WO2012141566A2 - Composición de nanopartículas lipídicas sólidas para la conservación prolongada por recubrimiento de frutas, verduras, semillas, cereales y/o alimentos frescos - Google Patents

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    • A23L3/3463—Organic compounds; Microorganisms; Enzymes

Definitions

  • the present invention is related to food preservation techniques by coatings applicable thereto, and more particularly is related to a composition of solid lipid nanoparticles and a film-forming material mixed with other additives for prolonged preservation in fruits, vegetables fresh, whole or minimally processed foods by coating them.
  • the present technology offers as one of its main advantages extending shelf life, storage and during the transportation of food
  • phytonutrients such as phenolic compounds, carotenes, lycopenes, among others.
  • Solid lipid nanoparticles can be defined as submicron colloidal solid particles that contain active substances and are generally produced by mechanical means.
  • SLNs have been used, mainly in the pharmaceutical area, as colloidal transporters in controlled release systems to achieve spatial location or temporary release effects. They have high physical and chemical stability and their use in different areas can have important technological implications (Soliva-Fortuny et al., 2009).
  • SLNs and nanostructured lipid transporters are made by different methods that include the dispersion of an oil phase containing different types of solid and / or liquid lipids, in an aqueous phase containing a high proportion of surfactants and co-surfactants.
  • high energy homogenization methods and the formation of a protective coating of emulsifiers around lipid particles are required.
  • nanoparticles for use in the preparation of sauces and dressings, US Pat. No. 2008/0145576.
  • nanoparticles prepared from polymeric materials however, solid lipid nanoparticles have not been used for food and much less for a specific use as a film-forming material for food coating as referred to in the present invention.
  • nanoparticles are used as carriers of materials such as antioxidants from gold nanoparticles (Scampicchio et al., 2006) For use in fortification and fortification of foods, using vitamins and minerals (Acosta, 2009).
  • Some other patents are known in the state of the art which include the use of coatings in emulsions of soy protein, methyl acid and glycerol, US Patent 7160580; coatings based on emulsions of waxes, polymers and flavonoids, US patent 2009/0142453; coatings based on stearic acid, anionic emulsifier and methylparaben, US 4649057; and edible coatings with modified starches, protein, cellulosic derivatives and stabilizers, patent EP 1654933.
  • the aforementioned coatings have been proposed for use in fresh fruits and vegetables and have been reported as effective in preventing undesirable changes of the substrate and to prolong The shelf life of the products.
  • these coatings have the disadvantage of being unstable and have limitations for their application, especially in the control of product respiration, stability and capacity to transport additives, preservatives and nutraceuticals.
  • something very important to highlight is that a large part of these developed emulsions involve the use of organic solvents, which due to their toxicological risk, limit their use to be applied directly in food unless their presence in acceptable concentrations is ensured.
  • Some of the current methods are also difficult to adapt to industrial processes and have special requirements.
  • carnauba wax includes a melting point of 78 to 85 ° C, which is the highest of natural waxes, and is composed of fatty acid esters ( 80-85%), fatty alcohols (10 to 15%), acids (3 to 6%) and hydrocarbons (1 to 3%); It has esterified fatty diols (about 20%), hydroxylated fatty acids (about 6%) and cinnamic acid (about 10%), the latter being an antioxidant.
  • Carnauba wax is used for post-harvest fruit treatments to extend its shelf life and preserve the appearance and freshness, this is because it decreases perspiration and therefore inhibits dehydration to some degrees, while helping preserve them from fungosis and bacteriosis and maintain the natural brightness of the fruits, it is used as "water wax” that is, forming emulsions.
  • the present invention also relates to a product for treating post-harvest fruits to extend its shelf life, but with the additional advantage of including other active components that promote such lengthening of the shelf life.
  • NLS solid lipid nanoparticles
  • NLS solid lipid nanoparticles
  • Another object of the present invention is a composition of solid lipid nanoparticles for coating foods that include food preservation enhancing additives, such as antioxidants and texture modifiers, which can be entrapped in NSLs, dissolved or dispersed, to be homogeneously integrated. in the system once the water is removed and the film is formed.
  • food preservation enhancing additives such as antioxidants and texture modifiers
  • a further object of the present invention is a composition of solid lipid nanoparticles for coating foods that include additional nutritional agents.
  • compositions that is shaped as a coating comprising solid lipids, or waxes, at least one ionic or non-ionic emulsifying stabilizing agent and one or more film-forming materials in aqueous solution or dispersion which may be polymers. natural or synthetic, proteins or plasticizers and that works as an adjunct in the homogeneous distribution of the coating on the surface of the fresh food. It is a further object of the present invention to provide a method for the prolonged protection of fresh foods, fruits, vegetables, vegetables and / or seeds, which consists in the application of a coating of the solid lipid nanoparticles (NLS) of the invention.
  • NLS solid lipid nanoparticles
  • Another of the objects of the invention is to provide a less perishable product when treated with the nanoparticles of the invention so that its transfer is facilitated while retaining its fresh appearance before the consumer.
  • the main advantage of using nanorecovers based on solid lipid nanoparticles is that in relation to their particle size and behavior, they have greater stability, greater coating power and a more homogeneous distribution due to their large exposed surface area, these characteristics favor the homogenous release of assets and the ability to encapsulate conservative and nutraceutical substances, such as polyphenols, vitamin E, lycopene, ⁇ -carotene, essential oils, among others;
  • the controlled release of these substances during storage and consumption is beneficial to health. Due to their characteristics and the possibility of using them in combination with polymeric materials, adequate control of the permeability and gas exchange barrier properties can be achieved.
  • nanorecovers based on solid lipid nanoparticles allow encapsulating active and / or conservative substances, and that in relation to their particle size and behavior, they have greater stability, greater coating power and a distribution more homogeneous due to its large exposed surface area, these characteristics favor a more homogeneous release of the assets or conservative substances encapsulated in these nanoparticles.
