Nanotecnologia y sus aplicaciones en la industria de alimentos
Nanotechnology and its applications in the food industry
Jose del C. Jaimes M.1*, Isabel C. Rios D.1, Carlos A. Severiche S.1
1Universidad de Cartagena, Grupo de investigaciòn en Medio Ambiente, Alimentos y Salud MAAS, Campus de Zaragocilla, Cartagena de indias - Colombia
*Email: jjaimesmor@yahoo.es
Resumen: La nanotecnología se enfoca en la caracterización, fabricación y manipulación de estructuras biológicas y no biológicas más pequeñas que 100 nm. Para el sector alimentario esta ofrece interesantes posibilidades de aplicación, en aspectos relacionados con la producción, elaboración de materiales, investigación y desarrollo de productos, así como en el manejo de alimentos seguros. Es importante anotar, que el mundo nano, puede proveer respuestas a la solución de problemas o situaciones del mundo macro, por lo que esta revolución diminuta se está haciendo presente poco a poco en la cotidianidad humana, ayudando a sentar las bases para el continuo desarrollo, en este estudio bibliográfico se muestra lo vital de la nanotecnología y sus aplicaciones en la industria de alimentos. El artículo hace una revisión bibliográfica sobre el estado actual de la nanotecnología y sus posibilidades para la industria de alimentos, además de los riesgos para la salud y el ambiente del uso de esta tecnología.
Palabras clave: Alimentos seguros, aplicaciones empresariales, desarrollo sostenible, producción industrial.
Abstract: Nanotechnology focuses on the characterization, manufacture and handling of smaller than 100 nm biological and non-biological structures. For the food industry, this provides interesting possibilities for application in areas related to the production, processing of materials, research and product development, as well as safe food handling. It is important to note that the Nano world can provide answers to the solution of problems or situations of macro world, so this tiny revolution is doing this slowly in human daily life, helping to lay the foundation for continued development in this literature review the vital of nanotechnology and its applications in the food industry shown. In this paper, a review of the current state of nanotechnology and its potential for the food industry, as well as risks to health and the environment from the use of this technology is made.
Keywords: Safe food, enterprise applications, sustainable development, industrial production.
I. Introducción
Desde el siglo pasado, grandes físicos como Richard Feynman, auguraban una gran cantidad de nuevos descubrimientos si se pudiera fabricar materiales de dimensiones atómicas o moleculares, por lo que con el transcurrir de los años se hizo posible inicialmente, observar las estructuras a escala atómica y, después, manipular átomos individuales (Ipsen y Otte 2007); (Invernizzi y Cavichiolo 2009).
Estos procesos de fabricación son similares a los que ocurren en la naturaleza en donde se hace un amplio uso de mecanismos de auto-ensamblaje para crear estructuras a niveles muy pequeños, los cuales son optimizados disminuyendo la disposición del sistema a gastar grandes cantidades de energía, disminuyendo así las energías de activación requeridas (Munshi y otros 2007; Gaviria y otros 2013).
Quizás la más grande virtud de la nanotecnología es su versatilidad, lo que significa que puede estar a la disposición de cualquier ciencia o industria, por sus prometedoras aplicaciones que brindan la posibilidad de contar con resultados satisfactorios, además, por el trabajo que se realiza con ésta a nivel atómico y molecular, sus formas de
utilización serían prácticamente infinitas. Es así, que el empleo de la nanotecnología podría conducir a la solución de muchos de los problemas del mundo actual (Serna 2005); (Santander y otros., 2010); (Huang y Ruckenstein 2013).
Una tendencia tecnológica que se está abriendo camino en la época más reciente y es con una visión general de la nanotecnología y sus múltiples aplicaciones en disciplinas que van desde las ciencias básicas hasta las aplicadas, para luego hacer una revisión más puntual en las potencialidades de esta tecnología en el sector de los alimentos como principal área de interés, ya que este campo ofrece todas las posibilidades para ser explorado (Porta y otros 2005, Záyago y Foladori 2010).
La nanotecnología avanzada, a veces también llamada fabricación molecular, es un término dado al concepto de ingeniería de nanosistemas (máquinas a escala nanométrica) operando a escala molecular. Se basa en que los productos manufacturados se realizan a partir de átomos (Zambrano y otros 2014).
vida se han dado y considerando que la nanotecnología está siendo considerada como la próxima revolución industrial, ésta se constituye en herramienta de inmensa utilidad para un continuo avance en los diferentes procesos que en este sector se adelantan (Chun 2009, Galvis 2013).
Una de las aplicaciones de la nanotecnología en el campo de envases para alimentación es la aplicación de materiales aditivados con nanoarcillas, que mejoren las propiedades mecánicas, térmicas, barrera a los gases, entre otras; de los materiales de envasado. En el caso de mejora de la barrera a los gases, las nanoarcillas crean un recorrido tortuoso para la difusión de las moléculas gaseosas, lo cual permite conseguir una barrera similar con espesores inferiores, reduciendo así los costos asociados a los materiales (Britto y otros 2012).
