Envases del futuro

Envases del futuro Films y recubrimientos comestibles basados en biopolímeros (2)

Una de las mayores innovaciones desarrolladas en los últimos tiempos en el área de envasado de alimentos es el denominado envasado activo.

El envasado activo es un sistema alimento/envase/entorno que actúa de forma coordinada para mantener o incluso mejorar la salubridad, las propiedades organolépticas y calidad del alimento envasado aumentado así su vida útil. El sistema juega un papel activo donde el envase deja de ser solo un contenedor del alimento o una barrera física entre el alimento y el exterior. Para ello, se incorpora un agente o elemento activo que jugará un papel fundamental durante la vida útil del alimento.

Los envases activos incluyen sistemas que absorben, eliminan o regulan sustancias como el oxígeno, etileno, agua, y otras sustancias que puedan generar olores extraños o sabores desagradables en los alimentos. Otros sistemas, pueden liberar sustancias activas como conservantes (antimicrobianos), antioxidantes, colorantes, aromas, etc. (Paseiro et al. 2010).

La aplicación de estas sustancias activas en el sistema de envasado incluye diversas alternativas tales como su incorporación en la formulación de un recubrimiento aplicado Con el objetivo de reducir el uso de aditivos químicos sintéticos en la industria alimentaria, el interés por el uso de aditivos alimentarios naturales se ha visto incrementado. Así, las tecnologías de envasado activo que incluyan compuestos de origen natural, y el desarrollo de sistemas de envasado biodegradable, que contribuyan a minimizar el impacto medioambiental de los plásticos derivados del petróleo, se presentan como una interacción del gran interés y expectativas en la industria alimentaria. Existe una gran cantidad de sustancias activas con propiedades antimicrosobre el alimento o en el propio envase, bien directamente en el propio material de envase, o bien mediante un recubrimiento o un film formando parte del sistema multicapa.

Los productos cárnicos, por su composición, resultan un excelente caldo de cultivo para el crecimiento de microorganismos tales como bacterias, levaduras y mohos que, en algunos casos, pueden ser patógenos (ej. Salmonella spp., Listeria monocytogenes, Escherichia coli…) y, sin duda, son motivo de gran preocupación, ya que conducen al deterioro de la calidad y comprometen la seguridad alimentaria.

Por otra parte, los procesos oxidativos provocan la degradación de las proteínas, pigmentos y lípidos de la carne, lo que limita de forma importante su vida útil. El envasado activo antioxidante/antimicrobiano puede contribuir a mantener y alargar la vida útil de los productos cárnicos, proporcionando una liberación controlada de los compuestos activos con la ventaja de que los conservantes están restringidos a la superficie del alimento, en comparación con el método tradicional de adición

directa al alimento (Umaraw et al., 2020). bianas y antioxidantes naturales que se pueden obtener de distintas fuentes, incluyendo plantas, animales, bacterias, algas y hongos:

◗ Los compuestos derivados de plantas de hierbas y especias se han utilizado desde la antigüedad para dar sabor a los alimentos, como medicina tradicional y como conservantes. Además de utilizarse en los alimentos para impartir sabor, aroma y color, las hierbas y especias también tienen propiedades antioxidantes, antimicrobianas, nutricionales y farmacéuticas (Lai y Roy, 2004).

Los principales compuestos responsables de la actividad antioxidante y/o antimicrobiana de las plantas son subproductos del metabolismo de las mismas, producidos como mecanismo de defensa, y se pueden agrupar en tres grupos principales: terpenos, compuestos fenólicos y alcaloides. Su actividad se ve afectada por la presencia de grupos funcionales existentes en el compuesto y por la estructura de la molécula (Baptista et al, 2020).

