Aguerri Fernández, Laura Davinia
Almeida E Silva, Filomena Augusta (dir.) ; Leonardi, Frederic (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2026
Resumen: El desperdicio de alimentos es una situación preocupante a nivel mundial, por lo que su reducción es un objetivo de la Agenda 2030 (ODS 12.3). En 2021, en la Unión Europea, se desperdiciaron más de 54 millones de toneladas de comida, lo que no solo implica la pérdida de alimentos sino también de otros recursos muy valiosos como el agua, la energía o el suelo, además de aumentar la huella de carbono y los gases de efecto invernadero. El desperdicio ocurre en todas las fases de la cadena alimentaria, y su principal causa es el deterioro de los alimentos, causado en gran medida por microorganismos alterantes presentes en el alimento, quienes modifican sus propiedades sensoriales, influyendo en la calidad y propiciando su desperdicio. Además de la calidad del alimento, en algunos casos el crecimiento microbiológico también puede comprometer su seguridad. Esto es debido a que algunos de los microorganismos presentes en los alimentos de forma natural o por contaminación durante su manipulación son patógenos para el ser humano, es decir, pueden suponer un riesgo para los consumidores.
Con el objetivo de reducir este desperdicio asociado a microorganismos y garantizar la seguridad de los alimentos, los materiales activos son una estrategia muy estudiada en la actualidad. A diferencia del envasado tradicional, que solo aporta una barrera física para la protección del alimento, los envases con materiales activos desempeñan un papel relevante en la conservación de los alimentos y sus propiedades. Estos materiales incorporan agentes activos, que pueden ser de distinta naturaleza, y que aportan diversas funcionalidades, como, por ejemplo, propiedades antimicrobianas. Debido al gran impacto medioambiental derivado del uso indiscriminado de plástico, actualmente se busca diseñar estos materiales activos desde una perspectiva ecológica, utilizando para ello materiales biodegradables en conjunto con compuestos de origen natural.
El diseño y desarrollo de este tipo de materiales activos comprende diversos estudios multidisciplinares, con multitud de factores y requisitos a tener en cuenta, lo que lo convierte en un proceso largo y costoso. De manera indispensable, el material activo final debe cumplir con el mantenimiento de las propiedades activas en las condiciones de aplicación real, y con los requisitos de seguridad química acordes con la regulación vigente. Aun cuando estos requisitos se cumplen, una de las limitaciones de muchos de estos materiales activos se basa en que estos solo son desarrollados con métodos viables a escala de laboratorio, lo que hace que, en la mayoría de los casos, estos materiales se queden anclados en una etapa de investigación inicial y nunca lleguen a la industria.
A lo largo de esta Tesis doctoral se han desarrollado distintos materiales activos antimicrobianos para ser usados en contacto con los alimentos, alargando su vida útil y/o inhibiendo el crecimiento de microorganismos patógenos. En concreto, se han desarrollado tres tipos de materiales, que tratan de abarcar diferentes grupos de alimentos y problemáticas: las frutas y verduras, cuyo deterioro causado por
mohos tiene un gran impacto en la vida útil de las mismas, y los productos de origen animal como los aviares y el pescado, cuya contaminación con bacterias patógenas es de especial importancia. Todos los materiales desarrollados están basados en el uso de materiales biodegradables y compuestos naturales y, además, para su fabricación, se han utilizado técnicas de procesado ya empleadas por la industria y fácilmente escalables, facilitando su transición al mercado.