Los procesos de incorporación de las nanopartículas se pueden realizar mediante extrusión o por recubrimiento, y los parámetros a controlar en el proceso de aditivación de los materiales son: la dispersión nanopartículas, la interacción de las nanopartículas con la matriz, las agregaciones que puedan tener lugar entre las nanopartículas y la cantidad de nanopartículas incorporada (Gruère 2012).
En este artículo se hace una revisión bibliográfica sobre el estado actual de la nanotecnología y sus
posibilidades para la industria de alimentos, incluyendo una mirada hacia las estructuras que no logramos percibir, las cuales están sujetas a una manipulación creativa para la transformación o creación de diversos elementos, se está haciendo referencia a la nanotecnología, además de los riesgos para la salud y el ambiente del uso de esta tecnología.
1. Nanotecnología
La palabra "nanotecnología" es usada extensivamente para definir las ciencias y técnicas que se aplican a un nivel de nanoescala, esto es, unas medidas extremadamente pequeñas "nanos", que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. En síntesis, llevar a la posibilidad de fabricar materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas (Ramos,2007, Valdez 2010).
materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas.
Takeuchi (2012), señala que la nanotecnología es el arte y ciencia de fabricación de materiales, aparatos y sistemas con muy pequeña, pero muy precisa arquitectura, que son invisibles a los microscopios ópticos; al igual Cantín y otros (2006), propone que la Nanociencia y nanotecnología son el entendimiento y manipulación de materiales en escalas atómica, molecular y macromolecular.
La nanotecnología se enfoca en la caracterización, fabricación y manipulación de estructuras biológicas y no biológicas más pequeñas que 100 nm. Las estructuras en esta escala han mostrado tener propiedades
funcionales novedosas.
Consiguientemente, el interés y actividades en esta área de investigación, se han incrementado enormemente en comparación con años anteriores (Künzel y Okuno 2011).
De acuerdo con Londoño (2012), Nanotecnología es el entendimiento y control de la materia en dimensiones de aproximadamente 1 a 100 nanómetros, donde aplicaciones nuevas de fenómenos únicos se hacen posibles. Abarcando ciencia a nanoescala, ingeniería y tecnología, la nanotecnología implica imaginación, medición, modelamiento y
manipulación de la materia en esta escala de longitud.
Con el incremento en la consolidación de oportunidades e intereses en este campo, el término “nano”, es más frecuentemente y a menudo libremente usado, el cual ha conducido a críticas entre la comunidad científica (Stodolak y otros 2009). Ya sea justificado o no, podría ser entendido que el campo entero de la nanociencia es esencialmente un derivado ecléctico de disciplinas establecidas, tales como química, tecnologías de microfabricación, entre otras. Sin embargo, usar el término “nano” conduce a los investigadores a lo más notable, al hecho que procesos (por ejemplo, nanomanufacturados) o materiales estructurales (por ejemplo, nanomateriales), sean diseñados y optimizados al usar propiedades específicas y comportamientos en longitudes de 10-7 a 10-9 m (Das y otros 2011).
Las metas de los científicos que investigan los nanomateriales, es controlar la morfología (nanoclusters, nanoondas, nanotubos), estructura, composición y las características de tamaño que definen las propiedades físicas de los materiales resultantes (Rebolloso 2008, Sánchez 2010, Fuentes 2010, Abdel-Fattah y otros 2011).
acerca de la manipulación creativa de la materia. Y más precisamente, las propiedades de los nanomateriales son magnificadas, emergiendo las características más inusuales e inesperadas (Zhang 2008).
Sin embargo, mientras la habilidad científica para realizar cambios artificiales en las características de la naturaleza, se ha incrementado con el paso del tiempo, y los científicos se han capacitado para producir nanoestructuras
extraordinariamente complejas, es de recordar, que las nanopartículas han estado presentes desde el inicio de la vida planetaria y aparece más recientemente en la destreza de la humanidad de producir arte, herramientas y maquinaria (Calero y otros 2011).
La inclusión de nanopartículas permitirá controlar desde la composición de suelos, pasando por la calidad y cantidad de agua, hasta la productividad de las cosechas controlando el uso y cantidad de pesticidas a utilizar, colocando pequeñas partículas directamente a la planta (Kalpana y otros 2011).
En cuanto al alimento, por medio de esta nueva tecnología pueden hacerse modificaciones en composición del alimento, control de maduración, estimación de vida útil, etc. En el área de industrialización es posible controlar el empacado y control de calidad de los productos,
produciendo cambios de color por temperatura o radiación, cambios al expirar el producto, entre otros. Así ya se han obtenido alimentos empacados que cambian de color cuando la comida que contienen se daña, alertando a los fabricantes durante el proceso de fabricación y, en última instancia, al consumidor final (Coles y Frewer 2013).
