar all.

A Mauri, en especial, por el pez y la flor de la portada de la tesis (realizado con las

pelculas de agar de la presente Memoria) y por la realizacin de la fotografa de la portada con

su manfica cmara.

A mi pequea familia: hermanos Antonio, Elsa, Diego y Beatriz; cuaados Mercedes,

Carlos y Jess; y sobrinas Marta, Luca y Elsa.

A mi hermana, y madrina, Joanna Teresa Lpez de Lacey por el diseo de la portada de la

tesis y por ayudarme a realizar el formato final de la tesis cuando estaba ya en las ltimas.

A Kiko, con gran afecto, porque durante este ltimo ao de escritura de la tesis me has

escuchado atentamente, soportado, aconsejado, apoyado y ayudado en todo momento.

Contigo ha sido todo ms fcil. Gracias por estar a mi lado.

Y finalmente, y en especial, a mis padres, Antonio Lpez Agudo y Joan Therese de Lacey.

Por ayudarme con la Tesis, por estar siempre apoyndome para que siga y no decaiga en los

momentos ms difciles. Por animarme a buscar la beca y no dejarme desistir nunca, porque

sin su tenacidad, no lo habra intentado siquiera.

Sin duda, me considero afortunada por recibir tan magnfica y valiosa ayuda de tantas

personas. Cada uno de vosotros habis contribuido en un pedacito de esta tesis. Gracias.


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~ i ~

I. INTRODUCCIN ................................................................................................................ 1

1. ENVASES ALIMENTARIOS .......................................................................................................... 1

1.1. Envases biodegradables comestibles: pelculas y recubrimientos ........................................ 2

1.1.1. Principales funciones y aplicaciones de los envases comestibles ............................... 3

1.1.2. Principales componentes de pelculas y recubrimientos comestibles ...................... 7

1.1.2.1. Materiales formadores de pelculas y recubrimientos comestibles ......................... 8

1.1.2.1.1. Pelculas y recubrimientos constituidos a base de hidrocoloides ......................... 8

1.1.2.1.1.1. Pelculas y recubrimientos constituidos a base de protenas ............................. 91.1.2.1.1.1.1. Gelatina .......................................................................................................... 10

1.1.2.1.1.2. Pelculas y recubrimientos constituidos a base de polisacridos ..................... 11

1.1.2.1.1.2.1. Quitosano como polmero con capacidad filmognica................................. 12

1.1.2.1.1.2.2. Agar ............................................................................................................... 14

1.1.2.1.2. Pelculas y recubrimientos constituidos a base de lpidos .................................. 15

1.1.2.1.3. Pelculas y recubrimientos constituidos a base de mezclas de

biopolmeros. ......................................................................................................... 15

1.1.2.2. Aditivos ................................................................................................................... 161.1.2.2.1. Plastificantes ........................................................................................................ 16

1.1.2.2.2. Otros aditivos ....................................................................................................... 17

1.2. Envases activos y bioactivos comestibles ............................................................................ 18

1.2.1. Agentes activos incorporados a pelculas y recubrimientos comestibles .................. 20

1.2.1.1. Compuestos activos naturales de origen animal ................................................... 22

1.2.1.1.1. Quitosano ............................................................................................................. 22

1.2.1.2. Compuestos activos naturales de origen vegetal. .................................................. 26

1.2.1.2.1. Aceites esenciales ................................................................................................ 291.2.1.2.2. Extracto de t verde ............................................................................................. 34

1.2.2. Bacterias incorporadas a envases comestibles .......................................................... 40

1.3. Digestin de envases activos .............................................................................................. 44

1.4. Legislacin relacionada con las pelculas y recubrimientos comestibles. ............................ 46

II. HIPTESIS ...................................................................................................................... 51

III. OBJETIVOS .................................................................................................................... 55

NDICE


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ndice

~ ii ~

IV. DISEO EXPERIMENTAL ................................................................................................ 59

V. TRABAJO EXPERIMENTAL ............................................................................................... 63

Artculo 1.Antimicrobial activity of composite edible films based on fish gelatin and chitosan

incorporated with clove essential oil........................................................................................... 67

Artculo 2. Biodegradable gelatin-chitosan films incorporated with essential oils as

antimicrobial agents for fish preservation.................................................................................. 77

Artculo 3.Antioxidant and antimicrobial activities of green tea (Camellia sinensis L.) as an

expression of its chemical composition....................................................................................... 87

Artculo 4. Release of active compounds from agar and agar-gelatin films with green tea

extract ....................................................................................................................................... 121

Artculo 5. Functionality of lactic acid bacteria incorporated to edible coatings and films...... 153Artculo 6. Survival and metabolic activity of probiotic in green tea........................................ 175

Artculo 7. Biotransformation and resulting biological properties of green tea polyphenols

by probiotic bacteria................................................................................................................. 211

Artculo 8.Agar films containing green tea extract and probiotic bacteria for extending fish

self-life ....................................................................................................................................... 235

Artculo 9. Bioaccessibility of green tea polyphenols incorporated into an edible agar film

during simulated human digestion........................................................................................... 255

VI. DISCUSIN INTEGRADORA .......................................................................................... 285

1. DESARROLLO DE ENVASES COMESTIBLES CON ACEITES ESENCIALES Y APLICACIN EN

PRODUCTOS PESQUEROS .......................................................................................................... 285

1.1. Seleccin de aceites esenciales antimicrobianos para su incorporacin a matrices

complejas (gelatina-quitosano) ......................................................................................... 285

1.2. Aplicacin de recubrimientos a la conservacin de pescado refrigerado: salmn

(Salmo salar) y bacalao (Gadus morhua) ........................................................................... 290

2. ESTUDIO DE LA COMPOSICIN DE EXTRACTOS ACUOSOS DE T VERDE (Camellia sinensis) ENRELACIN A SU FUNCIONALIDAD Y DESARROLLO DE ENVASES COMESTIBLES ACTIVOS ......... 293

2.1. Seleccin de un extracto de t verde (Camellia sinensis) segn sus propiedades

biolgicas entre distintas variedades en base a su composicin qumica ......................... 293

2.2. Caracterizacin, evaluacin de propiedades biolgicas y liberacin de compuestos

activos de pelculas con extracto de t verde .................................................................... 302

3. INCORPORACIN DE BACTERIAS LCTICAS EN ENVASES COMESTIBLES Y ESTUDIO DE SU

VIABILIDAD DURANTE LA CONSERVACIN DE FILETE DE MERLUZA ......................................... 313

3.1. Funcionalidad de bacterias lcticas incorporadas a coberturas y pelculas comestibles .

........................................................................................................................................... 313


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ndice

~ iii ~

4. DESARROLLO DE PELCULAS COMPLEJAS PARA LA BIOCONSERVACIN DE PRODUCTOS

PESQUEROS ............................................................................................................................... 321

4.1. Viabilidad de los probiticos en presencia de los polifenoles mayoritarios del t verde

y extracto de t verde ....................................................................................................... 321

4.2. Biotransformacin de los compuestos polifenlicos mayoritarios del t verde

yextracto de t verde ......................................................................................................... 321

4.3. Bioconservacin de productos pesqueros mediante la aplicacin de pelculas

complejas constituidas por probiticos y extractos de t verde ...................................... 332

5. BIOACCESIBILIDAD DE COMPUESTOS PROCEDENTES DE PELCULAS COMESTIBLES MEDIANTE

MODELOS DE DIGESTIN GASTROINTESTINAL IN VITRO.......................................................... 341

5.1. Recuperacin acumulada de compuestos en el Simulador Gastro Intestinal (SGI) .... 342

5.2. Actividad antioxidante y antimicrobiana recuperada acumulativa ........................... 346

VII. CONCLUSIONES ......................................................................................................... 351

VIII. BIBLIOGRAFA ........................................................................................................... 357


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Los residuos procedentes del procesado de pescado representan tras el fileteadoaproximadamente un 75% del peso total. En la mayora de las industrias procesadoras, el

aprovechamiento o la gestin de estos residuos constituyen un serio problema a nivel mundial.

Un porcentaje importante de dichos residuos son pieles, tejido conectivo y espinas ricos en

colgeno. Por hidrlisis de ste se obtiene la gelatina, compuesto proteico considerado en s

mismo como un alimento diettico de alta digestibilidad. Otro gran residuo, en este caso de la

industria procesadora de crustceos, es la quitina, a partir del cual se obtiene el quitosano,

polmero muy verstil y de probada funcionalidad.

Una va que en los ltimos aos est mostrando un gran inters por su aplicabilidad y

beneficios medioambientales es la utilizacin de diversos materiales a partir de residuos de la

industria agraria, pesquera y acuicultura, como matrices polimricas para el desarrollo de

envases comestibles y/o biodegradables. La presente memoria se centra principalmente en la

utilizacin de gelatina, quitosano y agar. Estos envases pueden tener capacidad funcional,

principalmente antioxidante y antimicrobiana, contribuyendo a conferir estabilidad y calidad a

los alimentos.

Los envases diseados a los que se incorporan, tanto compuestos polifenlicos como

microrganismos probiticos, actan como bioconservadores en los alimentos y pueden,

adems, incidir en la salud del consumidor. En la literatura apenas se encuentran trabajos

sobre ello, de ah la novedad del tema propuesto.

