BIO-APLIC

INTEGRANTES:

Leidy Dahiana Giraldo

Angie Juliana Herrera

Samuel Jaramillo

ASESOR (a):

Ana Lorena Romero

DISEÑO DE UN RECUBRIMIENTO

ANTIMICROBIANO A BASE DE KEFIRAN CON

POTENCIAL APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA

RESUMEN

El Kefiran es un exopolisacárido producido por los microorganismos presentes en los granos de kéfir. Se han reportado estudios que indican el uso de polisacáridos de diferentes fuentes para preparar películas y recubrimientos con diferentes propiedades.

Este proyecto plantea la utilización del Kefiran para diseñar un recubrimiento antimicrobiano con potencial aplicación en la industria alimentaria, lo que diversifica la gama de posibilidades para el productor, aumentando la vida útil y a su vez la productividad

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Desde hace varios años, las industrias de alimentos y envasado han venido uniendo sus esfuerzos para encontrar nuevas formas de proteger a los alimentos de las condiciones ambientales como el oxígeno, la luz, la humedad, los microorganismo, y tensiones mecánicas (Ghasemloua, M., Khodaiyan, F., Oromiehie, A., 2011). Con la evolución de la industria, se han desarrollado plásticos sintéticos económicos y con buenas características; el polietileno es el material sintético de uso común para la fabricación de coberturas agrícolas y películas de empaque de alimentos. El proceso de remoción y disposición final (como enterrar, quemar y/o reciclarlos) de este material no sólo implica costos sino también un efecto adverso sobre el medio ambiente debido a la incapacidad de dichos materiales para degradarse (Enríquez, M., Velasco, R., Ortiz, V., 2012). Dicha problemática ha llevado a la realización de diferentes investigaciones con el fin de reemplazar estos materiales por productos biodegradables obtenidos a partir de fuentes renovables como animales, vegetales, entre otros.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Diseñar un recubrimiento antimicrobiano a base de Kefiran con potencial aplicación en la industria alimentaria

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Establecer condiciones de operación para la producción de Kefiran.

Aislar y purificar el Kefiran como potencial recubrimiento antimicrobiano.

Determinar la actividad antimicrobiana del Kefiran.

Desarrollar el recubrimiento antimicrobiano a base de Kefiran.

Caracterizar propiedades microestructurales del Kefiran empleando microscopia de fuerza atómica (AFM).

JUSTIFICACIÓNLa calidad de los productos alimenticios depende de las características organolépticas, nutritivas e higiénicas, las cuales cambian durante el proceso de almacenamiento y comercialización. La vida útil de los alimentos se ve reducida por la contaminación microbiana aumentando así el riesgo de las enfermedades trasmitidas por alimentos, dicha contaminación es mayor en la superficie del producto. Aunque han sido muchos los procesos físicos y químicos (esterilización, alta presión, radiaciones o agentes activos) que se han desarrollado para mantener el equilibrio de los alimentos y poder conservar su calidad; las industrias se han visto en la necesidad de determinar nuevas formas de proteger los alimentos (Durango, Soares & Arteaga, 2011).

Características como ligereza, suavidad y transparencia de las películas poliméricas químicamente sintetizados han generado un aumento en su utilización en la industria de empaque de alimentos; siendo el polietileno el material sintético de mayor uso para la fabricación de coberturas agrícolas y películas de empaque de alimentos. Sin embargo esto ha generado graves problemas ambientales debido a la incapacidad de dichos materiales para biodegradarse, el proceso de remoción y su disposición final; razones por las cuales se genera la necesidad de explorar el uso de los recursos naturales para obtener materiales y polímeros de base biológica en los empaques (Enríquez et al., 2012; Ghasemlou et al., 2011; Motedayen et al., 2013).

Los biopolímeros (almidones, derivados de celulosa, gomas, proteínas) y los lípidos brindan la posibilidad de obtener películas comestibles delgadas y recubrimientos paraalimentos frescos o procesados y así poder extender su vida útil; al recubrir la superficie del alimento con películas poliméricas comestibles y/o biodegradables, se pude formar una barrera contra el oxígeno, aroma, aceite y humedad, además pueden ser utilizados como antimicrobianos o antioxidantes y mejorar la apariencia y manipulación (Motedayen, Faramarz & Salehi, 2013).

