BIOPOLÍMEROS. Para la Obtención de Materiales Nanoestructurados. Jaime Lizardi Mendoza

B IOPOLÍMEROS

Para la Obtención de Materiales Nanoestructurados

Jaime Lizardi Mendoza

S ^UMARIO

G

B

CIAD

• Biopolímeros

• Actividad

• Capacidad instalada

• Integrantes

• Colaboración

Materiales Nanoestructurados

• Nanopartículas

• Materiales porosos

• Otros proyectos CIAD

B IOPOLÍMEROS

B

: Polímeros de origen natural

Proteínas Ácidos Nucleicos

Polisacáridos B^IOPOL CIAD

• Biopolímeros

• Actividad

• Cap Instalada

• Integrantes

• Colaboración

M^AT N^ANO

• Nanopartículas

• Mat Porosos

• Otros

B IOPOLÍMEROS

• Especializada:

Reproducción  DNA Catálisis  Enzimas

Almacén de energía  Almidón Control de hidratación  Pectina

• Estructurales:

Soporte  Colágeno, Quitina, Celulosa Función en la Naturaleza:

Numerosas y diversas

Abundantes en Masa

B^IOPOL CIAD

• Biopolímeros

• Actividad

• Cap Instalada

• Integrantes

• Colaboración

M^AT N^ANO

• Nanopartículas

• Mat Porosos

• Otros

G ^RUPO B IOPOLÍMEROS CIAD

B^IOPOL CIAD

• Biopolímeros

• Actividad

• Cap Instalada

• Integrantes

• Colaboración

M^AT N^ANO

• Nanopartículas

• Mat Porosos

• Otros

Biopolímeros Funcionales

• Polisacáridos

− Marinos: Quitina, quitosano, alginato, carragenina, agar.

− Plantas: Mucílagos (nopal, sábila), Gomas (de mezquite, goma

Arábiga), Almidón, Celulosa, Pectina, Galactomananas (goma Guar, péchita), etc.

− Microorganismos: Xantana, gelana, etc.

• Proteínas Estructurales: Gelatina, Colágeno, etc.

Propiedades

 Estructural  Materiales

 Digerible  Alimento

 Retención de agua  Textura

 Emulsionante  Estabilizante

 Reactivo  Modificaciones especificas

 Bioactivo  Antibiotico, Probiotico, etc.

G ^RUPO B IOPOLÍMEROS CIAD

Investigación Científica

• Tecnología de extracción – Purificación

• Características fisicoquímicas - Propiedades funcionales

• Desarrollo de materiales especializados:

 Nanoestructurados, Geles inteligentes, Vehículos, etc.

Desarrollo Tecnológicos

• Implementación de tecnologías de extracción

• Desarrollo de productos (Diseño, optimización, etc.)

• Asesoría especializada, Cursos de capacitación, Transferencia tecnológica

B^IOPOL CIAD

• Biopolímeros

• Actividad

• Cap Instalada

• Integrantes

• Colaboración

M^AT N^ANO

• Nanopartículas

• Mat Porosos

• Otros

G ^RUPO B IOPOLÍMEROS CIAD

Capacidad Instalada

Equipo de cromatografía (GC/MS, HPLC), Reómetro, Espectrofotómetro UV-VIS, FTIR, RMN de campo bajo, Lector de Microplacas, Micro-DSC, Polarímetro,

Viscosímetro capilar, Fotorreactor, Medidor de puntos de fusión, Digestor por Microondas y equipamiento básico de proceso a nivel planta piloto.

Análisis de Biopolímeros

• Caracterización Fisicoquímica

• Determinación de Propiedades Funcionales B^IOPOL CIAD

• Biopolímeros

• Actividad

• Cap Instalada

• Integrantes

• Colaboración

M^AT N^ANO

• Nanopartículas

• Mat Porosos

• Otros

Investigadores

G ^RUPO B IOPOLÍMEROS CIAD

Dr. Francisco M. Goycoolea Valencia

U. de Cranfield. G.B. 1994. SNI Nivel II

*Estancia Académica (USC, España)