  • the assets can be polyphenols, vitamin E, lycopene, ⁇ -carotene, essential oils, among others;
  • the present invention relates to the prolonged preservation of fruits preferably climacteric fruits such as guava, melon, citrus and fresh vegetables, vegetables, vegetables or fresh or processed foods such as grains, seeds, oilseeds, vegetables and meat, by coating nanoparticles of solid lipids
  • climacteric fruits such as guava, melon, citrus and fresh vegetables, vegetables, vegetables or fresh or processed foods such as grains, seeds, oilseeds, vegetables and meat
  • nanoparticles of solid lipids with submicron particle sizes between 50 and 900 nm and preferably 50 to 500 nm of solid lipids at room temperature obtained by mechanical means the following mixture is performed: a) Part of natural wax materials, carnauba wax, candelilla wax, whale sperm, beeswax, lanolin, wool wax, Chinese wax, petroleum-derived waxes such as microcrystalline wax, paraffin wax or mixed with other lipids such as sunflower oil, soybean oil, lecithin and lecithin derivatives, among other food use materials,
  • Food stabilizing agents such as non-ionic emulsifiers are added: monoglycerides, diglycerides, medium chain glycerides, glyceryl laurate, poloxamers, lecithin; fatty acid esters such as sorbitan monolaurate (tween 20), sorbitan monostearate (Tween 60) and sorbitan monooleate (Tween 80), sorbitan monolaurate (Span 20), poly (vinyl) alcohol, pluronic-127, acrylamides, surfactants with silicone base, sorbitol derivatives, among others and as ionic emulsifiers: sodium lauryl sulfate, phospholipids and alginate salts.
  • the emulsifier can be used alone or in combination and integrated into the formulation as agents used for the preparation of Solid Lipid nanoparticles or as dispersion stabilizers during storage or application;
  • Film-forming materials in aqueous solution or dispersion are added in a ratio of 0.1 to 5.0% by weight such as:
  • polysaccharides xanthan gum, guar gum, tragacanth gum, mesquite gum, mucilages of vegetable origin, modified starches, alginates, carrageenans, maltodextrins, gelana among others;
  • Plasticizers that can be chosen from polyethylene glycol (PEG generally of grades 200-6000), triacetin, glycerol, phthalate esters (diethyl, dibutyl); esters of citrates (triethyl, acetyltriethyl, acetyl tributyl; castor oil, acetylated monoglycerides, fractionated coconut oil, glycerol, fructose, sucrose, sorbitol or some other plasticizer with similar activity.
  • the functionality of the plasticizer is to give the film mechanical strength and Stretchability, are applied in a ratio of 0.1 to 5.0% by weight of the film.
  • composition of the present invention may optionally include the use of substrate texture modifiers such as sulfates and sulphonates, fatty acids, alcohols, calcium lactate, calcium carbonate, among others; Antioxidant agents such as atocopherol, ascorbic acid, palmitate, extracts and essential oils such as eugenol, rosmery, oregáno, cinnamon, among others, that can be released in a controlled way during the storage of fresh fruits and that contribute to preserve natural antioxidants present in the substrate, such as phytochemicals, which include polyphenols, flavonoids and other substances of interest in human health. Additionally, the fact that they contain Antioxidants also contributes to the inhibition of enzymatic darkening.
  • substrate texture modifiers such as sulfates and sulphonates, fatty acids, alcohols, calcium lactate, calcium carbonate, among others
  • Antioxidant agents such as atocopherol, ascorbic acid, palmitate, extracts and essential oils such as eugenol, rosmery, or
  • the present invention may also consider the use of substances that decrease the respiratory activity of fresh fruits, for example, the use of ethylene inhibitors such as auxins, polyamines or jasmonates, especially the latter for climacteric fruits such as guava, avocado, papaya, mango , among others, as well as aroma enhancers such as methyl acid.
  • the nanoparticle mixture may also include nutraceutical substances that serve as a means of enrichment, reconstitution and addition of vitamins and other compounds such as polyphenols, quercitin, flavonoids, polyphenols, among others.
  • agents that, together with xanthan gum, can function as protectors for damage by low temperatures are glycerol, sucrose, fructose, sorbitol, mannitol, among others.
  • the mixture thus obtained is prepared as a suspension of solid lipid nanoparticles in an aqueous film-forming system; the mixture can then be applied by fluidization, immersion, sprinkling and / or impregnation through rollers; in such a way that a uniform coating is achieved on the surface of the product to be coated, this fruit being fresh vegetables, seeds, oilseeds, vegetables and / or meat; and where the wax concentration can be varied between 0.1 to 60% with respect to the total weight of the coating.
  • Agents that can function as enhancer additives may be entrapped in solid or dissolved lipid nanoparticles or dispersed within the dispersion to remain homogeneously integrated into the system once the water is removed and the film is formed.
  • the solid lipid nanoparticles used have an average size of 250 nm, the amount of coating (g / cm 2 ) applied on the surface of the fruit is determined, which has a uniform distribution of 0.06 g / cm 2 , causing a cryoprotective effect on the product stored at 10 ° C.
  • a scheduled sampling was carried out to evaluate and monitor the weight changes of color and texture for four weeks of storage at 10 ° C.
  • different proportions were applied that were equivalent to a concentration of wax between 6 and 8% based on a dispersion of nanoparticles at 10%
  • a control was carried out with refrigerated samples that were extracted from the environment cold and stored for 3 days at room temperature (25 ° C), in order to establish the effectiveness of the coating to delay the maturation of guavas, without any physiological damage in the product and which can be verified with changes in maturity at room temperature.
  • the guavas presented an average resistance to the initial compression of 18 N.
  • the guavas with concentrations of 60, 65, 70 and 75% NLS do not present significant differences (p ⁇ 0.05) with respect to the initial firmness in puncture tests carried out up to 10 mm of the surface of the fruit with a maximum puncture force of 12 N; however, if there are significant differences with respect to control guavas and those coated with xanthan gum.
  • the guavas coated with the concentration of 60 and 65% nanoparticles were the ones that retained their firmness better; while the 80% concentration of solid lipid nanoparticles does not present a significant difference with respect to the control guavas.
