La nanotecnología puede revolucionar la conservación y el envasado de alimentos

La nanotecnología, una disciplina en rápida evolución, presenta un potencial extraordinario para revolucionar una amplia gama de industrias, ofreciendo soluciones innovadoras a desafíos a largo plazo.

En la investigación del sector alimentario, el envasado y la conservación, la aplicación de nanopartículas (NP) representa un avance significativo, mejorando la frescura y la seguridad de los productos y reduciendo los residuos.

NP ampliamente estudiadas, como las siguientes han demostrado un potencial notable para prolongar la frescura de los productos y reducir los riesgos de seguridad al inhibir el crecimiento microbiano y disminuir el deterioro en tomates, brócolis, espinacas y otras hortalizas verdes:

• el óxido de cobre (CuO),
• la plata (Ag),
• el óxido de magnesio (MgO), 
• el dióxido de titanio (TiO₂), 
• el dióxido de silicio (SiO₂), 
• el óxido de zinc (ZnO), 
• los puntos de carbono, 
• el grafeno, 
• el quitosano y 
• las partículas mesoporosas.

Esta revisión destaca el uso de NP, como Ag, ZnO, TiO₂, SiO₂, nanoarcillas y nanoquitosano, así como técnicas de nanoencapsulación, en los sistemas alimentarios.

Además, explora cómo la nanotecnología puede revolucionar el envasado y la conservación de alimentos al permitir prácticas más efectivas, eficientes y ambientalmente sostenibles, contribuyendo en última instancia a una cadena de suministro de alimentos global más ecológica y segura.

Las técnicas de conservación de alimentos evolucionaron con el tiempo desde el secado al sol hasta el envasado activo (Fig 1. del artículo original)

Introducción

El impacto del aumento demográfico en la demanda de alimentos de alta calidad, así como los problemas que plantea para su conservación, sugieren que entre el 30 % y el 40 % de los alimentos producidos a nivel mundial nunca se consumen y terminan desechándose (1).

La FAO ha descubierto que cada año se pierden o desperdician cerca de 1300 millones de toneladas de alimentos producidos para el consumo humano en todo el mundo (2). Reducir las pérdidas poscosecha aumentaría la disponibilidad de alimentos aptos para el consumo humano y mejoraría el suministro mundial de alimentos, reduciendo así la demanda de producción intensiva que afecta al medio ambiente (3).

Las pérdidas poscosecha incluyen la degradación de los alimentos tanto en cantidad (volumen o cantidad de producto) como en calidad (valor nutricional, color, aceptabilidad y comestibilidad) entre la cosecha y el consumo. Las pérdidas de cantidad son más frecuentes en los países en desarrollo (4), mientras que las pérdidas de calidad son más comunes en los países desarrollados.

La FAO informa que los países en desarrollo desperdician entre el 20 % y el 30 % de su producción hortícola. El desperdicio de alimentos se ha convertido en un problema importante en muchos sectores industriales. En el sector de la fruta procesada a pequeña escala en Turquía, las pérdidas por manipulación y almacenamiento poscosecha oscilan entre el 30 % y el 20 % (5). Las prácticas inadecuadas de gestión poscosecha pueden causar más del 40 % de las pérdidas de hortalizas en países en desarrollo y subdesarrollados (6).

Las pérdidas de alimentos poscosecha se ven influenciadas por diversos factores, como el tipo de alimento, el momento de la cosecha, los métodos de cosecha y manipulación poscosecha, los materiales de envasado, las técnicas de procesamiento y las condiciones de almacenamiento, y la distancia hasta el punto de distribución de alimentos. Otros factores que influyen en las pérdidas de alimentos poscosecha incluyen el transporte deficiente, la falta de infraestructura y la accesibilidad limitada al mercado.

Abordar las pérdidas poscosecha es fundamental para reducir el desperdicio de alimentos a nivel mundial. Se necesita investigación para explorar el impacto de las prácticas de almacenamiento de alimentos en la reducción de las pérdidas tanto de cantidad como de calidad en países industrializados y en desarrollo.