Las principales áreas de evolución del campo de los envases de alimentos, se dirigen al desarrollo y uso del envasado activo e inteligente entre los que destacan los indicadores tiempo- temperatura. En el envasado activo el objetivo es integrar mecanismos que controlen la calidad y seguridad del producto que contienen. Reguladores de humedad, absorbedores de oxígeno, envases antimicrobianos, etc. son algunos ejemplos (Duncan 2011).
para extender la vida útil de los alimentos, y ayudar a controlar las condiciones superficiales del mismo (Arnaldi 2014).
2. Nanotecnología de Alimentos
La nanotecnología ha sido recomendada como la próxima revolución en muchas industrias, incluyendo las de procesamiento y empaque de alimentos. Las aplicaciones de la nanotecnología en la industria de alimentos pueden incluir nanopartículas que se liberan en los sistemas (por ejemplo,
micelas, liposomas,
nanoemulsiones, y nanopartículas biopoliméricas), alimentos seguros y bioseguridad, así como nanotoxicidad (Kalpana y otros 2011).
Desde hace algunos años y debido quizás al reconocimiento a nivel general del papel de la alimentación en la consecución y el mantenimiento de la salud, comenzó una intensa búsqueda, en la mayoría de los casos con gran rigurosidad científica, sobre los alimentos y su efecto sobre la salud (Graveland y Kruif 2006).
Algunas tendencias en las que se conjuga no solo la búsqueda de alimentos saludables sino la posibilidad de alimentarse adecuadamente en el difícil mundo de hoy, muestran que en general el público busca alimentos menos
procesados con aspecto y calidad similares a los recién preparados (Chau y otros 2007).
Entre estos se incluyen: alimentos frescos o mínimamente procesados, platos preparados o precocinados (refrigerados,
congelados), productos
semipreparados o precocidos que sólo requieren calentamiento para su consumo y la comida rápida en la que se valora que sea rápida de consumir, fácil de llevar y que además sean productos saludables (Chau y otros 2007, Tyshenko 2014).
Se han desarrollado tecnologías enfocadas hacia el mantenimiento o la conservación de alimentos, cuyo objetivo es la búsqueda de tratamientos térmicos alternativos y en el desarrollo de tratamientos no térmicos de conservación, con el fin de conseguir productos más sanos, con mayor vida útil, y a la vez ofrecer al consumidor alimentos con mínimo procesamiento (Chau y otros 2007, Cushen y otros.2012).
el valor nutritivo (Cushen y otros 2012).
Otras tecnologías usadas en la conservación de alimentos son la irradiación, ideal para alimentos sólidos o incluso congelados, los pulsos de luz que como su nombre lo indica son destellos de luz de gran intensidad y corta duración que eliminan microbios y la bioconservación en la que la flora bacteriana normal de los alimentos es controlada para aumentar su vida útil. Puede también favorecer el crecimiento de un microorganismo natural, para limitar el crecimiento de otros (Kalpana y otros 2011).
Para el público en general, por conveniencia y para su comercialización, surge la clasificación de alimentos de una manera más o menos uniforme a nivel mundial, realzando sus características nutricionales especiales, aunque esto no necesariamente significa que han sido modificados de forma alguna, simplemente se realza una característica o un nutriente de manera particular, pero que el alimento posee de manera natural, sin modificaciones de ningún tipo. Comienza entonces a generarse cantidades de clasificaciones, en las que se resalta una o varias características “especiales “de ciertos alimentos (Galvis 2013).
En principio se incluye en estas clasificaciones a los alimentos dietéticos (bajos en grasas, sal o
carbohidratos), alimentos enriquecidos o fortificados con vitaminas y minerales (lo cual se considera una modificación), alimentos funcionales (proporcionan beneficios adicionales para la salud), así como alimentos para ciertas y determinadas edades (ancianos, niños), alimentos para un sector específico de la población (salud cardiovascular, osteoporosis, diabéticos), alimentos especiales para alérgicos y hasta alimentos para un sector de población (comidas étnicas china, japonesa, española, entre otras) (García 2007).
Aunque muchos científicos podrían sostener que la industria ha abarcado a su alrededor la nanotecnología, solamente investigaciones limitadas en nanotecnología han sido realizadas en alimentos y productos relacionados y el desarrollo global de nanoalimentos está indicado en su estado inicial (Ladino y Quiroga 2012). De hecho, la industria de alimentos está empezando a darse cuenta del completo potencial de la nanotecnología. A continuación se detallan aplicaciones de la nanotecnología en diferentes etapas de la industria alimenticia.
3.1 Procesamiento de alimentos
Da Silva 2008, describe en forma general las aplicaciones:
nanocápsulas, las cuales estallan en diferentes frecuencias de microondas.
• El Centro Nacional de Nanotecnología de Israel y el Centro Nacional de Nanotecnología de Estados Unidos, han explorado las aplicaciones de la nanotecnología en la purificación y tratamiento del agua, con enfoque en áreas tales como membranas y procesos con membranas, bioincrustaciones y desinfección, así como remoción de contaminantes.