  • the guava fruit was coated by the method of immersion and sprinkling; Once the coating has been applied to the surface of the fruit, it is dried using air at 30 ° C and a speed of 4 m / s. The process is also possible at room temperature. Changes in the physicochemical characteristics and weight loss of the fruit during storage in refrigeration at 8 ° C and its effect on fruit ripening after the refrigerated storage period, at 25 ° C were evaluated.
  • Solid lipid nanoparticles (NLS) of beeswax (initial concentration of 10% wax) were applied to the surface of seedless lemon (Citrus latilifolia) Tha ⁇ ti variety, using xanthan gum (0.2%) as a film-forming material (adjuvant in the homogeneous distribution of the coating on the surface of the fruit) and, as a plasticizer propylene glycol (0.5%).
  • the NLS used had an average size of 510 nm; different proportions of NLS equivalent to 4, 5 and 6% by weight of the beeswax were applied to lemons with a green pericarp color corresponding to an Hue angle of 136 ° and a chroma of 32.
  • the puncture force at a distance of 3 mm from the surface of the lemon was initial 14 N for all coated and uncoated lemons, however after two weeks of storage the puncture resistance of untreated lemons increased to an average of 27 ⁇ 4 N, while in the lemons with 50 and 60% NLS the firmness of the product was maintained with a force of 17 + 6 N and 15 ⁇ 3 N respectively which is indicative of the positive effect of the NLS on the conservation of Persian lemon during refrigerated storage.
  • the following example applies to cereals, the typical cereal being corn.
  • the solid lipid nanoparticles used had an average size of 374 nm, moisture, protein content during storage at room temperature was determined as indicative of product quality changes.
  • The% of damaged seeds was 2.4% for those coated with NLS and 6.7% for the control samples, considering this damage as the number of seeds that floated after immersion in water of 100 seeds. Indicative that the NLS provide a highly protective and conservative edible coating.

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Abstract

Una composición de nanopartículas lipídicas sólidas que se conforma como un nanorecubrimiento de alimentos naturales frescos como semillas, cereales, frutas u hortalizas, preferentemente frutas y vegetales frescos que son recubiertos por fluidización, inmersión o aspersión, y donde dicha composición comprende: a) lípidos sólidos, ó cera b) agentes estabilizantes emulsificantes, y c) materiales formadores de película en solución o dispersión acuosa. El incluir un sistema de naturaleza lipofilica de talla submicrónica en dispersión acuosa permite controlar fácilmente su aplicación debido a que se trata de un sistema fluido de baja viscosidad, que tiene como ventajas su facilidad de aplicación y uniformidad de recubrimiento y mejorar las propiedades del recubrimiento tales como brillo, resistencia mecánica, permeabilidad a los gases entre otras.

Description

COMPOSICIÓN DE NANOPARTÍCULAS LIPÍDICAS SÓLIDAS PARA LA CONSERVACIÓN PROLONGADA POR RECUBRIMIENTO DE FRUTAS,
VERDURAS, SEMILLAS, CEREALES Y/O ALIMENTOS FRESCOS
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención está relacionada con las técnicas para la conservación de alimentos mediante recubrimientos aplicables a los mismos, y más particularmente está relacionada con una composición de nanopartículas lipídicas sólidas y un material formador de película mezclados con otros aditivos para la conservación prolongada en frutas, vegetales frescos, alimentos enteros o mínimamente procesados mediante el recubrimiento de los mismos. La presente tecnología ofrece como una de sus principales ventajas extender la vida de anaquel, de almacenamiento y durante la transportación de los alimentos
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Las frutas y vegetales frescos son componentes importantes en la alimentación humana por su contenido en fitoquímicos, denominados comúnmente fitonutrientes, tales como compuestos fenólicos, carotenos, licopenos, entre otros.
Resulta de particular importancia el recubrimiento, de frutas y vegetales frescos y mínimamente procesados para incrementar la calidad del producto y extender su vida de anaquel (Lin D. y Zhao Y., 2007) por ello se han utilizado los recubrimientos comestibles de fuentes renovables, incluyendo lípidos, polisacáridos y proteínas (Bosquez et.al., 2003).
Las frutas y los vegetales al ser recubiertos con algún tipo de membrana semipermeable en la superficie del producto, logran controlar su proceso respiratorio. Este tipo de membrana actúa como una barrera al vapor de agua, 02 y C02. Actualmente los recubrimientos también se emplean como transportadores de sustancias activas que contribuyen a incrementar la vida útil de los productos (Zapata et al., 2008). Sin embargo no se conoce el uso de nanopartículas lipidicas sólidas para el recubrimiento de frutas y vegetales, como se describe en la presente invención, lo cual resulta ventajoso para obtener un almacenamiento más prolongado conservando las características de los productos recién cosechados.
Las nanopartículas lipidicas sólidas (SLN) pueden definirse como partículas sólidas coloidales submicrónicas que contienen sustancias activas y son producidas en general por medios mecánicos.
Las SLN se han utilizado, principalmente en el área farmacéutica, como transportadores coloidales en sistemas de liberación controlada para lograr efectos de ubicación espacial o liberación temporal. Presentan alta estabilidad física y química y su uso en diferentes áreas pueden tener importantes implicaciones tecnológicas (Soliva-Fortuny et al., 2009).
Las SLN y los transportadores lipidíeos nanoestructurados (NLC) son elaborados mediante diferentes métodos que incluyen la dispersión de una fase oleosa conteniendo diferentes tipos de lípidos sólidos y/o líquidos, en una fase acuosa conteniendo una alta proporción de tensoactivos y co-tensoactivos. Para llegar a obtener dispersiones de partículas nanométricas estables, se requieren métodos de homogenización de alta energía y la formación de un recubrimiento protector de emulsificantes alrededor de las partículas lipidicas. Existen adicionalmente otros desarrollos de investigación reportados sobre la biodisponibilidad de nutrientes de sustancias nanoencapsuladas con proteínas de leche (Levney 2010); obtención de Quantum Dots de oxido de zinc para la inhibición del crecimiento de Listeria monocytogenes, E. coli y Salmonella (Jin et al., 2009). Actualmente, se hace referencia al desarrollo de nanopartículas de celulosa para ser utilizadas en la elaboración de salsas y aderezos, patente US 2008/0145576. En todas las propuestas anteriores se hace referencia al uso de nanopartículas preparadas a partir de materiales poliméricos; sin embargo, las nanopartículas lipidicas sólidas no han sido utilizadas para alimentos y mucho menos para un uso específico como material formador de películas para recubrimiento de alimentos tal como se refiere en la presente invención. En algunos otros casos se utilizan las nanopartículas como acarreadores de materiales tales como antioxidantes a partir de nanopartículas de oro (Scampicchio et al., 2006) Para uso en enriquecimiento y fortificación de alimentos, utilizando vitaminas y minerales (Acosta, 2009).
