The applications of nanotechnology/ Aplicaciones de la
nanotecnologia
Universidad Tecnolgica EquinoccialAnlisis Qumico de
AlimentosAlimentos 4 AAPLICACIONES DE NANOTECNOLOGA
Integrantes:Cevallos RamiroCisneros DiegoCortez MaraDurn
RonnyErazo PriscilaGarca Vanessa
The applications of nanotechnology/ Aplicaciones de la
nanotecnologa
Es una rea de investigacin en donde se utilizan los conceptos de
la fsica, la ingeniera, la qumica y la biologa en cooperacin para
manipular la materia a escala atmica y molecular.
Richard Feynman fue quien inicio los estudio en la nanotecnologa
el primero en pronunciar la capacidad de manipular tomos y molculas
individuales.
LA NANOTECNOLGIA
La nanotecnologa consiste principalmente en el procesamiento de
la separacin, la consolidacin y la determinacin de los materiales
por un tomo o una molculaAPLICACIONES:Campo de los materiales
avanzadosLa biotecnologa y farmacia, ElectrnicaInstrumentos
cientficosProcesos de fabricacin.
La investigacin en nanotecnologa se basa en dos enfoques
diferentes "bottom-up" y ". Top down" tecnologa Bottom-up se basa
en la auto-ensamblaje y la topdown auto-organizacin de las
molculas. en la ciencia de los alimentos es muy comn ver el uso de
la nanotecnologa viendo los cambio estructurales en la escala micro
y nano durante los procesamientos.
Aplicaciones en los alimentos
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El Rol De Los Nano Materiales Y Nano Estructuras Como La
EntregaSistemas para la industria alimentariaEn la industria
alimentaria:Nanoliposomas, Nanoemulsiones Nanoparticulas Nanofibras
.
Tecnologa de encapsulamientosInspirada en la industria de
farmacolgica, Mejora propiedades sensoriales y aumento de la
biodisponibilidadPermite mantener su estado activo sin interferir
las propiedades fisicoqumicas del producto
Nano materiales orgnicosBasado en los tipos de protena y el pH
del medio ambientePrincipales estudios en la casena como nano
vehculos como indicadores de calidad y transportadores de calcio,
fosfato y otras protenas.
Nanogeles de protena alimenticiaDependen del pH y organizaciones
de la redSe utilizan como medios para suministrar nutraceuticos o
drogas
Geles y espumas a base de protenaBase de la ciencia coloidalSe
basa en conceptos de microestructura, adsorcin, estabilidad y
reologa.
Lipid Nanoparticles as Delivery SystemsLas nanopartculas
lipdicas como sistemas de liberacin
Las nanopartculas lipdicas y nanoemulsiones son bastante similar
en estructura a excepcin de que los ncleos de lpidos en
nanoemulsiones estn en estado lquido mientras que nanopartculas
lipdicas estn en estado slido.Los polmeros, lecitinas, y agentes
tensioactivos se utilizan como estabilizadores.
Nanopartculas lipdicas se pueden utilizar como sistemas de
suministro eficientes para ingredientes activos inestables y su
liberacin controlada.La mayora de ellos son los preferidos para ser
utilizados en la entrega de licopeno, beta-caroteno, lutena,
fitoesteroles, coenzima Q10, cido docosahexaenoico, cido
eicosapentaenoico para el cuerpo humano debido a su buena
estabilidad fsica y compatibilidad con otros ingredientes
La manipulacin de las molculas de los alimentos a escala
nanomtrica permite a los ingenieros de alimentos el diseo de
productos sanos e inocuos, con un rendimiento mejorado y
funcional.
Los liposomas son vesculas esfricas que consisten en lpidos
polares caracterizan por tener tanto grupos lipfilos e
hidrfilos.Fueron descubiertas en 1961. Sin embargo , el concepto de
nanoliposome como mecanismo de entrega es nuevo. Los primeros
estudios sobre las nanoliposomas vinieron de la ciencia mdica y
farmacutica que fueron posteriormente aplicada a la ciencia de los
alimentos La formacin de la estructura liposomal se produce slo en
determinadas circunstancias, en presencia de lecitina y la energa
suficiente para alcanzar el equilibrio termodinmico.
Tan pronto como los liposomas interactan con el agua, los lpidos
polares se auto ensamblan y forman partculas coloidales auto
organizados.Se pueden utilizar para encapsular materiales tanto
hidrfilos como lipfilos.Tienen un intervalo de tamao menor de 100
nm.
