Nanoestructuras de óxido de zinc como antimicrobiano en envases

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Utilización de nanoestructuras de óxido de zinc (ZnO) como antimicrobianos en envases bioactivos de alimentos

Beatriz Riverón, Bioquímico farmacéutica

Generalidades

El envasado de productos alimenticios es una de las etapas más importantes de la cadena de suministro de alimentos. Los materiales de tamaño nanométrico en envases de sustancias alimenticias con las propiedades apropiadas dan como resultado un mejor desempeño del empaque y una mayor vida útil de los alimentos. La aplicación de óxido de zinc (ZnO) de tamaño nanométrico en el envasado promueve la seguridad de los alimentos.

En general, las nanopartículas (NP) de ZnO pueden inactivar el crecimiento de hongos y de bacterias Gram positivas y Gram negativas, lo que reduce el riesgo de contaminación cruzada prolongando la vida útil de los productos.

Por otro lado, pueden ocurrir problemas de salud por la migración de la aplicación de NP de ZnO. La migración, la inhalación, la penetración por la piel y la ingestión pueden resultar en peligros para la salud humana. Por lo tanto, para proporcionar normas de seguridad, se recomiendan más investigaciones.

Nanopartículas de óxido de zinc (ZnO) como antimicrobianos

La nanotecnología está siendo explotada en varios campos de la ciencia desde que Richard Feynman la introdujo en 1959, y la nanociencia ha desarrollado raíces en una amplia gama de aplicaciones como dispositivos electrónicos, ópticos o magnéticos, biología, medicina, energía, defensa, áreas farmacéuticas, industrias alimentarias y agrícolas.

Los nanomateriales se refieren comúnmente a partículas que poseen una escala nanométrica, en una dimensión que va desde aproximadamente 1 nm a 100 nm (1 nm= 10-9 metros).

Dichos materiales se utilizan con frecuencia en varios campos debido a sus propiedades mesoscópicas únicas (en física y en química, la escala mesoscópica se refiere a la escala de longitud en la que se puede discutir razonablemente las propiedades de un material o fenómeno, sin tener que discutir el comportamiento de los átomos individuales), como materiales altamente reactivos, tamaño de partículas apropiado, área de superficie y alta ductilidad (la capacidad de un determinado material sufrir deformación, sin romperse, cuando a este é aplicado una determinada fuerza) y durabilidad.

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Esquema que describe el papel de las nanopartículas de ZnO en la generación de ROS

Existe una amplia gama de nanomateriales utilizados en la industria, que se consideran multifuncionales. Las NP de ZnO exhiben una alta eficacia antimicrobiana, emisión casi ultravioleta, piezoelectricidad (es la capacidad de algunos cristales para generar voltaje eléctrico en respuesta a la presión mecánica), transparencia óptica y conductividad eléctrica.

Las NP de ZnO también se utilizan en sistemas de administración de fármacos que protegen contra la corrosión, cosméticos, materiales de envasado de alimentos y biosensores debido a su excelente biocompatibilidad.

Los parámetros cruciales para la actividad antibacteriana de las NP de ZnO dependen del tamaño y de la orientación del cristal. El ZnO ha sido considerado como un material GRAS (generalmente reconocido como seguro) por la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. (21 CFR 182.8991). Como tales, las NP de ZnO se utilizan con frecuencia en el envasado de alimentos como agente antimicrobiano activo.

Según lo informado por la Organización Mundial de la Salud (OMS), más de 200 enfermedades que van desde el cáncer hasta la diarrea son causadas por alimentos peligrosos que contienen sustancias químicas o microorganismos, como bacterias, virus y parásitos. Se ha estimado que cerca de 600 millones de personas (casi el 10% de la población mundial) enferman tras la ingesta de alimentos contaminados, lo que provoca 420.000 muertes cada año (OMS, 2017).

Debido a estos microorganismos patógenos transmitidos por los alimentos, la comunidad científica ha centrado la investigación en materiales para envases activos (AP) y envases inteligentes (IP), que son tecnologías próximas especialmente diseñadas para prevenir el crecimiento de microbios en los alimentos y preservar su seguridad, calidad y conservación.

Los materiales de envasado antimicrobianos se utilizan para inhibir y controlar el crecimiento microbiano, retener la humedad, garantizar la seguridad, resistir la penetración de líquidos o gases y controlar la vida útil. Dichos agentes antimicrobianos se clasifican como, ya sea compuestos orgánicos, como sales de amonio cuaternario, compuestos halogenados, fenoles, quitosano y quitina, o materiales inorgánicos, incluidos metales y óxidos metálicos.

Los metales y los óxidos metálicos siempre han sido importantes debido a su excelente actividad antimicrobiana y alta estabilidad en esta atmósfera. En particular, no es necesario que las partículas de óxido de metal entren necesariamente en las células para inducir toxicidad; las partículas reaccionan incluso cuando entran en contacto con las paredes celulares bacterianas o el abdomen de un crustáceo.

En consecuencia, se han informado varias modificaciones en la superficie de contacto organismo-partícula para mejorar la solubilidad de las partículas metálicas o desarrollar ROS (especies reactivas de oxígeno) extracelulares que dañan las membranas celulares. Recientemente, con el advenimiento de la nanotecnología, los materiales inorgánicos como óxido de titanio (TiO2), ZnO, óxido de magnesio (MgO) y óxido de calcio (CaO) han llamado mucho la atención en la investigación debido a su estabilidad y resistencia en condiciones de procesamiento y eficaz comportamiento biocida contra patógenos transmitidos por los alimentos.

Investigaciones anteriores han demostrado que las actividades antibacterianas de las NP de ZnO están muy influenciadas por el tamaño de las partículas, la concentración del polvo y sus propiedades fotocatalíticas, ya que estas complementan su eficacia antimicrobiana.

El texto completo, al que se puede ACCEDER CLICANDO AQUÍ, trata los siguientes temas:

  • Nanopartículas de óxido de zinc (ZnO) como antimicrobianos
  • Actividad antimicrobiana de las NP de ZnO y su mecanismo de acción
  • Metodologías para la obtención de envases bioactivos
  • Envases antimicrobianos para alimentos
  • Fundición de solvente
  • Método de recubrimiento
  • Método de extrusión
  • Películas de nanocompuestos de base biológica
  • Problemas de seguridad
  • Migración
  • Toxicidad de las nanopartículas de ZnO
  • Perspectivas de futuro y retos
  • Conclusió

 

Fuentes

Kim, I.;Viswanathan, K.; Kasi, G.; Thanakkasaranee, S.; Sadeghi, K.; Seo, J. (2020)
ZnO Nanostructures in Active Antibacterial Food Packaging: Preparation Methods, Antimicrobial Mechanisms, Safety Issues, Future Prospects, and Challenges.
Food Reviews International, 38(4)537-565.

La imagen es de https://www.nanotec.es/que-son-las-nanoparticulas/

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