Se conocen en el estado de la técnica, algunas otras patentes que incluyen la utilización de recubrimientos en emulsiones de proteína de soya, ácido mélico y glicerol, patente US 7160580; recubrimientos con base en emulsiones de ceras, polímeros y flavonoides, patente US 2009/0142453; recubrimientos a base de ácido esteárico, emulsificante aniónico y metilparabeno, patente US 4649057; y recubrimientos comestibles con almidones modificados, proteína, derivados celulósicos y estabilizantes, patente EP 1654933. Los recubrimientos anteriormente mencionados han sido propuestos para su utilización en frutas y vegetales frescos y se han reportado como efectivos en la prevención de cambios indeseables del sustrato y para prolongar la vida útil de los productos. Sin embargo, estos recubrimientos presentan la desventaja de ser inestables y tener limitaciones para su aplicación, sobre todo, en el control de la respiración del producto, de la estabilidad y la capacidad para transportar aditivos, conservadores y nutracéuticos. Además, algo muy importante de resaltar, es que gran parte de estas emulsiones desarrolladas implican la utilización de disolventes orgánicos, que por su riesgo toxicológico, limitan su uso para aplicarse directamente en alimentos a menos que se asegure su presencia en concentraciones aceptables. Algunos de los actuales métodos, también son difíciles de adaptarse a procesos industriales y tienen requerimientos especiales.
En el estado de la técnica se conoce el uso de la cera de carnauba, dicha cera incluye un punto de fusión es de 78 a 85 °C, que es el más alto de las ceras naturales, y está compuesta de ésteres de ácidos grasos (80-85 %), alcoholes grasos (10 a 15 %), ácidos (3 a 6 %) e hidrocarbonos (1 a 3 %); tiene dioles esterificados grasos (cerca 20 %), ácidos grasos hidroxilados (cerca del 6 %) y ácido cinámico (cerca de 10 %), siendo éste último antioxidante. La cera de carnauba es utilizada para tratamientos post-cosecha de frutos para alargar su vida de anaquel y conservar la apariencia y lozanía, esto es debido a que disminuye la transpiración y por ello inhibe en ciertos grados la deshidratación, al mismo tiempo que ayuda a preservarlas de fungosis y bacteriosis y mantiene el brillo natural de las frutas, se usa como "cera al agua" es decir, formando emulsiones. La presente invención también se refiere a un producto para tratar frutos en post-cosecha para alargar su vida de anaquel, pero con la ventaja adicional de incluir otros componentes activos que promuevan tal alargamiento de la vida de anaquel.
OBJETOS DE LA INVENCION Teniendo en cuenta los defectos y carencias de la técnica anterior, es un objeto de la presente invención proporcionar una nueva composición de nanopartículas lipídicas sólidas (NLS) con tamaños de partícula submicrónicas de entre 50 y 900 nm y de preferencia de 50 a 500 nm que está conformada como un nanorecubrimiento ó película que se utiliza para incrementar la vida de anaquel, de almacenamiento y durante la transportación de los alimentos naturales frescos como semillas, cereales, frutas u hortalizas.
Es un objeto adicional de la presente invención una composición de nanopartículas lipídicas sólidas (NLS) para recubrir alimentos conservando su frescura y propiedades nutritivas, protegiéndolos de cambios de temperaturas extremas y en general condiciones ambientales desfavorables.
Es otro objeto de la presente invención una composición de nanopartículas lipídicas sólidas para recubrir alimentos que incluya aditivos potenciadores de la conservación del alimento, tales como antioxidantes y modificadores de textura, que pueden estar entrampados en las NSL, disueltos ó dispersados, para quedar integrados homogéneamente en el sistema una vez que el agua sea eliminada y se forme la película.
Es un objeto más de la presente invención una composición de nanopartículas lipídicas sólidas para recubrir alimentos que incluya agentes nutritivos adicionales.
Es aún otro objeto de la invención una composición que se conforma como un recubrimiento que comprende lípidos sólidos, ó ceras, al menos un agente estabilizante emulsificante iónico o no iónico y uno ó más materiales formadores de película en solución o dispersión acuosa que pueden ser polímeros naturales o sintéticos, proteínas ó plastificantes y que funciona como coadyuvante en la distribución homogénea del recubrimiento en la superficie del alimento fresco. Es un objeto más de la presente invención proporcionar un método para la protección prolongada de alimentos frescos, frutos, hortalizas, verduras y/ó semillas, el cual consiste en la aplicación de un recubrimiento de las nanopartículas lipídicas sólidas (NLS) de la invención.
Otro de los objetos de la invención, es proveer un producto menos perecedero al ser tratados con las nanopartículas de la invención por lo que se facilita su traslado conservando su apariencia fresca ante el consumidor. La ventaja principal de la utilización de nanorecubrimientos a base de nanopartículas lipídicas sólidas, es que en relación a su tamaño de partícula y comportamiento, tienen una mayor estabilidad, mayor poder de recubrimiento y una distribución más homogénea por su gran área superficial expuesta, estas características favorecen la liberación homogénea de activos y la capacidad para encapsular sustancias conservadoras y nutracéuticas, como polifenoles, vitamina E, licopeno, β-caroteno, aceites esenciales, entre otras; la liberación controlada de estas sustancias durante el almacenamiento y consumo, resulta benéfico para la salud. Debido a sus características y a la posibilidad de utilizarlas en combinación con materiales poliméricos, se puede tener un adecuado control de las propiedades de barrera de permeabilidad e intercambio gaseoso.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La ventaja principal de la utilización de nanorecubrimientos a base de nanopartículas lipídicas sólidas, es que permiten encapsular sustancias activas y/o conservadores, y que en relación a su tamaño de partícula y comportamiento, tienen una mayor estabilidad, mayor poder de recubrimiento y una distribución más homogénea por su gran área superficial expuesta, estas características favorecen una liberación más homogénea de los activos o sustancias conservadoras encapsulados en estas nanopartículas.