Los liposomas se utilizaron por primera vez en la industria de
alimentos para acelerar la maduracin del queso , donde la enzima
proteinasa fue atrapado en el interior de un liposoma.Esto redujo
las prdidas de producto por la proteccin del sustrato durante el
procedimiento de fabricacin del queso y proporcionar una
distribucin homognea dentro de la cuajada
La leche humana es un muy buen ejemplo de la utilizacin e
importancia de los liposomas en la nutricin . Los liposomas en la
leche humana llevan ms de 200 ingredientes solubles en grasa y
solubles en agua. Se encontr que desempear un papel importante en
la mejora de la absorcin de nutrientes , la estabilidad coloidal, y
la inmunogenicidadEn la industria alimentaria , los liposomas se
han usado como portadores potenciales para protenas, enzimas,
vitaminas , antioxidantes y sabores
Nanostructured EmulsionsEmulsiones Nanoestructuradas
Las emulsiones son dispersiones lquidas en otra fase lquida
inmiscible. Basndose en la fase dispersa, que se pueden clasificar
como aceite en agua o agua en aceite . La mayora del tiempo, la
fase de aceite incluye aceite vegetal, aceite esencial, vitaminas ,
antioxidantes y agentes bioactivos y la fase acuosa incluye agua,
gomas, emulsionantes, edulcorantes, sales, conservantes, y algunos
tipos de protenas.
Las emulsiones son muy comunes en los sistemas alimentarios,
tales como masas para pasteles , helados, aderezos para ensaladas,
mousse , las bebidas y la mayonesa.
Las nanoemulsiones se refieren a sistemas de emulsin con un
tamao de partcula de 20e200 nm, transparente y estable contra la
sedimentacin. Las nanoemulsiones se pueden formar mediante agitacin
de alto cizallamiento, homogeneizadores de alta presin, y
generadores de ultrasonido.Estas nanoemulsiones pueden
estabilizarse por tensioactivos sintticos que tienen largas colas
hidrfilas de 2E10 tamao nm.
Las nanoemulsiones hechas con aceite de pescado, cidos grasos
omega-3, y el aceite de semilla de lino son de especial inters para
los cientficos de alimentos debido a sus beneficios para la salud.
Puesto que son transparentes con un tamao de partcula inferior a
100 nm, se pueden aadir a la formulacin de bebida o alimento de gel
sin interferir con la claridad.
Engineered NanomaterialsNanomateriales Artificiales
Los nanomateriales artificiales se definen como partculas que
tienen una dimensin que es menor que 100 nmTienen propiedades nicas
que hacen ideal su uso para productos relacionados con la
tecnologa, como la microelectrnica, papel, textil, energa y
cosmticos. Estas aplicaciones tendrn un impacto positivo en la
calidad de vida en muchos aspectos de la medicina y los campos
energeticas
Tambin se espera que los nanomateriales artificiales
proporcionen ahorros econmicos, niveles ms bajos de materias primas
y que las fuentes naturales se utilicen con menor contaminacin
ambiental.Nanomateriales artificiales pueden agruparse como
materiales inorgnicos, funcionalizados en la superficie y los
nanomateriales artificiales orgnicos
Los materiales inorgnicos comunes utilizados en aplicaciones
alimentarias son de plata, hierro, calcio, magnesio, selenio,
silicatos y xido de titanio.
Refrigeradores de nanoplata recubiertos desinfectan el aire y el
agua por bacterias que inhiben el crecimiento de hongos. Una
patente reciente China afirma que la calidad de los alimentos
liofilizados se puede mejorar mediante el uso de ozono , UV y
tecnologas de recubrimiento de nanoplata.
En primer lugar la materia prima se trata con un recubrimiento
de nanoplata , que es posteriormente esterilizada gradualmente por
ozono y ultravioleta para controlar el crecimiento microbiano.En
otra patente, la nanoplata se utiliza como un aditivo
antibacteriano para la produccin de harina de trigo. 57,3 % de los
productos de alimentos y bebidas actuales contiene coloides de zinc
u otros minerales, mientras que 12 % de recubrimiento contiene
nanoplata utilizado en los utensilios de cocina.
Se encontr que las nanopartculas de plata bio-sintetizadas
presentan actividad antimicrobiana hacia cepas de Escherichia
coli.
