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Volumen 8 - Número 1

(Resumen/Abstract) (Video resumen) HTML (PDF)

 

 RVCTA

                 Revista Venezolana de Ciencia y Tecnología de Alimentos. 8 (1): 057-089. Enero-Junio, 2017
                 https://sites.google.com/site/1rvcta 
                 ISSN: 2218-4384 (versión en línea)
                Asociación RVCTA, 2017. RIF: J-29910863-4. Depósito Legal: ppi201002CA3536.

Revisión

Películas biodegradables con propiedades bioactivas

Biodegradable films with bioactive properties

Adriana Isabel Montes Hernández1, Rafael Antonio Oropeza González1, Carlos Alberto Padrón Pereira2, Yorleny Araya Quesada3,
Lea
Wexler Goering3
Elba Cubero Castillo3

1Investigadora(dor) independiente. 4-347 Dufferin Street, Carberry, Manitoba, R0K 0H0, Canadá.
E-correos: roropeza@ull.es, amhernan@ull.es.
Asociación RVCTA. Avenida Andrés Bello Nº 101-79, Sector La Pastora, Municipio Valencia, Estado Carabobo, C. P. 2001, Venezuela.
E-correo: carlospadron1@gmail.com.
3Escuela de Tecnología de Alimentos, Universidad de Costa Rica. Costa Rica.
E-correos: yorleny.araya@ucr.ac.cr, lea.wexler@ucr.ac.cr, elba.cubero@ucr.ac.cm

Aceptado-03-Julio-2017

Resumen

El envasado pasivo como barrera física entre el alimento y su entorno no permite posibles interacciones beneficiosas. Por otro lado, la acumulación del material plástico derivado del petróleo usado en el envasado es una problemática mundial, por causa de su naturaleza contaminante. En razón de lo anterior, el desarrollo de nuevos materiales para envasado que ofrezcan nuevas funcionalidades, menos impacto ambiental, y además, beneficio económico, actualmente es una necesidad. En esta revisión se recopiló información ampliamente disponible sobre avances en la elaboración de películas biodegradables, especialmente las basadas en almidón, que pueden ser consideradas como envases activos por la incorporación de aditivos antimicrobianos y/o antioxidantes. En líneas generales, las investigaciones se orientan a sistemas de envasado antimicrobiano y/o con actividad antioxidante con un enfoque en películas biodegradables elaboradas con polisacáridos y otros materiales.  

Palabras clavesaceites esenciales, alimentos, envasado activo, nanotecnología, películas de almidón.

Abstract

Passive packaging as a physical barrier between the food and its environment does not allow beneficial interactions. On the other hand, the accumulation of the plastic material derived from petroleum used in the packaging is a global problem, because of its polluting nature. Due to the above, the development of new materials for packaging that offer new functionalities, less environmental impact, and also, economic benefit, is currently a necessity. This review compiled widely available information on advances in the development of biodegradable films, especially those based on starch, which can be considered as active packaging by the incorporation of antimicrobial and/or antioxidant additives. In general, the research is oriented towards antimicrobial packaging systems and/or with antioxidant activity with a focus on biodegradable films made from polysaccharides and other materials.

Key wordsactive packaging, essential oils, food, nanotechnology, starch films.

Nota
El desarrollo de nuevos productos y la innovación podría ayudar a cambiar los patrones de uso del plástico en el futuro; no obstante, las películas biodegradables no son una solución a esparcir desperdicios, mientras que la prevención, el manejo de desechos y la conciencia pública, sí. 

INTRODUCCIÓN

Con el aumento de los sistemas de transporte, de distribución, necesidades de almacenamiento y llegada a los supermercados cada vez más grandes y tiendas de almacén, los alimentos ya no se consumen solo en el huerto, en el campo, en la granja, o cerca de las instalaciones de procesamiento. Durante los pasos que consumen el tiempo involucrado en el manejo, transporte y almacenamiento, los productos comienzan a deshidratarse, deterioran, pierden la apariencia, el sabor y el valor nutritivo. Si no se proporciona ninguna protección especial, el daño puede ocurrir en cuestión de horas o días, incluso si este daño no es inmediatamente visible (Pavlath y Orts, 2009). Por otra parte, el sector de alimentos y bebidas genera desechos de plástico no ecológicos y esto ha dado lugar a un enorme impacto en el medioambiente. Con una priorización insuficiente de la reducción de la fuente de envasado, la reciclabilidad, la compostabilidad, el contenido reciclado y las políticas de reciclado, es probable que los residuos aumenten en los próximos años. Se estima que menos del 14 % de los materiales de envasado de plástico son reciclables (en Estados Unidos), y como el plástico domina la mayor proporción de la industria de envasado de alimentos, la necesidad de diseñar material de base biológica es una prioridad (MacKerron y Hoover, 2015; Tumwesigye et al., 2016).

La fabricación y aplicación potencial de polímeros biodegradables para aplicaciones de envasado de alimentos ha aumentado el interés como alternativas a los polímeros de envasado de alimentos convencionales debido a su sostenibilidad. Los polímeros de fuentes renovables actualmente atraen la atención para la fabricación de materiales amigables con el medioambiente (Miteluț et al., 2016) y la utilización de películas biodegradables se supone una práctica amigable con el ambiente (Arancibia et al., 2014a). En tal sentido, diversas fuentes se pueden utilizar en la producción de biopolímeros como películas biodegradables que incluyen polisacáridos, proteínas y lípidos. Entre los diversos polisacáridos, el almidón es un material económicamente viable y su abundancia en la naturaleza es de importancia significativa (Molavi et al., 2015; Shah et al., 2016); por lo que es ampliamente utilizado en el desarrollo de películas y recubrimientos (Garrison et al., 2016).

Los recubrimientos comestibles se utilizan desde hace muchos años para el almacenamiento de frutas y otros vegetales en la industria alimentaria y diferentes materiales se utilizan para recubrimiento, tales como hidrocoloides, ceras y proteínas (Raghav et al., 2016). Entre otras aplicaciones, cocinar los alimentos envueltos en una película comestible ayuda a mantener su sabor (Fig. 1A), y otra es en postres que se cubren con la película y que se consumen sin desechar nada (Fig. 1B).

Figura 1.- Usos de películas comestibles en cocción (A) y en postres (B).


Tradicionalmente, los envases para alimentos han sido concebidos como sistemas cuyo principal objetivo ha sido contener y proteger al alimento de los daños físicos inherentes al proceso de transporte y comercialización de los mismos (envase pasivo). Desde hace un tiempo esto ha cambiado y actualmente el envase se concibe como un sistema alternativo de conservación de alimentos, ya no solo como contenedor, sino que ejerza un efecto positivo y beneficioso sobre el alimento (envase activo). Este nuevo enfoque ha permitido la incorporación de nuevos materiales y sistemas capaces de ejercer una interacción positiva entre el envase y el alimento (Galotto y Guarda, 2014). Los envases activos pueden clasificarse dependiendo de la característica que el aditivo posea, entre los cuales, los que presentan actividad antimicrobiana o antioxidante son los que presentan mayores expectativas. Los primeros inhiben la acción de los microorganismos causantes de la contaminación de los productos, mientras que los segundos retardan y previenen la aparición de radicales libres en el alimento, actuando en las reacciones de oxidación de las moléculas presentes (Bruna et al., 2014a).

La incorporación de compuestos antimicrobianos y antioxidantes a las películas son de gran interés porque permite alargar la vida útil de los productos envasados y entre los posibles compuestos activos, los aceites esenciales de plantas y algunos de sus componentes aislados, reúnen la doble propiedad de ser antimicrobianos y antioxidantes (Chiralt, 2014). Los aceites esenciales pueden proporcionar a las películas propiedades antimicrobianas y/o antioxidantes, y su composición y las interacciones específicas con el polímero determinan su eficacia como ingrediente activo (Atarés y Chiralt, 2016). Muchos antioxidantes son conocidos por presentar actividad antimicrobiana, lo que permite asumir una relación entre las actividades antimicrobianas y antioxidantes, no obstante, puede no existir, o haber poca, correlación entre ambas actividades (son múltiples los mecanismos involucrados); por ejemplo, Miranda et al. (2014) al comparar el nivel de antioxidante versus la actividad antimicrobiana de 6 extractos de quinua, encontraron que la actividad antioxidante, con un coeficiente de determinación (R2) de 0,20, explicó solo el 20 % de la variación en la actividad antimicrobiana contra 2 microorganismos ensayados. De similar forma, Borchardt et al. (2009) al comparar la relación entre la actividad antioxidante y antimicrobiana de extractos de 35 especies de semillas, la actividad antioxidante con un R2 de 0,29, solamente explicó el 29 % de la variación en la actividad antimicrobiana contra 4 microorganismos ensayados.