En el caso concreto de las frutas y verduras, éstas son, en general, muy perecederas, representando casi la mitad de todas las pérdidas de alimentos. Su deterioro es causado principalmente por el crecimiento de mohos, que además se reproducen por esporas y pueden sobrevivir en ambientes hostiles, lo que los hace ubicuos. En el Capítulo I se han desarrollado dos materiales a base de celulosa con propiedades antifúngicas para prevenir el crecimiento de mohos, en particular de Botrytis cinerea, en frutas. En concreto, se trata de papeles con recubrimientos activos de dos tipos que están planteados para ser usados en los cajones de las frutas y verduras de las neveras de los consumidores. Como agente activo, se probaron distintas mezclas de aceites esenciales con propiedades antifúngicas a través de un diseño de mezclas y se eligió la mezcla compuesta por 33,33 % de aceite esencial de orégano (OR) y un 66,67 % de aceite esencial de hoja de canela (CL), debido a que mostró efectos sinérgicos o aditivos en comparación con los aceites esenciales sin mezclar. Los aceites esenciales, que en general están formados por multitud de compuestos volátiles, ejercen su actividad antifúngica en la fase vapor por lo que, para estabilizarlos y evitar su rápida volatilización, estos se incluyeron en emulsiones de almidones catiónicos (almidón HI-CAT (A) y almidón EVO (B)) comerciales con ayuda de un surfactante. Las emulsiones resultantes se utilizaron para recubrir los papeles, dando como resultado papeles activos A y papeles activos B. Los papeles activos (A y B) desarrollados fueron ensayados in vitro frente a Botrytis cinerea, un moho que frecuentemente infecta al tomate y otras
frutas como la fresa, y que causa graves pérdidas, y ambos papeles fueron efectivos, al menos, hasta 31 días tras su recubrimiento. Para comprobar su efectividad en condiciones más cercanas a la realidad, los papeles fueron ensayados en el interior de cajones que contenían tomates y se analizó su deterioro causado por mohos, observándose un aumento de la vida útil del tomate gracias al uso del papel activo. Además, también se realizó una evaluación sensorial de los tomates, y aquellos almacenados con los papeles activos obtuvieron la aceptación
global por parte de los panelistas. Sin embargo, algunos de ellos detectaron sabores extraños asociados a los aceites esenciales, por lo que las investigaciones futuras deben ir en la línea de minimizar los efectos sensoriales de estos papeles activos.
En cuanto a los microorganismos patógenos, Campylobacter spp. es la principal causa de infecciones transmitidas por los alimentos en la Unión Europea. Para controlar esta bacteria gramnegativa de origen fecal asociada a los productos aviares, se han desarrollado unos films biodegradables activos descritos en el Capítulo II. Para ello, se ha investigado el uso del isotiocianato de bencilo (BITC), un compuesto volátil encontrado en plantas de la familia Brassicaceae con potente actividad antibacteriana. Sin embargo, este compuesto presenta una baja
estabilidad y alta volatilidad, por lo que para ser usado en aplicaciones como las que aquí se tratan, es necesario protegerlo. Para este fin, se sintetizó un complejo de inclusión (CI) con β-ciclodextrina (β-CD) y BITC con el objetivo de mejorar la estabilidad de este último, evitar su volatilización y mejorar su compatibilización con los materiales poliméricos usados para la producción de los films activos.
Después, el CI sintetizado se adicionó a dos matrices poliméricas biodegradables, polihidroxibutirato (PHB) y ácido poliláctico (PLA), a distintas concentraciones (2,5 y 5 % CI (m/m)), mediante procesos de extrusión. Una vez extruida, la mezcla de polímero conteniendo el CI fue prensada en caliente para formar los films activos, que fueron ensayados frente a las dos cepas de Campylobacter spp. más frecuentes, Campylobacter coli y Campylobacter jejuni. Los films de PHB con CI (PHB_CI) fueron efectivos observándose que, en ambos casos, los materiales produjeron la inhibición del crecimiento bacteriano a las distintas concentraciones, siendo este efecto proporcional a la concentración de EPL. Además, también se estudió la liberación del péptido en simulantes alimentarios, con el objetivo de entender cómo se comportaría el material activo en contacto con diversos alimentos y se observó que en el simulante acuoso (etanol al 10 %) se consiguió una liberación mantenida en el tiempo. Por último, para evaluar el efecto del material activo en condiciones reales, se seleccionaron dos concentraciones de EPL en la mezcla (3 y 5 %) y se fabricó, por la técnica de moldeo por inyección, un prototipo de envase (bandeja) para salmón fresco. Estos envases fueron probados en un ensayo de desafío durante 12 días con salmón previamente inoculado con Listeria monocytogenes aclimatada a temperaturas de refrigeración, simulando las condiciones más probables en las que esta contaminación podría darse. Además de inhibir el
crecimiento de Listeria monocytogenes en el salmón, este envase activo logró inhibir el crecimiento de otras bacterias alterantes propias del salmón, sin afectar a uno de los indicadores de la calidad de este (Nitrógeno Básico Volátil Total, NBVT), lo que indica que estos envases podrían alargar la vida útil del mismo y aumentar su seguridad.ones de procesamiento tienen una gran influencia en el mantenimiento de las propiedades activas cuando se trata de un compuesto volátil como el BITC. Por último, se realizaron ensayos de migración en simulantes alimentarios según la legislación vigente y se identificaron los migrantes volátiles y no volátiles de los films de PHB, que fueron, en su mayoría, sustancias añadidas intencionadamente (IAS, por sus siglas en inglés).
