Desarrollo de envases bioactivos para la obtención de alimentos funcionales

Abstract

La encapsulación constituye una estrategia utilizada para proteger, transportar y controlar la liberación de compuestos bioactivos, mejorando su estabilidad, funcionalidad y disponibilidad. En este marco, los envases bioactivos representan una evolución del concepto tradicional de envasado, capaces de vehiculizar compuestos activos incorporados en la matriz y generar alimentos con un efecto beneficioso para la salud. Este enfoque permite desarrollar alimentos funcionales sin necesidad de añadir directamente el bioactivo a la formulación, ya que la liberación puede ocurrir hacia el alimento o durante la digestión. Los biopolímeros se presentan como materiales de pared adecuados para este fin, y su combinación puede mejorar las propiedades del sistema. En particular, el uso de nanocompuestos constituye una estrategia innovadora que amplía las posibilidades de diseño de envases activos. En el marco de la bioeconomía, la obtención de estos materiales a partir de subproductos agroindustriales contribuye tanto a la generación de valor agregado como a la sustentabilidad. La soja representa una de las principales cadenas agroindustriales de Argentina y genera corrientes de subproductos con elevado potencial para el desarrollo de biomateriales. La torta residual de la industria aceitera constituye una fuente de proteínas con reconocidas propiedades filmógenas y encapsulantes, mientras que las cáscaras de soja aportan celulosa renovable para la obtención de nanocelulosas. En este contexto, el objetivo general de esta tesis fue desarrollar envases bioactivos nanocompuestos formulados a partir de proteínas y nanocelulosas derivadas de la cadena de valor de la soja, destinados a proteger, vehiculizar y liberar de manera controlada compuestos bioactivos como estrategia para la preparación de alimentos funcionales. En primer lugar, se obtuvieron nanocristales de celulosa (CNC) y nanofibrillas de celulosa oxidadas por TEMPO (CNF) a partir de cáscaras de soja, evaluando la influencia del tratamiento de blanqueo sobre sus propiedades estructurales, fisicoquímicas y reológicas. Posteriormente, estas nanocelulosas se incorporaron a matrices de aislado proteico de soja para desarrollar sistemas de encapsulación de hierro ferroso (Fe⁺²) y del probiótico Lactiplantibacillus plantarum CIDCA 83114 mediante partículas obtenidas por secado spray y liofilización, así como películas obtenidas por casting. Los resultados demostraron que las cáscaras de soja constituyen una materia prima adecuada para la obtención de nanocelulosas con propiedades estructurales, fisicoquímicas y reológicas ajustables mediante la modificación del tratamiento de blanqueo. El blanqueo con clorito de sodio resultó más eficaz en la remoción de lignina y hemicelulosas, generando nanocelulosas con mayor cristalinidad y rendimiento de extracción, aunque ambos tratamientos permitieron obtener materiales altamente purificados. La incorporación de estas nanocelulosas en matrices de aislado proteico de soja permitió desarrollar sistemas nanocompuestos con propiedades funcionales modulables según el tipo y la concentración de nanocelulosa utilizada y la tecnología de procesamiento empleada. En los sistemas destinados a la encapsulación de hierro ferroso, la combinación de proteínas de soja, nanocelulosas y ácido ascórbico mejoró la eficiencia de encapsulación, la estabilidad del Fe+2 frente a la oxidación y su bioaccesibilidad intestinal, destacándose las partículas obtenidas por secado spray por su mayor capacidad de protección del mineral. Las películas nanocompuestas permitieron modular la retención y liberación del hierro mediante el control de la microestructura del material, aunque el estado de oxidación final del hierro liberado estuvo condicionado por las condiciones del medio digestivo. En los sistemas desarrollados para la encapsulación de L. plantarum CIDCA 83114, la eficacia de protección dependió tanto del material de pared como de la tecnología de procesamiento: las formulaciones basadas individualmente en aislado proteico de soja o nanocristales de celulosa preservaron adecuadamente la viabilidad del probiótico durante el almacenamiento y la digestión simulada, mientras que las películas nanocompuestas (SPI-CNC) evidenciaron un efecto sinérgico entre ambos componentes, alcanzando los mayores niveles de supervivencia tras la digestión gastrointestinal simulada. Estos resultados demuestran que la valorización de proteínas y cáscaras de soja constituye una estrategia viable para el desarrollo de materiales nanocompuestos destinados a aplicaciones de encapsulación y envases bioactivos. La combinación de ambos subproductos permitió obtener matrices capaces de mejorar la protección, la estabilidad y la liberación controlada de bioactivos de distinta naturaleza, ampliando las posibilidades de aprovechamiento de la cadena de valor de la soja para el desarrollo de alimentos funcionales.