Los fitoquímicos bioactivos pueden encontrarse en diversas partes de las plantas, como porciones verdes (hojas y tallos), flores, corteza, pericarpio, semillas, frutos enteros o raíces Se extraen y se comercializan en forma de aceites esenciales o extractos (Olawore et al. 2005). Entre los conservantes de origen animal se incluyen: compuestos derivados de la leche como lactoferrina, o péptidos bioactivos derivados de caseína o de proteínas del suero; quitosano, un biopolímero catiónico presente en los exoesqueletos de crustáceos y artrópodos o lisozima, una enzima que está presente de forma natural en los huevos de aves y la leche de mamíferos (Gyawali et al. 2014).

◗ Algunos microorganismos, especialmente las bacterias del ácido láctico (LAB), producen una amplia gama de compuestos químicos con actividad antimicrobiana. Entre estos, se ha demostrado que los compuestos proteicos llamados bacteriocinas, como la nisina, inhiben el crecimiento y desarrollo de otras especies microbianas. De manera similar, la reuterina producida a partir del glicerol por algunas cepas de Lactobacillus reuteri es otro agente antimicrobiano de amplio espectro ampliamente utilizado.

◗ Varios estudios científicos han identificado la actividad antimicrobiana de diferentes tipos de algas contra bacterias patógenas como posibles agentes antimicrobianos que pueden ser útiles en la industria alimentaria. Los compuestos presentes en las algas incluyen terpenoides, taninos, ácido acrílico, compuestos fenólicos, esteroides, cetonas halogena-

das y alcanos, polisulfuros cíclicos y ácidos grasos (Baptista et al, 2020).

◗ Los hongos se consumen comúnmente como alimento, pero se ha demostrado que poseen propiedades antimicrobianas (Willis et al. 2009) que pueden atribuirse a la presencia de varios metabolitos secundarios bioactivos, compuestos volátiles, algunos fenoSe ha incrementado el interés por les, ácidos gálicos, ácidos grasos libres y sus derivados (Bala et al., 2012). el uso de aditivos alimentarios naturales La incorporación directa de antimicrobianos/antioxidantes a los alimentos, y más concretamente en productos cárnicos, está limitada debido a su migración incontrolada al interior de los alimentos, y a su parcial inactivación debido a interacciones con los componentes de estos.

El empleo de films y recubrimientos biopoliméricos comestibles activos es una de las tecnologías emergentes que pueden aplicarse en los productos cárnicos como matrices portadoras de distintos compuestos activos o funcionales (antimicrobianos, antioxidantes, colorantes o mejoradores de textura entre otros) que mejoren la calidad de los alimentos y su funcionalidad (Martin-Belloso et al., 2009).

Además, los recubrimientos pueden mejorar la calidad de los productos cárnicos frescos, procesados y congelados, mediante el retraso de la perdida de humedad, reduciendo la oxidación lipídica y la decoloración, y mejorando la apariencia del producto (Coma, 2008).

Su efectividad reside en la lenta migración de los agentes activos hacia la superficie del producto que recubren, ayudando al mantenimiento de altas concentraciones de compuesto activo donde son necesarias (Kristo et al., 2008). Es decir, presentan la capacidad de retener los agentes activos de interés en la red polimérica y controlar así su migración.

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Durante los últimos años, la investigación sobre estos films y recubrimientos activos como portadores de agentes antimicrobianos definidos como aquellas sustancias capaces de afectar al desarrollo de los microorganismos, bien impidiendo su proliferación (bacteriostáticos o fungistáticos) o bien causando su muerte (bactericidas o fungicidas) se ha incrementado notablemente (Rojas-Grau et al., 2009; Campos et al., 2010).

