Aplicaciones de la nanotecnología en la producción de leche

Aplicaciones de la nanotecnología en la
producción de leche
El gran avance ocurrido en la instrumentación de laboratorio posibilitó el conocimiento y la comprensión
de fenómenos que ocurren en la nanoescala. En una partícula que tiene su tama?o reducido a
dimensiones inferiores a 1000 nm, los fenómenos físicos fácilmente visualizados en la escala métrica
-como la gravedad, la fricción, la inercia y otros- tienen diminuida su importancia de acción sobre las
partículas y pasan a imperar otras fuerzas físicas, hasta entonces diminutas, como es el caso de la fuerza
eletrostática, de van der Waals, de las repulsiónes estéricas, del movimento browniano, y otras. De este
modo, una partícula puede presentar sus características aumentadas, o incluso ofrecer nuevas
características, cuando es comparada con su forma convencional. Como ejemplo se puede citar el caso de
las nanopartículas de oro, que cuando poseen un diámetro medio inferior a 10 nm presentan coloración
bermellón, y que cuando tienen su diámetro en dimensiones que oscilan entre 10 y 99 nm asumen una
coloración violácea en medio acuoso.
Observaciones como esa se?alan como una gran posibilidad de progreso tecnológico el control de la
organización de átomos y moléculas, estimulando así en las últimas décadas firmes inversiones en
investigación, que incluyen a la tecnología. Como resultado, se ha observado el desarrollo de productos
innovadores en la industria de la electrónica, de química fina, medicina, cosméticos, así como en el sector
de la automatización. Los avances en el conocimiento en estos sectores pueden ser fácilmente adaptados
a la industria de alimentos y así contribuir al desarrollo y a la mejora de los actuales equipos utilizados
para analizar fraudes, contaminantes químicos y biológicos, e incluso para el análisis de alimentos, los
cuales pueden ser más rápidos, eficientes y económicos. En ese contexto, serán abordadas aplicaciones
de la nanotecnología que pueden generar grandes beneficios para la cadena productiva de la leche.
En las últimas décadas, el gran avance ocurrido en la parte de instrumentación de laboratorio posibilitó el Publitec - www.publitec.com.ar Pagina 1/6

conocimiento y la comprensión de fenómenos que ocurren en la nanoescala. En esa condición, en una partículaque tiene su tama?o reducido a dimensiones inferiores a 1000 nm, los fenómenos físicos fácilmente visualizadosen la escala métrica -como la gravedad, la fricción, la inercia y otros- tienen diminuida su importancia de acciónsobre las partículas y pasan a imperar otras fuerzas físicas, hasta entonces diminutas, como es el caso de lafuerza eletrostática, de van der Waals, de las repulsiónes estéricas, del movimento browniano, y otras.
De este modo, una partícula puede presentar sus características aumentadas, o incluso ofrecer nuevascaracterísticas, cuando es comparada con su forma convencional. Como ejemplo se puede citar el caso de lasnanopartículas de oro, que cuando poseen un diámetro medio inferior a 10 nm presentan coloración bermellón, yque cuando tienen su diámetro en dimensiones que oscilan entre 10 y 99 nm asumen una coloración violácea enmedio acuoso.
Observaciones como esa se?alaron como una gran posibilidad de progreso tecnológico el control de laorganización de átomos y moléculas, estimulando así en las últimas décadas firmes inversiones en investigación,que incluyen a la tecnología. Como resultado, se ha observado el desarrollo de productos innovadores en laindustria de la electrónica, de química fina, medicina, cosméticos, así como en el sector de la automatización. Losavances en el conocimiento en estos sectores pueden ser fácilmente adaptados a la industria de alimentos y asícontribuir al desarrollo y a la mejora de los actuales equipos utilizados para analizar fraudes, contaminantesquímicos y biológicos, e incluso para el análisis de alimentos, los cuales pueden ser más rápidos, eficientes yeconómicos (Sozer y Konini, 2009).
Otra aplicación de la nanotecnología incluye los ingredientes o aditivos nanoestructurados/nanoencapsulados que,dependiendo de su función, pueden ser adicionados directamente al alimento o a su envase con la intención deprevenir la oxidación, el crecimiento bacteriano, enmascarar el sabor o la textura del alimento, intensificar el flavor,promover la liberación sostenida o direccionada de sustancias bioactivas (vitaminas, minerales, enzimas, etc.) ymejorar la estabilidad o inhibir el crecimiento de microorganismos (FAO y OMS, 2009). En el tema de la liberaciónsostenida o de direccionamiento de principios activos, la nanotecnología puede contribuir al desarrollo deformulaciones farmacéuticas inteligentes, que sean capaces de combatir y prevenir infecciones bacterianas,parasitarias, virales o fúngicas de forma más eficiente, sin dejar residuos en la leche. En ese contexto, seránabordadas las aplicaciones de la nanotecnología que pueden generar grandes beneficios para la cadenaproductiva de la leche.
