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Bioplásticos: Envases para Alimentos con Actividad Antimicrobiana

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Investigadores españoles han añadido aceites esenciales a un material elaborado a partir de proteínas de gluten de trigo para demostrar su capacidad de reducir los hongos y bacterias en envases de alimentos.

Investigadores del departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Huelva (España) han añadido aceites esenciales de clavo, canela y tomillo blanco a un plástico obtenido a partir de proteína de gluten de trigo para fabricar envases con propiedades antimicrobianas. Los expertos indican que estos materiales biodegradables pueden alargar la vida útil de los alimentos al reducir la proliferación de hongos y bacterias que se generan durante su almacenamiento. La investigación abre la puerta al desarrollo de plásticos obtenidos a partir de recursos renovables o bioplásticos ‘a la carta’, destinados al embalaje de todo tipo de productos.

Para el diseño de estos envases con actividad antimicrobiana se han necesitado dos componentes fundamentales: un polímero, en este caso, la proteína de gluten de trigo, y un biocida, es decir, una sustancia que neutraliza o disminuye el desarrollo de microrganismos nocivos para el hombre.

En esta investigación, los expertos onubenses han seleccionado ocho aceites esenciales derivados de plantas aromáticas que, tradicionalmente, se usan como conservantes naturales. Por ejemplo, tomillo rojo y blanco, limón, canela, clavo, menta, romero y bergamota, un tipo de cítrico presente en algunos tés.

A ellos, se suman dos principios activos extraídos de los aceites: cinamaldehído, de la canela, y carvacrol, del tomillo. “Queríamos comprobar si estas sustancias, aisladas, tenían mayor efecto que los propios aceites. El objetivo es elaborar bioplásticos, cien por cien naturales, como alternativa a los plásticos derivados del petróleo. Y con un valor añadido, en concreto, con propiedades antimicrobianas que alarguen la vida útil de los productos envasados”, explica a la Fundación Descubre la investigadora de este proyecto, Inmaculada Martínez García, de la Universidad de Huelva.

Atmósferas Envolventes

Para evaluar la capacidad antimicrobiana de los aceites ante hongos y bacterias, los expertos realizaron dos estudios diferentes. En el primero, el bioplástico se puso en contacto directo con los microorganismos. “Se hace un cultivo de los diferentes microorganismos en una placa y, sobre éste, colocamos el bioplástico”, continúa la investigadora.

En la segunda prueba, el bioplástico se colocó sobre la tapa que cubre la placa de cultivo. De esta forma, se comprueba si se crea una atmósfera antimicrobiana sin necesidad de que el material roce el alimento.
Los resultados demostraron que seis de los diez biocidas cumplían su función. De ellos, los más potentes, tanto para hongos como para bacterias, son la canela, el clavo y el tomillo blanco, además del principio activo cinamaldehído. Por el contrario, los investigadores apenas encontraron actividad en los aceites de limón y romero.

Las sustancias más efectivas también mostraron su capacidad para formar atmósferas antimicrobianas. “El biocida es volátil, es decir, a temperatura ambiente, se evapora. Se va liberando, en el tiempo, del plástico. Hemos visto que este fenómeno se produce incluso cuando no hay contacto directo con el cultivo: el aceite liberado crearía una atmósfera, que protege el producto”, afirma Martínez García.

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Foto. Bioplásticos

Absorción de Líquidos

Además del estudio antimicrobiano, que se recoge en el artículo ‘Development of antimicrobial active packaging materials based on gluten proteins’, publicado en la revista, Journal of the Science of Food and Agriculture, los expertos evaluaron una serie de propiedades para comparar el nuevo material con los convencionales. “Un plástico de origen natural debe cumplir los mismos requisitos de viscosidad, elasticidad o resistencia, que otro derivado del petróleo. Estas propiedades varían en función del aceite esencial que se añada en la formulación”, argumenta la investigadora.

