Nuevas tecnologías en envasado activo e
inteligente en el sector alimentario
Badajoz, 19 Febrero 2015
Ana Sanches Silva*
D. Costa; T. G. Albuquerque; M. C. Castilho; F. Ramos; A.V. Machado; H. Soares Costa
Novas Tecnologias em embalagens ativas
e inteligentes no setor alimentar
Badajoz, 19 Fevereiro 2015
• Disminución en el valor nutricional de los alimentos debido a la destrucción de los ácidos grasos esenciales, proteínas y vitaminas liposolubles
• Disminución del contenido energético
• Producción de malos sabores y olores
• Los cambios de color (degradación de pigmentos) que son importantes en la decisión de los consumidores
La oxidación limita la vida útil de los alimentos
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
La industria alimentaria está constantemente buscando nuevos
métodos para reducir los efectos de la oxidación
Envases activos
Vacío o MAP
Adición directa de AOs
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Antioxidantes sintéticos
Muy utilizados por la industria alimentaria, aunque asociados con
posibles efectos secundarios
e.j. BHT, BHA, TBHQ
Antioxidantes naturales
Preferibles a los sintéticos debido a considerarse como "seguros"
e.j. vitamina E, selenio, β-caroteno
- Reaccionan con los radicales libres, que tienen el potencial de dañar el ADN celular; - Se han asociado con la prevención de enfermedades, que van desde el cáncer a la enfermedad de Alzheimer; - Están presentes en frutas y verduras frescas (las que tienen colores distintivos y brillantes , son ricas en antioxidantes), así como granos enteros .
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Entorno
Gases (CO2, O2)
Olores extraños
Humedad
Envase
Alimento
Luz y radicaciones
Temperatura
Impactos físicos
Microorganismos
Factores externos: Posibles interacciones
del envase con el
alimento:
Permeabilidad
Sorción
Migración
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Envase Activo No migratorio - > basado en la oxidación del hierro, la
oxidación del ácido ascórbico, la oxidación del catecol o catálisis
enzimática
Envase Activo migratorio -> permite la migración controlada de agentes
no volátiles o una emisión de compuestos volátiles para la atmósfera
que rodea el alimento.
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Baja cantidad de compuestos
activos
Actividad en la superficie del alimento
Efecto extendido
Simplificación del
procesado industrial
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Reglamento (UE)
N° 2023/2006
Reglamento (UE) N° 450/2009
Reglamento (UE) N° 10/2011
Reglamento marco (UE) N° 1935/2004
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
- Tener una acción en el envase
- Ser liberado a los alimentos para evitar
su oxidación
Los antioxidantes naturales pueden ser utilizados en los
envases para:
Legislación
de los
envases
Legislación
alimentar
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α-tocoferol (Wessling et al.,1998)
Ácido cafeico (Arrua et al., 2010)
Quercetina (López-de-DiCastillo, Gómez-
Estaca et al., 2012)
Catequina (Pezo et al., 2008)
Carvacrol (Peltzer et al., 2009)
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Ácido
carnosico (Bolumar et al., 2011)
Canela Cinnamomum zeylanicum L.
(Bentayeb et al., 2009)
Orégano Origanum vulgare L.
(Camo et al., 2008)
Menta Mentha spicata L. (Kanatt et al., 2012)
Limoncillo o Hierba Limon
(Lemongrass) Cymbopogon citratus DC.L.
(Ahmad et al., 2012)
Cáscara de granada Punica granatum L.
(Kanatt et al., 2012)
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- Optimización de la extracción y caracterización de astaxantina y quitosano a
partir de residuos de camarón;
- Incorporación de estos compuestos en matrices poliméricas para obtener
envases activos;
- Estudios de liberación controlada para determinar la cantidad de compuestos
activos que deben ser incluidos en el envase.
Preparación de envases activos con actividad antioxidante y antimicrobiana
con subproductos de camarón
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Hay un interés en los estilos de vida saludables y en alimentos con
beneficios para la salud las especias y hierbas se utilizan para
sustituir los azúcares, sal y aditivos artificiales.
Las bases de datos de composición de alimentos (FCDB)
proporcionan información sobre los componentes de los alimentos,
sin embargo todavía hay falta de información sobre muchas plantas
aromáticas.
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Una de las plantas aromáticas con mayor actividad antioxidante (Ibañez et al., 2003; Dumbravă et al., 2012).