Adicionalmente, el uso de nanomateriales en el envasado de alimentos ha aumentado en gran medida, y uno de los puntos clave es el envasado activo, en el que las nanopartículas interactúan directamente con los alimentos infiriendo protección por su acción como agentes antimicrobianos (Carbone et al., 2016).

La funcionalidad definitiva de las películas está relacionada, en parte, con las propiedades bioactivas (como antioxidante, antimicrobiana y antioscurecimiento) (Silva-Weiss et al., 2013; López-García y Jiménez-Martínez, 2015), entre otras; y con base en esto, parte de la extensa literatura existente fue revisada y compilada en este trabajo con miras ofrecer una visión general, con énfasis en películas biodegradables a base de almidón.

CONTENIDO

1.- Películas con actividad antimicrobiana

          1.1.- Nanotecnología
2.- Películas con actividad antioxidantes

REVISIÓN DE LA LITERATURA

1.- Películas con actividad antimicrobiana

Debido a la creciente preocupación por prevenir la contaminación de los alimentos con sustancias químicas y microorganismos patógenos, se han aumentado las investigaciones en el desarrollo de empaques activos. Estos sistemas proveen funcionalidad adicional a los compuestos antioxidantes y antimicrobianos que se agregan a los alimentos, además de cumplir su objetivo primario de proteger los alimentos de agentes externos (Suppakul et al., 2003; Chen et al., 2010; Pereira de Abreu et al., 2012; Bodini et al., 2013). Ha habido un incremento, en los últimos años, en el uso de materiales biodegradables y, en este contexto, se estudia cada vez más la fabricación de biopolímeros de fuentes renovables, que tienen la característica de poder absorber compuestos activos (Muñoz-Bonilla y Fernandez-García, 2012) promoviendo una nueva manera de conferir seguridad y alargar la vida útil de alimentos listos para su consumo. Las tendencias actuales en sistemas de empaque de alimentos se enfocan en inhibir la contaminación con microorganismos patógenos. Muchos de estos sistemas son los llamados empaques activos o “inteligentes”, que se han desarrollado para cumplir con requerimientos específicos de inocuidad. Básicamente, el propósito de los empaques activos es asegurar la calidad e inocuidad de los alimentos durante su vida útil, inhibiendo el crecimiento de microorganismos de deterioro y de aquellos potencialmente peligrosos para la salud. Sin embargo, actualmente hay muy pocos productos en el mercado con películas antimicrobianas debido a la aún poca aceptación por parte del consumidor y a su alto costo (Sung et al., 2013).


El oxígeno facilita el crecimiento de microbios aerobios y mohos; la presencia de oxígeno en un envase puede desencadenar o acelerar reacciones oxidativas que resultan en el deterioro de los alimentos dando lugar a cualidades adversas, tales como, olores y sabores desagradables, cambios de color no deseados y reducción de la calidad nutricional. Los absorbedores de oxígeno eliminan el oxígeno (residual y/o entrante), retrasando las reacciones oxidativas; estos compuestos eliminadores de oxígeno son en su mayoría agentes que reaccionan con el oxígeno para reducir su concentración y entre las estrategias que conducen a incrementar las propiedades de barrera a los gases se incluye su uso, y el óxido ferroso es el más comúnmente usado (Brody et al., 2008). Sustancias con propiedades absorbentes o de eliminación contra moléculas de bajo peso como, además del O2, el etileno (C2H4), son importantes para controlar los procesos fisiológicos durante la poscosecha, y tomar parte en estrategias de envasado activo de alimentos (Trbojevich y Fernández, 2016). El etileno acelera la maduración por aumento de la frecuencia respiratoria en vegetales frescos disminuyendo su vida útil y también acelera el ritmo de la degradación de la clorofila. La remoción de este gas es fundamental para mantener la calidad de frutos climatéricos durante la poscosecha (Coloma et al., 2014). Con el fin de incrementar la vida útil de los productos vegetales frescos y mantener su calidad y frescura, el etileno no solo debe ser eliminado, también un gas de composición óptima debe mantenerse en el empaque dependiendo del tipo de producto. Vegetales frescos, después de la cosecha, mantienen el consumo de oxígeno y liberan el CO2, y en tal sentido, el empaque activo tiene que ser diseñado tomando en cuenta la tasa de respiración del producto y la permeabilidad del material utilizado (Camacho-Elizondo et al., 2011).

Los productos más populares que se encuentran en el mercado empacados con películas antimicrobianas, son los que utilizan agentes como el dióxido de cloro, etanol y el dióxido de azufre. Estos se impregnan en bolsitas o almohadillas que se ponen en el interior del empaque. Los agentes microbianos se desprenden en forma de vapor, dentro del espacio interior del empaque que contiene a un determinado alimento (Appendini y Hotchkiss, 2002).           

Los materiales para envasado antimicrobiano pueden clasificarse en 2 tipos: los que contienen agentes antimicrobianos que migran y entran en contacto con el alimento, y los que son efectivos contra el crecimiento microbiano en la superficie del alimento sin migración de los agentes antimicrobianos hacia el alimento (Brody et al., 2001). En otro sentido, los empaques antimicrobianos se dividen en 2 grupos principales: los biodegradables y los no-biodegradables. La mayoría de los polímeros sintéticos son del último grupo y son mejores candidatos para utilizar en productos diversos, ya que tienen ventajas como menor costo, baja densidad, son inertes, tienen excelente propiedad de barrera, alta fuerza mecánica, transparencia, sellado térmico y tienen una buena impresión (Sung et al., 2013). Por otro lado, actualmente existe una tendencia a la mayor producción de materiales biodegradables, por sus menores efectos sobre el ambiente. Las películas antimicrobianas biodegradables se producen en base a polímeros naturales que tienen propiedades antimicrobianas inherentes, o por la adición de agentes antimicrobianos en los polímeros. Ejemplos de biopolímeros renovables son polisacáridos, proteínas, gomas y lípidos y sus derivados. La mayor parte de la investigación de empaques biodegradables se enfoca en la mezcla de almidones termoplásticos con poliésteres biodegradables como la policaprolactona, ácido poliláctico o poli(ácido láctico), polihidroxibutirato, polibutilen- succinato-adipato, otros polibutilenos y poli(hidroxil éster éter). Dentro de los ingredientes biodegradables el ácido poliláctico (PLA, ‘poly(lactid acid)’) es el polímero más ampliamente utilizado (Sin et al., 2013). Las películas de hidroxipropilmetilcelulosa son insípidas, inodoras, flexibles y transparentes (Bilbao-Sáinz et al., 2010), y de similar forma las películas de almidón. El almidón se utiliza para empaques, ya que puede ser fácilmente fundido en películas comestibles y es la base más frecuente para formar las películas antimicrobianas, debido a su versatilidad como película comestible. Sin embargo hace falta más investigación para la utilización de otros materiales, ya que el almidón tiene la desventaja de ser muy permeable al vapor de agua (Šuput et al., 2016). Es por esto que se estudian materiales diversos tales como aceites esenciales, mieles y otros biopolímeros. El almidón es un material ampliamente utilizado para fabricar plásticos biodegradables en mezclas con polímeros como el polivinil alcohol o alcohol polivinílico. La mezcla de almidón-polivinil alcohol tiene una funcionalidad más alta debido a su alta compatibilidad química. Hay estudios que informan un buen comportamiento mecánico en estas mezclas y la versatilidad del almidón para mezclarse con diversos compuestos y mejorar o cambiar sus propiedades fisicoquímicas y funcionales (Palma-Rodríguez et al., 2012, Zamudio-Flores et al., 2015). Una película en mezcla con almidón resultó en una mejor resistencia a la humedad y una biodegradación natural evaluada por pérdida de peso que excedió el 50 % después de 50 días (Han et al., 2009). Por lo anterior, Priya et al. (2014) probaron películas compuestas de mezclas de almidón de maíz y polivinil alcohol reforzadas, y no reforzadas, con fibra celulósica de Grewia optiva, las cuales mostraron actividad antimicrobiana contra las bacterias Escherichia coli MTCC 739 y Staphylococcus aureus ATCC 43300. Así, Priya et al. (2014) demostraron un polímero natural con propiedades antimicrobianas inherentes; es decir, sin adición de ningún antimicrobiano.