Adems, se han realizado estudios basados en la capacidad de ciertas cepas de

bifidobacterias para biotransformar los compuestos polifenlicos de su entorno, modificando

el perfil disponible de estos compuestos, as como su actividad.

Por otro lado, dado el carcter comestible de estos envases, se plantea evidenciar la

bioaccesibilidad de los compuestos activos que forman parte del envase con objeto de valorar

su potencial bioactivo tras su ingesta.

RESUMEN


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The waste from fish processing after filleting represents approximately 75% of the total

weight. In most processing industries, the harvesting or management of such waste is a serious

worldwide problem. A significant proportion of these residues are rich in collagen (skin, bones

and connective tissue). The collagen by hydrolysis is converted into gelatin that can be

considered a highly digestible diet food. Another great waste, in this case from the crustacean

processing industry, is chitosan, of proven functionality.

In recent years, the use of different materials such as polymeric matrix for development of

food packaging and/or biodegradable is showing great interest because of their applicability

and environmental benefits. This work has focused primarily on the use of gelatin, chitosan

and agar as biopolymers. These matrixes may have functional capacity, mainly antioxidant and

antimicrobial, by adding of active compounds that confer stability and help to maintain food

quality.

Edible packaging incorporates both polyphenolic compounds and probiotics that could act

as biopreservatives in food and may also contribute to be healthy products. There are scarcely

any studies found in literature about this research, hence the novelty of the theme.

In addition, some studies have been conducted based on the ability of certain strains of

bifidobacteria to biotransform polyphenolic compounds from their environment, modifying

the available phenolic profile and their activity.

On the other hand, due to film`s edible character, it was planned to show the

bioaccesibility of the active compounds that constitute part of the package in order to assess

their potential bioactive

SUMMARY


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~ 1 ~

1. ENVASES ALIMENTARIOS

Los envases juegan un papel fundamental en la industria alimentaria ya que realizan

importantes funciones como la de contener, proteger, manipular, distribuir y presentar

mercancas, desde materias primas hasta artculos acabados, y desde el fabricante hasta el

usuario o el consumidor (Directiva 94/62/CE del Parlamento Europeo y del Consejo). Entre

estas funciones destaca la accin protectora de los envases, ya que contribuyen al retraso del

deterioro, aumentan la vida til y mantienen la calidad y seguridad de los alimentos

envasados.

Los envases protegen a los alimentos y bebidas de una serie de agentes externos

procedentes del ambiente como son el calor, la luz, humedad, oxgeno, presin, enzimas,

olores indeseables, microorganismos, insectos, suciedad y partculas de polvo o emisiones de

gases, entre otros (Restuccia y cols., 2010) que suponen un detrimento de su calidad o

seguridad. Por otra parte, desde un punto de vista comercial los envases se emplean para

identificar un producto determinado, y tambin para proporcionar informacin importante

como, por ejemplo, el peso, ingredientes o valor nutricional (Restuccia y cols., 2010).

Los materiales ms utilizados para el envasado de alimentos y bebidas son los plsticos

sintticos, que se clasifican en la actualidad en siete categoras (Tabla 1). Estos polmeros

sintticos se emplean por las mltiples ventajas que presentan, como ser qumicamente

inertes, ligeros, resistentes, cmodos e higinicos, y por su versatilidad de forma, tamao, etc.

(Garca-Daz y Macas-Matos, 2008). Sin embargo, al ser compuestos sintticos, no

biodegradables y derivados del petrleo, su utilizacin supone serios problemas ecolgicos

debidos principalmente a la contaminacin medioambiental que causan, tanto por su

fabricacin e incineracin como por su aporte en la generacin y acumulacin de residuos. Por

otro lado, estos polmeros sintticos pueden vehiculizar sustancias txicas o no deseables

como monmeros, plastificantes, antioxidantes sintticos, aditivos, etc. presentes en su propia

composicin y que pueden migrar al alimento que envuelven (Nern de la Puerta, 2009).

Adems de lo anteriormente expuesto, no hay que olvidar otros problemas que conllevan el

uso del petrleo como materia prima, como son la disminucin de las reservas petrolferas y su

precio elevado.

Por lo tanto, existe un inters tanto poltico como social por encontrar nuevos materialesprocedentes de fuentes renovables, menos contaminantes o de fcil reciclado para envasar los

I. INTRODUCCIN


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Introduccin

~ 2 ~

alimentos. Con ese objetivo en los ltimos aos se han realizado numerosas investigaciones

encaminadas a desarrollar nuevos materiales biodegradables, como son algunos

biopolmeros, ya que stos tienen un menor o nulo impacto medioambiental.

1.1. ENVASES BIODEGRADABLES COMESTIBLES: PELCULAS Y RECUBRIMIENTOS

Los materiales comnmente utilizados para la elaboracin de envases biodegradables de

uso alimentario proceden de fuentes renovables y se caracterizan por ser capaces de formar

pelculas que presentan unas propiedades (mecnicas, de barrera y de transmisin de la luz)

similares a los plsticos convencionales pero con una alta capacidad de biodegradacin.

Muchos de estos materiales presentan la ventaja adicional de ser comestibles a diferencias de

los plsticos convencionales. Por esta ltima razn, los materiales biodegradables, como son

por ejemplo algunos biopolmeros, se estudian exhaustivamente en los ltimos aos, por su

posible aplicacin en el desarrollo y diseo de envases comestibles, como una forma ms de

proteger los alimentos.

En la bibliografa aparecen dos tipos de envases comestibles: recubrimientos y pelculas

(denominados en ingls como coating y film, respectivamente), que se diferencian

principalmente por la forma de aplicarse sobre la superficie del alimento, pero que tienen el

objetivo comn de alargar la vida til del producto al cual recubren (Rojas-Gra, 2007; Pavlath

y Orts, 2009) y que estn en contacto directo con el alimento y frecuentemente se consumen

de manera conjunta.

Tabla 1. Plsticos derivados del petrleo utilizados en el envasado de alimentos

(Adaptada de Arrieta, Garrigs Selva, Jimnez Migalln y Peltzer, 2011)

Tipo Material Abreviatura Aplicaciones

1 Polietileno tereftalato PET Botellas

2 Polietileno de alta densidad PEAD Botellas, bandejas

3 Policloruro de vinilo PVC Pelculas flexibles

4 Polietileno de baja densidad PEBD Pelculas, bolsas

5 Polipropileno PP Pelculas flexibles

6 Poliestireno PS Bandejas, tarrinas

7 Otros Policarbonatos, resinas epoxi, etc.


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Introduccin

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Un recubrimientoo cobertura comestible (coating) se define como una capa delgada de

material comestible formado como un revestimiento sobre el alimento, mientras una pelcula

(film) comestible es una capa preformada y delgada elaborada con material comestible que

una vez preparada puede disponerse sobre el alimento o entre los componentes del mismo

(Krochta y De Mulder-Johnston, 1997). De forma general puede decirse que los recubrimientos

se aplican en forma lquida sobre el alimento, normalmente por inmersin del producto en la

solucin con capacidad filmognica, mientras que las pelculas elaboradas como lminas

slidas se aplican posteriormente sobre el alimento como envoltura (McHugh y Senesi, 2000).

1.1.1. PRINCIPALES FUNCIONES Y APLICACIONES DE LOS ENVASES COMESTIBLES

Los envases comestibles se aplican en alimentos de muy diversa naturaleza (frutas,

verduras, carnes, dulces, cereales, pescados, etc.), normalmente en combinacin con otras

tecnologas de conservacin (ej. refrigeracin, atmsferas modificadas o controladas,

tratamientos trmicos, etc.) con el fin de mejorar su calidad, seguridad o aumentar su vida til,

ya que estos envases pueden realizar diferentes funciones beneficiosas sobre el alimento

como son la de actuar de barrera, mejora de las propiedades, proteger pequeas porciones,

adherir diferentes partes de un alimento o servir de soporte de aditivos, entre otras

(Debeaufort y cols., 1998; Kester y Fennema, 1986; Pavlath y Orts, 2009). A continuacin se

detallan algunas de estas funciones y sus aplicaciones.

1.1.1.1. Barrera a la transferencia de materia y a la luz

Algunos envases tienen la capacidad de actuar de barrera frente a la transferencia de

determinados componentes presentes en el alimento o en el ambiente. Esta caracterstica

resulta interesante cuando la calidad de un producto est vinculada a la prdida o ganancia de

algunos componentes como por ejemplo el agua, compuestos voltiles (aromas deseables o

indeseables) o solutos (aceite, azcares o sales).

La deshidratacin o prdida de agua representa uno de los principales problemas

responsables de la prdida de calidad en fruta fresca cortada (Rojas-Gra y cols., 2007), ya que

sta causa diversos cambios como son la prdida de turgencia y firmeza (Olivas y Barbosa-

Cnovas, 2009). As por ejemplo, la cobertura comercial Seal gum, Spray gumTM a base de

steres de sacarosa (Pavlath y Orts, 2009) se utiliza para evitar la prdida de humedad en este

tipo de productos. En ocasiones se producen fenmenos contrarios y la absorcin de agua

supone cambios indeseables en algunos alimentos o en diferentes partes de un producto


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Introduccin

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constituido por varios alimentos (ej. pizza, tarta de manzana, caramelos). La pizza congelada

sera un buen ejemplo de esto ltimo ya que es un producto complejo que contiene diversos

tipos de alimentos con diferente contenido en agua (masa e ingredientes). En este caso, la

aplicacin de una cobertura entre la masa y los ingredientes reduce la transferencia de agua

desde los ingredientes hmedos (con alta actividad de agua) a la masa seca (con baja actividad

de agua), que en caso contrario provocan cambios indeseables en su textura, como es la de

prdida de dureza.