La leche como fuente de materia prima para producción de nanoestructurasTodos los alimentos, naturales o procesados, contienen inherentemente nanopartículas. En especial, la leche esfrecuentemente es citada como un “alimento nano”, dado que casi la totalidad de sus componentespresentan alguna arquitectura o estructura en nanoescala. Como ejemplo encontramos las caseínas, que poseenun diámetro que varía entre 50 y 500 nm y el glóbulo de grasa que, en algunas especies llegan a alcanzardimensiones inferiores a 1000 nm (Groves y Titoria, 2009; Sozer y Kokini, 2009). Por su parte, esos componentespueden ser desorganizados y reorganizados en estructuras con tama?os y funciones bien definidas. Tal condiciónhace de la leche una excelente fuente de materia prima para la confección de nanoestructuras, tanto para uso enla industria de alimentos como para la farmacéutica y de cosméticos, cuyos nuevos productos nanoestructuradosno deben sufrir rechazo por parte de los consumidores, ya que la leche es utilizada rutinariamente como fuente dealimento en todo el mundo.
El uso de suero de leche como matriz polimérica para confección de nanopartículas y su posterior uso en sistemasde liberación sostenida fue propuesto por Giroux y col. (2010). En ese experimento, los autores describen laproducción de nanopartículas con un diámetro que varía entre 100 y 300nm, que son reticuladas covalentementeentre dos agrupamientos de cisteínas por la reducción del pH.
Por su parte, Graveland-Bikker y Kruif (2006) describen la producción de nanotubos a partir de laα-lactoalbúmina parcialmente hidrolizada por proteasas de Bacillus licheniformis, que bajo concentración Publitec - www.publitec.com.ar Pagina 2/6

adecuada de algunos cationes di y trivalentes tienen sus monómeros autoorganizados en forma de nanotubos condiámetro cavitario medio de 8 nm. Estos autores propusieron el uso de esas nanoestructuras como espesantes enla industria de alimentos, como encapsulantes de fármacos y de bioactivos, como soporte para crecimiento celularen ingeniería de tejidos y como fibra.
La β-lactoglobulina reticulada iónicamente con la pectina fue utilizada por Zimet y Liviney (2009) paraproducción de nanocomplejos capaces de encapsular ácidos grasos poliinsaturados de la serie omega-3, con granestabilidad coloidal y transparencia. La forma nanocomplejada también presentó un aumento de estabilidad dellípido cuando fue expuesto a oxidación. Esos hallazgos permitieron que los autores propusieran su uso paraenriquecimiento nutracéutico de bebidas.
Las nanoesferas producidas a partir del copolímero caseína-codextrina fueron utilizadas por Pan y colaboradores(2007) para encapsular el β-caroteno, las cuales presentaron una liberación sostenida en condiciones desimulación del proceso digestivo y un aumento de su estabilidad ante el ensayo de oxidación por FeCl3. Laβ-caseína fue utilizada para encapsular Mitoxatrone, un quimioterápico hidrofóbico utilizado en tratamientode neoplasias. En la condición encapsulada, el Mitoxatrone puede ser vehiculizado en formulaciones acuosas ytiene su efecto tóxico posiblemente reducido (Shapira et al., 2010).
El recubrimiento de nanopartículas de poliácido láctico peguiladas con lactoferrina de calostro bovino fue utilizadopara efectuar el direccionamiento activo de esas partículas para el cerebro, en vista de que al ligarse con losreceptores para lactoferrina presentes en la barrera hematoencefálica fueron activamente transportadas y seacumularon en el sistema nervioso central (HU et al., 2009).
Otros tipos de nanoestructuras, los liposomas, son ampliamente utilizados en nanotecnología para liberaciónsostenida de principios activos. Estos están compuestos principalmente por fosfolípidos, que se autoorganizanformando una bicapa uni o multilaminar con un núcleo acuoso central. Según Livney (2009), el comportamientoanfifílico de los fosfolípidos y de las proteínas de membrana de los glóbulos de grasa presentes en la leche lesconfiere gran aptitud para la producción de liposomas.