• Desarrollo de formulaciones a nanoescala de diferentes plantas herbales tradicionales, por la reducción de las hierbas a polvos o emulsiones nanoescala.
• Micronización de esporas de ganoderma a polvos ultrafinos por técnica top-down, resultando en la ruptura de las paredes celulares y la liberación de los ingredientes potencialmente activos.
• Refinación de aceite de fritura por dispositivo catalítico (hecho de material nanocerámico), inhibe la polimerización térmica del aceite de fritura y reduce malos olores.
• Nanotubos duros de longitud micrométrica hechos de proteínas lácteas para autoensamblaje, tienen uso potencial como ingredientes novedosos para viscosidad, gelificación, nanoencapsulación y propósitos deseados.
3.2 Empaques y Recubrimientos
A pesar de las incertidumbres existentes, la industria alimentaria sigue con interés los beneficios
potenciales de las nanociencias, y las predicciones apuntan a que el uso de esta tecnología puede estar más o menos generalizado en un plazo de diez años. Uno de los campos que mayor interés ha despertado la nanotecnología es el del envasado de alimentos (Pelayo 2006). En este sentido se trabaja en el desarrollo de nanomateriales con características realzadas que aseguren una mayor protección de los alimentos contra efectos externos de tipo mecánico, térmico, químico o microbiológico (Shatkin, 2009). En el Reino Unido, esta técnica se está aplicando en el sector de las bebidas, con el desarrollo de un material con propiedades antibacterianas, acústicas y táctiles, más ligero que el cristal y con capacidad para fortalecer la frescura y el gusto de los productos (Dudo 2011).
3.3 Liberación Nutracéutica
poderoso, teniendo al menos tres veces más nanoproductos en el mercado en comparación con el Este de Asia y Europa (Foladori e Invernizzi 2006).
Los ingredientes funcionales (por ejemplo, drogas, vitaminas, antimicrobianos, antioxidantes, saborizantes, colorantes y preservantes) son componentes esenciales de un amplio rango de productos industriales, incluyendo medicamentos, productos para el cuidado de la salud, cosméticos, agroquímicos y alimentos (Hernández 2012). Estos ingredientes, vienen en una variedad de formas moleculares y físicas, tales como polaritos (polar, no polar y anfifílico), masas moleculares (altas o bajas) y estados físicos (sólido, líquido, gaseoso). Los ingredientes funcionales rara vez son utilizados directamente en su forma pura. En lugar de ello, son incorporados dentro de algunos sistemas de liberación o entrega (Villacís 2012). Algunas aplicaciones son el uso de esteroles y estanoles en margarinas para ayudar a disminuir el nivel de colesterol, la leche desnatada enriquecida con omega-3 y huevos con DHA, los probióticos, alimentos enriquecidos en fibra, con sustancias excitantes (cafeína, ginseng, etc.) o tranquilizantes extraídas de plantas alimentos enriquecidos en fibra, con sustancias excitantes (cafeína, ginseng, etc.) o tranquilizantes extraídas de plantas que favorecen
las funciones psicológicas y de conducta, que están relacionadas con el apetito y la sensación de saciedad, el rendimiento cognitivo, el humor o tono vital y el manejo del estrés. El desarrollo biotecnológico ha permitido obtener productos con cambios perdurables en el tiempo y de características especiales a partir de modificaciones genéticas como el Arroz con b-caroteno y un mayor contenido en hierro, soja rica en ácido oleico y pobre en ácidos grasos saturados y cambios en el valor nutricional de la patata, así como modificaciones en las técnicas de cultivos vegetales y cría de animales para generar mejoras en los productos finales como huevos enriquecidos con ácidos grasos omega-3, leche y carne de vaca enriquecidas con ácido linoleico (Cortés y otros 2005).
Valdés 2006). Y cuarto, el sistema de liberación tiene que ser compatible con los otros componentes en el sistema, así como con los atributos fisicoquímicos y de calidad (como apariencia, textura, sabor y vida útil) del producto final (Pérez y Coutín 2005). El uso de emulsiones múltiples puede crear sistemas de liberación con encapsulación, como
son las emulsiones
nanoestructuradas que podrían consistir de gotas de agua de tamaño nanometrico o micelas invertidas contenidas dentro de grandes gotas de aceite que están dispersas en una fase acuosa continua. Los componentes funcionales alimentarios podrían ser encapsulados en el interior de la fase acuosa, oleosa o por fuera la fase acuosa, de este modo se hace posible desarrollar un sistema de liberación simple que contiene múltiples componentes funcionales. Esta tecnología podría emplearse para separar dos componentes en la fase acuosa que tendrían una reacción adversa entre ellos en la misma fase. Así mismo, esto podría ser usado para proteger y liberar un componente en la fase acuosa atrapado en el interior de la gota de agua a un sitio especifico, tal como la boca, estomago o intestino delgado (Weiss y otros 2006, citado por Álvarez, 2011).