Esta propiedad de barrera de los envases comestibles es muy til tambin en frituras,

puesto que algunos recubrimientos tienen la capacidad de impedir la absorcin excesiva de

aceite durante su cocinado. Estas coberturas presentan dos aspectos positivos: un producto

ms saludable con menos aceite y una reduccin de los costes al disminuir la cantidad deaceite utilizada en cada fritura. Por ejemplo, la cobertura comestible a base de pectinato de

calcio Fry ShieldTMreduce la absorcin de grasa durante la fritura de pescado, patatas y otros

vegetales (Pavlath y Orts, 2009).

Algunas pelculas y recubrimientos se han aplicado con el fin de controlar la transferencia

de determinados gases (oxgeno, dixido de carbono, etc.), de tal manera que se genera

dentro del envase una atmsfera idnea que retrasa el deterioro. Esta atmsfera vara en

funcin del tipo de alimento; en frutas y verduras se utilizan pelculas y recubrimientos

semipermeables, es decir, tienen cierta permeabilidad al oxgeno, ya que las envolturas

extremadamente impermeables pueden inducir a la creacin de un ambiente anaerbico que

provoca cambios indeseables en este tipo de productos, como por ejemplo la prdida de

aromas. Por otro lado, las pelculas impermeables al oxgeno se aplican sobre todo en

productos ricos en grasa (pescado azul, frutos secos, etc.) puesto que la calidad de estos

productos disminuye principalmente por la oxidacin de sus lpidos. La oxidacin de la grasa

genera compuestos con sabores desagradables (sabor rancio) u olores indeseables. En este

sentido, Lee y Krochta (2002) y Lee, Trezza, Guinard y Krochta (2002) redujeron el

enranciamiento oxidativo de los cacahuetes y, por lo tanto, aumentaron su vida til mediante

la utilizacin de una cobertura a base de protenas de suero.

Por otro lado, la luz, en particular la radiacin ultravioleta (UV), es un potente activador

de la oxidacin, por lo tanto los envases comestibles opacos a la luz UV constituyen una

manera ms de frenar la oxidacin. La Figura 1 representa de forma esquemtica la funcin de

barrera ejercida por los envases comestibles frente a diversos componentes y agentes.


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Introduccin

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1.1.1.2. Mejora de las propiedades sensoriales del alimento

Los envases comestibles se aplican en los alimentos para mejorar las propiedades

sensoriales de un alimento: apariencia, color, brillo, transparencia, rugosidad, textura, etc.

(Debeaufort, Quezada-Gallo y Voilley, 1998; Kramer, 2009). En este sentido, la empresa

Viscofan, lder mundial en la produccin y distribucin de envolturas comestibles en productos

crnicos, comercializa un tipo de lmina comestible a base de colgeno denominada Naturin.

Estas pelculas se aplican como envolturas comestibles invisibles en jamn cocido y carne

asada con el objetivo de mejorar distintas propiedades, tales como el aspecto visual, sabor,

retencin del jugo de la carne, y absorcin del color ahumado, entre otras.

Otras coberturas interesantes que mejoran las propiedades sensoriales son las que se

aplican en los donuts glaseados. El glas de los donuts tiende a desaparecer como resultado de

la absorcin de agua o porque simplemente funde. En este caso, los recubrimientos a base de

agar (opcin ms cara) o de kappa-carragenano (opcin ms barata) consiguen minimizar la

fusin del azcar (Nieto, 2009) y por lo tanto mantener durante ms tiempo el buen aspecto

del glaseado.

Otro ejemplo de pelculas comestibles con esta funcin son las que elabora la empresa

NewGemFoodsTM, utilizadas como envolturas alternativas al sushi o pescado crudo

(denominadas como Origami Sushi Wraps) que son visualmente ms atractivas que la alga

nori, o bien como sustitutos saludables de la tortilla que se usa para envolver los burritos(GemWraps).

Compuestos aromticos

Gases (O2, CO2)ALIMENTO

AMBIENTE Luz

Va or de a ua

Solutos

lpidos

Figura 1.Funcin de barrera de los recubrimientos y pelculas comestibles (Adaptada de Debeaufort,

Quezada-Gallo y Voilley, 1998)


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Introduccin

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1.1.1.3. Proteccin mecnica

Los envases tambin se utilizan para mejorar las propiedades mecnicas de algunos

alimentos frgiles, como los cereales o los alimentos liofilizados, de tal manera que faciliten su

manipulacin y transporte (Debeaufort y cols., 1998; Fernndez Pan y Mat Caballero, 2011).

Los recubrimientos a veces protegen frente a daos mecnicos provocados por el

rozamiento entre los componentes individuales de un producto (ej. cacahuetes de una bolsa).

En este sentido, la cobertura shellac(goma laca) se aplica en especial en alimentos recubiertos

con chocolate (tipo M&M) para proporcionar principalmente brillo, para proteger frente a los

rasguos producidos por el rozamiento (Kramer, 2009) o para evitar que el chocolate se funda

durante su almacenamiento o manejo (Martn-Belloso, Rojas-Gra y Soliva-Fortuny, 2009).

1.1.1.4. Soporte de aditivos

Los envases comestibles se emplean como una manera eficaz de aadir aditivos (por

ejemplo, colorantes, especias, aromas) que impliquen una mejora en las propiedades

sensoriales o que supongan incluso un aumento de las propiedades nutricionales (vitaminas,

minerales, etc.).

Las pelculas y recubrimientos permiten aadir tambin otros compuestos con

propiedades activas, antimicrobianos y antioxidantes principalmente, que protejan de la

oxidacin o inhiban el crecimiento microbiano tanto de patgenos como de responsables del

deterioro. Recientemente se ha visto que las pelculas son adecuadas como portadoras de

sustancias o bacterias con propiedades bioactivas (probiticos), con el fin de mejorar no slo la

conservacin sino tambin para aportar determinadas propiedades beneficiosas a los

alimentos. El desarrollo y diseo de envases con propiedades activas o bioactivas ha permitido

sobretodo mejorar la vida til de alimentos tan perecederos como son los productos

pesqueros. Este tipo de envases se detallar en el apartado de envases activos.


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Introduccin

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1.1.1.5. Otras funciones

La envoltura o tripa a base de colgeno representa probablemente una de las pelculas

comestibles comerciales con ms xito desde un punto de vista comercial, ya que se emplean

como sustitutos de las tripas naturales en la elaboracin de productos crnicos tipo salchicha o

embutido. Estas envolturas se utilizan sobre todo para mantener la integridad estructural de

los productos crnicos (Chapman y Potter, 2004), pero tambin tienen otras funciones

beneficiosas como la de retrasar la prdida de humedad, oxidacin lipdica, decoloracin,

mejora de la apariencia del producto o como portador de aditivos alimentarios (Catherine

Nettles, 2006; Gennadios, Hanna y Kurth, 1997; Vronique, 2008).

Otra aplicacin de los envases comestibles consiste en su empleo como pegamento para

adherir determinados condimentos o diferentes componentes de un alimento. Como ejemplo

los tentempis tipo barrita y snacksde cereales (Kramer, 2009), en los que se requiere unir

diferentes componentes entre s (cereales, semillas, frutos secos).

Todas estas funciones a las que hace referencia este captulo pueden desarrollarse en

menor o mayor medida, dependiendo de los componentes, estructura y composicin de los

envases comestibles. Adems, en funcin del alimento interesar potenciar unas acciones

frente a otras, ya que no todos los alimentos tienen las mismas necesidades en cuanto al

mantenimiento de su calidad o de su seguridad. Por esta razn, la eleccin de los materiales(ej. biopolmeros) y aditivos debe realizarse de acuerdo al objetivo, naturaleza del producto y

el mtodo de aplicacin (Debeaufort y cols., 1998).

1.1.2. PRINCIPALES COMPONENTES DE PELCULAS Y RECUBRIMIENTOS COMESTILBES

La elaboracin de los envases comestibles requiere de al menos un componente capaz de

formar una matriz estructural. Esta capacidad la poseen algunos biopolmerosy lpidos, y por

tanto, suelen ser la base de los envases comestibles. Muchas veces resulta imprescindible laadiccin de aditivos como los plastificantes a la formulacin de estos envases, puesto que sin

ellos la pelcula resultante sera excesivamente frgil y muy poco flexible. Adems de los

plastificantes se pueden incluir otros aditivos, tal vez no tan estrictamente necesarios como

los anteriores pero que su inclusin en la frmula supone una mejora en las propiedades

tecnolgicas y funcionales de las envolturas. Por lo tanto, la presente memoria se centrar en

los principales componentes de las pelculas (biopolmeros, lpidos y plastificantes), aunque

tambin se har mencin a otros aditivos que resultan interesantes en la formulacin de los

envases comestibles.