Al incorporar agentes antimicrobianos y antioxidantes a los empaques, los alimentos se protegen de forma eficiente ante el crecimiento de microorganismos de deterioro, la migración de humedad y la oxidación de nutrientes. Las películas comestibles se han aplicado mayormente al empaque de nueces, dulces o confites y frutas (Sung et al., 2013). Los agentes antimicrobianos que se incorporan a las películas o a los recubrimientos comestibles, forman parte de la estructura de la película debido a la interacción con el polímero y el plastificante utilizado. Al estar en contacto con el alimento que se está empacando, se espera que el agente antimicrobiano migre a la superficie del mismo o que actúe desde la película. La difusión del agente depende del tipo de polímero utilizado, del plastificante y del proceso de elaboración de la película. Además las características del alimento, como su pH y actividad de agua influyen mucho, así como las condiciones de temperatura y humedad en las que este se almacena (Lin y Zhao, 2007).

Las sustancias naturales más ampliamente estudiadas han sido enzimas, la nisina, ácidos orgánicos, aceites esenciales y sus derivados (Cagri et al., 2004; Oussalah et al., 2006; Andrade-Molina et al., 2013). En vez de mezclar los compuestos antimicrobianos directamente en los alimentos, el incorporarlos en películas permite conferir el efecto funcional de actuar directamente en la superficie del alimento, donde ocurre más probablemente la contaminación. Los empaques antimicrobianos tienen aditivos que se liberan lentamente en la matriz alimentaria, previniendo así el crecimiento microbiano. Su incorporación en el empaque también puede evitar la oxidación y algunas reacciones de degradación de los alimentos, alargando así su vida útil (Mascheroni et al., 2010).

Desde la edad media, los aceites esenciales han sido ampliamente utilizados para aplicaciones bactericidas, viricidas, fungicidas, antiparasitarias, insecticidas, medicinales y cosméticas; especialmente hoy en día en las industrias farmacéutica, sanitaria, cosmética, agrícola y alimentaria. Debido al modo de extracción, principalmente por destilación de plantas aromáticas, contienen una diversidad de moléculas volátiles tales como terpenos y terpenoides, componentes aromáticos derivados de fenoles y componentes alifáticos. Los aceites esenciales pueden actuar como prooxidantes que afectan las membranas celulares internas y las organelas como las mitocondrias de las células eucariotas. Se sugiere que los efectos beneficiosos encontrados de los aceites esenciales se deben a los efectos prooxidantes en el nivel celular (Bakkali et al., 2008). Ejemplos de extractos de plantas y aceites esenciales que más ampliamente se incorporan en el envasado de alimentos son linalol, timol, carvacrol, aceite de clavo de olor, cinamaldehído y aceites esenciales de albahaca (Sung et al., 2013). A pesar de lo anterior, el uso de aceites esenciales en la conservación de alimentos podría estar limitado debido a los posibles cambios en las propiedades sensoriales de los alimentos (Sánchez-Gonzales et al., 2011). De ahí la importancia de investigar la función de diversos aceites esenciales como antimicrobianos y su efecto sobre las propiedades sensoriales.

La actividad antimicrobiana de los aceites esenciales depende principalmente de 3 características: el carácter hidrofílico o hidrofóbico, los componentes químicos presentes y el tipo de microorganismo con el que se utilizará. Entre los métodos de evaluación de los aceites esenciales los de contacto directo (que pueden causar alteración en las características sensoriales de los alimentos) han sido, probablemente, los más utilizados (Reyes-Jurado et al., 2014), por ejemplo, pruebas de difusión en disco (en fase sólida) en comparación con pruebas de difusión “en fase vapor” (en fase gaseosa), en las que se crea una atmósfera protectora con mínima alteración sensorial (López et al., 2005).

La inhibición por contacto con vapor de Aspergillus niger y Penicillium digitatum empleando concentraciones de aceites esenciales de orégano mexicano (Lippia berlandieri Schauer), canela (Cinnamomum verum) o limoncillo (Cymbopogon citratus) añadidos a películas comestibles de amaranto, quitosano o almidón fue evaluada por Avila-Sosa et al. (2012); la actividad antifúngica fue evaluada mediante la determinación del crecimiento radial de los mohos en agar inoculado con las especies fúngicas luego de la exposición a vapores de los aceites esenciales añadidos a las películas. Las películas con quitosano fueron más efectivas inhibiendo a A. niger con 0,25 % de aceites esenciales de orégano mexicano y canela, y a P. digitatum con 0,50 %. La información sobre la eficiencia de películas conteniendo aceite esencial de orégano en contra de fitopatógenos, en fase de vapor, es escasa, aunque promisoria (Pola et al., 2016). No existe un ensayo estándar para evaluar la inhibición microbiana por contacto con vapor de aceites esenciales; no obstante, algunos métodos han sido documentados por diferentes autores (Kloucek et al., 2012). 

Se realizaron pruebas a películas de almidón de yuca-gelatina a las que se les incorporó uno de 3 aceites esenciales, a saber orégano, clavo de hoja y corteza de canela. Se incorporaron en una proporción 1:0,25 (polímero:aceite). Los hongos Colletotrichum gloesporoides (que se desarrolla en las naranjas “Valencia”) y Fusarium oxysporum f.sp. gladiolo se utilizaron para determinar la capacidad antimicrobiana de estas películas con diferentes aceites esenciales. Se encontró que la película con aceite de canela fue mucho más efectiva contra el F. oxysporum f.sp. gladiolo, mientras que la película con aceite de clavo lo fue contra el C. gloesporoides (Acosta et al., 2014).

Šuput el at. (2016) en la caracterización de películas comestibles basadas en almidón añadieron 2 aceites esenciales: uno de comino negro y otro de orégano en contenidos de 0,5; 1,0 y 2,0 %. El ensayo de difusión en disco se utilizó para examinar la actividad antimicrobiana contra E. coli ATCC 25922, Listeria monocytogenes ATCC 19111 y Salmonella typhimurium ATCC 14028. Se demostró que el aceite esencial de orégano fue más eficaz que el aceite de comino negro contra bacterias Gram positivas, aunque también hubo efecto sobre las bacterias Gram negativas a concentraciones de 1,0 y 2,0 % de aceite esencial de orégano.

Cano et al. (2016a) evaluaron la actividad antibacterial (Listeria innocua, E. coli) y antifúngica (Aspergillus niger, Penicillium expansum) en una película de almidón-polivinil alcohol con aceite esencial de orégano y aceite de neem a las concentraciones de 6,7 y 22 g/100 g de sólidos, donde la película con aceite esencial de orégano a 6,7 g/100 g mostró efecto antibacterial, mientras el efecto antifúngico se observó a mayor concentración.

A una película de almidón de maíz se le incorporó aceites esenciales de Zataria multiflora Boiss o Mentha pulegium en 3 niveles (1, 2 y 3 % v/v) como antimicrobianos contra S. aureus ATCC 25923 y E. coli ATCC 25922, usando la metodología de difusión en disco. Los aceites esenciales demostraron actividad antimicrobiana contra los microorganismos estudiados. Los efectos fueron mayores para el aceite de Z. multiflora, aunque el aceite de M. pulegium también produjo un efecto (Ghasemlou et al., 2013).

Maizura et al. (2007) utilizaron almidón de sagú (Metroxylon sagu) parcialmente hidrolizado con enzimas, alginato de sodio, glicerol y aceite de zacate de limón o limoncillo (Cymbopogon citratus) para desarrollar una película comestible y midieron su actividad antimicrobiana contra E. coli O157:H7. Esta película fue efectiva como antimicrobiana contra E. coli, sobre todo con presencia de glicerol.

Du et al. (2009) encontraron mayor actividad antimicrobiana contra E. coli O157:H7, Salmonella enterica y L. monocytogenes en una película basada en puré de tomate con inclusión de aceite esencial de orégano.

También es importante confirmar la buena interacción entre la matriz polimérica y el antimicrobiano, de manera que se logre reducir en parte la pérdida de este compuesto por volatilización hacia el entorno. Rodríguez et al. (2014) ensayaron películas de acetato de etilo con cinamaldehído y con timol, como antimicrobianos, y se encontró que el cinamaldehído fue el que mayor inhibición presentó contra el crecimiento de E. coli y L. innocua. Además, se encontró que un 25 % se perdió durante el proceso de extrusión y un 40 % del contenido inicial al cabo de 65 días; sin embargo, a pesar de estas reducciones las películas poseían una concentración mínima inhibitoria (CMI).