Las películas y recubrimientos comestibles antimicrobianos en productos cárnicos se presentan como una tecnología prometedora tanto para aumentar la seguridad alimentaria como para aumentar la vida útil comercial de los productos, ya que los agentes inhibidores del desarrollo microbiano además de ser seleccionados y dirigidos específicamente para actuar frente a los contaminantes del postprocesado, pueden ser retenidos en dosis efectivas en la superficie de los productos a lo largo del almacenamiento (Ustunol, 2009). MAQUINARIA PARA SACRIFICIO PORCINO, VACUNO Y OVINO. MAQUINARIA PARA SACRIFICIO ESCALDE VERTICAL – DEPILADORAS BOX ABATIMIENTO RITUAL SISTEMAS DINAMICOS DE OREO PESAJE Y CLASIFICACION CANALES PORCINO, VACUNO Y OVINO. ESCALDE VERTICAL – DEPILADORAS BOX ABATIMIENTO RITUAL SISTEMAS DINAMICOS DE OREO PESAJE Y CLASIFICACION CANALES MAQUINARIA PARA SACRIFICIO PORCINO, VACUNO Y OVINO. ESCALDE VERTICAL – DEPILADORAS BOX ABATIMIENTO RITUAL SISTEMAS DINAMICOS DE OREO PESAJE Y CLASIFICACION CANALES MAQUINARIA PARA SACRIFICIO PORCINO, VACUNO Y OVINO. ESCALDE VERTICAL – DEPILADORAS BOX ABATIMIENTO RITUAL SISTEMAS DINAMICOS DE OREO PESAJE Y CLASIFICACION CANALES

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De forma similar, el envasado activo antioxidante es una versión de envasado activo que contiene sustancias antioxidantes que puedan interactuar con el espacio de cabeza y la carne envasaSe han obtenido resultados da con el objetivo de li mitar o prevenir la oxida ción lipídica. prometedores con recubrimientos activos en carne de cerdo fresca envasada Desarrollos Como ejemplo, dentro de los desarrollos realizados por Tecnalia en carne fresca, la aplicación de rey refrigerada cubrimientos basados en polisacáridos como quitosano o alginato con compuestos naturales antimicrobianos (extractos y aceites esenciales procedentes de plantas) sobre pechugas de pollo resultó significativamente eficaz para prolongar la vida útil al inhibir el crecimiento microbiano, sin verse afectadas sus características organolépticas.

Debido a los resultados prometedores obtenidos a nivel de laboratorio con algunas de las formulaciones, se realizaron pruebas a nivel industrial donde la vida útil de la carne de pollo recubierta envasada y refrigerada, se incrementó en un 25 % con respecto a las muestras no tratadas. Varias investigaciones confirman el potencial del quitosano para la producción de films y recubrimientos en sistemas de envasado de carne y productos cárnicos, principalmente debido a la capacidad antimicrobiana y antifúngica inherente que el quitosano presenta contra microorganismos contaminantes y patógenos, y su baja permeabilidad al oxígeno (Domínguez et al. 2018).

Resultados prometedores también se han obtenido al aplicar recubrimientos activos, similares a los descritos anteriormente, para mejorar la conservación de carne de cerdo fresca envasada y refrigerada, al minimizar el cambio de color, retardar la oxidación de lípidos y proteínas, mantener la ternura de la carne e inhibir el crecimiento microbiano.

El aceite esencial de orégano se considera uno de los aceites esenciales antioxidantes más poderosos, ya que se ha documentado que prolonga la vida útil de la

 TECNALIA

El Área de Alimentación Saludable de Tecnalia cuenta con más de 15 años de experiencia en el campo del envasado activo con materiales biodegradables. Durante este tiempo, ha llevado a cabo el desarrollo de films y recubrimientos biodegradables y activos incorporando compuestos naturales para proporcionar propiedades antioxidantes y antimicrobianas en diversas aplicaciones, incluyendo la carne y productos cárnicos.

El estudio inicial de este tipo de desarrollos incluye la selección tanto del material biodegradable/comestible para la formulación del film/recubrimiento como la de los compuestos naturales activos apropiados para la conservación de un alimento.

Principalmente, se ha trabajado con extractos o aceites esenciales naturales y compuestos de origen bacteriano como las bacteriocinas. Mediante ensayos in vitro se realiza la identificación y selección de los compuestos con la capacidad antimicrobiana y antioxidante deseada. Para evaluar el efecto antimicrobiano se utilizan métodos de difusión en agar y dilución en agar y/o medio líquido.