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Introduccin

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1.1.2.1. Materiales formadores de pelculas y recubrimientos comestibles

Los materiales utilizados en la preparacin de recubrimientos y pelculas proceden de

diversas fuentes del reino animal y vegetal, tanto terrestre como marino, y as como

procedente de los microorganismos (Tharanathan, 2003). Algunos de estos biopolmeros se

obtienen a partir de los residuos generados de la pesca, de la agricultura o de la ganadera.

Desde un punto de vista medio ambiental, el aprovechamiento de residuos resulta de gran

inters puesto que se consigue obtener un rendimiento y valorizar estos desechos, reducir su

cantidad y por lo tanto los costes y problemas de su eliminacin.

La naturaleza de estos compuestos es muy variada, siendo principalmente de origen

proteico (gelatina, protena del suero de la leche, zena, gluten, protena de soja, etc.),

polisacrido (celulosa, gomas, almidn, quitosano, agar, pectinas, etc.) y lipdico (ceras, grasas,

aceites). Las caractersticas de las pelculas y recubrimientos vienen determinadas, en parte,

por la naturaleza de estos compuestos y por esta razn, para explicar de forma simplificada las

propiedades de los envases comestibles, se han clasificado en tres categoras en funcin del

material de base utilizado en su formulacin:

Hidrocoloide: protena y polisacridos (biopolmeros). Lpidos. Mezclas: hidrocoloides y lpidos.1.1.2.1.1. Pelculas y recubrimientos constituidos a base de hidrocoloides

La capacidad de los biopolmeros para interaccionar entre si y con el resto de los

componentes durante la formacin del recubrimiento viene dado por su naturaleza, peso

molecular, cargas, etc., es decir, la estructura del biopolmero condicionar la funcin del

recubrimiento.

En lneas muy generales, la formacin de una red macromolecular de un biopolmero tipo

hidrocoloide requiere de algunas etapas: en primer lugar la solubilizacin (parcial o total) que

permita una ruptura de enlaces intermoleculares de baja energa que estabilicen a los

polmeros en su estado nativo; de esta manera se facilita un reordenamiento y orientacin de

las cadenas polimricas y una interaccin con el resto de componentes que forman la pelcula

(esta estructura se estabiliza durante el secado) (Cuq, Gontard, Cuq y Guilbert, 1998; Mauri y

An, 2008).


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Introduccin

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1.1.2.1.1.1. Pelculas y recubrimientos constituidos a base de protenas

Para la elaboracin de pelculas y recubrimientos comestibles a base de protena se han

utilizado protenas de diferente origen, tanto animal como vegetal. As se pueden encontrar en

la literatura pelculas de gelatina (Gimnez, Gmez-Estaca, Alemn, Gmez-Guilln y Montero,

2009), casena, protena aislada o concentrada del suero lcteo (Banerjee y Chen, 1995), gluten

de trigo (Gontard y Ring, 1996) y protena de soja (Brandenburg, Weller y Testin, 1993), entre

otras.

Los biopolmeros proteicos forman redes macromoleculares tridimensionales que se

estabilizan mediante diversos tipos de enlaces (interacciones electrostticas, puentes de

hidrgeno, fuerzas de Van der Waals, enlaces covalentes y puentes disulfuro), los cuales

dependen de su composicin aminoacdica. Los enlaces se pueden favorecer durante el

procesado, tanto por las soluciones en las que se encuentra como por el tratamiento trmico y

modo de secado. As, por ejemplo, una pelcula a base de protena de huevo, que contiene

gran cantidad de cistena, puede favorecer la formacin de enlaces covalentes tipo puentes

disulfuro en condiciones trmicas adecuadas, lo cual favorece la insolubilizacin de la pelcula

(Gimnez, Gmez-Guilln, Lpez-Caballero, Gmez-Estaca y Montero, 2012). Asimismo, la

forma de la protena es de gran importancia para la formacin de estas redes que conforman

la matriz. Las protenas de alto peso molecular y fibrilares -como el colgeno, la gelatina y lasprotenas miofibrilares- pueden formar redes ms amplias con buenas propiedades mecnicas

(Guillbert y Graille, 1994). En cambio, las protenas globulares, frecuentemente de bajo peso

molecular (como las protenas aisladas de soja y protenas sarcoplsmicas), hacen redes ms

compactas y menos elsticas, con menor resistencia (Mauri y An, 2008). Tambin se puede

modificar la estructura de la protena por desnaturalizacin y agregacin, pudiendo ofrecer de

esta manera variaciones en las propiedades que generan al constituir la red filmognica.

Todas estas variables y la gran diversidad de caractersticas de las distintas protenas

permiten obtener un amplio abanico de posibilidades y propiedades de las pelculas

constituidas a partir de estos biopolmeros. En general, si bien las pelculas a base de protenas

presentan buenas propiedades de barrera frente al oxgeno y dixido de carbono, son

susceptibles a la humedad (Cha y Chinnan, 2004; Krochta y De Mulder-Johnston, 1997).

La capacidad antioxidante que poseen determinadas protenas aporta un valor aadido a

las pelculas y recubrimientos elaborados a partir de ellas. Varios estudios describen las

propiedades antioxidantes de las protenas tanto de origen animal como vegetal tales como las

protenas de la leche (Cervato, Cazzola y Cestaro, 1999), zena de maz (Wang, Fujimoto,


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Introduccin

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Miyazawa y Endo, 1991), gliadina del trigo (Iwami, Hattori y Ibuki, 1987) o gelatina de pescado

(Alemn, Gimnez, Montero y Gmez-Guilln, 2011).

Entre la gran variedad de protenas utilizadas para la elaboracin de envases comestibles,

la gelatina posee excelentes propiedades fsicas y fcil manejo, por lo que se seleccion para la

elaboracin de las pelculas y los recubrimientos comestibles de la presente memoria. Por este

motivo se describe con ms detalle.

1.1.2.1.1.1.1. Gelatina

La gelatina se obtiene a partir de la hidrlisis parcial del colgeno, el cual se encuentra

ampliamente distribuido en la naturaleza formando parte de la piel, tendones, sistema

vascular, huesos, espinas, escamas y tejido conectivo de los animales. Esta protena se obtiene

principalmente a partir de la piel y huesos de mamferos terrestres, fundamentalmente vacuno

y porcino. Sin embargo recientemente se ha incrementado la produccin de gelatina a partir

de productos de la pesca. Este aumento se debe a la sustitucin de la gelatina de origen

vacuno y porcino por la gelatina de origen marino. Las razones inicialmente han sido socio-

culturales (productoskoshery del islam) o sanitarias (ej. encefalopata espongiforme), si bien

ltimamente se ha incrementado el inters en el aprovechamiento de subproductos y residuos

generados en la industria pesquera y de acuicultura (ej. pieles y huesos), como fuente de

gelatina (Gmez-Guilln, Gimnez, Lpez-Caballero y Montero, 2011).

La gelatina se utiliza ampliamente en la industria farmacutica, cosmtica y alimentaria

debido a sus excelentes propiedades gelificantes, hidratantes, formadora y estabilizadora de

emulsiones y espumas, propiedades viscoelticas o filmognicas. En esta ltima propiedad se

basa el desarrollo y diseo de envases comestible. La gelatina es rica en aminocidos tales

como la prolina, hidroxiprolina, lisina e hidroxilisina, los cuales interaccionan durante la

preparacin de las pelculas y como consecuencia de ello, forman enlaces cruzados intra- e

intramoleculares entre las cadenas proteicas (Dangaran, Tomasula y Qi, 2009). Las pelculas o

recubrimientos basadas en gelatinas se han diseado para recubrir los alimentos con el fin de

reducir el transporte de agua, oxgeno y grasas en productos crnicos (Gennadios, McHugh,

Weller y Krochta, 1994). Si bien este tipo de pelculas presentan buenas propiedades de

barrera a los gases (oxgeno y al dixido de carbono), sus valores de permeabilidad al vapor de

agua suele ser altos debido a que la gelatina es altamente hidroflica (Ioannis, 2002), al igual

que la mayora de las protenas y otros hidrocoloides. Por esta razn, para la formulacin de

pelculas o recubrimientos se recurre a la combinacin de la gelatina con otras protenas para

mejorar las propiedades mecnicas y de permeabilidad al vapor de agua de la gelatina.


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Introduccin

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Este es el caso por ejemplo de la formacin de pelculas complejas utilizando protena

aislada de soja y gelatina en diversas proporciones (Denavi y cols., 2009). Estos autores

observaron que la formulacin que contena un 25% de protena aislada de soja y 75% de

gelatina de piel de bacalao mostr una mejora de la fuerza a la rotura hasta 1,8 o 2,8 veces

mayor que la obtenida por las formulaciones con solo gelatina o protena de soja,

respectivamente, mientras que la elevadsima elasticidad que presentan las pelculas de

gelatina de bacalao y la relativa baja permeabilidad al vapor de agua de las pelculas de aislado

de soja se mantuvo.