Las pruebas anteriores se hicieron en difusión por agar (en disco), donde se observó si había o no halo de inhibición. Sin embargo, es interesante revisar aplicaciones en alimentos. Arancibia et al. (2014b) aplicó la película sin y con un aceite esencial de clavo (E. caryophyllata) en concentración de 3 % (w/w) a plátanos (Musa acuminata) y midieron la inhibición en el crecimiento del hongo Fusarium oxysporum, que es uno de los que más pérdidas produce en las plantaciones. La película con el aceite esencial de clavo inhibió el hongo 6 veces más que la película sin aceite esencial. Mientras que, cuando se agregó aceite esencial de tomillo a películas elaboradas con quitosano o con metilcelulosa, que se usó para recubrir trozos de salmón que se conservó en refrigeración o congelación, no hubo un efecto sobre los recuentos de aerobios mesófilos y coliformes. En muestras inoculadas con L. innocua, las películas con quitosano provocaron un descenso significativo en el recuento (p < 0,05), que se vio limitado por la incorporación del aceite de tomillo (van Beest et al., 2014). También Supardan et al. (2016) usaron aceite esencial en películas que aplicaron a carne de res congelada. Para ello utilizaron almidón de yuca con aceite esencial de limoncillo (C. citratus), que básicamente está compuesto de citral que, a su vez, es una mezcla de 2 aldehídos monoterpenos. La incorporación de películas con aceite de limoncillo llevó a una reducción en el contenido bacteriano de la carne en comparación con las muestras recubiertas sin el aceite esencial. Los resultados sugieren que las películas que contienen aceite de limoncillo pueden prolongar la vida útil de los alimentos. Selvadharshini et al. (2016) prepararon una película comestible a base de almidón de sagú, harina de soya y extracto etanólico de hojas secas de curry (Murraya koenigii (L.) Spreng.). El extracto etanólico de las hojas de curry fue utilizado para determinar la CMI contra E. coli K12 y Salmonella typhi usando el método de difusión en agar. Se aplicó la cantidad de extracto a la película con poder antimicrobiano y se sumergieron zanahorias precortadas en la solución que se dejaron secar (recubrimiento) y se colocaron en pequeñas bolsas hechas con la película. Se almacenaron por 5 días a temperatura ambiental y a temperatura de refrigeración. Se demostró que está película comestible aumentó la vida útil de las zanahorias entre un 70 y 80 %.

Los derivados de productos de las abejas están siendo investigados como inhibidores microbianos. La miel, el propóleo y la jalea real poseen compuestos fenólicos que pueden ser antimicrobianos (Viuda-Martos et al., 2008). El propóleo es una sustancia resinosa natural recogida por abejas (Apis mellifera) a partir de yemas de hojas de diferentes especies de árboles y puede considerarse como una mezcla compleja de sustancias químicas, cuya composición depende de los componentes del material vegetal y el tiempo de recolección. Por lo general, contiene resinas (50 %), compuestas de flavonoides y ácidos fenólicos, ceras (hasta 30 %), aceites esenciales (10 %), polen (5 %) y diversos compuestos (5 %) como hierro y cinc, vitaminas (B1, B2, B3 y B6), ácido benzoico, ácidos grasos, ésteres, cetonas, lactonas, quinonas, esteroides y azúcares, así como pigmentos naturales tales como clorofila y carotenoides. Su color varía de amarillo-verde a marrón oscuro dependiendo de su fuente y edad (Juliano et al., 2007). El propóleo es conocido por sus propiedades biológicas y sus actividades antibacterianas, antimicóticas, antioxidantes y antivirales. La actividad antibacteriana del propóleo se atribuye principalmente a los flavonoides y ácidos fenólicos, y su mecanismo de acción puede explicarse como la alteración de la permeabilidad de la membrana y la inhibición de la síntesis de proteínas por la actividad sinérgica entre los compuestos fenólicos y otros (Mirzoeva et al., 1997; Koo et al., 2000; Cabral et al., 2009). de Araújo et al. (2015) encontraron actividad antimicrobiana contra S. aureus y E. coli en una película de almidón de yuca con extracto etanólico de propóleo.

Velásquez et al. (2014) estudiaron los extractos etanólicos de 2 mieles de abeja y 1 polen endémicos de Chile y encontraron que poseían actividad antimicrobiana contra E. coli ATCC-25922, S. aureus ATCC-25923 y Salmonella spp. Estos extractos no fueron utilizados en películas, sino inoculados en agar para observar el halo de inhibición de cada microorganismo estudiado.

El quitosano es ampliamente estudiado debido a algunas propiedades interesantes tales como que es polímero natural derivado de la desacetilación de la quitina, no tóxico, con capacidad para formar películas y es biodegradable (Torlak y Nizamlioğlu, 2011). Además, el quitosano tiene propiedades antimicrobianas inherentes y es capaz de inhibir el crecimiento de una amplia gama de patógenos alimentarios. Sin embargo, debido a la pobre solubilidad del quitosano a alto valor de pH, su aplicación es solamente eficaz en medio ácido (Sung et al., 2013). El quitosano además de mejorar las propiedades mecánicas de películas basadas en almidón puede, como se señaló, inferir propiedad antimicrobiana (Arifin et al., 2016). El quitosano con incorporación de aceite esencial y extracto funcional de clavo (Eugenia caryophyllata) como agente antimicrobiano en la elaboración de películas, ha mostrado actividad antibacteriana. (Hernández-Ochoa et al., 2011). El efecto antimicrobiano del quitosano ocurre sin migración de agentes activos, no se difunde, por ejemplo, a través del agar en ensayos de difusión para la determinación de la CMI y la concentración mínima bactericida (CMB), por lo que solo los microorganismos en contacto directo con los sitios activos del quitosano son inhibidos (Hosseini et al., 2008).

Arancibia et al. (2014c) utilizaron los residuos del camarón o langostino (Litopenaeus vannamei) de los que se obtuvo quitosano y un concentrado proteico. Estos se incorporaron a películas cuyas propiedades antimicrobianas se probaron por el método de difusión en agar en flora del deterioro de pescado: E. coli CECT 515, L. monocytogenes CECT 4032, Photobacterium phosphoreum CECT 4192 y Pseudomonas fluorescens CECT 4898. La presencia del concentrado proteico incrementó significativamente la actividad antimicrobiana de las películas de quitosano para la totalidad de los microorganismos seleccionados, lo cual pudo deberse a que el concentrado proteico puede contener péptidos biactivos. Perdones et al. (2014) estudiaron un quitosano de bajo peso molecular al 1 % (p/p) junto con aceite de colza o pescado para medir el efecto antimicrobiano de una película. Para ello utilizaron L. monocytogenes CIP 82110, en un alimento modelo. Las películas mostraron un efecto bacteriostático, incluso bactericida durante el almacenamiento (en refrigeración). El aceite de colza no afectó el poder antibacteriano de la película mientras que el aceite de pescado lo disminuyó. Películas compuestas de quitosano, almidón de ‘kudzu’ (Pueraria lobata) y ácido ascórbico se disolvieron en ácido málico, ácido acético y ácido láctico, y se le realizaron pruebas antibacterianas usando E. coli y S. aureus por medio de cultivo líquido. Se logró demostrar que las películas compuestas tienen una acción inhibitoria sobre E. coli y S. aureus, especialmente la película hecha con quitosano, almidón de ‘kudzu’ y ácido málico (Song and Cheng, 2014).

La ε-polilisina es un homopolipéptido con acción antimicrobiana que se le atribuye a su naturaleza policatiónica y a la superficie activa que permite su interacción con las membranas bacterianas (Ho et al., 2000). El antimicrobiano es eficaz contra las principales bacterias patógenas alimentarias Gram positivas y Gram negativas, incluyendo L. monocytogenes, E. coli O157:H7 y Salmonella Typhimurium (Geornaras et al., 2007). Uysal-Ünalan et al. (2011) ensayaron con polilisina en películas con proteína de suero, alginato, zeína y quitosano. La actividad antimicrobiana de películas de proteína de suero incorporadas con 175 o 350 µg/cm2 de polilisina no mostraron actividad antimicrobiana sobre E. coli. Sin embargo, se observó un efecto antimicrobiano sobre esta bacteria cuando la concentración de polilisina aumentó a 700 µg/cm2. A pesar de ello, los resultados obtenidos en este estudio mostraron que la polilisina presentó un mejor comportamiento antimicrobiano en zeínas (prolaminas de maíz) que en películas con proteínas de suero de leche, alginato y quitosano.

Se utilizan también algunas enzimas como antimicrobianos en películas. Tal es el caso de la lisozima que se extrae de la clara del huevo, y que es menos eficaz para bacterias Gram negativas debido a la capa de lipopolisacárido existente en la pared celular de estas bacterias. Las bacterias Gram positivas son muy susceptibles a la lisozima, debido a que su membrana está formada por 90 % de péptidoglicano en donde tiene lugar la hidrolización del enlace glicosídico β-1-4 entre el ácido N-acetilmúramico y la N-acetilglucosamina. Mediante la adición de ácido etilendiaminotetraacético disódico (Na2EDTA), las películas también se hacen efectivas contra bacterias Gram negativas, E. coli (ATCC 53868) (Sung et al., 2013).