Otros patógeno de especial relevancia, en este caso por su alta virulencia, es Listeria monocytogenes. Esta bacteria grampositiva se transmite a través de alimentos contaminados, la mayoría de las veces de origen animal, como la leche, el queso o el pescado, y afecta severamente a la población infantil, mujeres embarazadas, personas inmunodeprimidas y ancianos. Para controlarla, normalmente no es posible utilizar una única estrategia y suele ser necesario combinar varias de ellas. En el Capítulo III de esta Tesis, se ha propuesto el uso de un envase activo conteniendo un péptido con propiedades antimicrobianas, ε-poli- L-lisina (EPL), como una de estas estrategias para inhibir el crecimiento de Listeria monocytogenes en salmón fresco. Para ello, se preparó una mezcla (50:50) de PHB y policaprolactona (PCL) por extrusión y se incluyeron en ella distintas concentraciones de EPL (1, 2, 3, 5 y 10 % m/m). A partir de estas mezclas, se prepararon laminados activos y se ensayaron frente a dos bacterias patógenas, Listeria monocytogenes como modelo de bacteria grampositiva y Salmonella enterica como modelo de gramnegativa. En este caso, el efecto antibacteriano del material fue ensayado por contacto directo entre el laminado activo y las bacterias, observándose que, en ambos casos, los materiales produjeron la inhibición del crecimiento bacteriano a las distintas concentraciones, siendo este efecto proporcional a la concentración de EPL. Además, también se estudió la liberación del péptido en simulantes alimentarios, con el objetivo de entender cómo se comportaría el material activo en contacto con diversos alimentos y se observó que en el simulante acuoso (etanol al 10 %) se consiguió una liberación mantenida en el tiempo. Por último, para evaluar el efecto del material activo en condiciones
reales, se seleccionaron dos concentraciones de EPL en la mezcla (3 y 5 %) y se fabricó, por la técnica de moldeo por inyección, un prototipo de envase (bandeja) para salmón fresco. Estos envases fueron probados en un ensayo de desafío durante 12 días con salmón previamente inoculado con Listeria monocytogenes aclimatada a temperaturas de refrigeración, simulando las condiciones más probables en las que esta contaminación podría darse. Además de inhibir el crecimiento de Listeria monocytogenes en el salmón, este envase activo logró inhibir el crecimiento de otras bacterias alterantes propias del salmón, sin afectar a uno de los indicadores de la calidad de este (Nitrógeno Básico Volátil Total, NBVT), lo que indica que estos envases podrían alargar la vida útil del mismo y aumentar su seguridad.
Resumen (otro idioma): Le gaspillage alimentaire est une préoccupation mondiale et sa réduction est un objectif de l'Agenda 2030 (ODD 12.3). En 2021, plus de 54 millions de tonnes de nourriture ont été gaspillées dans l'Union européenne, ce qui entraîne un gaspillage non seulement de nourriture mais aussi d'autres ressources précieuses telles que l'eau, l'énergie et la terre, ainsi qu'une augmentation de l'empreinte carbone et des gaz à effet de serre. Le gaspillage se produit à tous les stades de la chaîne alimentaire et sa principale cause est la détérioration des aliments, due en grande partie aux micro-organismes de détérioration présents dans les aliments, qui modifient leurs propriétés sensorielles, ce qui influe sur la qualité et conduit au gaspillage alimentaire. Outre la qualité des aliments, la croissance microbiologique peut également, dans certains cas, compromettr la sécurité alimentaire. En effet, certains des micro-organismes présents dans les aliments de manière naturelle ou par contamination lors de la manipulation sont pathogènes pour l'homme, c'est-àdire qu'ils peuvent provoquer des infections. Afin de réduire les déchets liés aux micro-organismes et de garantir la sécurité alimentaire, les matériaux actifs constituent aujourd'hui une stratégie très étudiée. Contrairement à l'emballage traditionnel, qui ne constitue qu'une barrière physique pour la protection des aliments, l'emballage avec des matériaux actifs joue un rôle important dans la préservation des aliments et de leurs propriétés. Ces matériauxintègrent des agents actifs, qui peuvent être de nature différente, et offrent diverses fonctionnalités, telles que des propriétés antimicrobiennes. En raison de l'impact environnemental élevé de l'utilisation indiscriminée des plastiques, ces matériaux a actuellement conçus dans une perspective écologique, en utilisant desmatériaux biodctifs sontégradables en conjonction avec des