Las propiedades de las pelculas varan en funcin de la procedencia de la gelatina puesto

que la composicin de aminocidos de gelatinas de distintas especies es diferente,

especialmente en lo que respecta a los aminocidos mayoritarios de la gelatina (glicina, prolinae hidroxiprolina) (Gmez-Guilln y cols., 2011). As se ha visto recientemente que las pelculas

a base de gelatina de atn, que contienen un bajo nmero de residuos de prolina e

hidroxiprolina, presentaron valores de deformacin a la ruptura aproximadamente 10 veces

mayores que los obtenidos por las pelculas a base de gelatina de piel bovina (Gmez-Estaca,

Gmez-Guilln, Fernndez-Martn y Montero, 2011). Del mismo modo,Avena-Bustillos, Olsen

y cols. (2006) observaron que los valores de permeabilidad al vapor de agua de las pelculas a

base de gelatina de pescado de aguas fras fueron significativamente ms bajos que los de las

pelculas a base de gelatina de pescado de aguas templadas o de mamfero, atribuyendo este

hecho a la composicin de aminocidos de la gelatina de pescado de aguas fras (con un alto

contenido en amincidos hidrofbicos y bajo nivel de hidroxiprolina).

1.1.2.1.1.2. Pelculas y recubrimientos constituidos a base de polisacridos

Los polisacridos son polmeros hidrosolubles de cadena larga, que se emplean en la

industria alimentaria para compactar, espesar y gelificar o bien para proporcionar dureza y

textura crujiente a los alimentos (Catherine y Susan, 2002). Entre los polisacridos utilizados en

la preparacin de pelculas y recubrimientos se encuentran la celulosa y sus derivados,

almidn, pectinas, alginatos, carragenatos, quitosano, entre otros.

Los polisacridos pueden ser lineales o ramificados y se componen de la repeticin de un

mismo monosacrido o varios. Asimismo se pueden encontrar polisacridos con carga neutra

(ej. agar, metilcelulosa), carga negativa (alginato de sodio, carragenano, pectina) o carga

positiva (quitosano) en funcin de los grupos qumicos unidos a los monosacridos. Estas

caractersticas estructurales determinan las diferencias entre un polmero y otro en cuanto a

su solubilidad, propiedades gelificantes, emulsificantes, espesantes, sinergia o


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Introduccin

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incompatibilidad entre polisacridos o entre diferentes componentes (ej. protenas, minerales,

cidos y lpidos), e incluso determinan sus propiedades formadoras de pelculas.

Las caractersticas de las pelculas preparadas a partir de este tipo de materiales vienen

determinadas tambin por la estructura del polisacrido, ya que influye el nmero de enlaces

de hidrgeno intermoleculares establecidos entre las cadenas del polmero. El peso molecular

del polisacrido tambin juega un papel importante en las propiedades finales de las pelculas.

Los polmeros lineares de alto peso molecular y no inico forman pelculas fuertes, como es el

caso del agar y la metilcelulosa. En cambio, los polisacridos ms ramificados, con o sin carga

aninica, forman pelculas ms dbiles (Nieto, 2009).

En general, los polisacridos forman pelculas con buenas propiedades mecnicas y de

barrera al O2y CO2,pero no a la humedad (al igual que las protenas) debido a que son tambin

muy hidroflicos (Garca, Martino y Zaritzky, 1998; Kester & Fennema, 1986; Nisperos-Carriedo,

1994), si bien es cierto que su resistencia al agua es menor que el de las pelculas basadas en

protenas.

Como ejemplos de biopolmeros polisacridos en este captulo se describirn slo el

quitosano y el agar por ser los materiales utilizados para la elaboracin de los recubrimientos y

pelculas en la presente memoria. El quitosano se seleccion principalmente por sus conocidas

propiedades antimicrobianas y antioxidantes, mientras que el agar se eligi por ser unbiopolmero de carga neutra, relativamente inerte, por lo que presenta menos interaccin con

los componentes del alimento o del envase.

1.1.2.1.1.2.1. Quitosano como polmero con capacidad filmognica

El quitosano es un polmero lineal derivado de la N-desacetilacin parcial de la quitina

(vase Figura 2). La quitina se localiza en el exoesqueleto de los crustceos, en la pared de los

hongos y en otros materiales biolgicos (algas verdes) y representa uno de los biopolmeros

ms abundantes de la naturaleza, despus de la celulosa. La estructura del quitosano estformado por unidades de glucosamina y N-acetil D-glucosamina unidos por enlaces -(14)

(Figura 2).

Bajo el nombre comn de quitosano se esconde en realidad un amplio grupo de polmeros

que se diferencian entre s principalmente por su peso molecular (50 KDa a 2000 KDa) o valor

de viscosidad y grado de desacetilacin o porcentaje de grupos amino que quedan libres en la

molcula del quitosano (50-98%) (Lpez-Caballero, Gmez-Guilln, Prez-Mateos y Montero,

2005; Rinaudo, 2006). Estos tres parmetros son bsicos en la caracterizacin de los

quitosanos ya que sus caractersticas o propiedades vienen determinadas en parte por ellos.


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Introduccin

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Debido a las excelentes propiedades funcionales y biolgicas que posee, el quitosano se

ha empleado tanto solo como en combinacin con otros polmeros naturales (almidn,

gelatina, alginatos y otros), en la industria alimentaria, farmacutica, textil, agraria,

tratamiento de aguas y cosmtica (Kong, Chen, Xing y Park, 2010). En los ltimos aos este

polmero se ha aplicado en la elaboracin de pelculas y recubrimientos comestibles por ser un

material biodegradable, no txico y biocompatible y con capacidad filmognica. En general, las

pelculas y recubrimientos de quitosano son claros, fuertes, flexibles y con buenas propiedades

de barrera al oxgeno y dixido de carbono, pero como biopolmero polisacrido presentan

una alta permeabilidad al vapor de agua. Sin embargo, algunos autores describen que las

propiedades de las pelculas varan en funcin del grado de acetilacin y peso molecular del

quitosano utilizado para la formacin de las mismas. En este sentido, Park, Marsh y Rhim

(2002) observaron que los quitosanos con pesos moleculares altos forman pelculas ms

fuertes. Las propiedades mecnicas de las pelculas tambin aumentaron en este estudio

cuando el cido actico se utiliz como solvente para la preparacin de las mismas (Park y

cols., 2002). Por otra parte, Ki Myong, Jeong Hwa, Sung-Koo, Weller y Hanna (2006)

demostraron que los quitosanos con un grado de acetilacin alto forman pelculas con valores

bajos de permeabilidad al vapor de agua, los cuales no se modificaron por la variacin de pH

producida por la utilizacin de cido actico como solvente. Pero adems de los factores

intrnsecos del propio quitosano como peso molecular promedio, grado de desacetilacin y

viscosidad, son otros muchos los factores a tener en cuenta para evaluar su efecto sobre las

Figura 2.Estructura de la quitina y del quitosano.

Quitina Quitosano

Desacetilacin bsica


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propiedades fsico qumicas de los recubrimientos y pelculas, y sobre sus propiedades activas

como antimicrobianos y antioxidantes; entre estos factores extrnsecos caben destacar, por

ejemplo: pH, cido utilizado para solubilizar el quitosano, presencia de plastificantes, grado de

humedad de la cobertura, etc.

Los recubrimientos de quitosano se aplican en su mayor parte en frutas y vegetales (Davis

D., 1989; El Ghaouth, Arul, Ponnampalam y Boulet, 1991a, 1991b) por su capacidad para

formar coberturas semi-permeables (Nisperos-Carriedo, 1994). Este tipo de coberturas al ser

semi-permeables pueden alterar la atmosfera interna, de tal modo que producen un retraso

de la maduracin y una disminucin en la velocidad de transpiracin en frutas y vegetales

(Bourtoom, 2008; Nisperos-Carriedo, 1994). Estas pelculas y recubrimientos tambin se han

utilizado para aumentar la calidad y extender la vida til de otros alimentos, como porejemplo, el pescado (Lpez-Caballero, Gmez-Guilln, Prez-Mateos y Montero, 2005),

principalmente por las propiedades antioxidantes y antimicrobianas que el quitosano posee, y

no tanto por las propiedades fsicas (ej. permeabilidad selectiva frente a determinados gases).

El quitosano como ingrediente activo con propiedades antioxidantes y antimicrobianas se

describe en el apartado 1.2.1.1.1.

1.1.2.1.1.2.2. Agar

El agar (tambin denominado agar-agar) se obtiene a partir de dos algas rojas: Gelidium

sp. y Gracilaria sp., principalmente; y est constituido por una mezcla heterognea de dos

clases de polisacridos: agarosa (fraccin gelificante) y agaropectina (fraccin no-gelificante),

la cual se encuentra ligeramente ramificada y sulfatada (Rhim, Lee y Hong, 2011). La

proporcin de cada una de las fracciones vara en funcin de la especie de alga y las

condiciones ambientales. Esta proporcin afecta a las propiedades fisicoqumicas, mecnicas y

reolgicas del agar (O'Sullivan y cols., 2010). El agar de uso alimentario se compone

primordialmente por agarosa puesto que la agaropectina es eliminada durante su fabricacin.

La agarosa es un polmero lineal con un peso aproximado de 120 kDa y est constituida por

unidades repetitivas del disacrido agarobiosa, cuya estructura es (14) --D-galactopiranosa-

(13)--3,6-anhidro-L-galactosa.