Además de los compuestos antimicrobianos extraídos de plantas, animales y aceites esenciales, hay otros compuestos provenientes de bacterias llamados bacteriocinas y que están ganando popularidad debido a su resistencia a altas temperaturas y ambientes ácidos. La bacteriocina es un subproducto metabólico (péptido antimicrobiano) producido por el sistema de defensa de casi todos los tipos de bacterias. Esta actividad que ocurre naturalmente permitió que las bacterias de una cepa inhibieran el crecimiento de otras cepas adyacentes. La bacteriocina producida por las bacterias lácticas tiene una gran aceptación por parte del público, ya que las bacterias lácticas han sido importantes para la fermentación de alimentos durante siglos. La nisina, producida por la bacteria Lactococcus lactis, comúnmente presente en la leche, es catalogada por la Administración de Alimentos y Fármacos (FDA, ‘Food and Drug Administration’) como un antimicrobiano “Generalmente Reconocido como Seguro” (GRAS, ‘Generally Recognized as Safe’) y es empleada comercialmente para la conservación de alimentos (Sung et al., 2013). Las bacteriocinas, como la nisina, enterocinas A y B, enterocina 416K1, sakacina y pediocina AcH, han demostrado ser capaces de controlar la proliferación de L. monocytogenes en alimentos artificialmente contaminados (Iseppi et al., 2008).

Además de los extractos de plantas, de animales y bacterias hay otros materiales que han ganado popularidad recientemente, ya que se les atribuye una buena estabilidad de estos materiales para soportar duras condiciones, tales como altas presiones o temperaturas, en el proceso de fabricación de empaques. Estas se conocen como nanopartículas. A continuación se presentará información sobre nanopartículas inorgánicas que tienen capacidad antibacteriana.

     1.1.- Nanotecnología

Las sustancias antibacterianas son capaces de matar bacterias (bactericidas) o inhibir el crecimiento microbiano (bacteriostáticas) (Trbojevich y Fernández, 2016). El desarrollo de materiales nanoestructurados con nanopartículas metálicas es ampliamente usado para minimizar el crecimiento de microorganismos, y por otra parte, las nanoarcillas, usadas para mejorar las propiedades mecánicas de nanocompuestos, también han demostrado actividad antimicrobiana (nanoarcillas modificadas orgánicamente) (Abreu et al., 2015). Entre las sustancias antimicrobianas, partículas a nanoescala basadas en metales (Fig. 2) son poderosos agentes antimicrobianos que poseen gran relación área de superficie/volumen y propiedades antimicrobianas que aún no son completamente entendidas (Trbojevich y Fernández, 2016).

Figura 2.- Nanopartículas de plata de diferentes tamaños (Belluco et al., 2016; Jo et al., 2016).


La plata iónica tiene propiedades biocidas contra una amplia gama de microorganismos Gram-positivos, Gram-negativos, mohos, levaduras y virus. Staphylococcus aureus presenta baja resistencia contra los iones de plata (Deurenberg y Stobberingh, 2008; Trbojevich y Fernández, 2016).

Fernandes et al. (2014) evaluaron la CMI y la CMB de nanopartículas de plata sobre bacterias Gram-positivas (S. aureus ATCC 6538 y Enterococcus faecalis ATCC 51299) y Gram-negativas (Escherichia coli ATCC 11229 y Pseudomonas aeruginosa ATCC 15442). Estos autores encontraron que la CMI y CMB de las nanopartículas, respectivamente, fueron 6,25 y 25 µg/mL, tanto para E. coli como para P. aeruginosa. Para S. aureus y E. faecalis la CMI fue 50 µg/mL, y no observaron efecto bactericida para estas bacterias. Kora y Arunachalam (2011), en ensayo de actividad antibacteriana de nanopartículas de plata, informaron un valor menor de CMI para P. aeruginosa (2 µg/mL).

Las nanopartículas de plata tienen mayor efecto bactericida sobre las bacterias Gram-negativas que sobre las bacterias Gram-positivas, y las diferencias se deben a la estructura de sus respectivas paredes celulares. Las bacterias Gram-negativas tienen una capa de lipopolisacárido en el exterior, seguida por debajo de una capa delgada (≈ 7-8 nm) de peptidoglicano y aunque los lipopolisacáridos están compuestos de lípidos unidos covalentemente y polisacáridos, carecen de resistencia y rigidez; las cargas negativas en los lipopolisacáridos son atraídas hacia débiles cargas positivas disponibles en las nanopartículas de plata. Por otra parte, la pared celular en las bacterias Gram-positivas está compuesta principalmente de una capa gruesa (≈ 20-80 nm) de peptidoglicano, que consiste en cadenas de polisacáridos lineales entrecruzados por péptidos cortos para formar una estructura tridimensional rígida; la rigidez y el entrecruzamiento extendido, no solo dotan a las paredes celulares con menos sitios de anclaje para las nanopartículas de plata, sino que también dificultan la penetración (Shrivastava et al., 2007).

La plata puede ser incorporada en polímeros basados en quitosano, celulosa, agar-agar (Rhim et al., 2006) y almidón (Božanić et al., 2011; Ji et al., 2016), entre otros.

Resultados obtenidos por del Nobile et al. (2004) sugirieron que la propuesta de una película activa nanocompuesta que contenía plata, podría ser usada exitosamente para inhibir o reducir el crecimiento de Alicyclobacillus acidoterrestris (microorganismo termorresistente responsable del deterioro de bebidas ácidas).

Películas de almidón con incorporación de nanopartículas de plata han mostrado fuerte actividad antimicrobiana contra los patógenos E. coli, S. aureus y Candida albicans (Božanić et al., 2011; Ji et al., 2016). Cano et al. (2016b) desarrollaron películas basadas en almidón/alcohol polivinílico con nanopartículas de plata y caracterizaron sus propiedades antimicrobianas contra las bacterias L. innocua, E. coli y los hongos A. niger y P. expansum. Las películas exhibieron actividad antimicrobiana contra los microorganismos probados y la actividad fue limitada por el comportamiento de liberación de la plata; dependiente de la concentración de nanopartículas.

La actividad antimicrobiana es fuertemente dependiente del tipo de partícula de plata. Shankar et al. (2016) en la preparación de películas basadas en alginato y reforzadas con 5 diferentes tipos de partículas de plata (nanopartículas de plata reducidas con citrato, zeolita con plata, nitrato de plata, nanopartículas de plata ablacionadas con láser y plata metálica), evaluaron la actividad antibacteriana en términos de la CMI y la CMB de las especies E. coli y L. monocytogenes; y los efectos en las propiedades antimicrobianas de las películas compuestas mediante el método de conteo total de colonias. En las películas, las nanopartículas de plata reducidas con citrato, zeolita con plata y nitrato de plata exhibieron potente actividad antibacteriana contra las 2 bacterias patógenas y fue mayor contra la bacteria Gram-negativa (E. coli) que contra la bacteria Gram-positiva (L. monocytogenes), mientras que, las nanopartículas de plata ablacionadas con láser y la plata metálica no mostraron actividad antibacteriana distintiva contra ambos microorganismos. La baja actividad antibacteriana en las películas reforzadas con nanopartículas de plata ablacionadas con láser y con plata metálica fue, a criterio de los autores, presumiblemente porque las nanopartículas de plata ablacionadas con láser fueron cubiertas con la solución de polivinilpirrolidona (usada como agente estabilizante para las partículas de plata ablacionadas) para interactuar con el alginato, lo que impidió la oxidación de las nanopartículas a la forma de iones plata, y a que la plata metálica no fue oxidada para liberar iones plata.