La implementación de técnicas eficaces de almacenamiento de alimentos reduce directamente las pérdidas poscosecha y garantiza una red de producción alimentaria más sostenible, contribuyendo en última instancia a los esfuerzos mundiales por la seguridad alimentaria.

En todo el mundo, se necesitan técnicas de conservación eficaces. El objetivo principal de la conservación de alimentos es reducir el desperdicio y ampliar su capacidad de almacenamiento (7).

Desde la antigüedad, se han utilizado diversas técnicas para conservar alimentos.

La evolución de las técnicas de conservación se ilustra en la Fig. 1. En los últimos años, se ha prestado mayor atención a las soluciones sostenibles de almacenamiento de alimentos mediante la implementación de sistemas inteligentes de envasado y monitoreo para mejorar la calidad y la vida útil de los productos alimenticios.

Esto no solo beneficia al medio ambiente, sino que también contribuye a una cadena de distribución de alimentos más resiliente y adaptable.

Además, esto puede ayudar a reducir el desperdicio de alimentos y garantizar que los alimentos lleguen a quienes los necesitan de forma más eficiente. Asimismo, estas innovadoras soluciones de almacenamiento también pueden ayudar a abordar desafíos como la descomposición de los alimentos y los posibles riesgos para la seguridad.

Generalmente, los productos alimenticios altamente degradables, como las frutas y verduras, pasan por múltiples fases antes de llegar al consumidor. Algunos se venden en mercados de pueblos cercanos, mientras que otros deben pasar por una compleja red de agregadores, transportistas, operadores de almacenamiento, procesadores y comerciantes antes de llegar a pequeñas ciudades.

Las frutas y verduras pueden deteriorarse rápidamente después de la cosecha debido a diversos procesos bioquímicos, lo que plantea serias preocupaciones sobre la estabilidad del producto durante el transporte y el almacenamiento. El uso de estrategias eficaces de conservación poscosecha, especialmente para alimentos altamente perecederos, es fundamental para un transporte seguro.

De hecho, deben mantenerse frescos y limpios durante toda su cadena de suministro para evitar la contaminación y el deterioro. Cualquier alteración en la cadena de frío o una manipulación incorrecta de los alimentos puede poner en peligro su seguridad y valor nutricional. Botrytis cinerea, o moho gris, es un patógeno poscosecha importante que causa la pudrición de muchas frutas y verduras de importancia comercial, tanto durante la temporada de cultivo como durante el almacenamiento (8).

El control de esta enfermedad durante el almacenamiento es esencial, ya que puede sobrevivir a bajas temperaturas (-0,5 °C) e infectar rápidamente las frutas y verduras.

El embalaje es un componente importante de la cadena de suministro de alimentos, ya que protege los productos de la contaminación por contaminantes, suciedad, microbios y productos químicos.

Embalaje y nanotecnología, sinergias para mejorar la conservación

Los materiales de embalaje eficaces deben ser seguros, ligeros, no reactivos y lo suficientemente duraderos como para soportar las tensiones físicas y ambientales. Los plásticos convencionales utilizados en los envases de alimentos son difíciles de descomponer, lo que da lugar a problemas medioambientales.

El envasado de alimentos ha mejorado en respuesta a las cambiantes demandas de los consumidores a medida que la ciencia y la tecnología de los materiales han avanzado.

El uso de la nanotecnología, también conocida como nanociencia, en la producción agrícola y la manipulación posproducción está ganando popularidad actualmente, ya que puede reducir las pérdidas poscosecha, aumentar la calidad de los alimentos y la eficiencia de la producción, y controlar el crecimiento y desarrollo microbiano.

Qué aporta la nanotecnología?

La nanotecnología es una nueva generación de envasado que aumenta la resistencia, la calidad y la estética del envase al reducir la influencia de los gases y la dañina radiación UV (9).

Las nanopartículas (NP) en los envases poscosecha reducen los residuos, mejoran el rendimiento del envase y mejoran la estabilidad térmica, preservando la frescura y la capacidad de recalentamiento de los alimentos.