El agar se utiliza en microbiologa, principalmente para la preparacin de medios de

cultivo,pero tambin como laxante, comoespesante para sopas, gelatinas vegetales,helados y

algunos postres o como agente aclarador de lacerveza.Adems de estos usos, recientemente

se ha empleado en la preparacin de pelculas y recubrimientos comestibles debido a las

interesantes caractersticas que posee (Catherine y Susan, 2002). Las pelculas de agar son
http://es.wikipedia.org/wiki/Medio_de_cultivohttp://es.wikipedia.org/wiki/Medio_de_cultivohttp://es.wikipedia.org/wiki/Espesantehttp://es.wikipedia.org/wiki/Heladohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cervezahttp://es.wikipedia.org/wiki/Cervezahttp://es.wikipedia.org/wiki/Heladohttp://es.wikipedia.org/wiki/Espesantehttp://es.wikipedia.org/wiki/Medio_de_cultivohttp://es.wikipedia.org/wiki/Medio_de_cultivo


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claras y fuertes en general, aunque son frgiles y poco flexibles. Adems tiene la

particularidad de ser insolubles en agua en condiciones ambientales, al igual que el agar solo.

La naturaleza lineal y no inica del agar permite que las molculas hidratadas se asocien ms

estrechamente, formando una red que se estabiliza por enlaces de hidrgeno intermoleculares

durante el secado de la pelcula (Nieto, 2009). La incorporacin de antimicrobianos a este tipo

de coberturas alarga la vida til de la carne de ave y ternera (Ayres, 1959; Meyer, Winter y

Weiser, 1959), aunque por otro lado, no evita las prdidas de humedad (Catherine y Susan,

2002).

1.1.2.1.2. Pelculas y recubrimientos constitudios a base de lpidos

Las ceras y las grasas fueron los primeros materiales utilizados para cubrir los alimentos.

Las ceras se emplean desde hace siglos en China para la conservacin de frutas, con datos que

se remontan al siglo XII (Gontard, Thibault, Cuq y Guilbert, 1996; Krochta y Baldwin, 1994),

mientras que la utilizacin de las grasas data del siglo XVI para prevenir la contraccin de la

carne (Baker, Baldwin y Nisperos-Carriedo, 1994; Kester y Fennema, 1986). Hoy en da, los

lpidos solos o en combinacin con otros compuestos, se aplican como envases comestibles en

carnes, pescados, frutas, vegetales, semillas, caramelos, quesos, alimentos frescos, curados,

congelados o procesados (Rhim y Shellhammer, 2005).

En la actualidad, para la preparacin de pelculas con caractersticas hidrofbicas seutilizan, en orden de eficacia como pelculas de barrera: ceras, lacas (shellac), cidos grasos y

alcoholes, glicridos acetilados y compuestos a base de cacao y sus derivados. La mayor o

menor eficacia para actuar como barrera depende de la composicin qumica de la molcula,

es decir, de la presencia de elementos polares, longitud de la cadena hidrocarbonada y el

grado de insaturacin o acetilacin (Debeaufort y Voilley, 2009).

En general este tipo de coberturas actan como barrera al agua ya que son poco polares,

si bien forman pelculas gruesas y frgiles (Bourtoom, 2008) que pueden adherirse mal a las

superficies hidroflicas (Ben y Kurth, 1995) y que en algunos casos pueden tener incluso una

escasa permeabilidad a O2, CO2y etileno (Hernndez, 1994).

1.1.2.1.3. Pelculas y recubrimientos constituidos a base de mezclas de biopolmeros

Los biopolmeros de diferente naturaleza o estructura se pueden combinar entre s de tal

manera que se compensen las ventajas y desventajas de cada uno de ellos. As se han descrito

pelculas y recubrimientos basados en mezclas de protenas y polisacridos, protenas y lpidos

o polisacridos y lpidos. Estas combinaciones se consiguen: a) incorporando el componenteinmiscible (lpido) dentro de la solucin filmognica (hidrocoloide) mediante la formacin de


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una emulsin, suspensin o dispersin, b) incorporando los diferentes componentes en

sucesivas capas (pelculas y recubrimientos multicapa), o por ltimo c) mezclando los

compuestos con un disolvente en el que los diversos biopolmeros sean miscibles (Bourtoom,

2008; Kamper y Fennema, 1985; Krochta y De Mulder-Johnston, 1997). De este modo las

propiedades mecnicas, de barrera a gases y humedad o la adhesin de las coberturas se

mejoran con la combinacin de varios biopolmeros (Baldwin, Nisperos-Carriedo y Baker,

1995). Las posibilidades son infinitas y en la literatura existe una gran variedad de copolmeros

con diferentes propiedades (Bourtoom, 2008). En este sentido, la adicin de lpidos a las

pelculas y recubrimientos constituidos a base de hidrocoloides (carbohidrato o protenas)

mejora las propiedades de barrera a la humedad y al oxgeno de las mismas. As, por ejemplo,

la incorporacin de aceite de girasol (2 g/L) a pelculas basadas en almidn disminuye los

valores de permeabilidad al vapor de agua debido a la hidrofobicidad que aporta (Garca,

Martino y Zaritzky, 2000). Otras veces, para mejorar las propiedades mecnicas de las pelculas

y recubrimientos se recurre a la combinacin de varios hidrocoloides. Esto es el caso de las

pelculas basadas en quitosano, a las que se han aadido otros agentes formadores de

pelculas y recubrimientos tipo hidrocoloide, con el propsito de incrementar sus propiedades

mecnicas, como por ejemplo, almidn (Vsconez, Flores, Campos, Alvarado y Gerschenson,

2009; Xu, Kim, Hanna y Nag, 2005), protenas sricas (Ferreira, Nunes, Delgadillo y Lopes-da-

Silva, 2009) o gelatina (Arvanitoyannis, Nakayama y Aiba, 1998), entre otros. Xu y cols. (2005)

elaboraron pelculas con quitosano y almidn, y descubrieron que las pelculas con mayor

contenido en almidn mostraron una menor tasa de transmisin de vapor al agua y mayores

valores de tensin mxima y elongacin a la rotura.

1.1.2.2. Aditivos

Los aditivos son componentes que se aaden a las pelculas o recubrimientos para

proporcionarles las caractersticas o cualidades de las que carecen o para mejorar las que

poseen. El grupo ms importante dentro de los aditivos lo conforman los plastificantes puesto

que su adiccin resulta a veces imprescindible para la formacin de un envase comestible,

especialmente en el caso de las pelculas y por esta razn merece una seccin aparte.

1.1.2.2.1. Plastificantes

Las pelculas a base de polisacridos o protenas suelen ser quebradizas y poco flexibles

por lo que requieren de la adiccin de plastificantes (Gennadios y cols., 1994). Los

plastificantes son compuestos de pequeo peso molecular que se aaden a las coberturas para

mejorar su flexibilidad y propiedades mecnicas (Dangaran y cols., 2009). La adicin de


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plastificantes modifica la organizacin polimrica de la red proteica tridimensional,

disminuyendo las fuerzas de atraccin intermoleculares, incrementando el volumen libre y

favoreciendo la movilidad de las cadenas (Banker, Gore y Swarbrick, 1966). Numerosos autores

han estudiado el efecto que produce el tipo y concentracin de los plastificantes hidroflicos en

las propiedades de las pelculas de protenas (Bourtoom, Chinnan, Jantawat y Sanguandeekul,

2006; Coupland, Shaw, Monahan, Dolores O'Riordan y O'Sullivan, 2000; Cuq, Gontard, Cuq y

Guilbert, 1997; Nathalie Gontard, Guilbert y Cuq, 1993; Gounga, Xu y Wang, 2010; Sobral, Dos

Santos y Garca, 2005). El efecto plastificante se evidencia ms cuando la molcula empleada

es ms pequea y ms hidroflica. Hay que restringir su uso, ya que un exceso puede tener

efectos negativos sobre las propiedades de barrera de las pelculas. Entre los plastificantes ms

frecuentes se encuentran los polioles (sorbitol, glicerol, polietilenglicoles y los derivados del

glicerol), azcares y cidos grasos. Los polioles son particularmente efectivos como

plastificantes, siendo el glicerol el ms comnmente empleado en las formulaciones de

pelculas de protenas. Por otro lado, el sorbitol es un agente crioprotector adems de

plastificante, y combinado con el glicerol aumenta la permeabilidad al vapor del agua y la

resistencia mecnica de las pelculas, aunque reduzca un poco la flexibilidad que le aporta el

glicerol (Chick y Ustunol, 1998). Este hecho, unido a que el glicerol produce adems mayor

absorcin de humedad que el sorbitol (Cho y Rhee, 2002), hace que normalmente se utilice

una combinacin a partes iguales entre ambos polioles para conseguir de este modo unos

efectos intermedios.