Uno de los requisitos más importantes es la reducción de la capacidad de absorción de agua de estos bioplásticos. Según los investigadores, un plástico sin aceite esencial retiene hasta un 90 por ciento de líquido, cantidad que han reducido al 50-55 por ciento con los agentes biocidas. “Los polímeros basados en proteínas se caracterizan por su capacidad para absorber gran cantidad de agua. Esta cualidad es muy positiva para fabricar materiales superabsorbentes. Pero para el envasado de alimentos, hay que reducir al máximo esa habilidad. Y lo hemos conseguido, en concreto, con los dos principios activos”, continúa.

Proceso de Fabricación

Los expertos también analizaron las propiedades mecánicas para conocer, por ejemplo, el peso que puede soportar una bolsa de plástico que se fabricara con estos bioplásticos.

Por último, estudiaron las características reológicas, que indican el comportamiento del material durante la fase de procesado. “El plástico se ha formulado con un concentrado de proteína de gluten de trigo que tiene el aspecto de un polvo; un plastificante, en este caso, glicerina, para dotar al material de flexibilidad; y el aceite biocida, en torno a un 10 por ciento en peso”, señala.

De la mezcla de estos elementos se obtiene una masa que se somete a un proceso para convertirse en plástico. En esta fase, denominada termoconformado, se le aplican presión y temperatura. “El estudio reológico nos dice cómo se comporta el material ante estas variables de presión y temperatura”, argumenta la investigadora del proyecto, financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad.

Según los investigadores, la canela, el clavo y el tomillo blanco son los agentes biocidas que mejores propiedades mecánicas y reológicas han presentado.

A partir de estos resultados, los expertos trabajan en el diseño de nuevos bioplásticos ‘a la carta’ con dos objetivos. Por un lado, sustituir los actuales aceites esenciales por otros sin olor, para no alterar el sabor de los alimentos, o por nuevas sustancias como fertilizantes o fármacos. Y, por otro, mejorar el sistema de liberación del biocida mediante la incorporación de nanopartículas de materiales biodegradables.

Referencia Bibliográfica 

Diana Gómez-Heincke, Inmaculada Martínez, Pedro Partal, Antonio Guerrero, Críspulo Gallegos. ‘Development of antimicrobial active packaging materials based on gluten proteins’. An oenological study of how the protein content influences wine quality’. Journal of the Science of Food and Agriculture (2015). http://dx.doi.rog/10.1002/jsfa.7525

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Colombia trabaja para declarar región como «Libre de Fiebre Aftosa sin vacunación»

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Desarrollan vacuna contra el virus de la fiebre aftosa con tecnología innovadora

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El Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria de Argentina (INTA), el National Research Council de Canadá (NRCC) y Bioinnovo –empresa de base tecnológica conformada por el INTA y Vetanco SA– trabajan con la primera vacuna contra el virus de la fiebre aftosa que no utiliza material infectivo en su proceso de manufactura. Se trata de un hito de relevancia mundial.

La fiebre aftosa es la primera barrera en la comercialización internacional de productos agropecuarios. Los brotes de la enfermedad tienen un gran impacto económico y social a nivel global. Se estima que en las regiones endémicas las pérdidas anuales asociadas a esta enfermedad son de entre 8,4 y 27,3 billones de dólares.

Recientemente se reportaron brotes en animales salvajes en Alemania y en bovinos en Israel, que confirman los riesgos e importancia de contar con estrategias preventivas para esta enfermedad. Para prevenirla existen vacunas efectivas que emplean material infectivo en el proceso de producción. Muchos países deciden no tener plantas productivas de la vacuna dentro de sus territorios o prohíben trabajar con cepas diferentes a las de circulación regional, restringiendo la producción al mercado local.

Por esto, Bioinnovo –empresa de base orientada a la salud animal con más de diez años de trayectoria formada entre el INTA y Vetanco S.A.– es decir, “se puede producir en instalaciones convencionales utilizando los mismos equipos y tecnologías que los ya empleados en la fabricación de cualquier vacuna que utilice células de mamíferos en su proceso productivo”, explicó Andrés Wigdorovitz, director de INCUINTA y Bioinnovo.