También proporcionan barreras más resistentes contra los gases, los rayos UV, la humedad y los compuestos volátiles, a la vez que permiten el uso de materiales antimicrobianos y nanobiodegradables (10).

La nanotecnología se centra en materiales de tamaño inferior a 100 nm con una alta relación superficie-volumen, lo que ofrece un notable potencial industrial y científico (11). El nanoenvasado es uno de los nuevos enfoques utilizados en el envasado de alimentos para garantizar la seguridad. Puede ayudar a prevenir la putrefacción y los daños físicos en frutas y verduras durante el transporte (12). Numerosos estudios sugieren que el empleo de nanomateriales de embalaje mejora la calidad fisicoquímica y fisiológica en comparación con los materiales de embalaje estándar (9, 11).

Además, las nanopartículas, como las nanopartículas de plata (Ag), protegen los materiales de embalaje y son muy eficaces contra diversos tipos de infecciones, gérmenes, virus y hongos (13). El uso de nanomateriales de embalaje ofrece una solución viable para aumentar la vida útil de frutas, verduras y otros cultivos hortícolas durante el almacenamiento a largo plazo.

Actualmente, la nanotecnología se utiliza para recubrir alimentos, envoltorios y embalajes alimentarios, proporcionando una protección adicional. Entre los ejemplos de nanotecnología empleada en el embalaje poscosecha se incluyen los nanosensores, los nanocompuestos, la nanoencapsulación y las nanoemulsiones (14).

Debido a su papel crucial en el transporte y la conservación eficientes de los alimentos hasta el consumidor final, el embalaje de alimentos se ha convertido en el tercer sector más importante del mundo (11).

El principal proceso de los sistemas de embalaje consiste en proporcionar contención para facilitar su manipulación, transporte y distribución. Proteger y preservar la calidad de los alimentos frente a condiciones adversas internas y externas; proporcionar información oportuna sobre la calidad del producto y garantizar la comodidad del consumidor (14, 15).

El artículo de revisión examina el panorama mundial de la conservación de alimentos, analiza las causas del deterioro de los alimentos, en particular de las frutas y verduras, y resume el uso de soluciones basadas en la nanotecnología para mejorar el envasado y conservar frutas y verduras de forma más eficaz. Índice

Contenidos

Causas del deterioro de los alimentos
     Cambios químicos
     Cambios en el sabor
     Cambios nutricionales
     Cambios físicos
     Cambios microbianos
     Cambios microbiológicos
     Cambios macrobiológicos

Diversas tecnologías y métodos utilizados en la conservación y envasado de alimentos
     Metodologías convencionales y su impacto en la conservación de alimentos
     Uso de la radiación
     Aplicación de sustancias químicas
     Utilización de agentes biológicos

Nanotecnología: Una tecnología en desarrollo para reducir el deterioro de los alimentos

Técnicas que utilizan la nanotecnología para mejorar la poscosecha y longevidad de frutas y verduras

Desarrollo de nanoestructuras en la conservación de alimentos
     Síntesis sol-gel
     Electrohilado
     Nanoprecipitación
     Polimerización en emulsión

Nanopartículas avanzadas en sistemas alimentarios
     Puntos de carbono
     Materiales de sílice mesoporosos
     Grafeno

Envases mejorados
     Nanotubos de carbono
     Nanoláminas de arcilla y silicato
     Polvo de polivinilo-ZnO
     Polietileno de baja densidad
     Película de nano sílice a base de quitosano
     Nanotecnología de óxido de cobre (CuO) recubierto de gafeno

Envases activos
     Nanocelulosa
     Nanoalmidón
     Nanoproteína
     Nanoquitosano
     Eliminación rápida por nanopartículas de Zn y CuO
     NP de plata
     NP de oro
     NP de óxido de zinc
     NP de dióxido de titanio
     Sistema de inmovilización enzimática
     Depuradores de O2