Extracto autorizado con aditivo alimentario
Directiva (UE) N 2010/69/EU Directiva (UE) N 2010/67/EU
Fuente:
http://www.newdirectionsaroma
tics.com/rosemary-botanical-
extract-p-1308.html
Fuente:
http://www.buz
zle.com/article
s/rosemary-oil-
extract.html
Fuente:
http://www.newdirectionsaromatics.com/rosemary-
botanical-extract-p-1308.html
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Los 3 compuestos fenólicos principales responsables de la
actividad antioxidante del romero
(Cuvelier et al., 1996; Wellwood et al., 2004; Erkan et al., 2008)
Ácido carnósico Carnosol Ácido rosmarínico
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Envase activo biodegradable con extracto
de romero (Rosmarinus officinalis L. ) para mejorar la vida útil
de los alimentos
Desarrollar y evaluar la efectividad de un envase alimentario biodegradable que incorpora extracto de romero con propiedades
antioxidantes
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Centro de Estudos de Ciência Animal (CECA), Universidade do Porto,
Porto;
Centro de Estudos Farmacêuticos, Campus das Ciências
da Saúde, Faculdade de Farmácia da Universidade de
Coimbra (FFUC), Coimbra, Portugal;
Unidade de Investigação e Desenvolvimento,
Departamento de Alimentação e Nutrição,
Instituto Nacional de Saúde Doutor Ricardo
Jorge, I.P., Lisboa;
PlastEuropa Embalagens, S.A.
IPC – Instituto de Polímeros e Compósitos/I3N, Departamento de
Engenharia de Polímeros, Universidade do Minho (UM), Guimarães,
Portugal;
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Rose4Pack Rose4Pack
Tarefa 2. Determinação da actividade antioxidante
Task 2. Determination
of the antioxidant activity of
rosemary extracts (RE)
Task 3. Optimization and
validation of a method to
determine antioxidants
compounds of extracts (RE)
Incorporation of the active agents in the packaging materials
Evaluation of the effectiveness of the new
packaging material
Dissemination of results
Characterization of rosemary extracts
Tarefa 2. Determinação da actividade antioxidante
Task 4. Optimization of
the process conditions
Task 5.
Elaboration of the prototype and
evluation of the mechanical
properties of the new packaging material
Tarefa 2. Determinação da actividade antioxidante
Task 6. Study of the
migration of the natural antioxidants
from the new packaging to the
foodstuffs
Task 7. Evaluation of
the oxidation status of foodstuffs
packed with the active packaging
Coordination and steering committee
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Fuente:
http://www.gardeningknowhow.com/edible/herbs/m
arjoram/tips-for-growing-marjoram.htm
Fuente:
http://www.cestadetemperos.com.br/produto/m
anjerona_flocos_100g.html
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Origanum majorana L.
Mejorana (Español)
Manjerona (Português)
Marjoram (English)
Fuente:
http://www.dicasdesaudeonline.com.br/manjericao/
Fuente:
http://www.cestadetemperos.com.br/produto/m
anjericao_desidratado_100g.html
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Ocimum basilicum L.
Albahaca (Español)
Manjericão (Português)
Basil (English)
Fuente:
http://www.loja.jardicentro.pt/product_info.php?produ
cts_id=2440
Fuente:
http://www.grupolechef.com.br/produtos_descri
cao.asp?p=2144
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Artemisia dracunculus L.
Estragón (Español)
Estragão (Português)
Tarragon (English)
Fuente: http://www.jardineiro.net/plantas/oregano-
origanum-vulgare.html
Fuente:
http://www.comprarespecias.com/el-oregano-
la-especia-de-la-felicidad/
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Origanum vulgare L.
Orégano (Español)
Oregão (Português)
Oregano (English)
Fuente:
http://gallery.earthmamaangelbaby.com/mentha-
piperita.html
Fuente:
https://www.heavenly-
products.com/cart/index.php?cPath=156_129_
466&osCsid=3cl7v3ukcpinm1rl776qrbe5b0
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Mentha piperita L.
Menta (Español)
Hortelã-pimenta (Português)
Peppermint (English)
Fuente: http://jardimlomar.wordpress.com/a-
horta/aromaticas/alecrim/
Rosmarinus officinallis L.