El fundamento de los métodos de difusión es establecer, en forma cuantitativa, el efecto de los compuestos sobre las cepas microbianas de interés en cada caso (microorganismos alterantes o/y patógenos). El método de dilución en agar o en caldo como test de susceptibilidad microbiana es utilizado para determinar la concentración mínima bactericida y la concentración mínima inhibitoria. Para evaluar la actividad antioxidante, los dos métodos más utilizados son el método del radica libre DPPH*, que es el más rápido y simple, y el ensayo de decoloración ABTS*+, que se puede aplicar a antioxidantes hidrofílicos y lipofílicos. Estos ensayos in vitro permiten identificar y seleccionar los compuestos con las propiedades activas adecuadas para ser incorporados en las formulaciones biopoliméricas y llevar a cabo el desarrollo de recubrimientos o films comestibles.

La selección del biopolímero también requiere de un estudio específico para determinar el control de la cinética de liberación de los compuestos activos, para permitir su migración al alimento a la velocidad y extensión adecuadas. En este sentido, la adhesión de las capas poliméricas, el control de la cinética de liberación de los bioactivos y su protección frente a la degradación son aspectos cruciales para asegurar la efectividad del material.

carne fresca al controlar la oxidación de lípidos y proteínas e inhibiendo el crecimiento antimicrobiano. Las aplicaciones llevadas a cabo en TECNALIA avalan está capacidad; sin embargo, el estudio de sinergias entre varios extractos o aceites esenciales han demostrado la posibilidad de ampliar el espectro de aplicación de los compuestos naturales. En ocasiones, para minimizar el impacto directo de los compuestos bioactivos sobre los atributos sensoriales y proporcionar protección para estos compuestos frente a las posibles interacciones con las matrices alimentarias, se ha visto la necesidad de estudiar diversos sistemas de encapsulación basados en técnicas de gelificación iónica, precipitación, complejos de inclusión o desarrollo de emulsiones.

En productos cárnicos cocidos también se han evaluado diversos tratamientos para la mejora del sistema de envasado, entre ellos el desarrollo de films y recubrimientos activos. En este caso, films activos basados en polisacáridos se han incorporado en el sistema de envasado de productos como jamón cocido, mortadela y lomo de Sajonia.

Diversas combinaciones de extractos de comerciales procedentes de subproductos de procesos de transformación hortofrutícula mostraron resultados prome-

tedores en la mejora de la vida útil. En algunos de estos casos, con el fin de reducir la solubilidad en agua que presentan este tipo de materiales, se ha recurrido a técnicas de entrecruzamiento con CaCl2 o NaTPP (tripolifofato de sodio).

Además de la utilización de extractos derivados de plantas, en este tipo de productos también se ha evaluado la incorporación de bacteriocinas en films basados en alginato. Las bacteriocinas son péptidos activos que se obtuvieron por fermentación en los laboratorios de Tecnalia y fueron posteriormente incorporados en la formulación biopolimérica.

Aunque en los últimos años se han realizado numerosos estudios sobre el desarrollo de films y recubrimientos activos, es indispensable reconocer que estos sistemas deben ser evaluados para cada tipo concreto de alimento, con respecto a su estabilidad microbiológica/capacidad antioxidante, adhesión, cohesión, humectabilidad, solubilidad, transparencia, propiedades mecánicas, sensoriales y de permeabilidad tanto al vapor de agua como a los gases, ya que de todas estas propiedades se pueden predecir y optimizar su composición y comportamiento.

Aspectos regulatorios y de seguridad

Los recubrimientos comestibles, dado que son parte integral de la porción comestible de los productos alimenticios, deben seguir todas las reglamentaciones requeridas pertinenMuchos recubrimientos tes a los ingredientes ali- comestibles mentarios. están hechos con Para mantener la seguridad del producto y la calidad de consumo, toingredientes que pueden causar reacciones alérgicas dos los componentes formadores del recubrimiento, así como cualquier aditivo funcional incluido en el mismo, deben ser GRAS (generalmente reconocidos como seguros) y usarse dentro de las limitaciones especificadas por la FDA (Food and Drug Administration). Si el material polimérico comestible utilizado no es GRAS actualmente, pero el fabricante puede demos-