Thompson y col. (2006) compararon liposomas producidos a partir de fosfolípidos de membrana de glóbulos degrasa de leche con los producidos a partir de fosfolípidos de soja. Los de origen animal presentaron un módulo decarga eléctrica superficial (potencial Zeta) menor que los derivados de soja, se?alando por tanto, menorestabilidad durante períodos de almacenamiento. Sin embargo, cuando se evaluó la permeabilidad al agua, losoriundos del glóbulo de grasa láctea fueron más impermeables, lo que les puede conferir un período de liberaciónsostenida mayor cuando son utilizados para encapsular compuestos hidrofílicos. De este modo, el uso decomponentes de leche para producción de nanoestructuras de interés comercial puede ser una opción más paraagregar valor al producto leche.
Nanoestructuras para liberación sostenida o direccionadaAdemás de las ya mencionadas nanoestructuras, las nanopartículas poliméricas producidas con plásticosbiodegradables, las magnéticas, las lipídicas sólidas, las metálicas, los fulerenos y los nanotubos de carbonotambién presentan gran potencial de aplicación para la liberación sostenida y para el direccionamiento defármacos y de bioactivos.
Cuando los sistemas nanoestructurados son capaces de efectuar el direccionamiento de principios activos, elefecto sobre la calidad de la leche puede ser inmediato, ya que puede ocurrir una reducción en la cantidad defármaco empleada en el tratamiento de un animal, o el fármaco puede presentar su biodistribución modificada. Almudar la biodistribución o reducir la concentración de un fármaco, éste puede no conseguir vencer lapermeabilidad selectiva de la barrera hematoglandular (Ziv y Sulman, 1975). Como consecuencia, su excreción enla leche puede ser reducida o inhibida, resultando en menor concentración de residuos y descarte de leche. Por lotanto, el uso de “dispositivos inteligentes” es una tendencia mundial en la medicina humana yanimal, no sólo para la reducción de los residuos sino también para la reducción del estrés y de la necesidad de Publitec - www.publitec.com.ar Pagina 3/6

manejo animal.
Una forma elegante de direccionamiento activo de un antibiótico fue la realizada con la gentamicina hacia elinterior de fagocitos, en la cual nanopartículas de poliácido láctico-coglicólico mejoraron la eficiencia del antibióticoen el control de Brucella spp (Locaroz et al., 2007). Otras nanopartículas con acción semejante son las denanosílica, que también fueron ligadas a Gentamicina para tratar ratones infectados con Salmonella enterica(Sleen et al., 2009). En ambos casos el antibiótico nanoestructurado fue más efectivo que el convencional.
Otro ejemplo de direccionamiento son los liposomas peguilados, que fueron utilizados por Schroeder y col. (2008)con la intención de direccionar el antiinflamatorio esteroide Succinato de Metilpredinesolona para regiones delcuerpo de ratones que presentaban procesos inflamatorios. Veinticuatro horas después de la administración delsistema nanoestructurado, la concentración del fármaco en el punto del proceso inflamatorio fue el doble de laencontrada en la región control. Tal resultado sugiere una potencial reducción de la dosis administrada cuando sehace uso de antiinflamatorio nanoestructurado.
La contaminación por microorganismos de la leche o de productos lácteos también puede ser reducida por laliberación sostenida de antimicrobianos. La nisina, un péptido con acción antimicrobiana considerado seguro parauso en alimentos por la FAO y por la OMS, fue nanoencapsulado en liposomas y utilizado para controlar elcrecimiento de Listeria monocytogenes en leche por Malheiros y col. (2010).
Nanotecnología y monitoreo de la calidad de la lecheAsegurar la calidad y la inocuidad de la leche es fundamental para la seguridad del consumidor y del comerciointernacional de lácteos. Para ese fin la nanotecnología puede contribuir mejorando las actuales técnicas dereferencia o colaborando con el desarrollo de nuevos sensores para equipamientos. Las propiedades ópticas oelectrónicas derivadas de partículas en nanoescala cuando son incorporadas a los ensayos de laboratorio puedenaumentar su sensibilidad. Yuan y col. (2008) acoplaron nanopartículas de oro de 40 nm a anticuerpos contraCloranfenicol, para su detección por ensayo de resonancia plasmónica de superficie. Las nanopartículaspermitieron la amplificación de la se?al y con eso alcanzaron el límite de detección de 0,74 fg/mL.