Las características del sistema de liberación son uno de los más importantes factores que influyen en la eficacia del ingrediente funcional
en muchos productos industriales (D’Angelo y otros 2006). Una amplia variedad de sistemas de liberación han sido desarrollados para encapsular estos elementos, incluyendo soluciones simples, asociaciones coloidales, emulsiones, o matrices biolpoliméricas (Martínez y otros 2012). Cada tipo de sistema tiene sus propias ventajas y desventajas específicas para la encapsulación, protección y liberación de los ingredientes funcionales, así como costo, condiciones regulatorias, facilidad de uso, biodegradabilidad y biocompatibilidad (DAngelo y otros 2006).
3.4 Seguridad y Percepción
Esta es un área de gran importancia para el mantenimiento de la calidad de los alimentos, tanto en sus atributos organolépticos como en su inocuidad (Rojas, 2010). La nanotecnología en estos aspectos, también presenta valiosas aplicaciones, dentro de las que cabe resaltar las siguientes:
• Desarrollo de un microbiodetector miniatura portátil, usando diferentes nanoestructuras en forma de filamento como nanoalambres, recubiertos de receptores biológicos que al encontrarse inmersos en un medio celular pueden variar su conductividad eléctrica al reconocer el agente de acuerdo al tipo de receptores en su superficie (Quintili 2012); anticuerpos patógenos específicos y anticuerpos fluorescentes, para la detección simultánea de toxinas, patógenos y químicos en los productos alimenticios (Chun 2009).
• Nanopartículas de plata se han incorporado en los diferentes productos para suprimir la proliferación de bacterias y otros microorganismos (Chun 2009).
• Incremento en la seguridad de manufactura, procesamiento y embarque de alimentos a través de sensores para patógenos y detección de contaminantes (Das y otros 2011). • Mecanismos para mantener records históricos ambientales de un producto particular y seguimiento de envíos particulares (Chun 2009). • Sistemas que proveen integración de lo sensorial, localizando y reportando a control remoto, productos alimenticios (sistemas inteligentes), los que pueden incrementar eficacia y seguridad en el procesamiento y transporte (Das y otros 2011).
Por ultimo las ventajas y desventajas de la nanotecnología en el campo de alimentos y de acuerdo con Londoño (2012), las potenciales
ventajas de las nanotecnologías incluyen:
• Oportunidades para producir artefactos que podrían seleccionar y reorganizar átomos y moléculas de la biosfera con el propósito de remediar las desbalanceadas relaciones ambientales.
• La posibilidad de la preparación tecnológica de productos con la técnica bottom – up, sin la producción de desperdicios y productos secundarios dañinos, como típicamente ocurre con la mayoría de los procesos actuales de manufactura corrientes.
• La habilidad de producir más materiales funcionalmente eficientes y aparatos con más altas relaciones fuerza – peso. Esto podría eventualmente eliminar la necesidad de infraestructura para sistemas masivos de generación de energía, estimular la introducción de fuentes renovables y más eficientes de energía y conducir a una reducción de las huellas ecológicas humanas.
Algunos efectos desventajosos también existen para la nanotecnología, según Barreto (2011), como:
desestabilizar el entorno y poner en riesgo la diversidad de la biosfera. • Podrían también extender la brecha existente entre ricos y pobres.
Los nanomateriales exhiben propiedades no encontradas en la escala macro y resultarían ser impredecibles en problemas y riesgos para la seguridad. Hay limitada evidencia científica acerca de los peligros potenciales que podrían existir o los riesgos para las personas que están siendo expuestas a éstas (Cáceres y Alfonzo, 2005). En general, el impacto de las nanopartículas en el organismo (nanotoxicidad), depende de propiedades tales como el tamaño de la partícula, masa, composición química, propiedades de superficie y la forma de agregación de las nanopartículas individuales (Chimuris y Luzardo, 2007).
Según, Zumelzu y otros (2011), se pueden considerar además algunos criterios que indican nanotoxicidad: Contribución de la exposición a las nanopartículas; Toxicología de las nanopartículas; Habilidad para extrapolar la toxicidad de las nanopartículas usando las bases de datos existentes; Destino ambiental y biológico, transporte, persistencia y transformación de las nanopartículas; Sostenibilidad general y reciclaje de los nanomateriales.
3. La nanotecnología en la agricultura y alimentación
Al igual que en otras ramas de la economía, la nanotecnología está presente en los sectores de la agricultura y alimentación. Algunos estudios pioneros mostraron la presencia de las corporaciones transnacionales en la investigación y producción de insumos y productos con esta tecnología. Estos estudios también mostraron la creciente dependencia que los productores rurales y consumidores tendrán respecto de dichas corporaciones (Almenara y otros., 2007).