Romero (Español)
Alecrim (Português)
Rosemary (English)
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Chromatographic conditions (Sanches-Silva et al., 2013)
Equipment UPLC® ACQUITY™ with diode array detector
(DAD) (Waters, EUA)
Chromatographic column
ACQUITY UPLC® BEH C18 analytical column (2.1 x 50 mm, 1.7 µm particle size)
Mobile phases (A) ultrapure water
(B) acetonitrile/methanol/dichloromethane (75:20:5, v/v/v)
Elution Gradient grade
Column temperature
20 °C
Flow-rate 0.5 mL/min
Time
(min) A (%) B (%)
0 25 75
11 17 83
13 0 100
17 25 75
22 25 75
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Sample + MgCO3+ hexane/ethanol (4:3, v/v)
Without saponification
Stir (30 min, 5600 rpm)
Repeat extraction
Evaporation of organic phase (40 °C)
Filtration (0.22 μm PTFE filter)
UHPLC-DAD analysis
With saponification
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Hexane + methanolic KOH (10 %, w/v) , 4 h
Evaporation of organic phase
With saponification
Wash of the organic layer
Dissolution of the residue with organic mobile phase
UHPLC-DAD analysis
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Y – Samples with saponification; N – Samples without saponification
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
• Grindomix (1 min, 10000 rpm) Homogenization
• rosemary + solvent (methanol, hexane/ethanol, acetone, or ethanol);
• compact shaker: 10 min; centrifugation: 5 min, 2057 x g; repeat extraction
Extraction
• DPPH radical inhibition system
• β-carotene bleaching assay Antioxidant activity
evaluation
Total phenolic content
Total flavonoid content
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
DPPH radical inhibition system
Comparación de solventes
β-carotene-linoleic acid bleaching assay
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Total Flavonoid Content
Total Phenolic Content
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Comparación de solventes
Ensayo del radical DPPH
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
w/w Acetonic extract 1
Acetonic extract 2
Acetonic extract 3
Ethanolic extract
LDPE 1% - 1% 1%
PLA 1% - 1% 1%
PCL 0.55% 1% 1% 0.55%
LDPE- Low Density Polyethylene
PLA- Poly(lactic acid)
PCL- Polycaprolactone
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
w/w Acetonic extract 1
Acetonic extract 2
Acetonic extract 3
Ethanolic extract
LDPE/LDPE 1% - 1% 1%
PLA/PLA 1% - 1% 1%
PCL/PCL 0.55% 1% 1% 0.55%
LDPE- Low Density Polyethylene
PLA- Poly(lactic acid)
PCL- Polycaprolactone
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Carne y pescado, con
exclusión de carne
deshidratada y embutidos
secos
Máximo permitido: 150 mg/kg de grasa.
Fuente: http://www.philippinesmeat.com/wholesale-
chicken/
Fuente:
http://www.bbc.co.uk/food/techniques/how_to_cook_salmon
Fuente:
http://www.theoldcountrydeli.com/delicatessen.html
Selección de matrices alimentares
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Frutos secos procesados
Máximo permitido: 200 mg/kg de grasa
Fuente: http://br.freepik.com/fotos-
gratis/descascadas-amendoas-
torradas_672009.htm
Fuente: http://www.patagonicom.com/tras-el-veto-de-rusia-
chile-busca-posicionar-sus-frutos-secos/
Selección de matrices alimentares
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Panadería fina
Máximo permitido: 200 mg/kg de grasa
Fuente: http://www.germansweets.de/gs-en/products-and-
producers/product-information/fine-bakery.html
Fuente: Portugal:
http://www.siveele.com/solutions/bakery/cakes-
cookies-pies/
Fuente: http://www.siveele.com/solutions/bakery/pancakes-
waffles-muffins/
Selección de matrices alimentares
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Alimentos a base de cereales,
patatas o almidón
Máximo permitido (suma de carnosol e ácido
carnósico ): 50 mg/kg de grasa
Fuente: http://www.cerealbenefits.com/what-
about-sugar.html
Fuente:
http://clairekcreations.com/2011/06/microw
ave-potato-chips/
Fuente: http://www.gepazebem.org/rubem-
alves-fascinante.html/pipocas
Selección de matrices alimentares
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
• Antioxidantes Naturales (no relacionados con posibles efectos toxicológicos )
• Envases activos antioxidantes
• Envases biodegradables
Reduce la pérdida de alimentos
(Sostenibilidad)
Reduce el impacto de los envases en el
entorno
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
• This work was supported by the project PTDC/AGRTEC/3366/2012 with the acronym
Rose4Pack (Biodegradable active packaging with rosemary extract (Rosmarinus officinalis L.)
to improve food shelf-life) and funded by the Foundation for Science and Technology (FCT)
and COMPETE Program (FCOMP-01-0124-FEDER-028015).
• Denise Costa is grateful for the research grant under the project Rose4Pack.
• Tânia Gonçalves Albuquerque is grateful for research grant (BRJ/DAN-2012) funded by
National Institute of Health Dr. Ricardo Jorge, I.P.
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015
Packaging design by Naoto Fukasawa (Japan)
Ana Sanches Silva| Badajoz, 19 Febrero 2015