composés d'origine naturelle. La conception et le développement de ces matériaux actifs impliquent un certain nombre d'études multidisciplinaires, avec une multitude de facteurs et d'exigences à prendre en compte, ce qui en fait un processus long et coûteux. Il est essentiel que la matière active finale soit conforme au maintien des propriétés actives dans les conditions d'application réelles, et aux exigences de sécurité chimique conformément aux réglementations en vigueur. Même lorsque ces exigences sont remplies, l'une des limites de bon nombre de ces matières actives est qu'elles ne sont développées qu'avec des méthodes viables à l'échelle du laboratoire, ce qui signifie que, dans la plupart des cas, ces matières restent bloquées au stade de la recherche initiale et n'atteignent jamais l'industrie. Tout au long de cette thèse de doctorat, différents matériaux actifs antimicrobiens ont été développés pour être utilisés au contact des aliments, afin de prolonger leur durée de conservation et/ou d'inhiber la croissance des micro-organismes pathogènes. Plus précisément, trois types de matériaux ont été développés, qui tentent de couvrir différents groupes d'aliments et problèmes : les fruits et légumes, dont la détérioration causée par les moisissures a un impact important sur leur durée de conservation, et les produits animaux tels que la volaille et le poisson, dont la contamination par des bactéries pathogènes est particulièrement importante. Tous les matériaux développés sont basés sur l'utilisation de matériaux biodégradables et de composés naturels et, en outre, des techniques de traitement déjà utilisées par l'industrie et facilement extensibles ont été utilisées pour leur fabrication, facilitant ainsi leur transition vers le marché. Dans le cas particulier des fruits et légumes, ceux-ci sont en général très périssables et représentent près de la moitié des pertes alimentaires. La détérioration est principalement causée par la croissance de moisissures, qui se reproduisent également par des spores et peuvent survivre dans des environnements hostiles, ce qui les rend omniprésentes. Dans le chapitre I, deux matériaux à base de cellulose dotés de propriétés antifongiques ont été mis au point pour empêcher le développement de moisissures, en particulier Botrytis cinerea, sur les fruits. Plus précisément, il s'agit de papiers avec des revêtements actifs de deux types destinés à être utilisés dans les caisses de fruits et légumes dans les réfrigéra teurs des consommateurs. En tant qu'agent actif, différentsmélanges d'huiles essentielles aux propriétés antifongiques ont été testés par le biais d'un plan de mélange et le mélange composé de 33,33 % d'huile essentielle d'origan (OR) et de 66,67 % d'huile essentielle de feuilles de cannelle (CL) a été choisi parce qu'il a montré des effets synergiques ou additifs par rapport aux huiles essentielles non mélangées sur le site. Les huiles essentielles, qui sont généralement constituées d'une multitude de composés volatils, exercent leur activité antifongique en phase vapeur. Pour les stabiliser et empêcher leur volatilisation rapide, elles ont été incluses dans des émulsions d'amidons cationiques commerciaux (amidon HI-CAT (A) et amidon EVO (B)) à l'aide d'un agent tensioactif. Les émulsions obtenues ont été utilisées pour enduire les papiers, ce qui a donné les papiers actifs A et les papiers actifs B. Les papiers actifs (A et B) développés ont été testés in vitro contre Botrytis cinerea, une moisissure qui infecte fréquemment les tomates et d'autres fruits tels que les fraises, et qui provoque des pertes importantes. Les deux papiers ont été efficaces pendant au moins 31 jours après l'enduction. Pour vérifier leur efficacité dans des conditions plus proches de la réalité, les papiers ont été testés à l'intérieur de caisses contenant des tomates et leur détérioration causée par les moisissures a été analysée ; une augmentationde la durée de conservation des tomates a été observée grâce à l'utilisation du papier actif. En outre, une évaluation sensorielle des tomates a également étéréalisée, et celles stockées avec les papiers actifs ont été globalement acceptées par les panélistes. Cependant, certains d'entre eux ont détecté des arômes indésirables associés aux huiles essentielles, de sorte que les recherches futures devraient être orie ntées vers la minimisation des effets sensoriels de ces papiers actifs. En ce qui concerne les micro-organismes pathogènes, Campylobacter spp. est la principale cause d'infections d'origine