Las nanotecnologías están entrando por cuatro vertientes simultáneas al sector alimenticio. En la explotación agropecuaria y marina, en el procesamiento de los alimentos y los suplementos alimenticios, y en el empaque. Prometen aumentar los rendimientos agrícolas; mejorar y potenciar el sabor y la calidad nutritiva del alimento, ajustándose al consumidor individualizado y haciendo llegar los elementos nutritivos directamente a las células u órganos que lo necesiten; y mejorar el empaque y seguridad de los alimentos (Zhang y otros., 2008).
enfrenta a determinadas características del entorno, aunque tambiénes capaz de liberarla por control remoto mediante ultrasonido u otros mecanismos (Londoño, 2012).
El nanoencapsulado puede ser más resistente a elementos extraños, lo que extiende la vida útil del producto. Estas técnicas se aplican tanto en la agricultura como en los alimentos; otras más se basan en la incorporación de nanopartículas en envases, así mejoran la durabilidad del contenido, o lo hacen resistente a elementos patógenos, o simplemente mejoran su eficiencia como cuando se elaboran envases que facilitan el escurrimiento del líquido interno o impiden el escape de gases a través de sus paredes (Záyago y Foladori,2009). Todas estas técnicas se combinan con la aplicación de nanosensores, de tal manera que el producto sea capaz de reaccionar inteligentemente frente alentorno (Cortes 2012).
La nanobiotecnología es otra área que está siendo desarrollada ampliamente dentro del esquema de crecimiento del mercado agrícola y de alimentos. Existen varios ejemplos de la inserción de esta tecnología y su desarrollo en la industria. Su forma más avanzada, la biología sintética, permite crear nuevos sistemas biológicos de manera artificial. No se trata de introducir genes de unas especies en otras, como en la biotecnología, sino
de crear nuevas secuencias o cadenas totalmente artificiales de ADN que luego son incorporadas a una célula receptora; o bien crear un organismo vivo totalmente nuevo (Pina y otros 2006).
4. Nanoalimentos
Desde un punto de vista académico, han surgido algunas clasificaciones más rigurosas para destacar las cualidades o clasificar los alimentos de acuerdo a ciertas características. Surgen así por ejemplo, los conceptos de alimentos funcionales y de alimentos orgánicos (Narváez 2013).
5.1 Alimentos funcionales
El concepto de alimentos funcionales se viene empleando desde los años 80 y surge en Japón, sin embargo no es hasta 1999 cuando se define formalmente que “un alimento funcional es aquel que contiene un componente, nutriente o no nutriente, con efecto selectivo sobre una o varias funciones del organismo, con un efecto añadido por encima de su valor nutricional y cuyos efectos positivos justifican que pueda reivindicarse su carácter funcional o incluso saludable” (Fonseca y otros 2005).
antioxidantes, los alimentos modificados y enriquecidos en este tipo de sustancias y los probióticos como el yogurt. Se han descrito efectos beneficiosos del uso de estos alimentos en el crecimiento y desarrollo, metabolismo o utilización de nutrientes, defensa antioxidante, sistema cardiovascular, fisiología o funcionamiento intestinal y funciones psicológicas y conductuales (Posada 2014).
Si bien son reconocidos mundialmente, es necesario definir adecuadamente y generar normas sobre los alimentos funcionales, para evitar confusiones en el público general y establecer claramente de que se trata y que beneficios pueden obtenerse al usar estos alimentos, por lo que se propone que cada país o región debe regular las alegaciones sanitarias, es decir, la información dirigida al consumidor sobre los efectos favorables que este tipo de alimentos ejercen para la nutrición y para la prevención de enfermedades (Jasim 2007).
Entre las tendencias en el desarrollo de los alimentos funcionales destacan la reducción del contenido en calorías, el desarrollo de productos con menor contenido en grasas o con grasas más saludables, productos de bajo índice glicémico, entre otros. También destacan entre los esfuerzos recientes en términos de alimentos funcionales los estudios sobre fitoestrógenos y fitoesteroles, fructo- oligosacáridos, polifenoles y
ácidos grasos omega 3 (Coello, 2010).
5.2 Alimentos orgánicos, biológicos o ecológicos
Son alimentos que se publicitan como aquellos “que cuidan tanto la salud de los consumidores como el equilibrio del medio ambiente en que se producen” (Zambrano y otros 2014). El éxito de estos productos se basa en que se consideran más saludables y más seguros (al ser producidos de forma más “natural”), por lo que los consumidores están dispuestos a pagar más por ellos, porque se sienten más conscientes de sus beneficios no sólo para el que los consume sino también para la protección del medio ambiente y para el bienestar de los animales (Fonseca y otros 2005). Su principal atractivo consiste en la baja o inexistente carga de pesticidas usados en su producción, aun cuando este factor se ha vuelto más difícil de controlar a medida que su demanda ha aumentado (Gruère 2012).
El mayor inconveniente para su compra, es su mayor precio y que generalmente su disponibilidad está limitada a unos pocos mercados (Das y otros 2011). Entre las variedades de
alimentos elaborados
estos alimentos en términos de bioseguridad y de costo, sobre todo por la eficiencia e inocuidad de los pesticidas de reciente desarrollo (Künzel y Okuno 2011).
