NANOTECNOLOGÍA: LA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL DEL SIGLO XXI (y II)

La Nanotecnología en la industria alimentaria. Como se describió en la primera parte de este nanoblog, la Nanotecnología permite realizar importantes avances en un gran número de campos mediante la utilización de las herramientas más pequeñas. En lo que respecta a la industria alimentaria, la Nanotecnología está adquiriendo cada vez más importancia y, con toda seguridad, revolucionará el mundo de la alimentación debido a sus numerosas y diversas aplicaciones en este campo, entre las que se incluyen: aseguramiento de la calidad y seguridad alimentarias, control de procesos (determinación de azúcares, alcoholes, aminoácidos, ácidos orgánicos, etc.), desarrollo de envases activos y nanoenvases, nanoetiquetado miniaturizado, desarrollo de nuevos alimentos (nanoalimentos y “gastronomía molecular”), alimentos interactivos, alimentos funcionales, “alimentos personalizados”, alimentos más saludables, nutritivos y/o con mejores características organolépticas y reológicas, mejora de la productividad y reducción de costes, etc..

Biosensores: los “nanoanalistas” de alimentos

Un biosensor es un nanodispositivo compacto de análisis integrado por un elemento de reconocimiento biológico (enzima, orgánulo, tejido, célula, receptor biológico, anticuerpo o ácido nucléico) o biomimético (polímeros de impresión molecular [PIMs], ácidos nucléicos peptídicos [PNAs] o aptámeros) asociado a un sistema de transducción de señal, que permite, empleando el software con los algoritmos apropiados, procesar la señal (eléctrica, óptica, piezoeléctrica, térmica o nanomecánica) producida por la interacción entre el elemento de reconocimiento y la sustancia u organismo que se pretende  detectar (analito). Los biosensores se caracterizan por su alta especificidad, sensibilidad y fiabilidad, su corto tiempo de análisis, su capacidad de multianálisis y para incluirse en sistemas integrados, su facilidad de automatización, su capacidad para trabajar en tiempo real, su versatilidad, la facilidad de su manejo, su portabilidad y miniaturización, su durabilidad y su bajo coste de producción y mantenimiento (González et al., 2005). Dentro de los biosensores empleados en la industria alimentaria se incluyen, entre otros, microarrays o biochips (nanochips), nariz electrónica y lengua electrónica. Los microarrays son pequeños disposivos que contienen de forma ordenada una colección de moléculas biológicas (ácidos nucléicos, proteínas, anticuerpos o tejidos), ordenadas en dos dimensiones e inmovilizadas sobre un soporte sólido. En los microarrays de ADN se inmovilizan fragmentos de material genético monocatenarios (denominados sondas), que pueden ser secuencias cortas de ADN (oligonucleótidos), ADN complementario sintetizado a partir del ARNm de un gen (ADNc) o fragmentos de ADN obtenidos mediante la replicación in vitro de moléculas de ADN mediante la reacción en cadena de la polimerasa o PCR (productos de PCR o amplicones); de forma general, los ácidos nucléicos de las muestras a analizar se marcan por diversos métodos (enzimáticos, fluorescentes, radiactivos, etc.) y se incuban sobre el microarray con el objeto de que tenga lugar el reconocimiento entre moléculas complementarias (hibridación), que se detecta mediante escáneres, fluorímetros, etc. (video explicativo). Por otra parte, la nariz electrónica (NE, en inglés E-Nose) es un instrumento olfativo artificial que es capaz de realizar análisis cualitativos y/o cuantitativos de una mezcla de gases, vapores y olores, incluso cuando están presentes a concentraciones muy bajas (partes por billón). De forma general, una nariz electrónica consta de un sistema de exposición al aroma (que contiene la muestra a analizar), una cámara de medida (que contiene la matriz con los sensores) y un sistema informático (que registra y procesa los resultados). De los cinco sentidos, el olfato siempre ha sido el más dificil de definir y objetivizar; sin embargo, esto deja de ser un problema con las narices electrónicas, que crean huellas olfativas digitales objetivas, reproducibles y fiables. La lengua electrónica (en inglés electronic tongue) es un dispositivo con un funcionamiento similar, aunque en este caso la muestra a analizar es un medio liquido, del que se detecta artificialmente su sabor mediante sensores capaces de reconocer y cuantificar los cuatro sabores básicos.