“Se trata de una solución segura, eficaz y con perspectivas de posicionarse como una alternativa superadora en cuanto a requerimientos de seguridad y versatilidad”, aseguró Wigdorovitz. “Es la primera vacuna contra la fiebre aftosa en células de mamífero en no utilizar material infectivo en ninguna etapa del proceso productivo”, agregó, y destacó que “el proyecto de una vacuna recombinante para el tratamiento de la fiebre aftosa comenzó hace más de diez años en el Instituto de Virología y fue protegida por una patente a fines del año 2022”.

Por su parte, Marianela Dalghi, investigadora en Bioinnovo y responsable actual de liderar el proyecto, indicó: “Su fórmula basada en cápsides vacías recombinantes (o VLPs, del inglés Virus-Like Particles) hace que no sean necesarios procesos exhaustivos de purificación para eliminar proteínas no estructurales del virus y permite fácilmente discriminar animales infectados de vacunados (DIVA)”.

En ese sentido, al no utilizar virus infectivo en ninguna de las etapas de producción, “la fabricación de nuestra vacuna no está sujeta a las limitaciones nacionales e internacionales de manejo de cepas virales”, subrayó Dalghi. Además, destacó que “ofrece gran potencial para diversificar los portfolios vacunales, alcanzar nuevos mercados, expandir los bancos de antígeno, potenciar la capacidad de respuesta ante emergencias sanitarias en el país y agilizar el desarrollo de vacunas contra cepas virales emergentes”.

En los últimos dos años de trabajo, Bioinnovo logró validar la tecnología desarrollada a escala preindustrial, y avanzar en la elaboración de la documentación necesaria para su registro.

Se está trabajando, en esta etapa, en la búsqueda de un socio internacional. “Este trabajo se está realizando en forma articulada con Cancillería de la Nación de forma muy alentadora, para llevar la tecnología a la etapa de lanzamiento comercial dentro de 2 a 4 años, y con un producto que sea innovador, seguro y tan eficaz como las mejores vacunas disponibles actualmente”. subrayó Wigdorovitz

Por su parte, Jorge Winokur, presidente de Bioinnovo y Vetanco, declaró: “Desde Bioinnovo y su socio comercial Vetanco seguimos invirtiendo en plataformas de vacunas bioseguras para abastecer al mundo en el control de brotes de variantes exóticas”.

Esta política de manipulación segura de materiales va acompañada de los productos de la plataforma Biotech para inmunidad de las mucosas y la línea Vedevax de vacunas dirigidas. Y añadió: “Estamos orgullosos de contar con un equipo comprometido de investigadores, innovadores y técnicos”.

Nueva tecnología

La metodología actual que se empleó para producir nuestra vacuna recombinante se basa en el crecimiento en un biorreactor de las células de mamífero CHOBRI TM que contienen la información para producir de manera inducible VLPs del virus de la fiebre aftosa.

La estrategia de optimización de la producción inducible de VLPs que se desarrolló ha sido patentada por el INTA en conjunto con el NRCC.

Los biorreactores que se utilizan son los mismos que se usan en la producción de vacunas antiaftosa para replicar a las partículas virales infectivas en células de mamífero BHK-21. Luego de que las células alcanzan una masa crítica de crecimiento, se induce la expresión de las VLPs utilizando cumato, un compuesto químico que no es tóxico y es ampliamente accesible.

Después del período de inducción, se colectan las células y se lisan, y posteriormente se somete al lisado celular a procesos de purificación. Finalmente, se adicionan adyuvantes y excipientes de modo de obtener la formulación final, a la cual se le realizan los más estrictos controles de calidad.

Premio a la solución innovadora

Entre más de 1.500 postulantes, el proyecto desarrollado en conjunto por el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRCC) y el INTA, actualmente liderado y financiado por Bioinnovo, ganó la 15° edición (2024) del Concurso de Soluciones Innovadoras Banco Nación, organizado por la Fundación Empretec.

Este premio destacó la vacuna innovadora para prevenir la fiebre aftosa que utiliza cápsides vacías y genes recombinantes sintéticos, eliminando la necesidad de material infeccioso.

Este premio no sólo reconoció un avance científico-tecnológico sino también el esfuerzo de trabajo en equipo y compromiso para crear soluciones con impacto positivo a nivel mundial.

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