Envases inteligentes
     Nanosensores
     Nanoindicadores
     Nanocompuestos
     Nanoemulsiones
     Nanoencapsulación
        Beneficios de la nanoencapsulación
     NP inmunosensoras basadas en oro (AU)
     Detección de la estructura de los alimentos

Sostenibilidad ambiental de la nanotecnología en la conservación de alimentos

Normativa y estándares de seguridad en nanotecnología

Alteración del microbioma por nanopartículas de envasado

Clasificación de nano envases (Fig. 3 del artículo original)

Conclusión

Las nanopartículas son extremadamente reactivas y móviles debido a su tamaño nanométrico. Estas características pueden aumentar el riesgo de toxicidad. Por lo tanto, es importante abordar los efectos nocivos de estas partículas durante su manipulación. Tienen el potencial de alterar el microbioma natural del organismo.

Su volumen, tamaño, composición química y características son consideraciones esenciales para determinar su efecto sobre el objetivo.

La nanotecnología es actualmente la solución con mayor potencial en las unidades de conservación y envasado de alimentos.

Ofrece numerosos beneficios para prolongar la vida útil, mejorar las propiedades fisicoquímicas de los materiales de envasado, detectar la acción microbiana en los alimentos y reducir la contaminación de los productos alimenticios en comparación con los métodos convencionales.

Los nanocompuestos impregnados con nanopartículas de óxido de plata u zinc pueden reducir la proliferación bacteriana en productos perecederos como la espinaca, la lechuga y el brócoli, prolongando así su frescura durante el almacenamiento y el transporte. Las nanopartículas de plata (Ag NP), reconocidas por su amplia eficacia antibacteriana, prolongarían la vida útil de las fresas y los champiñones al inhibir la proliferación microbiana.

Si bien el uso de tecnología basada en la nanotecnología en la industria alimentaria, como los nanocompuestos y las nanopartículas, ofrece numerosas ventajas, también presenta una desventaja significativa en términos de toxicidad, que puede integrarse en los alimentos y tener efectos adversos para los seres humanos.

Muchos países han desarrollado legislación y directrices específicas para evaluar el riesgo de utilizar nanomateriales en envases de alimentos, como el Reglamento REACH de la Unión Europea, que protege la seguridad de los materiales de envasado de alimentos. En un futuro próximo, se deberán realizar numerosos experimentos, investigaciones, conocimientos sobre la toxicidad de los nanomateriales y evaluación y gestión de riesgos.

Con el tiempo, el sector del envasado de alimentos superará sus limitaciones actuales con el uso de la nanotecnología, que posee un enorme potencial. Debido a su mayor eficacia y a su administración dirigida, las nanopartículas de óxido de hierro y zinc se habrían empleado principalmente en el sector agrícola.

Además, los nanomateriales diseñados por la FDA, según su naturaleza (orgánica, inorgánica o mixta), podrán utilizar métodos biotecnológicos o sintéticos con el fin de satisfacer requisitos agrícolas o poscosecha específicos.

Estas nanoestructuras optimizadas demostraron una eficacia significativa para prolongar la vida útil y preservar la integridad nutricional de cultivos de hojas verdes, como la espinaca, la col rizada y el repollo, al mitigar el deterioro microbiano y mantener los niveles de clorofila durante el almacenamiento.

Aplicación de nanomateriales para el envasado de frutas y verduras (Fig. 4 del artículo original)

Fuentes

Nanotechnology in post-harvest and shelf life enhancing: Revolutionizing food preservation (*)
Divya Nagarajan, Karthika Rajendran, Ayman El Sabagh, Vijayalakshmi Shankar, Jothika Manokaran, Agalya Jasmin, Chukwuma Ogbaga, Waqas Liaqat, Muhammad Tanveer Altaf, Sharif Ahmed, Muhammad Irfan, Aziz Ur Rehman, Nadia Bhatti, Ayesha Aslam, Javeed Iqbal
Plant Science Today, Vol. 12 No. 4 (2025)
https://doi.org/10.14719/pst.6503

La figura principal es la nr. 2 del artículo original.

(*) El artículo completo está disponible en internet buscando por el título