Los nanomateriales artificiales pueden proporcionar una mayor
flexibilidad, durabilidad y rendimiento a los productos
industriales que han sido utilizados hasta la actualidad. Durante
la ingeniera de nanomateriales los efectos del tamao, la superficie
y la composicin de las caractersticas y el rendimiento de los
nanomateriales deben ser considerados. Estas propiedades sin duda
pueden influir en propiedades tales como la solubilidad, el color,
la transparencia, la conductividad, punto de fusin,
dispersabilidad, y propiedades pticas.
NANOCOMPUESTOSMezcla de un polmero con una nanopartcula de tamao
menor a 100nmUSOSNANOCOMPUESTO MS USADODiseo y produccin de
materiales de embalaje, recubrimiento, sist microelectromecnicos,
sensores trmicos y materiales de controle entre otros.Nanocompuesto
de silicato
NANOCOMPUESTOSINCONVENIENTES MEJORASAlto peso, fragilidad y
opacidad ocasionada por estos compuestos en la industriaPara
superar los inconvenientes se usan materiales como nanotubos,
nanocilindros, cristales y arcillas
Nanofibras reforzadas con celulosa mejora el mdulo elstico en 28
GPa (promedio). Mejorando espumas de nanocompuestos a base de
almidn. A base de almidn, celulosa espumas nanocompuestos de
nanofibras reforzado podran ser producidos por la formacin de
espuma tcnicas de extrusin, liofilizacin, calentamiento por
microondas, o de compresin / explosin.
NANOCOMPUESTOSTcnica de liofilizacin el mtodo ms rentable para
la produccin de espumas microcelulares de
nanofibrillas-reforzada.
Se mostr que el 40% de nanofibras de celulosa que contiene
amilopectina present una mejor resistencia a la deformacin.
Otro grupo utiliza nanofibras de celulosa para mejorar las
propiedades de traccin, permeabilidad al vapor de agua, y la
temperatura de transicin vtrea de pur de mango pelculas
comestibles.
NANOCOMPUESTOSLas propiedades mecnicas, excepto alargamiento se
mejoraron mediante la adicin de nano-fibras de celulosa a pelculas
comestibles. La permeabilidad al vapor de agua se redujo 75%,
mientras que el mdulo de Young se increment 200% con una carga de
10 g de nanofibras de celulosa a 100 g de pur de mango.Arcillas,
nanotubos de carbono, los puntos cunticos, metales, slice,
zirconia, nanopartculas disponibles comercialmente que pueden ser
utilizados para adaptar las propiedades del material de polmeros
cuando se usan en combinacin.
NANOCOMPUESTOSLas nanopartculas proporcionan propiedades de
valor aadido nicas de permeabilidad reducida, la claridad ptica
mejorada, y resistencia a la oxidacin.El autoensamblaje se pueden
clasificar en dos grupos: autoensamblaje esttico (ocurre en estado
global o cuasi-equilibrio) y dinmica autoensamblaje (ocurre en
flujo continuo de energa para retener estado
cuasi-equilibrio).Ensamblaje de las protenas y coloides son
ejemplos de autoensamblaje esttico.
NANOCOMPUESTOSEl uso de sustancias inorgnicas de bajo costo
mejora las propiedades mecnicas y trmicas.Las nanopartculas
interactan entre s por fuerzas coloidales de van der Waals,
hidrfobas y las fuerzas de solvatacin, as como doble capa elctrica
y las interacciones estricas.
Micro fluidosLa microfludica es una actividad de reciente
aparicinSe enfoca en el empleo y controlde pequeosvolmenes (lquidos
o gaseosos) y la multidisciplinaria complejidad de los principios
fsicos y los dispositivos empleados.
La multidisciplinariedad se demuestra en algunas de las
actividades relacionadas:
Microfabricacin Qumica, biologa, fsica, ciencia de materiales en
la micro-escala. Mecnica, modelos numricos, sistemas de
control.Integracin de sistemas y empaque, Ingeniera de
confiabilidad (reliability).
PRECEDENTES La primera tecnologa de microfluidos se incorpor en
la dcada de 1950
En aplicaciones como:Tecnologa de inyeccin de tinta Cromatografa
de gas miniaturizado Sistemas de cromatografa lquida de alto
rendimiento
Medios de fabricacin de los dispositivosSe prevee un mayor
empleo de dispositivos plsticos desechables y de bajo impacto
ambiental, debido a sus ventajas econmicas y a la garanta de que
las muestras no se contaminarn por usos anteriores.