5.3Alimentos transgénicos
Alimentos que han sido manipulados genéticamente, eliminando o añadiendo genes, bien de la misma especie o de otras distintas. También se conocen como
Organismos Modificados
Genéticamente (OMG) (García 2007). Las modificaciones pueden incluir cambios en los genes del mismo organismo, como en el caso del primer tomate modificado que se cultivó, en el que se suprimió un gen responsable de su apariencia (color y sabor) y del tiempo de conservación o puede tratarse de un organismo transgénico que lleva el gen de otra especie, (un gen específico de un mamífero, por ejemplo, se introduce en el ADN de un cereal). Ambos ejemplos son de organismos modificados genéticamente, pero solo el segundo caso es un organismo transgénico (Zambrano y otros 2014).
Se transfiere ácido desoxiribonucleico (ADN) del genoma de un organismo (donador) al genoma de otro (receptor). El ADN a transferir debe conocerse en detalle y saber que nueva característica va a conferirle al organismo receptor (García 2007). También es posible simplemente insertar más copias de
un ADN que interesa que el organismo receptor produzca en
mayor cantidad o más
eficientemente. El ADN a insertar puede ser modificado cuanto sea necesario, agregarle secuencias reguladoras deseadas e incorporarlo al nuevo organismo mediante técnicas de transformación (Blanc 2008).
Algunas de las técnicas de transformación son físicas como la electroporación de protoplastos (células sin pared celular), la microinyección y la biobalística, mientras que existen también las biológicas como el uso de Agrobacterium tumefaciens que de manera natural infecta a ciertas plantas incorporando la secuencia transgénica. Ya existen bacterias que producen insulina humana para el tratamiento de la diabetes, otras que producen hormonas y factores de crecimiento de animales para mejorar la cría de ganado, bacterias capaces de degradar el petróleo, entre otras (Cortes 2012).
canola, arroz, tomate, trigo, etc. (García 2007).
5. Implicaciones Sociales, Económicas y Ambientales de la nanotecnología
La nanotecnología refiere a la capacidad de manipular materiales y estructuras a pequeñísima escala, medida en nanómetros, con aplicación a la física, la química y la biología (D’Angelo y otros 2006, Coppo 2009).
El nanómetro equivale a la milmillonésima parte de un metro y tiene la peculiaridad de que a esa escala, las propiedades físicas y químicas de las nanopartículas color, solubilidad, resistencia, reactividad química, toxicidad- pueden ser considerablemente diferentes a las de las partículas más grandes, con una composición química idéntica (Fonseca y Santos 2014).
La nanotecnología, junto a la biotecnología, informática y ciencias cognitivas, forma parte de las llamadas tecnologías convergentes, mismas que se han constituido en el motor de un nuevo paradigma científico (Coppo 2009).
El propósito de este paquete científico-tecnológico rebasa la mera explicación de los fundamentos de la naturaleza, al pretender la creación de nuevas estructuras a través de la deconstrucción de las moléculas para liberar átomos y reconstruirlos a voluntad, dando lugar a nuevos
seres animados e inanimados. No se trata pues de estudiar a la naturaleza a través de la ciencia, se trata de crear naturaleza. (Hernández 2009).
Las implicaciones del nuevo paradigma comienzan apenas a esbozarse, pero es un hecho que transformará de manera substancial el mundo tal cual ahora lo concebimos. Los cambios abarcarán no sólo lo concerniente al ámbito material, natural o económico, sino a las formas de relacionarnos y de percibirnos como seres humanos, tanto a nivel social como individual. Una de las primeras manifestaciones del proceso se gesta en los propios laboratorios (Corredig 2013).
El avance de estas tecnologías
requiere de visiones
transdisciplinarias y, con ello, de la construcción de nuevos protocolos de investigación, con lenguajes,
marcos conceptuales y
metodologías creados ex professo para la interacción de las disciplinas (Hernández 2009, Barreto, 2011).
mantenerse a la delantera y ser capaces de generar gran diversidad de productos y aplicaciones muy rentables (Pájaro y otros 2013).
Por otro lado, se trata de lograr la aceptación social de las nuevas tecnologías con la promesa de solucionar añejos y nuevos problemas: contaminación ambiental, desequilibrio ecológico, enfermedades, desnutrición y pobreza (Corredig 2013). La validación de la sociedad es importante porque de ella provienen la mayor parte de los fondos que financian la investigación en nanotecnología y porque hacia ella están dirigidas sus aplicaciones y productos. Bajo estas condiciones, la divulgación científica resulta esencial sobre todo para evitar un rechazo similar al experimentado por los transgénicos.