1.1.2.2.2. Otros aditivos

Adems de los plastificantes existen otros aditivos que se aaden para mejorar las

propiedades tecnolgicas de las pelculas o recubrimientos. Los antiadherentes, humectantes

o emulsionantes (ej. lecitina) son algunos de los ejemplos de esta clase de aditivos (Kramer,

2009). En este sentido los compuestos antiadherentes (ej. polisorbatos) se aaden a las

pelculas o recubrimientos basados en almidn para hacerlas menos pegajosas y de esta forma

evitar que tanto las pelculas como la superficie de los alimentos recubiertos se adhieran unas

con otras. Los humectantes mantienen la pelcula hidratada de forma que garantizan su

flexibilidad y elasticidad en condiciones ambientales con baja humedad (Kramer, 2009). Por

otra parte los emulsionantes son sustancias que se aaden a la solucin filmognica para la

formacin o estabilizacin de las emulsiones, especialmente en la elaboracin de mezclas de

biopolmeros de distinta naturaleza (ej. protenas, o carbohidratos y lpidos). A veces se utilizan

para aumentar la adherencia entre el alimento y el recubrimiento, o se dispone entre dos


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capas de pelculas de diferente polaridad como ocurre en los sistemas multicomponente

(Quezada-Gallo, 2009).

Asimismo hay otros aditivos que se aaden a las pelculas y recubrimientos para mejorar

las propiedades sensoriales o nutricionales de los alimentos o de los mismos envases, como es

el caso de los saborizantes, aromatizantes, colorantes, nutrientes o nutracuticos, etc.

Otros aditivos habitualmente empleados son aquellos que confieren propiedades activas

principalmente antimicrobianos o antioxidantes,a los envases, o incluso bioactivas. La adicin

de estos aditivos conlleva un aumento de las propiedades funcionales de las pelculas y

recubrimientos comestibles y que implican, en definitiva, una mejora en la calidad y seguridad

del alimento cuando se protege con este tipo de envases. Dada la importancia que este tipo de

aditivos tiene en la presente memoria se dedicar a continuacin un captulo aparte.

1.2. ENVASES ACTIVOS Y BIOACTIVOS COMESTIBLES

En los ltimos aos se han desarrollado diferentes e innovadoras estrategias que

prolonguen la vida til de los alimentos o incluso aumenten la calidad o seguridad de los

mismos con una mayor eficacia que las tecnologas tradicionales (pasteurizacin, irradiacin,

refrigeracin, atmsferas modificadas, etc.). En este sentido han ido surgiendo diversas

tecnologas, como las altas presiones, fluidos supercrticos, altas frecuencias, los pulsos

luminosos, los pulsos elctricos, los ultrasonidos o los envases activos, cuya aplicacin en la

industria son una realidad, aunque los productos tratados con estas tecnologas todava no son

muy numerosos, al menos con algunas de ellas. La novedad en s principalmente reside en la

utilizacin conjunta de algunas de estas tecnologas para mejorar su efectividad sin que su

tratamiento sea muy drstico, retomando as el concepto de tecnologas de barrera y de

mnimo procesado.

Entre estas tecnologas, los envases activos han cobrado gran protagonismo en los ltimosaos. Estos envases se realizan con materiales a los cuales se les ha aadido agentes activos

(antimicrobiano, antioxidante, etc.), con el objeto de alargar la vida til y mantener o incluso

aumentar la calidad o seguridad del alimento. Para el diseo y desarrollo de envases activos se

utilizan como base materiales no comestibles (papel, cartn, plsticos, metales o una

combinacin de ellos) (Dainelli, Gontard, Spyropoulos, Zondervan van den Beuken y Tobback,

2008) y materiales comestibles (biopolmeros) (Martn-Belloso y cols., 2009), aunque en este

ltimo caso en menor escala. Este captulo se centrar slo en los envases activos comestibles.


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Es importante sealar que el envase bioactivo comestible se diferencia del envase activo

en que aquel tiene adems una repercusin sobre la salud del consumidor, ya que da lugar a

alimentos ms saludables. Algunos ejemplos de envases bioactivos son las pelculas o

recubrimientos que contienen vitaminas, fibra diettica, fitoqumicos, prebiticos, enzimas o

probiticos (Martn-Belloso y cols., 2009), que contienen compuestos con reconocido efecto

positivo en el organismo del consumidor.

Los agentes activos con o sin propiedades bioactivas se incorporan a la formulacin del

envase comestible de tal forma que la liberacin de stos se realice por contacto directo entre

la pelcula y el alimento. Una vez liberado el compuesto debe ejercer su accin biolgica sobre

el alimento. Dicho as parece una tarea sencilla, pero no lo es tanto porque en ocasiones los

componentes de la formulacin del envase dificultan la liberacin del principio activo,mientras que tambin puede suceder que el principio activo no difunda porque interacciona

con el alimento, etc. As por ejemplo, para la seleccin de los principios activos que formarn

parte del envase comestible se debe tener en cuenta no slo su efectividad frente al

microorganismo diana sino tambin las posibles interacciones entre el principio activo, envase

y los componentes del alimento. Estas interacciones pueden modificar la actividad

antimicrobiana o antioxidante, la liberacin o difusin del principio activo o modificar las

caractersticas finales de los envases comestibles.

A pesar de ello, la incorporacin de compuestos activos a travs de los envases

comestibles ofrece una mayor ventaja que la aplicacin directa del compuesto ya que en este

ltimo caso se requiere mayor cantidad de conservante en contacto con el alimento para

producir el mismo efecto protector. Asimismo, la adicin de agentes activos a los envases

comestibles permite controlar la velocidad de difusin, por ejemplo del agente antimicrobiano,

de tal manera que se consiguen concentraciones altas de los compuestos activos en la

superficie del producto (donde la contaminacin es frecuente) durante un periodo de tiempo

ms largo (Lpez, Snchez, Batlle y Nerin, 2007).

La proteccin de un alimento mediante el empleo de envases activos comestibles se

realiza abordando diferentes estrategias, dependiendo del tipo de deterioro o dao que

queramos evitar (oxidacin, pardeamiento, degradacin de grasas o protenas, contaminacin

microbiolgica, cambios de textura, etc.), y en base a esto se seleccionan los materiales y

agentes activos ms convenientes para alcanzarlo. Por lo tanto las posibilidades que ofrecen

las pelculas y recubrimientos para el diseo de envases activos con diferentes propiedades

funcionales son enormes. Sin embargo no siempre resulta empresa fcil disear envases

comestibles con ciertas propiedades activas y en este sentido, el desarrollo y aplicacin de


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pelculas y recubrimientos comestibles con caractersticas antimicrobianas en productos muy

perecederos (ej. pescado) an representa un reto para los investigadores.

1.2.1. AGENTES ACTIVOS INCORPORADOS A PELCULAS Y RECUBRIMIENTOS COMESTIBLES

Como ya se ha mencionado con anterioridad, una forma de conseguir envases con

propiedades activas es mediante la incorporacin de agentes activos. Para el diseo y

desarrollo de los envases activos comestibles de la presente memoria se han utilizado agentes

potencialmente bioactivos con propiedades antioxidantes y antimicrobianas, puesto que la

oxidacin y el crecimiento microbiano (bacterias, levaduras y mohos) son dos procesos

ntimamente relacionados con el deterioro de los alimentos.

Se entiende por antioxidante aquellas molculas capaces de retardar o prevenir la

oxidacin de otros compuestos tales como lpidos, protenas o cidos nucleicos (Glin, 2012;

Halliwell, Murcia, Chirico y Aruoma, 1995). Estas molculas actan mediante uno o varios de

los siguientes mecanismos: 1) secuestro de los radicales libres o especies reactivas (llamados

oxidantes o proxidantes) y posterior transformacin de los mismos en radicales estables,

inertes o de baja reactividad; 2) prevencin de la formacin enzimtica de especies reactivas,

inhibiendo la expresin, la sntesis o la actividad de enzimas pro-oxidantes (ej. xantina oxidasa,

xido ntrico sintasa, ciclooxigenasa, etc.); 3) inhibicin de la formacin de especies reactivasdependiente de metales; 4) activacin o induccin de la actividad de enzimas antioxidantes (ej.

superxido dismutasa, catalasa, glutatin peroxidasa, etc.); 5) absorcin de la luz UV; 6)

creacin de una capa protectora entre el aceite y la superficie del aire (ej. fosfolpidos); 7)

regeneracin parcial de otros antioxidantes, como por ejemplo, la vitamina E, y 8) mediante la

captacin de oxgeno (Gramza y Korczak, 2005; Magalhaes, Segundo, Reis y Lima, 2008; Singh

y Singh, 2008). Los mtodos ms frecuentemente utilizados para determinar la actividad

antioxidante de un compuesto se describen en el apartado 1.2.1.2.1.

Los antioxidantes aadidos a los envases comestibles permiten aumentar la estabilidad de

los componentes de los alimentos al inhibir o retrasar la oxidacin de lpidos u otras

compuestos (protenas, vitaminas, etc.), manteniendo su valor nutricional, sabor y color al

prevenir la rancidez oxidativa, degradacin y decoloracin (Quezada-Gallo, 2009). Asimismo

estos compuestos al ingerirse con el envase pueden ejercer una accin protectora frente a los

efectos perjudiciales producidos por los radicales libres en el organismo del consumidor o

retrasar el progreso de muchas enfermedades crnicas (Gulcin, 2012). Los antioxidantes

incorporados a recubrimientos y pelculas comestibles son numerosos, por ejemplo, se


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encuentran el cido ascrbico, cido ctrico, glutatin, cistena, entre otros (Martn-Belloso y

cols., 2009).