Belluco et al. (2016a) evaluaron la cinética de crecimiento in vitro de 21 diferentes cepas de L. monocytogenes (aisladas de diferentes matrices alimentarias) en presencia de nanopartículas de plata y plata en forma iónica (nitrato de plata); previamente, los autores realizaron pruebas de susceptibilidad con 15 antibióticos en las que no observaron diferencias entre las cepas (Belluco et al., 2016b). Los resultados mostraron que ambas formas químicas de plata ejercían actividad antimicrobiana y, por lo tanto, debían considerarse adecuadas para su uso como biocida contra L. monocytogenes. Sin embargo, el efecto inhibidor fue diferente, la inhibición de L. monocytogenes con nanopartículas de plata fue más lenta en comparación con el AgNO3, y el retardo pudo haber sido causado por la liberación gradual de iones de plata de las nanopartículas de plata, y no por la susceptibilidad de las cepas. En otro trabajo (Losasso et al., 2014), sobre la efectividad de nanopartículas de plata como antimicrobianos frente a serovariedades de Salmonella (Enteriditis, Hadar, Senftenberg) también fue observada mayor actividad del AgNO3 en comparación con las nanopartículas de plata, lo que sugirió que los iones son más efectivos para ejercer actividad antibacteriana. Cabe destacar, que a diferencia de los resultados de Belluco et al. (2016a), el tratamiento con nanopartículas de plata redujo los recuentos de Salmonella pero fueron dependientes del serotipo, ya que se observaron grandes diferencias en términos de dosis efectiva y tiempo de acción para las 3 serovariedades investigadas (diferentes mecanismos de resistencia de las cepas); y por otro lado, la eficacia de las nanopartículas contra todas las cepas de Salmonella fue solo durante un corto período de tiempo, lo que sugirió la capacidad del patógeno para sobrevivir en presencia de nanopartículas de plata; aspecto a tomar en cuenta en la aplicación propuesta. En el trabajo de Losasso et al. (2014) se utilizó un solo tipo de nanopartícula de plata, pero la actividad biológica de las nanopartículas no solo depende del tipo de partícula, como fue demostrado por Shankar et al. (2016), sino además del tamaño y la forma.

Morones et al. (2005) estudiaron el efecto de nanopartículas de plata en el intervalo de 1 a 100 nm en bacterias Gram-negativas y sus resultados indicaron que las propiedades bactericidas de las nanopartículas dependen del tamaño. Las únicas nanopartículas que presentaron interacción directa con las bacterias preferentemente tuvieron un diámetro de ≈ 1 a 10 nm, y entre las causas del efecto bactericida identificaron que en el intervalo 1-10 nm, las nanopartículas atacan la superficie de la membrana celular perturbando las funciones de permeabilidad y respiración, penetran dentro de la bacteria causando más daño, además de la liberación de iones plata como contribución adicional al efecto bactericida. En tal sentido, la actividad antibacteriana puede ser modificada con el tamaño de las nanopartículas de plata, y disminuye con el incremento del tamaño de partícula (Martínez-Castañon et al., 2008). Con relación a la forma, Pal et al. (2007) investigaron las propiedades antibacterianas de diferentes formas de nanopartículas de plata contra la bacteria Gram-negativa E. coli y encontraron que, nanoplacas de plata de forma triangular truncada con un plano {111} de celosía como plano basal, mostraron mayor acción biocida en comparación con nanopartículas esféricas y en forma de barra.

La actividad biocida potencial del cobre es baja comparada con la plata. Ha sido mostrado que 10 mg Cu+2/kg en agua fueron necesarios para matar 106 células de Saccharomyces cerevisiae. El cobre se oxida fácilmente debido al pequeño potencial redox de Cu0/Cu+2, y es posible observar la actividad antimicrobiana de nanopartículas de cobre también en contacto con matrices alimentarias (Trbojevich y Fernández, 2016).

Ciertos materiales, como el dióxido de titanio (TiO2), son bloqueadores del etileno y presentan utilidad para desacelerar la evolución climatérica en frutos (Trbojevich y Fernández, 2016). Nanopartículas de TiO2 en combinación con nanopartículas de plata se utilizan en la fabricación de contenedores comerciales para envasado de alimentos y se etiquetan como contenedores con “efecto antibacteriano” (Metak, 2015).

La actividad antibacteriana de nanopartículas de TiO2 contra E. coli y S. aureus ha sido informada por Saraschandra et al. (2013). Cabe destacar, una aplicación del TiO2 nanonizado en el procesamiento de alimentos, que fue ensayada contra L. monocytogenes, y que consiste en reducir los riesgos asociados mediante la colocación de delgadas películas nanoestructuradas de TiO2 sobre superficies de acero inoxidable y vidrio (Chorianopoulos et al., 2011).

La actividad antimicrobiana de nanopartículas de ZnO se atribuye a varios factores, tales como, ruptura de la pared celular, pérdida del contenido citoplasmático y estrés oxidativo (Trbojevich y Fernández, 2016), y la capacidad antimicrobiana ha sido atribuida a la presencia de iones Zn+2 (Kasemets et al., 2009). No obstante, los iones Zn+2 tienen implicaciones metabólicas diferentes, y esto podría ser responsable de diferencias observadas en el umbral en que se produce el efecto antimicrobiano de las nanopartículas de ZnO. El efecto inhibitorio ha sido observado en E. coli y S. aureus (Li et al., 2009). La adición de las nanopartículas de cinc en películas de polietileno de baja densidad ha mostrado reducción en la tasa de crecimiento de Lactobacillus plantarum (Emamifar et al., 2011).

Numerosas películas de envases y bolsas se basan en la capacidad de ciertos minerales que eliminan el etileno, tales como las zeolitas, arcillas o nanoarcillas, en mezcla con el polímero (normalmente de polietileno) finamente dispersos en polvo, aumentando la vida útil. La adición de zeolitas a los materiales poliméricos en forma dispersa, además de proporcionar absorción de etileno, también sirve para controlar la concentración de CO2 en el empaque (Camacho-Elizondo et al., 2011). Las zeolitas presentan propiedades de absorción selectiva (Munizza et al., 2007), son químicamente estables y pueden ser modificadas con iones metálicos o con nanopartículas metálicas (Coloma et al., 2014). En su estructura cristalina, el mineral zeolita contiene iones de sodio (Na+) que pueden ser sustituidos por otros iones metálicos, por ejemplo, el ión plata (Ag+), para formar Ag-zeolita y ser utilizado en películas antimicrobianas basadas en la adhesión de partículas Ag-zeolita en superficies laminadas en contacto con alimentos (Brody et al., 2001). Belibi et al. (2013) y Nsom et al. (2015) han experimentado la preparación de películas compuestas de almidón de yuca (Manihot esculenta) reforzadas con nanocristales de zeolita Beta y con beidellita-Na, y en el caso de Nsom et al. (2015), además, la posible sustitución del almidón de yuca por almidón de malanga (Colocasia esculenta); y por otro lado, películas de almidón/zeolita han sido usadas como recubrimiento en frutos de guayaba (Psidium guajava) por Bessa et al. (2015).

Pruebas bacteriostáticas realizadas con nanocompuestos basados en zeolitas (tamaño micrométrico) y nanozeolitas (tamaño nanométrico) activadas con cobre metálico, y dispersas en el biopolímero poli(ácido láctico), han mostrado similares propiedades antibacterianas en la reducción del crecimiento de E. coli y S. aureus. La presencia de cobre promueve el efecto antibacteriano (Bendahou et al., 2015).

Bruna et al. (2014b) evaluaron la actividad antimicrobiana de películas compuestas de poli(ácido láctico)/polietilenglicol, utilizando como agente activo montmorillonita (cloisita Na+) modificada con cobre en estado iónico y metálico (Cu+2 y Cu0) en concentraciones de 1, 3, 5 % (Cu+2 y Cu0) y 10 % (Cu+2), contra E. coli (ATCC25922) y L. innocua (ATCC33090) sobre placas con medio Luria-Bertani. Ambas arcillas modificadas inhibieron el crecimiento microbiano en todas las concentraciones y la mayor reducción obtenida fue de 3,54 ciclos logarítmicos para E. coli y 4,03 para L. innocua al adicionar 10 % (Cu+2) de nanocompuesto.

Las películas nanocompuestas con poli (ε-caprolactona) y montmorrillonita intercambiada con plata, esta última en contenidos de 2, 3 y 5 % en peso, han mostrado gran eficacia antibacteriana contra S. aureus, E. coli, Salmonella enteric y P. aeruginosa (Benhacine et al., 2016). Gutiérrez y Alvarez (2016) elaboraron películas compuestas basadas en almidón, y también en harina, del rizoma de Canna edulis Ker (una fuente no convencional de almidón) en mezcla con poli (ε-caprolactona) y encontraron que la harina tuvo menor compatibilidad con la poli (ε-caprolactona) comparada con la mezcla almidón/poli (ε-caprolactona).

El acetato de celulosa presenta limitadas propiedades mecánicas, térmicas, de barrera, y para resolver en parte las mismas y con miras a producir películas activas, Pola et al. (2016) emplearon montmorillonita (cloisita 30B) y diferentes concentraciones (20, 40 y 60 %) de aceite esencial de orégano (Origanum vulgare) para controlar el crecimiento de hongos fitopatógenos (Alternaria alternata, Geotrichum candidum y Rhizopus stolonifer) evaluando mediante pruebas de difusión en disco (en fase sólida) y de difusión “en fase vapor” (en fase gaseosa). En fase sólida, el hongo más susceptible fue A. alternata, seguido de G. candidum y R. stolonifer, para este último la concentración de 20 % de aceite esencial de orégano no fue efectiva. En fase gaseosa, todos los microorganismos fueron inhibidos independientemente de la concentración de aceite esencial de orégano. Cloisita 30B no influenció la actividad antimicrobiana en ninguna de las 2 pruebas de difusión.