Los activos pueden ser polifenoles, vitamina E, licopeno, β-caroteno, aceites esenciales, entre otras; la liberación controlada de estas sustancias durante el almacenamiento y consumo, esto resulta en la conservación de las propiedades nutritivas incluso nutracéuticas propias del fruto u hortaliza, ya que al conservar las características un producto (fruto) bien desarrollado se beneficia la nutrición y la salud del consumidor.
Debido a las características de los nanorecubrimientos y a la posibilidad de utilizarlas en combinación con materiales poliméricos, se puede tener un adecuado control de las propiedades que le permitan funcionar como una barrera de permeabilidad e intercambio gaseoso.
La presente invención se relaciona con la conservación prolongada de frutas preferentemente frutas climatéricas como guayaba, melón, cítricos y vegetales frescos, verduras, hortalizas ó alimentos frescos ó procesados tales como granos, semillas, oleaginosas, hortalizas y carne, mediante el recubrimiento de nanopartículas de lípidos sólidos. Para la preparación del nanorecubrimiento a base de nanopartículas lipidicas sólidas con tamaños de partícula submicrónicas de entre 50 y 900 nm y de preferencia de 50 a 500 nm de lípidos sólidos a temperatura ambiente obtenidas por medios mecánicos se realiza la siguiente mezcla: a) Se parte de materias de ceras naturales, cera carnauba, cera candelilla, esperma de ballena, cera de abejas, lanolina, cera de lana, cera china, ceras derivadas de petróleo como cera microcristalina, cera parafina ó mezclados con otros lípidos como aceite de girasol, aceite de soya, lecitina y derivados de lecitina, entre otros materiales de uso alimenticio, formando la base funcional del nanorecubrimiento,
Se adicionan agentes estabilizantes de uso alimenticio tales como emulsificantes no iónicos: monogliceridos, digliceridos, glicéridos de cadena media, laurato de gliceril, poloxameros, lecitina; ésteres de ácidos grasos como monolaurato de sorbitan (tween 20), monoestearato de sorbitan (Tween 60) y monooleato de sorbitan (Tween 80), monolaurato de sorbitan (Span 20), poly(vinil)alcohol, pluronic-127, acrilamidas, surfactantes con base silicón, derivados del sorbitol, entre otros y como emulsificantes iónicos: lauril sulfato de sodio, fosfolípidos y sales de alginato. El emulsificante puede ser usado solo o en combinación e integrarse a la formulación como agentes utilizados para la preparación de las nanopartículas Lipidicas Sólidas o como estabilizantes de la dispersión durante su almacenaje o aplicación;
Se adicionan materiales formadores de película en solución o dispersión acuosa en una relación de 0.1 a 5.0 % en peso tales como:
i. polisacáridos (goma xantana, goma guar, goma de tragacanto, goma de mezquite, mucílagos de origen vegetal, almidones modificados, alginatos, carrageninas, maltodextrinas, gelana entre otros);
ii. Polímeros sintéticos (Eudragit RL, Eudragit RS, polivinilalcohol, polivinilpirrolidona, polivinilacetato, mezclas de polivinilacetato con povidona etilcelulosa, polivinil acetato teraftalato, carboximetilcelulosa, hidroxietilcelulosa, hidroxipropilmetilcelulosa, metilcelulosa, hidroxipropilcelulosa, metacrilatos, celulosaacetatoftalato, polivinilacetatoftalato, copolimeros de ácido metacrilico, polietilmatacrilato, polibutilmetacrilato, poli isobutil metacrilato, poli hexil metacrilato, polisodecilmetacrilato, polilaurilmetacrilato, polifenilmetacrilato, polimetilacrilato, poliisopropilacrilato, poliisobutilacrilato, polioctadecilacrilato, polietileno, óxido de polietileno, hidroxipropilmetilcelulosaftalato, metilhidroxietilcelulosa, povidona, carboximetilcelulosa de sodio, Shellac o algún polímero con actividad formadora de película similar).
Proteínas de origen natural como zeina, gluteínas, caseínas y sus derivados, proteína de soya, proteínas de suero de leche, entre otras. Plastificantes que se pueden elegir de polietilenglicol (PEG generalmente de grados 200-6000), triacetina, glicerol, esteres de ftalato (dietil, dibutil); esteres de citratos (trietil, acetiltrietil, acetil tributil; aceite de castor, monogliceridos acetilados, aceite de coco fraccionado, glicerol, fructosa, sacarosa, sorbitol o algún otro plastificante con actividad similar. La funcionalidad del plastificante es darle a la película resistencia mecánica y capacidad de estiramiento, se aplican en una relación de 0.1 a 5.0 % en peso de la película.
Adicionalmente, la composición de la presente invención puede incluir opcionalmente la utilización de modificadores de textura del sustrato como sulfatos y sulfonatos, ácidos grasos, alcoholes, lactato de calcio, carbonato de calcio, entre otros; agentes antioxidantes como el a- tocoferol, acido ascórbico, palmitato, extractos y aceites esenciales como eugenol, rosmery, oregáno, canela, entre otros, que puedan ser liberados de forma controlada durante el almacenamiento de frutas frescas y que contribuyan a conservar los antioxidantes naturales presentes en el sustrato, como los fitoquímicos, entre los que se incluyen los polifenoles, flavonoides y otras sustancias de interés en la salud humana. Adicionalmente, el hecho de que contengan antioxidantes también contribuye a la inhibición del oscurecimiento enzimático.