El Kefiran es un exopolisacárido producido por los microorganismos presentes en los granos de kéfir, y comparado con otros polisacáridos, Kefiran posee varias ventajas importantes como propiedades

antibacterianos, antifúngicas, y antitumorales. (Ghasemlou et al., 2011; Piermaria et al., 2008).

Se han reportado estudios que indican que a partir del uso del Kefiran se pueden producir películas con buena apariencia y propiedades mecánicas satisfactorias ya que al parecer posee un excelente potencial como un agente formador de película (Motedayen, Faramarz & Salehi, 2013).

METODOLOGÍA1. Producción de granos de kéfir:

Para esta investigación se utilizarán granos de kéfir de agua cuyo origen es el Caucaso (región natural situada en la linde entre Europa del Este y Asia occidental), y donados por el área de innovación y desarrollo de la empresa Porgal-BT.

En esta fase se determinaran las variables más importantes que favorezcan la tasa de crecimiento de los granos de kéfir para la posterior obtención del Kefiran; entre ellos tenemos sustrato, agitación, temperatura y tiempo de incubación.

En primer lugar los granos de kéfir serán lavados con agua desionizada estéril, y se inocularán 10g de granos de kéfir en 100 ml de agua desionizada estéril que se le adicionarán diferentes concentraciones (30g/L, 25 g/L y 20g/L) de panela rayada. Las muestras serán llevadas a incubación a un Shaker a diferentes temperaturas (20; 25; 28; 32°C) por un periodo de tiempo de 24-48 horas y una agitación (0, 100, 125, 150 y 200 rpm).

Posterior al proceso de incubación los granos de kéfir serán separados del producto fermentado a través de un proceso de filtración haciendo uso de una gasa estéril y se realizará un lavado a los granos de kéfir con agua desionizada estéril. Para evaluar los efectos de las condiciones de cultivo, se pesarán los granos de kéfir para determinar su tasa de crecimiento aplicando la siguiente formula:

%G=Xn+1−XnXn

Dónde:

%G= tasa se crecimiento

X n+1= peso de biomasa después de n días (g)

X n= peso de biomasa después de n+1 día (g)

2. Aislamiento y purificación de Kefiran de los granos de kefir:

Se pesará una cantidad de granos de Kefir y serán tratados en agua hirviendo en una proporción 1:10 (10g de granos de kéfir en 100ml de agua) durante 30 minutos con agitación continua, posteriormente la mezcla será centrifugada a 10.000 gravedades por 20 minutos a una temperatura de 20°C.

Se realizará un proceso de precipitación del polisacárido (kefiran), adicionando un volumen equivalente de etanol frío y se dejará toda la noche a una temperatura de -20°C. Posteriormente la mezcla se centrifugará a 10.000 gravedades por 20 minutos a 4°C y el sedimento se disolverá en agua caliente; el proceso de precipitación se realizará dos veces. Finalmente el precipitado obtenido será disuelto en agua desionizada caliente para así obtener una solución de Kefiran.

La solución de kefiran obtenida será centrifugada a 5.000 gravedades por 10 minutos a 4°C para así recolectar el pellet obtenido.

3. Determinación de la actividad antimicrobiana del Kefiran:

Se evaluará el efecto antimicrobiano del Kefiran contra los siguientes microorganismos indicadores: Listeria monocytogenes ATCC 7644, Salmonella tiphymurium ATCC 14028. Staphylococcus aureus ATCC 2592, Escherichia coli ATCC 25922, Shigella sonnei ATCC 29930 y Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853. Para determinar la actividad antimicrobiana se utilizara el método de difusión en agar y se comparara su efectividad con antimicrobianos de referencia (antibióticos). Se preparan suspensión de 3x108 UFC/mL de cada microorganismo, 0.1mL de cada una de las suspensiones se inocularán en las cajas de Petri que contendrán el medio de cultivo (Agar Tripticasa Soya). Se Impregnarán discos de papel filtro de 5 mm de diámetro con la solución de Kefiran

obtenida en el punto anterior y se superpondrán sobre el agar sembrado con los microrganismos indicadores y serán incubados a 35°C por 24 horas por triplicado. La actividad antimicrobiana de la solución de Kefiran se determinará por el diámetro de los halos de inhibición.