Yang et al. (2016a) observaron que películas activas elaboradas con poli(ácido láctico) y adición de nanocristales de celulosa y nanopartículas de lignina (como nanorrellenos) no inhibieron el crecimiento de Xanthomonas axonopodis pv. vesicatoria and Xanthomonas arboricola pv. pruni al inicio de los ensayos pero si a lo largo del tiempo; y en otros ensayos antimicrobianos realizados a películas elaboradas con alcohol polivinílico/quitosano y adición de nanopartículas de lignina, estos revelaron capacidad para inhibir el crecimiento bacteriano de Erwinia carotovora subsp. carotovora y X. arboricola pv. pruni a través del tiempo (Yang et al., 2016b). Existen diferencias en la acción de diversos compuestos contra diversas bacterias que afectan la resistencia o susceptibilidad de las bacterias en razón del perfil químico, como también, diferencias por causa de la morfología bacteriana la cual desempeña un rol importante; el efecto de un compuesto puede tardar cierto tiempo para que el daño a las células se convierta en bactericida (Moreira et al., 2016).

La eficacia antimicrobiana de películas producidas con almidón de yuca reforzadas con nanocristales de celulosa (extraída de hojas de una palmera) y activadas con extractos alcohólicos de propóleo rojo, fue evaluada por Costa et al. (2014) monitoreando el uso de las películas en queso “cuajada” contra Staphylococcus coagulasa positivo. Los resultados reflejaron, por una parte, que los nanocristales de celulosa redujeron la actividad de agua y la permeabilidad al vapor de agua, lo cual es importante en el control del crecimiento microbiano, y por otra parte, el número de unidades formadoras de colonias indicó que el extracto alcohólico de propóleo rojo en las películas tuvo actividad inhibitoria en contra del microorganismo evaluado. El propóleo es una sustancia resinosa recolectada por las abejas de varias partes de las plantas, rico en flavonoides, ácidos fenólicos y de alta actividad biológica que incluye la antimicrobiana (Thomas et al., 2016).

Sobre la utilización de ciertas nanopartículas en el envasado, hay aspectos concernientes a su toxicidad (riesgo para la salud) y ecotoxicidad (problemas de medioambiente); al respecto, Oropeza-González et al. (2016) recopilaron información inherente a los plásticos. Pruebas microbiológicas (conteo total microbiano, Pseudomonas spp. y Enterobacteriaceae) realizadas durante el envasado de albóndigas de pollo en recipientes comerciales, bolsas plásticas que contenían nanopartículas y que no las contenían, no mostraron diferencias relevantes; este resultado destacó la importancia de evitar el uso injustificado de nanopartículas y su posible impacto negativo en el medioambiente (Gallochio et al., 2016) y la salud humana. Las nanopartículas por sí mismas pueden ejercer actividades biológicas tales como la modulación del estrés oxidativo (Zhou et al., 2011) y la regulación de los procesos angiogénicos (Jo et al., 2012). Una adecuada evaluación de la toxicidad de las nanopartículas es necesaria. La evaluación meticulosa y titulación de la dosis para la aplicación segura debe preceder la investigación sobre la eficacia de las nanopartículas, al igual que en el caso de los productos químicos; y al mismo tiempo, los investigadores deben evitar la sobreestimación de la toxicidad de las nanopartículas con concentraciones excesivamente altas (Jo et al., 2016).

La plata administrada oralmente se absorbe entre un 0,4 y 18 % especialmente en el intestino y estómago. Se excreta vía biliar y urinaria. Se ha encontrado toxicidad en animales que dependiendo de la dosis provocan muerte, pérdida de peso, hipoactividad, alteración de los niveles de neurotransmisores, alteración de enzimas hepáticas, valores en sangre alterados, aumento del tamaño del corazón y efectos inmunológicos. El nivel de uso de la plata en humanos se ha encontrado entre 0,007 a 0,5 ug/kg de peso corporal por día y se considera que la ingesta diaria tolerable puede ser de 2,5 µg/kg de peso corporal por día (Hadrup y Lam, 2014). Específicamente, al ser las nanopartículas de plata tan pequeñas en pequeñas concentraciones son más efectivas que la solución coloidal a concentraciones más altas y puede absorberse en los ambientes celulares. Las nanopartículas de plata mostraron efectos tóxicos intensos en la proliferación y expresión de citoquinas por las células periféricas mononucleares de la sangre, a niveles de 15 mg/kg. La exposición prolongada a la plata causa enfermedades como argiria (coloración azul grisácea de la piel) y argiriosis (pigmentación en los tejidos oculares), hipertensión, diabetes, reflujo gastrointestinal, hipertrofia prostática benigna y podría acumularse en la retina. Se considera que podrían haber otras lesiones que generen nuevas enfermedades asociadas con nanopartículas y específicamente nanopartículas de plata (Panyala et al., 2008).

2.- Películas con actividad antioxidante

La demanda de envases activos antioxidantes de origen natural se ha incrementado debido a las ventajas en comparación a la adición directa de antioxidantes a los alimentos, y a esto se suma el interés en el envasado activo biodegradable/compostable y las películas comestibles para reducir el impacto medioambiental, minimizar las pérdidas de alimentos, de contaminantes de la producción industrial y reutilización de subproductos (Sanches-Silva et al., 2014). Asimismo, el envasado activo puede ser usado para mejorar la calidad y estabilidad de alimentos reduciendo la adición de químicos y la necesidad de cambios en la formulación (Gómez-Estaca et al., 2014a).

Compuestos puros como el ácido ascórbico y el α-tocoferol se han utilizado con frecuencia (Eça et al., 2014a). Entre la diversidad de materiales de fuentes vegetales con actividad antioxidante que han sido empleados para la elaboración de películas bioactivas cabe mencionar: extracto de té verde (Camellia sinensis), fuente de flavonoides con estatus de aditivo alimentario (López de Dicastillo et al., 2011; Wu et al., 2013) que incluso ha sido acoplado a válvulas desgasificadoras utilizadas en el envasado de alimentos (Carrizo et al., 2014); extracto de cebolla roja (Allium cepa), que ha sido incorporado en acetato de celulosa, y utilizando como plastificante citrato de trietilo, para desarrollar un material activo (biocompuesto) destinado al envasado (López de Dicastillo et al., 2015); epicarpios de mango (var. Ataulfo) con y sin pulpa, que contienen compuestos fenólicos y en mayor cuantía en sin pulpa (Arguelles-Piña et al., 2014a; Arguelles-Piña et al., 2014b); extractos de rizomas de cúrcuma (Curcuma longa) que presenta flavonoides y antocianinas que contribuyen a la actividad antioxidante (Eleazu et al., 2015), como aditivo en películas basadas en gelatina (Correa et al., 2014), también en gelatina, las especies decapetala y spinosa del género Caesalpinia (Gallego et al., 2016); extractos de frutos de semeruco (acerola), merey, lechosa (papaya) fresa y pequi (Caryocar brasiliense) en películas basadas en pectina, donde las adicionadas con semeruco y merey mostraron mayor actividad antioxidante (Eça et al., 2014b); clavo (E. caryophyllata), salvia (Salvia officinalis) y orégano (Origanum vulgare) en películas con hidroxipropilmetilcelulosa (Ghadermazi et al. 2016), también con orégano, el romero (Rosmarinus officinalis) en recubrimientos comestibles basados en alginato de sodio (Vital et al., 2016), cabe destacar que el aceite esencial de orégano ha mostrado mejores características como antioxidante que el aceite esencial de comino negro (Nigella sativa) en películas comestibles basadas en almidón (Šuput et al., 2016); desechos lignocelulósicos (mazorca de maíz, madera de eucalipto, hollejo o bagazo de uva, cáscara de almendra) en películas de alginato de sodio (Moreira et al., 2016). La compleja estructura polifenólica y numerosos grupos funcionales de la lignina le confieren propiedades antioxidantes, lo que ha permitido su uso en mezclas con diferentes biopolímeros como almidón y gelatina para la elaboración de películas (Aadil et al., 2016). Otras fuentes vegetales (aceites esenciales y/o extractos) incorporadas en la composición de películas, compediadas por Eça et al. (2014a) y/o Atarés y Chiralt (2016), son: ajedrea (Satureja hortensis), albahaca (Ocimum basilicum), bergamota (Citrus bergamia), canela (Cinnamomum zeylanicum), cedro (Thuja occidentalis), cilantro (Coriandrum sativum), citronela (Pelargonium citrosum), estragón (Artemisia dracunculus), hinojo (Foeniculum vulgare), jengibre (Zingiber officinale), jengibre amargo (Zingiber montanum), lavanda (Lavandula officinalis), tomillo (Thymus vulgaris) y zataria (Zataria multiflora), entre otros.