La presente invención también puede considerar la utilización de sustancias que disminuyan la actividad respiratoria de frutas frescas, por ejemplo, la utilización de inhibidores de etileno como auxinas, poliaminas o jasmonatos, especialmente éstos últimos para frutas climatéricas como la guayaba, aguacate, papaya, mango, entre otras, así como, potenciadores de aroma como el ácido mélico. La mezcla de nanopartículas también puede incluir sustancias nutracéuticas que sirvan como medio de enriquecimiento, reconstitución y adición de vitaminas y otros compuestos como polifenoles, quercitina, flavonoides, polifenoles, entre otros. Otros agentes opcionales que junto con la goma xantana, pueden funcionar como protectores de daño por bajas temperaturas son glicerol, sacarosa, fructuosa, sorbitol, manitol, entre otros. La mezcla así obtenida se prepara como una suspensión de nanopartículas lipídicas sólidas en un sistema acuoso formador de película; enseguida la mezcla se puede aplicar ya sea por fluidización, inmersión, aspersión y/o impregnación a través de rodillos; de tal manera que se consiga un recubrimiento uniforme en la superficie del producto a recubrir, siendo este fruta, vegetales frescos, semillas, oleaginosas, hortalizas y/o carne; y en donde se pueda variar la concentración de cera entre 0.1 a 60 % con respecto al peso total del recubrimiento. Los agentes que pueden funcionar como aditivos potenciadores pueden estar entrampados en las nanopartículas lipídicas sólidas o disueltos o dispersados dentro de la dispersión para quedar integrados homogéneamente en el sistema una vez que el agua sea eliminada y se forme la película.
EJEMPLOS
La presente invención será mejor entendida a partir de los siguientes ejemplos, los cuales se presentan únicamente con fines ilustrativos para permitir la comprensión cabal de las modalidades preferidas de la presente invención, sin que por ello se implique que no existen otras modalidades no ilustradas que puedan llevarse a la práctica con base en la descripción detallada arriba realizada. Los ejemplos no deberán considerarse en modo alguno limitativos del alcance de la invención.
Ejemplo 1
Proceso para la conservación prolongada de frutas, caracterizado por la aplicación de nanopartículas lipídicas sólidas a base de una mezcla de cera de candeuba (concentración inicial de 10 % de cera) para su aplicación en la superficie de guayaba (Psidium guajava) variedad media china, con adición de goma xantana como material formador de película (coadyuvante en la distribución homogénea del recubrimiento en la superficie del fruto) en una relación de 0.1 a 0.5 % en peso y, como plastificante propilenglicol en una relación de 0.1 a 0.5 % en peso de la película. Las nanopartículas lipidicas sólidas empleadas tienen un tamaño promedio de 250 nm, se determina la cantidad de recubrimiento (g/cm2) aplicado en la superficie de la fruta, la cual presenta una distribución uniforme de 0.06 g/cm2, provocándose un efecto crioprotector sobre el producto almacenado a 10°C.
Para sustentar el uso benéfico de las nanopartículas lipídicas sólidas, se realizó un muestreo programado para evaluar y dar seguimiento a los cambios de peso, de color y de textura durante cuatro semanas de almacenamiento a 10°C. Con el fin de evaluar la efectividad de las nanopartículas, se aplicaron diferentes proporciones que equivalían a una concentración de cera entre 6 y 8 % con base en una dispersión de nanopartículas al 10 %, se llevó un control con muestras refrigeradas que fueron extraídas del ambiente frío y almacenadas durante 3 días a temperatura ambiente (25°C), con la finalidad de establecer la efectividad del recubrimiento para retardar la maduración de las guayabas, sin que exista daño fisiológico en el producto y que se logra verificar con los cambios en madurez a temperatura ambiente. Los resultados obtenidos muestran que hasta los 25 días de almacenamiento, las guayabas no recubiertas presentaron 10 % de pérdida de peso con respecto a las que contenían 60 % de nanopartículas lipidicas sólidas, siendo menor la pérdida conforme se incrementó la concentración de nanopartículas lipidicas sólidas. Las que contenían 80 % tuvieron una pérdida de 8 %; sin embargo, durante el almacenamiento a temperatura ambiente, las muestras con mayor proporción de nanopartículas lipidicas sólidas mostraron disminución de la maduración.
En relación a la textura, las guayabas presentaron una resistencia promedio a la compresión inicial de 18 N. Las guayabas con concentraciones de 60, 65 ,70 y 75% NLS no presentan diferencias significativas (p≥0.05) entre sí respecto a la firmeza inicial en ensayos de punción realizados hasta 10 mm de la superficie de la fruta con una fuerza máxima de punción de 12 N; sin embargo, si hay diferencias significativas con respecto a las guayabas de control y las recubiertas con goma xantana. Al final del almacenamiento (25 días) las guayabas recubiertas con la concentración de 60 y 65 % de nanopartículas fueron las que conservaron mejor su firmeza; mientras que la concentración de 80 % de nanopartículas lipidicas sólidas no presenta diferencia significativa con respecto a las guayabas control. Como parte del proceso de aplicación la fruta de guayaba fue recubierta por el método de inmersión y aspersión; una vez aplicado el recubrimiento en la superficie de la fruta, se somete a secado utilizando aire a 30°C y velocidad de 4 m/s. También el proceso es posible realizarlo a temperatura ambiente. Se evaluaron los cambios en las características fisicoquímicas y pérdida de peso del fruto durante su almacenamiento en refrigeración a 8°C y su efecto sobre la maduración del fruto después del periodo de almacenamiento refrigerado, a 25°C.
Ejemplo 2
El siguiente ejemplo se aplica a frutales cítricos, el cítrico típico es el limón.