fgoyco@ciad.mx

Dra. Elizabeth Carvajal Millan

ENSAM. Montpellier, Francia. 2004. SNI Nivel II

ecarvajal@ciad.mx

Dr. Waldo M. Argüelles Monal

Universidad de La Habana, Cuba. 1991. SNI Nivel II waldo@ciad.mx

B^IOPOL CIAD

• Biopolímeros

• Actividad

• Cap Instalada

• Integrantes

• Colaboración

M^AT N^ANO

• Nanopartículas

• Mat Porosos

• Otros

Investigadores

G ^RUPO B IOPOLÍMEROS CIAD

Dr. Jaime Lizardi Mendoza

Queen’s University of Belfast. G.B. 2007. SNI Nivel I

jalim@ciad.mx

Dra. Yolanda L. Lopez Franco

CIAD. Hermosillo, México. 2005. SNI Nivel C

lopezf@ciad.mx

B^IOPOL CIAD

• Biopolímeros

• Actividad

• Cap Instalada

• Integrantes

• Colaboración

M^AT N^ANO

• Nanopartículas

• Mat Porosos

• Otros

G ^RUPO B IOPOLÍMEROS CIAD

B^IOPOL CIAD

• Biopolímeros

• Actividad

• Cap Instalada

• Integrantes

• Colaboración

M^AT N^ANO

• Nanopartículas

• Mat Porosos

• Otros

Miguel A. Valdez Carlos Peniche Marguerite Rinaudo Michel Milas

Angeles Heras María E. Fernández

Gemma Galed Quan Gan

Paul Beaney Pilar Sánchez

Bruno Moerschbacher Sandro Gandini Osvaldo Rubilar Maribel Plascencia

Colaboración Interinstitucional

M ^ATERIALES N ANOESTRUCTURADOS

B^IOPOL CIAD

• Biopolímeros

• Actividad

• Cap Instalada

• Integrantes

• Colaboración

M^AT N^ANO

• Nanopartículas

• Mat Porosos

• Otros

Obtención de sistemas nanoparticulados de quitosano acoplados a flavonoides

Nanopartículas de Quitosano

Nanoprecipitación

Factores: Conc. de quitosano

Tipo y concentración de no-solvente Acoplamiento de flavonoide (nobiletina)

Presencia de surfactante Caracterización

• Dispersión de Luz Dinámica (DLS)

• Microscopia: Fuerza Atómica (AFM)

Electronica de Barrido (SEM)

• Movilidad Electroforética

• FTIR

M ^ATERIALES N ANOESTRUCTURADOS

B^IOPOL CIAD

• Biopolímeros

• Actividad

• Cap Instalada

• Integrantes

• Colaboración

M^AT N^ANO

• Nanopartículas

• Mat Porosos

• Otros

Obtención de sistemas nanoparticulados de quitosano acoplados a flavonoides

Nanopartículas de Quitosano

1700 1650 1600 1550 1500

Transmitancia (%)

ν (cm^-1)

Quitosana

Nobiletina Quit. + Nob.

grupo imina

510nm

Rango de Tamaños:

200-2000 nm

Tipo de Solución  Estructura

Formación de Gel

Estructura Sólida Solución

+ + +

+ +

+ +

+ + +

+ + +

+

+ +

+ +

+ +

+ +

+

+

+ +

Carga Iónica

Alk Qn, Qs Ac

Neutro

Qn DMAc,Qs BSF

B^IOPOL CIAD

• Biopolímeros

• Actividad

• Cap Instalada

• Integrantes

• Colaboración

M^AT N^ANO

• Nanopartículas

• Mat Porosos

• Otros

M ^ATERIALES N ANOESTRUCTURADOS

Materiales Porosos

Q ^{UITINA -} Q ^UITOSANO

Estructura porosa obtenida de solución

ácida de quitosano

Estructura porosa obtenida de solución

quitosano-BSF B^IOPOL CIAD

• Biopolímeros

• Actividad

• Cap Instalada

• Integrantes

• Colaboración

M^AT N^ANO

• Nanopartículas

• Mat Porosos

• Otros

Tipo de Solución  Estructura

Materiales Porosos

PRODUCCIÓN y CARACTERIZACIÓN DE NANOBIOPARTÍCULAS DE ALMIDÓN

Tomás J. Madera Santana

, H. Soto Valdez

, J.A. Azamar Barrios

y R. Avena Bustillos

(1) Laboratorio de Envases. CTAOV. Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C.

(2) Laboratorio de Química de Materiales. Departamento de Física.

CINVESTAV. Unidad Mérida.

(3) Processed Food Research Unit. Western Regional Research Center.

ARS/USDA. Albany Cal. USA.

La nanotecnología abre nuevas áreas de investigación en muchas industrias, incluyendo la industria de los alimentos y del envase de los mismos.

Aplicaciones de la nanotecnología en materiales para envases:

 Mejora de las propiedades mecánicas del material,

 Propiedades barrera (permeabilidad),

 Incorporación de componentes activos, antimicrobianos, etc.,

 Monitoreo y señalización sobre la calidad del alimento,

 Extensión de la vida de anaquel del alimento,

 Otros,

Fuente de almidón

Proceso de extracción del almidón

Caracterizaci ón del almidón

Producción de las nanobiopartí

culas de almidón Caracterizació

n de las

nanobiopartícu las de almidón Aplicaciones

Esquema general del proyecto

Retroalimentación

Aplicaciones de las nanobiopartículas

 Producción de bio-nanocompuestos en matrices sintéticas o biodegradables, mediante equipos convencionales de procesamiento de plásticos.

 Agentes transportadores de sustancias activas, tales como antioxidantes, antimicrobianos o vitaminas, para su posterior liberación (Medicamentos).

 Materiales para envases de alimentos con características biodegradables y activas, que sean capaces de extender la vida de anaquel del alimento, aseguren su calidad y seguridad.

Perspectivas de colaboración

 Caracterización del tamaño de las nanobiopartículas mediante análisis del tamaño de partícula.

 Caracterización de la morfología de las nanobiopartículas de almidón mediante microscopia de electrónica de transmisión (MET).

 Caracterización de la estructura cristalina de las nanobiopartículas por difracción de rayos X.

Contacto:

Dr. Tomás J. Madera Santana. Lab. de Envases.

(madera@ciad.mx)

MUCHAS GRACIAS!