trar su seguridad, el fabricante puede presentar una Petición de afirmación GRAS a la FDA o proceder a comercializar el material sin la autorización de la FDA (autodeterminación). Cuando los recubrimientos comestibles contengan varios ingredientes funcionales / nutritivos, como antioxidantes, antimicrobianos, colorantes, etc., en las regulaciones de la Unión Europea se indica que el uso previsto de aditivos alimentarios debe estar etiquetado en el envase de acuerdo con la categoría funcional específica, con su nombre o Número E. (Galus et al. 2020).

Otro tema importante dentro de los estatutos regulatorios es que muchos recubrimientos comestibles están hechos con ingredientes que pueden causar reacciones alérgicas en algunos consumidores, tales como proteínas de leche (suero, caseína), trigo (gluten) o soja. Por lo tanto, un recubrimiento que contenga un alérgeno conocido también debe declararse claramente al consumidor, por pequeña que sea la cantidad utilizada, con la advertencia adecuada sobre el ingrediente alérgeno. En este contexto, los aceites esenciales que se utilizan habitualmente en recubrimientos comestibles como compuesto antimicrobiano, aunque estén clasificados y registrados por la Comisión Europea y Estados Unidos como GRAS pueden presentar efecto alérgico. Además, el consumo de dosis más elevadas de estos compuestos naturales puede inducir problemas de toxicidad oral.

Así, es necesario encontrar un equilibrio entre la eficacia del aceite esencial o la dosis de extracto vegetal y el riesgo de su toxicidad. Las normas relativas a la incorporación de antimicrobianos, antioxidantes, aceites esenciales, colorantes y otros aditivos son las mismas que se aplicarán a las formulaciones alimentarias (Krasniewska et al. 2012).

En el caso de films comestibles que incluyan o no compuestos activos en su interior, y que formen parte del sistema de envasado de alimentos, a nivel de la UE, los artículos están regulados por (Umaraw et al., 2020):

◗ Reglamento (UE) 10/2011 sobre materiales y objetos plásticos destinados a entrar en contacto con los alimentos, y sus posteriores modificaciones (Reglamento (UE)

2020/1245 que entró en vigor el pasado 22 de septiembre de 2020).

◗ Reglamento (CE) nº 1935/2004 que establece los requisitos generales para todos los materiales en contacto con los alimentos, y se considera la legislación marco para todos ellos.

◗ Reglamento (CE) nº 2023/2006 sobre buenas prácticas de fabricación de materiales y objetos destinados a entrar en contacto con alimentos.

◗ Directivas sobre sustancias individuales o grupos de sustancias utilizadas en la fabricación de materiales y artículos destinados al contacto con alimentos.

Por último, es obvio que, para lograr un éxito comercial, todos los materiales formadores de films y recubrimientos, así como los diferentes compuestos utilizados para aumentar la calidad y la vida útil de los productos alimenticios, deben satisfacer la aceptación sensorial de los consumidores. Por ello, se deben investigar las propiedades sensoriales, incluido el análisis sensorial de los productos originales para explorar si el consumidor puede distinguir entre estos y los productos recubiertos.

Bibliografía

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REGLAMENTO (CE) No 1935/2004 DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO, de 27 de octubre de 2004, sobre los materiales y objetos destinados a entrar en contacto con alimentos y por el que se derogan las Directivas 80/590/CEE y 89/109/CEE. REGLAMENTO (UE) No 10/2011 DE LA COMISIÓN de 14 de enero de 2011 sobre materiales y objetos plásticos destinados a entrar en contacto con alimentos.

REGLAMENTO (CE) No 2023/2006 DE LA COMISIÓN de 22 de diciembre de 2006 sobre buenas prácticas de fabricación de materiales y objetos destinados a entrar en contacto con alimentos

Fernández-de Castro, Laura; Diaz de Apodaca, Elena; Villarán, M. Carmen.

TECNALIA, Basque Research and Technology Alliance.