SENSORESEs necesario sealar que la energa y momento de estos
flujos en el sistema, es muy baja y por tanto la interaccin
flujo/sensor debe mantenerse lo ms baja posible.Tipos:Infrarrojos,
otros permiten realizar espectrometra de masa, Raman, fotoacstica;
cromatografa lquida y columnas de separacin ms compactas.
La resonancia magntica nuclear no ha escapado tampoco al proceso
de miniaturizacin
MicroorganismosNuestro medio ambiente y el cuerpo contiene
microorganismos que pueden ser tanto beneficiosos como
perjudiciales.
Aproximadamente el 40% de los 50 millones de muertes en la
poblacin mundial es causada por enfermedades infecciosas
Microorganismos peligrosos y sus fuentes
BiosensoresLos biosensores se pueden clasificar en cuatro
subgrupos: ptica, masa, electroqumica, y trmica.
La complejidad de los compuestos alimentarios y contaminantes,
el tamao de las muestras, y la necesidad de un anlisis continuo,
son algunos de los retos de los biosensores.
La siguiente figura resume las reas y los principios de estos
biosensores y su campo de aplicacinaplicacin
Tipo de Biosensores(basados en la transduccin de
seales)Biosensores pticos:: Deteccin en tiempo real sin
etiquetas.Aplicaciones: Sensores (Deteccin de Salmonella
enteritidis, Listeria monocytogenes) basados resonancia de
plasmones de superficie de resonancia.Biosensores trmicos:
Seguimiento de la energa en forma de calor por el tiempo en una
reaccin qumica que se produce en la presencia de enzimas y
microorganismos. Aplicaciones: Determinacin de cido ascrbico,
glucosa, galactosa, sacarosa, etanol, y los antibiticosBiosensores
de masas: sin etiquetas, anlisis en lnea, ms barato. Mecanismo de
deteccin en ondas acsticas mecnicas mnimas y relativa a un
componente biolgicoAplicaciones: Deteccin de glucosa (en los
refrescos, leche, miel, galletas), vitamina y de microorganismos
patgenos (Salmonella, Listeria, Enterobacter)Biosensores
electroqumicos: Capacidad para operar en medios turbios. Fcil de
miniaturizar, bajos lmites de deteccin.Aplicaciones: La deteccin de
Coxiella burnetii (productos lcteos, huevos, mayonesa), E. coli
Mostrado grandes beneficiosApoyar a la alimentacin y agricultura
(herramientas de diagnstico)
Programas de control de la cadena (HACCP)
Otras funcionesTcnicas basadas en cidos nucleicos tales como la
reaccin en cadena de la polimerasa, hibridacin de cidos nucleicos,
ADN y tecnologas de micro matriz.
Identificacin de bacterias por RNA y / o anlisis de ADN.
Expresin gentica en anlisis bacteriano
La tecnologa de micromatriz puede ser utilizada para analizar
los probiticos que se utilizan como componentes de promocin de la
salud en los productos alimenticios funcionales
La impresin a inyeccin a tinta
6.3.2 Nariz y Lengua electrnicas
6.3.2 Nariz y Lengua electrnicasConstituida por
6.3.2 Nariz y Lengua electrnicas
6.3.2 Nariz y Lengua electrnicas
6.3.3 Uso de Nano materiales para el mejoramiento de
bio-sensores
6.3.3.1. Mtodo SPR: un mecanismo de deteccin rpida para
toxinasLos bio-sensores con tecnologa SPR contienen una pelcula
delgada de oro entre dos medios transparentes con diferentes ndices
refractivos, uno de ellos siendo la solucin muestra.
6.3.3.1. Mtodo SPR: un mecanismo de deteccin rpida para
toxinas
6.3.4 NANOTECNOLOGA en empacado de alimentos - preservacin de la
identidad EMPAQUE
6.3.4 NANOTECNOLOGA en empacado de alimentos - preservacin de la
identidad Tipos de empaques
Nano materiales, nano compuestos y nanotubos de carbn en
envasado de alimentos
Empresas que producen nano compuestos
Desarrollo y caracterizacin de pelculas de nano bio compuestos
de carragenina, zena, y mica obtenido por colada con disolvente
Desventajas de pelculas de zena y carragenina
Nanopartculas de slice y nanotubos de carbono se utilizan
comnmente para mejorar las propiedades de barrera y trmicas,
mecnicas de diversas matrices polimricas
Nanotecnologa en Diseo de Auto-Calefaccin y Paquetes
Autorrefrigerante
Nano sensores en envasado de alimentos
RFID
MEMS