Micropartículas sólidas lipídicas que contenían ácido ascórbico (una mezcla de ácido láurico y oleico como material portador para encapsular ácido ascórbico) fueron utilizadas por Sartori y Menegalli (2016) como aditivos incorporados en películas basadas en almidón de plátano (Musa paradisiaca) inmaduro var. Terra. La microencapsulación protegió la actividad antioxidante del ácido ascórbico durante la elaboración de las películas, actividad que fue retenida hasta en un 84 % después del proceso de secado por spray a que fueron sometidas.

Una película activa basada en almidón de yuca con incorporación de extracto de té verde y colorante comercial extraído del aceite de palma (Elaeis guineensis) que contenía α-caroteno (35 %) y β-caroteno (65 %) fue lograda por Perazzo et al. (2014), y proporcionó protección oxidativa (disminución del índice de peróxido) a mantequilla. La adición del colorante y el extracto de té verde como fuente de compuestos bioactivos además de mejorar las propiedades antioxidantes, mejoró las propiedades mecánicas y de barrera al vapor de agua de las películas, probablemente por interacción de los grupos funcionales de los compuestos y la reorganización molecular cohesiva, sin embargo, los autores sugirieron el uso de bajas concentraciones de colorante y té, porque altos contenidos pueden actuar como agentes prooxidantes.

El suero de mantequilla, entre otros productos derivados de la fabricación de la mantequilla, presenta actividad antioxidante (Ripollés et al., 2016). En películas basadas en almidón de maíz, Moreno et al. (2014) evaluaron la influencia de la incorporación de suero de mantequilla en diferentes proporciones, con y sin tratamiento térmico, y observaron que al incrementar la proporción de suero se presentó inmiscibilidad entre los componentes, sin embargo, el tratamiento térmico permitió mejor dispersión, y por ende, mayor cohesión, lo que mejoró las propiedades mecánicas y de barrera, además de contribuir a la liberación de componentes antioxidantes.

Arancibia et al. (2014c) obtuvieron quitosano y un concentrado proteico a partir de residuos del camarón L. vannamei y desarrollaron películas de quitosano y de quitosano-proteína. El quitosano presenta actividad antioxidante (Kim y Thomas, 2007), no obstante, la adición del concentrado proteico incrementó la capacidad antioxidante de la película, hecho que pudo estar relacionado a la presencia de carotenoides o proteína parcialmente hidrolizada en el concentrado proteico. En muestras de salmón fresco picado recubiertas con películas de quitosano y de metilcelulosa, ambas en combinación con aceite esencial de tomillo, las de quitosano han mostrado mayor carácter antioxidante (mejor protección frente al deterioro oxidativo) que las de metilcelulosa (van Beest et al., 2014). Manni et al. (2010) determinaron actividad antioxidante en el hidrolizado proteico obtenido durante el aislamiento enzimático de quitina a partir de material de desecho del camarón Metapenaeus monoceros. Con relación a L. vannamei, Gómez-Estaca et al. (2014b) aprovecharon las aguas de lavado obtenidas como subproducto de la elaboración de surimi de este camarón, recuperaron la materia seca (rica en grasa, proteína y con actividad antioxidante) y elaboraron películas basadas en agar.

El epicarpio del aguacate (Persea americana) contiene grandes cantidades de compuestos bioactivos con capacidad o actividad antioxidante (Wang et al., 2010; Daiuto et al., 2014). Una película compuesta de almidón de yuca, glicerol, PBAT, tocoferoles y extracto de epicarpio de aguacate, fue desarrollada por Fidelis et al. (2015). En el extracto de aguacate se identificaron y midieron los siguientes compuestos antioxidantes: ácido cítrico, hidrato de catequina, ácido málico, epicatequina y ácido tartárico. La adición de antioxidantes (tocoferoles + extracto de aguacate) redujo los valores de permeabilidad al vapor de agua, al compararse con la película sin antioxidantes (control); y en las películas con solo tocoferoles la reducción del valor de permeabilidad al vapor fue mayor. La hidrofilicidad del almidón de yuca es un importante obstáculo para su aplicación en el envasado y la adición de antioxidantes puede contribuir a mejorar esta característica.

El cultivar ‘Chiran Murasaki’, una batata (Ipomoea batatas) dulce púrpura que se cosecha en áreas tropicales, que además de poseer alto contenido de almidón en sus raíces, posee alto contenido de antocianinas con capacidad antioxidante, fue utilizado por Marsin y Muhamad (2016) para la elaboración de una película comestible usando glicerol como plastificante y κ-carragenina como agente gelificante. Estos autores optimizaron las condiciones de procesamiento para la producción de las películas.

El ácido elágico es un compuesto fenólico con propiedades anticarcinogénicas que puede interactuar con polisacáridos como agente entrecruzante reteniendo sus propiedades antioxidantes, que ha sido sugerido como agente en presencia de almidones oxidados, caracterizados por la presencia de grupos carboxilos, para obtener películas biodegradables adecuadas de uso en el envasado activo de alimentos o como recubrimiento (Kim et al., 2009; Tirado-Gallegos et al., 2016). Fuentes de ácido elágico son: las ramas de Jatropha dioica (sangre de drago) y de Euphorbia antisyphilitica (candelilla), las hojas de Turnera diffusa (damiana) y de Flourensia cernua (hojasén), como también, la cáscara de Punica granatum (granada) (Aguilera-Carbo et al., 2008).

Extracto etanólico de propóleo comercial fue empleado por de Araújo et al. (2015) como aditivo en películas elaboradas con almidón de yuca y la capacidad antioxidante de las películas fue proporcional a la concentración del extracto, que a su vez estuvo asociada con los compuestos fenólicos del extracto; adicionalmente, el propóleo fue extraído de las películas y continuó presentando actividad antioxidante. El propóleo, en su alta actividad biológica, incluye la antioxidante; Thomas et al. (2016) utilizaron un extracto etanólico de propóleo comercial incorporándolo en recubrimientos comestibles de almidón de yuca con el objetivo, en parte, de evaluar el mantenimiento e incremento de la actividad antioxidante en fresas (Fragaria ananassa), y la adición de propóleo en las concentraciones usadas (33 y 66 % respecto al almidón total) no fue suficiente para mantener o incrementar la capacidad antioxidante de las fresas durante 16 días de almacenamiento refrigerado a que fueron sometidas. Por otro lado, películas basadas en almidón de yuca reforzadas con nanocristales de celulosa y adición de extractos alcohólicos de propóleo rojo, redujeron la oxidación de mantequilla durante el almacenamiento (Costa et al., 2014). Cabe destacar que la composición química del propóleo depende de la parte de la planta, la diversidad de plantas y la distancia recorrida por las abejas para su recolección, entre otros factores; en un mismo apiario, el propóleo en una colmena puede ser diferente respecto al de otras colmenas y estas diferencias conllevan a propóleos con distinta actividad biológica, actividad que sería aún más diferente al comparar entre propóleos de distintos apiarios.

Yang et al. (2016a) probaron que utilizando nanopartículas de lignina como nanorrellenos en películas basadas en poli(ácido láctico), estas fueron altamente eficaces en actividad antioxidativa y en combinación con nanocristales de celulosa se generó un efecto sinérgico positivo en la respuesta antioxidativa de las películas; y en otro trabajo, Yang et al. (2016b) observaron actividad antioxidante con la adición de nanopartículas de lignina a películas basadas en alcohol polivinílico/quitosano, donde la respuesta antioxidativa se atribuyó a la sinergia entre la lignina y el quitosano.

CONCLUSIONES


Las investigaciones se orientan a sistemas de envasado antimicrobiano con compuestos antimicrobianos extraídos de plantas, principalmente aceites esenciales, además de nanopartículas, principalmente las nanopartículas de plata. La demanda de envases activos antioxidantes de origen natural se ha incrementado y se le suma el interés en el envasado activo biodegradable, en algunos casos películas comestibles, para reducir el impacto medioambiental. El envasado activo ha mejorado la calidad y estabilidad de alimentos con un enfoque en películas biodegradables elaboradas con polisacáridos y otros materiales.

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