Nanopartículas lipídicas sólidas (NLS) de cera de abeja (concentración inicial de 10 % de cera) fueron aplicadas en la superficie de limón sin semilla (Citrus latilifolia) variedad Thaíti, utilizando goma xantana (0.2 %) como material formador de película (coadyuvante en la distribución homogénea del recubrimiento en la superficie del fruto) y, como plastificante propilenglicol (0.5 %). Las NLS empleadas tuvieron un tamaño promedio de 510 nm; diferentes proporciones de NLS equivalentes a 4, 5 y 6 % en peso de la cera de abeja fueron aplicadas a limones con un color de pericarpio verde correspondiente a un ángulo Hue de 136° y un croma de 32 .Con la finalidad de evaluar el efecto sobre la vida útil del fruto se realizó un muestreo periódico durante 4 semanas a 10°C, comparándose con un control sin tratamiento y otro con goma xantana. Los resultados mostraron que después de 4 semanas de almacenamiento los limones no recubiertos presentaron 18.5 % de pérdida de peso con respecto a las que contenían 5 % de NLS, siendo menor la pérdida conforme se incrementó la concentración de NLS hasta 6 %.
En relación a los cambios de color, parámetro de calidad importante en limones, se estableció que con una concentración de 5 % de NLS el limón mantuvo el color verde durante las 2 primeras semanas de almacenamiento con un ángulo Hue de 127° y cromaticidad promedio de 32, sin que existiera diferencia significativa (a = 0.05) respecto al limón recubierto con 6 % de NLS con un ángulo Hue de 132° y croma de 30.
En los limones tratados con NLS al 5 % la cantidad de jugo expresada en % relativa al peso del fruto varió desde 47.8 % a 39.3 % al inicio y al final del almacenamiento, en el caso de los limones sin tratamiento la jugosidad disminuyo de 46.3 % a 30.4 % en promedio esto debido a los cambios asociados a la pérdida de peso, que a su vez se correlaciona con las diferencias existentes respecto a la resistencia a la punción. La fuerza de punción a una distancia de 3 mm de la superficie del limón fue de 14 N iniciales para todos los limones recubiertos y sin recubrir, sin embargo después de dos semanas de almacenamiento la resistencia a la punción de los limones sin tratamiento se incrementó a un promedio de 27 ± 4 N, mientras que en los limones con 50 y 60 % de NLS se mantuvo la firmeza del producto con una fuerza de 17 + 6 N y 15 ± 3 N respectivamente lo que es indicativo del efecto positivo que tienen las NLS sobre la conservación de limón persa durante el almacenamiento refrigerado.
Ejemplo 3
El siguiente ejemplo se aplica a cereales, siendo el cereal típico el maíz. Aplicación de nanopartículas lipídicas sólidas (NLS) de cera de candeuba (concentración inicial de 10 % de cera) sobre la superficie de semillas de maíz (Zea mayz L), utilizando goma xantana (0.4 %) como material formador de película y propilenglicol (0.5%) como plastificante. Las nanopartículas lípidicas sólidas empleadas tuvieron un tamaño promedio de 374 nm, se determinó la humedad, contenido de proteína durante el almacenamiento a temperatura ambiente como indicativo de cambios de calidad del producto.
Con la finalidad de evaluar el efecto del uso de las NLS se realizó un muestreo semanal de maíz almacenado durante 90 días a 25°C, la comparación de la efectividad de NLS se llevó a cabo aplicando proporciones equivalentes a 4, 5 y 6 % de cera de candeuba determinando la humedad y contenido de proteína. El control fueron semillas sin tratamiento. Los resultados obtenidos muestran que después de 90 días de almacenamiento existió diferencia significativa en el contenido de humedad de las muestras de semillas de maíz recubiertas con SLN (0.6 %) con respecto al control. Estos resultados se confirman con los cambios visuales observados entre las semillas recubiertas con NLS y las de control.
El % de semillas dañadas fue de 2.4 % para las recubiertas con NLS y de 6.7 % para las muestras control, considerado este daño como el número de semillas que flotaron después de la inmersión en agua de 100 semillas. Indicativo de que las NLS proveen un recubrimiento comestible altamente protector y conservador.
De conformidad con lo antes descrito se observa que la "composición de nanopartículas lipídicas sólidas para la conservación prolongada de frutas, verduras y/o alimentos frescos por recubrimiento" ofrece ventajas de conservación superiores con los productos perecederos ya que al ser recubiertos con una membrana semipermeable en su área superficial permiten controlar su proceso respiratorio.
Por lo tanto, será evidente para cualquier experto en la materia que las modalidades del proceso de conservación del producto son únicamente ilustrativas más no limitativas de la presente invención, ya que son posibles numerosos cambios de consideración en sus detalles, pero sin apartarse del alcance de la invención.
Aún cuando se han ilustrado y descrito ciertas modalidades de la invención debe hacerse hincapié en que son posibles numerosas modificaciones a la misma, pero tales modificaciones no representan un alejamiento del verdadero alcance de la invención. Por lo tanto, la presente invención no deberá considerarse como restringida excepto por lo establecido en el estado de la técnica, así como por el alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims

REIVINDICACIONES
Una composición de nanopartículas lipídicas sólidas que se conforma como un nanorecubrimiento para incrementar la vida de anaquel de alimentos naturales frescos como semillas, cereales, frutas u hortalizas, caracterizada por que comprende: a) lípidos sólidos, ó cera en una proporción de 0.1 a 60 % con respecto al peso total de la película de nanorecubrimiento b) uno o más agentes estabilizantes emulsificantes c) uno ó más materiales formadores de película en solución o dispersión acuosa en una relación de 0.1 a 5.0 % en peso que funciona como coadyuvante en la distribución homogénea del recubrimiento en la superficie del alimento fresco.
La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 1 caracterizada porque las nanopartículas lipídicas sólidas tienen tamaños de partícula submicrónicas que van desde 50 y hasta 900 nm, siendo preferiblemente desde 50 a 500 nm.
La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 1 caracterizada porque los lípidos sólidos, ó cera son seleccionados del grupo que consiste de: ceras naturales, cera carnauba, cera candelilla, esperma de ballena, cera de abejas, lanolina, cera de lana, cera china; ceras derivadas de petróleo como cera microcristalina, cera parafina ó mezclados con otros lípidos como aceite de girasol, aceite de soya, lecitina y derivados de lecitina, en donde la concentración de cera puede variar entre 0.1 a 60% con respecto al peso total de la composición.