Sin embargo, las
nanotecnologías no se desarrollan ni utilizan en un ámbito valorativamente neutro. Éstas deben ser analizadas como parte de la competencia capitalista en la sociedad del conocimiento, y es factible que contribuyan a la reproducción de una estructura social desigual, en virtud de que presuponen un incremento sustantivo en el número de excluidos, sea como consumidores, como trabajadores o como productores. Desde esta perspectiva, los alcances de las tecnologías convergentes estarán determinados por el contexto socioeconómico y político en el cual
se desenvuelven (Fonseca y Santos 2014).
Es posible que se sustituyan recursos naturales por nanoproductos, con lo cual la estructura comercial internacional se rediseñará. De allí que muchos países ya estén impulsando decididamente aquellas ramas de investigación y desarrollo en nanotecnologías que consideran más viables según su estructura económica y científica. Con atraso, y en escala reducida, está investigándose los posibles riesgos de la nanotecnología en la salud, en el medio, en la seguridad pública, en la legislación y en la distribución de la riqueza. Las enseñanzas de los transgénicos están aún frescas y deben servir de actitud precautoria (Pardo 2011).
Hoy en día los agricultores estadounidenses pierden millones de dólares porque muchos mercados les cierran las puertas. Lo que era una panacea se volvió en su contra (Corredi 2013, Fonseca y Santos 2014).
desconocidas (Linton y Walsh 2008).
También están las implicaciones que estas nuevas tecnologías puedan tener en la competitividad entre empresas, ramas de la producción y entre países. Mientras algunos sostienen que las nanotecnologías podrían tener un efecto positivo en el combate a la pobreza, otros plantean dudas y sugieren que podrían profundizar las disparidades sociales (Fonseca y Santos, 2014).
II. Conclusiones
Los beneficios de la nanotecnología han sido reconocidos por muchas industrias, incrementándose el número de productos comerciales que hacen uso de ésta alrededor del mundo, por lo que se promueve el desarrollo industrial fundamentado en investigaciones que reúnen principios relacionados con la física, la química o la biología, dándole mayor relevancia a las ciencias naturales como pilares en la construcción de este conocimiento. Es así, como los científicos dedicados a esta área de estudio, cuentan con la posibilidad de medir, controlar y manipular la materia a niveles nanoescala, ejerciendo cambios en sus propiedades para obtener resultados útiles de posterior aplicación.
Partiendo del hecho que las nanopartículas son biológicamente
más activas comparadas con las partículas de microtamaño de la misma composición química, debido a que su mayor área superficial, aumenta el número de alternativas que pueden plantearse para el abordaje de diferentes problemáticas que desde la perspectiva de lo macro no es posible, es así como se crean nuevos espacios para el avance de la biomedicina, electrónica, electricidad y farmacia, por nombrar algunas de las áreas en donde ha suscitado mayor interés, aunque los científicos que han trabajado al respecto, guardan un prudencial respeto en este principio, ya que las nanopartículas podrían tener comportamientos aún impredecibles en especial si su manipulación no es la adecuada.
Con respecto a la industria de alimentos, la nanotecnología cuenta con un gran mundo por explorar, pues pese a las investigaciones y desarrollos que se han realizado hasta el momento, sus aplicaciones aún son limitadas comparativamente con las de otros sectores, sin embargo, los logros y descubrimientos están generando impacto en el campo alimentario, que se busca sea positivo, por su influencia en aspectos importantes relacionados con la inocuidad y desarrollo de nuevos productos, materias primas e insumos.
alimentarios, por la oportunidad de conocer el comportamiento de la materia bajo esquemas no sólo orgánicos, sino también inorgánicos, ya que los procesos involucrados con los alimentos, permiten la convergencia entre lo biológico y lo inerte.
Pese a que ya se están dando los primeros pasos en los delineamientos de regulación a la nanotecnolgía, la comunidad científica y el público en general, requieren de la construcción en el corto plazo, de sólidas reglamentaciones que permitan regularla, no sólo a nivel local sino mundial, tanto en sus principios básicos como de aplicación, de tal manera que no primen los intereses económicos sobre los de bienestar de la humanidad, pues contando una normatividad internacional completamente clara, se podría asegurar mayor confianza entre los consumidores y el desarrollo de trabajos con esta tecnología bajo los más exigentes principios éticos.
Por último, la existencia de nanopartículas en contacto con el ambiente y los seres vivos, creará comportamientos difíciles de predecir, estas finas partículas están localizadas principalmente cerca de la superficie terrestre y en
comparación con las
micropartículas, pueden viajar grandes distancias por el aire o el agua, lo que podría generar una amplia distribución en el ecosistema de las nanopartículas producidas industrialmente, igualmente, se puede establecer un contacto directo con las nanopartículas, mediante la ingesta o aplicación superficial de productos que las contienen, como rutas adicionales a la exposición. Considerando, que no se cuenta aún con suficientes soportes científicos que den una explicación concisa de los riesgos de las nanopartículas y al ser todavía incipientes las experimentaciones al respecto, los científicos han optado, por el manejo cuidadoso y limitado de estas partículas, especialmente en el rango de tamaño, pues tamaños demasiado pequeños acarrearían mayores riesgos.
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