4. Preparación del recubrimiento antimicrobiano a base de kefiran:

Como agente plastificante se hará uso del Glicerol en contenidos de 5, 7.5, 10 y 15% (w/w) con respecto al kefiran extraído de los granos de kéfir. Luego se utilizarán 17g de estas soluciones para preparar el recubrimiento y se depositarán en pequeños recipientes de aluminio y se realizará un proceso de secado a 45°C por 18 horas.

Al obtener el recubrimiento se cortarán trozos delgados para estudiar la morfología e la superficie de las muestras a través de Microscopia de Fuerza atómica (AFM).

BIBLIOGRAFÍA Durango, A.M., Soares, N., Arteaga, M.R. Filmes y revestimientos

comestibles como empaques activos biodegradables en la conservación de alimentos. Biotecnología en el sector agropecuario y agroindustrial, Volumen 9 No.1, Enero- Junio 2011, Páginas 112–118

Enríquez, M., Velasco, R., Ortiz, V., Composición y procesamiento de películas biodegradables basadas en almidón, Revista de biotecnología en el sector agropecuario y agroindustrial, 10(1), 182-192 (2012).

Ghasemlou, M., Khodaiyan, F., Oromiehie, A., Yarmand, M. A., Characterization of edible emulsified films with low affinity to water based on kefiran and oleic acid. International Journal of Biological Macromolecules, 2011, 49, 378-384.

Ghasemloua, M., Khodaiyan, F., Oromiehie, A., Physical, mechanical, barrier, and thermal properties of polyol-plasticized biodegradable edible film made from kefiran. Carbohydrate Polymers, 2011, 84, 477-483.

Ghasemlou, M., Khodaiyan, F., Oromiehie, A., & Yarmand, M. S. (2011). Development and characterisation of a new biodegradable edible film made from kefiran, an exopolysaccharide obtained from kefir grains. Food Chemistry, 127, 1496–1502.

Motedayen, A. K., Khodaiyan, F., Salehi, E.A. Development and characterisation of composite films made of kefiran and starch. Food Chemistry 136 (2013) 1231–1238

Piermaria J. A., Pinottia, A., Garcia, M.A., Abraham A. G. Films based on kefiran, an exopolysaccharide obtained from kefir grain: Development and characterization. Food Hydrocolloids, Volume 23, May 2009, Pages 684–690.

Piermaria J. A., Abraham A. G. (2008). Gelling properties of kefiran, a food- grade polysaccharide obtained from kefir grain. Food Hydrocolloids, 2008, 22, 1520-1527.

Pop, C., Apostu S., Rotar, A.M., Semeniuc, C.A., Sindic. M., Mabon N., FTIR spectroscopic characterization of a new biofilm obtained from kefiran. Journal of Agroalimentary Processes and Technologies, 2013, 19(2), 157-159.

Rodrigues, K.L., Caputo, L.R., Carvalho, J.C., Evangelista, J., Schneedorf, J.M., Antimicrobial and healing activity of kefir and kefiran extract. International Journal of Antimicrobial Agents 25 (2005) 404–408.

Zolfi, M., Khodaiyan,F., Mousavi ,M., Hashemi, M. The improvement of characteristics of biodegradable films made from kefiran-whey protein by nanoparticle incorporation. Carbohydrate Polymers, Volume 109, 30 August 2014, Pages 118–125

EVIDENCIAS FOTOGRÁFICAS

PROCESO DE EXTRACCIÓN Y PURIFICACIÓN

Pesando 10g granos de kefir Agitación y calentamiento

Dividiendo volúmenes

Centrifugación Ajustando condiciones

Precipitación con etanol

Congelación Iniciar precipitación