4. La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 1 caracterizada porque los agentes estabilizantes emulsificantes son agentes iónicos o no iónicos.
La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 4 caracterizada porque el agente estabilizante emulsificante iónico es seleccionado del grupo que consiste de lauril sulfato de sodio, fosfolípidos y sales de alginato. 6. La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 4 caracterizada porque el agente estabilizante emulsificante no iónico es seleccionado del grupo que consiste monogliceridos, digliceridos, glicéridos de cadena media, laurato de gliceril, poloxameros, lecitina; ésteres de ácidos grasos como monolaurato de sorbitan (Tween 20), monoestearato de sorbitan (Tween 60) y monooleato de sorbitan (Tween 80), monolaurato de sorbitan (Span 20), poli(vinil)alcohol, pluronic-127, acrilamidas, surfactantes con base silicón, derivados del sorbitol.
7. La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 1 caracterizada porque los materiales formadores de película en solución o dispersión acuosa son seleccionados del grupo que consiste de polisacáridos, polímeros sintéticos, proteínas y plastificantes que funcionan como coadyuvante en la distribución homogénea del recubrimiento en la superficie del alimento fresco.
8. La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 7 caracterizada porque los polisacáridos se seleccionan del grupo que consiste de goma xantana, goma guar, goma de tragacanto, goma de mezquite, mucílagos de origen vegetal, almidones modificados, alginatos, carrageninas, maltodextrinas y gelana. 9. La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 7 caracterizada porque los polímeros sintéticos se seleccionan del grupo que consiste de Eudragit RL, Eudragit RS, polivinilalcohol, polivinilpirrolidona, polivinilacetato, mezclas de polivinilacetato con povidona etilcelulosa, polivinil acetato teraftalato, carboximetilcelulosa, hidroxietilcelulosa, hidroxipropilmetilcelulosa, metilcelulosa, hidroxipropilcelulosa, metacrilatos, celulosaacetatoftalato, polivinilacetatoftalato, copolimeros de ácido metacrilico, polietilmatacrilato, polibutilmetacrilato, poli isobutil metacrilato, poli hexil metacrilato, polisodecilmetacrilato, polilaurilmetacrilato, polifenilmetacrilato, polimetilacrilato, poliisopropilacrilato, poliisobutilacrilato, polioctadecilacrilato, polietileno, óxido de polietileno, hidroxipropilmetilcelulosaftalato, metilhidroxietilcelulosa, povidona, carboximetilcelulosa de sodio y Shellac
10. La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 7 caracterizada porque las proteínas se seleccionan del grupo que consiste de zeina, gluteínas, caseínas y sus derivados, proteína de soya y proteínas de suero de leche.
1 1 . La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 7 caracterizada porque los plastificantes se seleccionan del grupo que consiste de polietilenglicol (PEG generalmente de grados 200-6000), triacetina, glicerol, esteres de ftalato (dietil, dibutil); esteres de citratos (trietil, acetiltrietil, acetil tributil; aceite de castor, monogliceridos acetilados, aceite de coco fraccionado, glicerol, fructosa, sacarosa y sorbitol.
12. La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 1 caracterizada porque los agentes estabilizantes emulsificantes, los materiales formadores de película, los polisacáridos, las proteínas y los plastificantes pueden funcionar como aditivos potenciadores que pueden estar entrampados en las nanopartículas lipídicas sólidas, disueltos ó dispersados, para quedar integrados homogéneamente en el sistema una vez que el agua sea eliminada y se forme la película.
13. La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada porque además incluye al menos un modificador de textura del sustrato.
14. La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 13 caracterizada porque el al menos modificador de textura del sustrato se selecciona del grupo que consiste de: sulfatos y suifonatos, ácidos grasos, alcoholes, lactato de calcio y carbonato de calcio.
15. La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada porque además incluye al menos un antioxidante que pueda ser liberado de forma controlada durante el almacenamiento del alimento fresco.
16. La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada porque el al menos un antioxidante se selecciona del grupo que consiste de: α-tocoferol, acido ascórbico, palmitato, extractos y aceites esenciales como eugenol, rosmery, oregáno y canela.
17. La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada porque además incluye al menos una sustancia que disminuye la actividad respiratoria de frutas frescas que pueda ser liberada de forma controlada durante el almacenamiento del alimento fresco.
18. La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 17, caracterizada porque la al menos una sustancia que disminuye la actividad respiratoria de frutas frescas se selecciona del grupo que consiste de: inhibidores de etileno como auxinas, poliaminas o jasmonatos.
19. La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada porque además incluye al menos una sustancia potenciadora de aroma que pueda ser liberada de forma controlada durante el almacenamiento del alimento fresco.
20. La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada porque la al menos una sustancia potenciadora de aroma es ácido málico.
21. La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con las reivindicaciones 1 , caracterizada porque además incluye sustancias nutracéuticas.
22. La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada por que comprende: a) cera de candeuba con una concentración inicial de al menos 10 % de cera, b) goma xantana como material formador de película en una relación de 0.1 a 0.5 % en peso y, c) como plastificante propilenglicol en una relación de 0.1 a 0.5 % en peso de la película y donde las nanopartículas lipídicas sólidas tienen un tamaño promedio de 250 nm.
23. La composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada por que comprende: a) cera de abeja con una concentración inicial de al menos 10 % de cera, b) goma xantana como material formador de película en una relación de 0.2 a 0.4 % en peso y, c) como plastificante propilenglicol en una relación de 0.1 a 0.5 % en peso de la película y donde las nanopartículas lipídicas sólidas poseen un tamaño promedio de 374 nm.
24. Un método para la protección prolongada de alimentos frescos: frutos, hortalizas, verduras ó semillas, que consiste en la aplicación de la composición de nanopartículas lipídicas sólidas de conformidad con las reivindicación 1 , ya sea por fluidización, inmersión, aspersión y/o impregnación a través de rodillos.
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