Optimización de la obtención de nanopartículas de quitosano/timol y su incorporación en recubrimientos comestibles de proteínas de quínoa y quitosano, para su aplicación en frutillas frescas (Fragaria x ananassa) y aumentar su vida útil

Abstract

El creciente interés de consumidores y productores por alimentos de alta calidad, y de mayor vida útil, ha impulsado el desarrollo de películas comestibles formadas a partir de componentes biodegradables. Generalmente se utilizan biopolímeros como polisacáridos y proteínas, ya sea solos o en mezcla, con plastificantes, agentes hidrofóbicos y antimicrobianos. En el presente trabajo se optimizó la obtención de nanopartículas de quitosano/ác.acético-timol-pluronic F-127 (nA1%QTTP) y posteriormente se incorporó a películas de quitosano-proteína de quínoa, fabricadas mediante la técnica de pulverización-congelación en nitrógeno líquido (SFL) con el objetivo de optimizar y elaborar recubrimientos comestibles en base a proteínas de quínoa y quitosano cargadas con antimicrobianos naturales nanoparticulados y evaluar su aplicación sobre frutillas como método para aumentar su vida útil. En primer lugar, se optimizó el sistema SFL para la producción de nanopartículas y se caracterizaron por tamaño, potencial Z, índice de polidispersidad (PDI), carga de timol, morfología y estudios microbiológicos. Los mejores valores de capacidad de carga (CC%), eficiencia de encapsulación (EE%) y tamaño (nm) fueron de 6,7+0,01, 91,2+0,17 y 286+1,2, respectivamente. Y se obtuvieron cuando se incorporó ác. acético como solvente para el quitosano (LMW) y se utilizó ultrasonido 30 min. Por lo que se eligió dicha formulación (nA1%QTTP+ULTRA) para la incorporación en películas. La morfología de las nanopartículas fue determinada por SEM y presentaron una estructura amorfa, rugosa, fracturada y altamente porosa; típica de las nanopartículas producidas mediante el método SFL. Para determinar el efecto microbiológico de las nanopartículas se midió el área de inhibición de crecimiento de Staphylococcus aureus, Listeria innocua y Salmonella Tiphymurium ATCC 14028. Los cuales mostraron mayor efecto antimicrobiano para las nanopartículas (nA1%QTTP+ULTRA) que los controles. La permeabilidad al vapor de agua (PVA) de las películas se evaluaron mediante el método de la copa húmeda en condiciones de 23°C y 60 %H.R, y 5°C y 95 %H.R. Las películas se caracterizaron según sus propiedades físicas, químicas, mecánicas, de barrera, y estructurales, y fueron aplicadas en frutillas para evaluar su efecto en aumentar su vida útil poscosecha determinando: recuento de hongos y levaduras, pérdida de peso, firmeza, pH, acidez titulable, °Brix, índice de madurez, y evaluación sensorial. Las frutillas recubiertas con la película cargada con nanopartículas en comparación a las controles presentaron un menor recuento y crecimiento de hongos y levaduras, aumentando la vida útil de 8 días (frutillas control) a 12 días (frutillas recubiertas con nanopartículas). Además, el recubrimiento cargado con nanopartículas mantuvo la calidad de las frutillas, y no fue detectado por los jueces en el análisis sensorial

The growing interest of consumers and producers of high quality food, and longer life, has driven the development of edible films formed from biodegradable components. Biopolymers are generally used as polysaccharides and proteins, either alone or in admixture with plasticizers, hydrophobic and antimicrobial agents. In the present work production nanoparticles of chitosan/acetic acid–thymol-pluronic F-127 (nA1%QTTP) was optimized and later incorporated into chitosan-quinoa protein films, produced by the technique spray freezing in liquid nitrogen (SFL) in order to optimize and develop edible coatings based joined protein quinoa and chitosan nanoparticle loaded with natural antimicrobials and evaluate its implementation on strawberries as a method to increase their shelf life. First, the SFL system was optimized for the production of nanoparticles and were characterized by size, Z potential, polydispersity index (PDI), thymol charge, morphology and microbiology assays. The best load charge (CC%), encapsulation efficiency (EE%) and size (nm) where 6,7+0,01, 91,2+0,17 and 286+1,2, respectively. And they were obtained when acetic acid was incorporated as a solvent for chitosan (LMW) and used ultrasound 30 minutes. As such formulation (nA1% QTTP+ULTRA) for incorporation into films was chosen. The morphology of the nanoparticles was determined by SEM and presented an amorphous, rough, highly fractured and porous structure; typical of the nanoparticles produced by the SFL method. In order to determine the microbiology effect of nanoparticles, the growth inhibition areas of Staphylococcus aureus, Listeria innocua and Salmonella Tiphymurium ATCC 14028 were measured. Which showed higher antimicrobial effect for nanoparticles (nA1%QTTP+ULTRA) than controls. The water vapor permeability (PVA) of the films was evaluated by the wet cup method at condition of 23°C and 60 % RH, and 5°C and 95 % RH. The films were characterized by physical, chemical, mechanical, barrier and structural properties, and were applied to strawberries to evaluate its effect on increasing life postharvest determining: antimicrobial capacities against moulds, fungal decay, weight loss, firmness, pH, titratable acidity, °Brix, maturity index and sensory evaluation. All strawberries coated compared to the control showed a lower fungal decay, so the edible films increased the shelf life of strawberries of 8 days (control), to 12 days (strawberries coated with nanoparticles). Furthermore, the coating nanoparticles loaded with quality maintained strawberries, and was not detected by the judges in sensory analysis