La nanoinspección de la calidad y seguridad alimentarias

La legislación alimentaria es cada vez más estricta en lo que respecta a la calidad y seguridad de los alimentos que se producen y comercializan, por lo que es necesario disponer de tecnologías adecuadas que permitan cumplir y verificar el cumplimiento de todos los requisitos legales en materia alimentaria. En este sentido, las características de los biosensores los convierten en excelentes instrumentos capaces de competir exitosamente en el mercado agroalimentario con otras tecnologías para contribuir al control de la calidad y seguridad alimentarias. Así, por ejemplo, estos dispositivos pueden aplicarse, y de hecho algunos ya se aplican, a la trazabilidad alimentaria, al análisis de la composición de los alimentos, a la estimación de su vida útil y grado de frescura, a la detección de fraudes alimentarios (ej., sustitución de una especie animal por otra de menor valor económico, presencia de harinas cárnicas y de pescado en piensos, etc.) y a la detección y cuantificación de compuestos xenobióticos (ej., aditivos, fármacos, plaguicidas, fertilizantes, dioxinas, PCBs, metales pesados, etc.), componentes de los alimentos (ej., antinutrientes, alérgenos, grasas, etc.), biotoxinas (ej., toxinas bacterianas, toxinas fúngicas o micotoxinas y toxinas marinas) y microorganismos alterantes y patógenos (bacterias, hongos, levaduras, virus y parásitos). Aunque las principales aplicaciones de los microarrays y otros biosensores van dirigidas a la investigación genómica y la medicina, ya se dispone de dispositivos específicos (basados en la hibridación de ácidos nucléicos y en interacciones antígeno-anticuerpo) para la detección de Salmonella spp., Listeria monocytogenes, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Clostridium botulinum y otros microorganismos cuya presencia en los alimentos y/o la de sus toxinas (ej., enterotoxinas estafilocócicas, toxina botulínica, etc.) puede suponer un peligro para la salud de los consumidores. Por otra parte, las narices y lenguas electrónicas tienen numerosas aplicaciones para el control de la calidad de los alimentos (principalmente carnes, pescados, quesos, frutas, zumos y bebidas como vino, cerveza, agua mineral y café), tanto durante el proceso de producción como en el producto final. Así, por ejemplo, estos dispositivos electrónicos miniaturizados pueden emplearse para la clasificación de sabores y aromas, determinación de ingredientes, detección de contaminantes, inspección del grado de frescura, control de los procesos de fermentación, maduración, cocción, etc., determinación de la graduación alcohólica, etc.

Finalmente, considerando lo expuesto anteriormente, no cabe duda de que las nuevas tecnologías están adquiriendo cada día una mayor importancia en la industria alimentaria, por lo que la nanotecnología revolucionará el campo de la alimentación. Sin embargo, es interesante mencionar que, como para cualquier otra tecnología, es necesario que primero se lleve a cabo un exhaustivo control de las aplicaciones nanotecnológicas en los alimentos con el objeto de garantizar que éstas no suponen ningún peligro para los consumidores. En este sentido, se pueden destacar dos organismos británicos que velan para que se garantice la seguridad de los avances nanotecnológicos en el campo de la alimentación: el Institute of Food Science and Technology (IFST) y la Food Standards Agency (FSA). Entre sus principales conclusiones cabe mencionar que su mayor preocupación se centra en la posible ingestión de nanopartículas libres y en la ausencia de legislación específica que proteja al consumidor, especialmente en lo que hace referencia a los requisitos de etiquetado de los alimentos que contienen nanopartículas.

Luis M. Cintas Izarra¹

Departamento de Nutrición, Bromatología y Tecnlogía de los Alimentos

Facultad de Veterinaria

Universidad Complutense de Madrid (UCM)

¹El autor agradece a los alumnos de “Higiene, Inspección y Control Alimentario” de la Licenciatura de Veterinaria (Facultad de Veterinaria, UCM) de “Higiene Alimentaria” de la Diplomatura de Nutrición Humana y Dietética (Facultad de Medicina, UCM) y “Higiene de los Alimentos” de la Licenciatura de Ciencia y Tecnología de los Alimentos (Facultad de Veterinaria, UCM) la información recopilada en sus excelentes trabajos-seminarios sobre Nanotecnología Alimentaria realizados durante los cursos académicos 2004/05 y 2005/06.