Europidium (III) fue ligado a nanopartículas de látex y anticuerpos contra Listeria monocytogenes. Estasnanoestructuras fueron utilizadas en ensayos de TR-FIA para la detección del patógeno en muestras de queso,leche, pescado y otros alimentos, mostrándose quinientas veces más sensible que el ensayo automatizadocomercial por EL-FIA (Jaakohuhta et al., 2007). Por su lado, Yang y col. (2007) utilizaron nanopartículasmagnéticas de ferrita revestidas con anticuerpo anti-L. monocytogenes para concentrar las bacterias y así facilitarsu detección por PCR en muestras de leche. Otros dispositivos que pueden ser empleados para detección decontaminantes de leche son los nanobiosensores, una clase de sensores nanométricos o nanoestructuradoscompuestos por componentes biológicos de elevada especificidad y un transdutor que convierte las se?alesbiológicas en se?ales ópticas, eléctricas o térmicas.
Razzino (2007) produjo un electrodo de carbono vítreo, al cual le fueron incorporados nanotubos de carbono y queposteriormente fue recubierto con acetilcolinesterasa. Las colinesterasas, en general, son inhibidas porórganofosforados y carbamatos, dos grupos químicos ampliamente utilizados en la producción agropecuaria paracontrol de artrópodos. Cuando uno de estos compuestos está presente en el analito, se reduce la degradación deun substrato (un éster de tiocolina) previamente adicionado, alterando así la corriente eléctrica generada en lareacción. En ese trabajo, la autora consiguió detectar concentraciones de hasta 8,96 nmol L-1 de carbaril enmuestras de tomate.
Haciendo uso de un sistema óptico basado en el tipo “wavelength-interroated”, que utiliza el principiode onda evanescente para medir cambios en el índice de refracción de un haz luminoso, Adrian y col. (2009)biofuncionalizaron un microship con biorreagentes específicos (anticuerpo, oligonucleótidos y otros) paraantibióticos de los grupos de los β-lactámicos, de las sulfonamidas, fluoroquinolonas y tetraciclinas, Publitec - www.publitec.com.ar Pagina 4/6

produciendo de este modo un nanobiosensor múltiple. Con este sistema fue posible identificar en la leche lapresencia de treinta y cinco bases farmacológicas diferentes, pertenecientes a las clases citadas, enconcentraciones de μg.L-1.
Otro grupo de sensores nanoestructurados que pueden ser utilizados para evaluación de leche son los deselectividad global, comúnmente denominados “de lengua y nariz electrónica”. En estos, camadasnanométricas de polímeros (como el poliacetileno, las polianilinas, los polipirros y otros) pueden ser depositadassobre electrodos por técnicas de automontaje, las cuales pueden ser sometidas a diferentes dopantes(reductores). Cuando es expuesto a los diferentes líquidos o volátiles, cada sensor se comporta de una forma, porlo que al ser evaluados en conjunto, generan un “espectro” específico de cada analito.
Utilizando sensores de tipo lengua electrónica, De Paula Junior (2009) consiguió separar leche larga vida (UHT)en función de la marca y de la concentración de grasa (por ej.: 0.1; 1 o 3% de grasa). Tal resultado permitevislumbrar su aplicación para la rastreabilidad. Además, nuestro grupo ya viene efectuando ensayos para detectaradulteración de leche con suero proveniente de la producción de queso (datos no publicados).
También Dias y col. (2009) consiguieron separar leche de cabra intencionalmente adulterada con leche de vaca enproporción de 50%. A su vez, sistemas basados en lengua electrónica fueron utilizados con éxito para separar laleche proveniente de animales con mastitis clínica de la leche de animales saludables (Mottram, et al. 2007).
Finalmente, esos autores plantearon la posibilidad de uso de ese sistema para monitoreo on-line de rebamoslecheros.
ConclusiónLa expansión de la nanotecnología en los más diversos segmentos del mercado puede ser la oportunidad para lainserción de derivados de leche en forma nanoparticulada, ya que otras nanopartículas tienen aún su seguridad deuso cuestionada. Además, en una fase inicial de desarrollo, los productos comerciales que poseen nanotecnologíaaún son raros, sin embargo su incorporación a los diferentes segmentos de la cadena productiva de la lecheparecer ser una cuestión de tiempo. De este modo, el conocimiento de sus potencialidades o limitaciones esfundamental para tomar la decisión de su adopción o no.
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