Por otra parte, los compuestos con propiedades antimicrobianas se utilizan para aumentar

la vida til o seguridad de los alimentos mediante el control de la microbiota, ya sea propia o

adquirida. Entre los antimicrobianos ms comnmente empleados en envases comestibles

destacan los cidos orgnicos, quitosano, polipptidos como la nisina, sistema lactoperoxidasa,

extractos de plantas y aceites esenciales (Campos, Gerschenson y Flores, 2011).

En general, para la elaboracin de envases activos comestibles, la tendencia es elegir

antimicrobianos y antioxidantes seguros (no txicos) y procedentes de fuentes naturales,

debido en parte a que muchos consumidores demandan productos ms frescos, poco o nada

procesados, seguros y ms saludables, pero con una menor cantidad de aditivos sintticos

(Burt, 2004; Devlieghere, Vermeiren y Debevere, 2004). En este sentido, los antimicrobianos y

antioxidantes de origen natural son preferibles a los sintticos para el diseo de envases

comestibles, ya que al ser compuestos naturales estn menos asociados a los efectos adversos

ocasionados por los conservantes sintticos. Sin embargo, la toxicidad de los agentes activos

naturales empleados en este tipo de tecnologas (envasado activo comestible) debe evaluarse

igualmente (Jung, 2002).

En la literatura se describen una gran variedad de ingredientes activos/bioactivosnaturales o no, utilizados o propuestos para el diseo y desarrollo de envases activos

comestibles con objeto de evitar el deterioro de los alimentos. Sin embargo, a pesar de la

extensa lista de sustancias activas, existen grandes limitaciones en su uso o en su efectividad.

Por ejemplo, los aceites esenciales tienen un olor muy intenso, por lo que se deben utilizar en

pequea cantidad; otros son poco efectivos en las dosis permitidas en la legislacin (ej.

sorbatos, etc.). Por lo tanto, hoy por hoy sigue siendo un reto encontrar el compuesto activo

ideal para el desarrollo de envases activos comestibles.

Esta memoria se centra en los agentes activos con propiedades antimicrobianas o

antioxidantes procedentes de fuentes naturales, tanto de origen animal como vegetal y en

agentes de naturaleza microbiana con propiedades bioactivas. En base a esto, los ingredientes

activos utilizados se clasifican en funcin del origen: animal, vegetal y microbiano. Asimismo se

expondr la estructura qumica y las propiedades antioxidantes y antimicrobianas de los

agentes activos que han tenido mayor relevancia en cada categora, tales como el quitosano,

extractos de plantas (aceites esenciales y el extracto de t verde) y las bacterias cido lcticas.

En la memoria tambin se revisan las propiedades antimicrobianas y antioxidantes y la


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aplicacin de los envases activos o bioactivos comestibles preparados a partir de estos mismos

compuestos.

1.2.1.1. Compuestos activos naturales de origen animal

Muchos de los sistemas antimicrobianos de origen animal estn con frecuencia implicados

en los mecanismos de defensa del husped (Tiwari y cols., 2009). La naturaleza de estos

antimicrobianos naturales es muy variada puesto que se encuentran enzimas, pptidos,

protenas, lpidos o polisacridos con propiedades antimicrobianas (Tiwari y cols., 2009) y esto

implica que tanto sus propiedades activas como su mecanismo de accin sea muy variada

tambin. Dentro de este grupo el quitosano destaca por el doble papel que puede desempear

en los envases comestibles: como biopolmero y como compuesto activo. Esta ltima funcin

se expondr a continuacin ya que las caractersticas como biopolmero se mencionaron en el

apartado 1.1.2.1.1.2.1.

1.2.1.1.1. Quitosano como compuesto activo

El quitosanoposee un potencial extraordinario y numerosas propiedades en el campo de

la tecnologa de alimentos basadas en sus propiedades funcionales (Rinaudo, 2006). Entre

ellas, desde el punto de vista tecnolgico cabe destacar su poder antimicrobiano, de formacin

de pelculas protectoras, y como antioxidante, por lo que contribuye a aumentar la vida til de

los alimentos (Dallan y cols., 2007; Kumar, Muzzarelli, Muzzarelli, Sashiwa y Domb, 2004).

Otras aplicaciones en la industria estn relacionadas con la inmovilizacin de enzimas y en la

encapsulacin de compuestos nutracuticos (Shahidi y Abuzaytoun, 2005). Desde el punto de

vista fisiolgico, el quitosano tiene tambin una gran importancia por actuar como agente

reductor de la absorcin intestinal de lpidos y regulador de la motilidad del trnsito intestinal

(Shahidi, Arachchi y Jeon, 1999); agente hipocolesterolmico, por lo que se utiliza como

suplemento diettico (Gallaher y cols., 2002) y efecto sobre la restauracin de lesiones y

actividad inmune, etc. (Dallan y cols., 2007). Dada su importancia en la conservacin dealimentos, a continuacin se describen con ms detalle las propiedades antioxidantes y

antimicrobianas.

Propiedades antimicrobianas del quitosano

La capacidad antimicrobiana del quitosano se ha demostrado frente a varias bacterias

patgenes y del deterioro, hongos filamentosos y levaduras (Campos y cols., 2011; Kong y

cols., 2010) presentes en diversos alimentos (Friedman y Juneja, 2010).


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Hoy en da, los mecanismos por los cuales el quitosano ejerce su actividad antimicrobiana

an no han sido esclarecidos (Lrez Velsquez, 2008). Sin embargo, algunos autores proponen

varios mecanismos que se mencionan a continuacin, y que se relacionan con su carcter

catinico:

1) Las interacciones electroestticas entre las cargas (+) del quitosano y las cargas (-) de la

membrana celular pueden modificar las propiedades de barrera de la membrana exterior del

microorganismo (Helander, Nurmiaho-Lassila, Ahvenainen, Rhoades y Roller, 2001), impedir el

flujo normal de nutrientes/deshechos (Chung y cols., 2004) o bien producir daos a la

membrana con la consecuente salida de material intracelular (Liu, Du, Wang y Sun, 2004;

Raafat, von Bargen, Haas y Sahl, 2008).

2) Quelacin del quitosano con metales divalentes de la pared celular que son cruciales

para el mantenimiento de su estabilidad (Rabea, Badawy, Stevens, Smagghe y Steurbaut,

2003).

3) Interaccin selectiva del quitosano con trazas de metales que pueden causar la

inhibicin de la produccin de toxinas y del crecimiento microbiano (Sudarshan, Hoover y

Knorr, 1992).

La capacidad antimicrobiana del quitosano y los diferentes modos de accin mencionados

vienen determinados por varios factores, como el peso molecular o tiempo dealmacenamiento del quitosano, tipo de microorganismo (ej. bacterias Gram-negativos (G-) o

Gram-positivos (G+) o el pH del medio. As, por ejemplo, si el pH del medio es inferior al pKa

del quitosano (pH~cido), las interacciones electroestticas jugarn un papel importante en la

actividad antimicrobiana, ya que se producir la protonacin de los grupos amino presentes en

cada una de las unidades de glucosamina del quitosano, que se cargar positivamente

formando una estructura llamada polielectrolito catinico. Este policatin es ms soluble en

medio acuoso y segn muchos autores presenta una mayor capacidad antimicrobiana. El

quitosano cargado positivamente interacciona con los componentes cargados negativamente

presentes en la superficie de la membrana del microorganismo, ejerciendo su actividad. Sin

embargo, si el pH del medio es superior al pKa, la actividad antimicrobiana est mediada por

otros factores como pueden ser la capacidad quelante del quitosano (Kong y cols., 2010).

Propiedades antioxidantes del quitosano

Las propiedades antioxidantes del quitosano se deben a su capacidad para captar

radicales libres y su capacidad quelante.


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La capacidad secuestradora del quitosano se relaciona con la formacin de un radical

macromolecular estable por reaccin entre el grupo amino libre residual del quitosano (NH2)

en estado protonado (NH3+) y el radical libre (Siripatrawan y Harte, 2010; Xue, Yu, Hirata, Terao

y Lin, 1998; Yen, Yang y Mau, 2008). Esta capacidad, al igual que la actividad antimicrobiana

est influida por factores como el peso molecular del quitosano, concentracin (Kim y Thomas,

2007) o grado de acetilacin (Park, Je y Kim, 2004). Kim y Thomas (2007) investigaron el efecto

antioxidante de varios quitosanos con diferente peso molecular (30, 90 y 120kDa) a diferente

concentracin (0.2%, 0.58% y 1%) en salmn (Salmo salar). La capacidad secuestradora fue

mayor en los quitosanos de menor peso molecular (30 kDa) y mayor concentracin, excepto en

el quitosano de 120 kDa que no mostr diferencias a ninguna concentracin.

Como ya se mencion, la actividad antioxidante del quitosano tambin se relaciona con sucapacidad quelante. As el quitosano retrasa la oxidacin de los lpidos en sistemas modelo de

pescado mediante la quelacin del in ferroso, presente en la ferritina, hemoglobina y

mioglobina (Friedman y Juneja, 2010), eliminando de este modo la actividad pro-oxidante del

in ferroso o previniendo su conversin a in frrico (No, Meyers, Prinyawiwatkul y Xu, 2007).

Se cree que en la quelacin del in Fe2+ participan el grupo hidroxilo y el grupo amino

presentes en carbono

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