alimentaire dans l'Union européenne. Pour lutter contre cette bactérie gram-négative d'origine fécale associée aux produits de la volaille, les films biodégradables actifs décrits au chapitre II ont été développés. À cette fin, l'utilisation de l'isothiocyanate de benzyle (BITC), un composé volatil présent dans les plantes de la famille des Brassicaceae et doté d'une puissante activité antibactérienne, a été étudiée. Toutefois, ce composé est peu stable et très volatil, de sorte que pour être utilisé dans des applications telles que celles examinées ici, il est nécessaire de le protéger. À cette fin, un complexe d'inclusion (CI) avec la β-cyclodextrine (β-CD) et le BITC a été synthétisé afin d'améliorer la stabilité de ce dernier, d'éviter sa volatilisation et d'améliorer sa compatibilité avec les matériaux polymères utilisés pour la production de films actifs. Ensuite, l'IC synthétisé a été ajouté à deux matrices polymères biodégradables, le polyhydroxybutyrate (PHB) et l'acide polylactique (PLA), à différentes concentrations (2,5 et 5 % d'IC (m/m)), par des procédés d'extrusion. Une fois extrudé, le mélange de polymères contenant l'IC a été pressé à chaud pour former des films actifs, qui ont été testés contre les deux souches Campylobacter spp. les plus fréquentes, Campylobacter coli et Campylobacter jejuni. Les films de PHB avec CI (PHB_CI) ont été efficaces contre les deux souches testées, même à la concentration la plus faible et en phase vapeur, c'est-à-dire sans contact direct entre le film actif et les bactéries. En revanche, les films PLA, PLA_CI, n'ont exercé aucun effet antibactérien contre les souches étudiées, ce qui indique que la matrice polymère et les conditions de traitement ont une grande influence sur le maintien des propriétés actives lorsqu'il s'agit d'un composé volatil tel que le BITC. Enfin, des tests de migration dans des simulants d'aliments ont été réalisés conformément à la législation en vigueur et des migrants volatils et non volatils des films de PHB ont été identifiés, qui étaient principalement des substances ajoutées intentionnellement (IAS). Listeria monocytogenes est un autre agent pathogène particulièrement important, en raison de sa grande virulence. Cette bactérie à Gram positif est transmise par des aliments contaminés, le plus souvent d'origine animale, comme le lait, le fromage ou le poisson, et affecte gravement les enfants, les femmes enceintes, les personnes immunodéprimées et les personnes âgées. Pour la contrôler, il n'est généralement pas possible d'utiliser une seule stratégie et il est souvent nécessaire d'en combiner plusieurs. Dans le chapitre III de cette thèse, l'utilisation d'un emballage actif contenant un peptide aux propriétés antimicrobiennes, l'ε-poly-Llysine (EPL), a été proposée comme l'une de ces stratégies pour inhiber la croissance de Listeria monocytogenes dans le saumon frais. À cette fin, un mélange (50:50) de PHB et de polycaprolactone (PCL) a été préparé par extrusion et différentes concentrations d'EPL (1, 2, 3, 5 et 10 % m/m) y ont été incluses. À partir de ces mélanges, des laminés actifs ont été préparés et testés contre deux bactéries pathogènes, Listeria monocytogenes comme modèle gram-positif et Salmonella enterica comme modèle gram-négatif. Dans ce cas, l'effet antibactérien du matériau a été testé par contact direct entre le stratifié actif et les bactéries. On a observé que, dans les deux cas, les matériaux produisaient une inhibition de la croissance bactérienne aux différentes concentrations, cet effet étant proportionnel à la concentration de l'EPL. En outre, la libération du peptide dans des simulants alimentaires a également été étudiée, dans le but de comprendre comment le matériau actif se comporterait au contact de différents aliments, et il a été observé que dans le simulant aqueux (éthanol à 10 %), une libération soutenue a été obtenue au fil du temps. Enfin, pour évaluer l'effet de la matière active dans des conditions réelles, deux concentrations d'EPL ont été sélectionnées dans le mélange (3 et 5 %) et un prototype d'emballage (barquette) pour le saumon frais aété fabriqué par moulage par injection. Ces conteneurs ont été testés dans le cadre d'un essai de provocation de 12 jours avec du saumon préalablement inoculé avec Listeria monocytogenes et acclimaté à des températures réfrigérées, simulant ainsi les conditions les plus probables dans lesquelles une telle contamination pourrait se produire. Outre l'inhibition de la croissance de Listeria monocytogenes dans le saumon, cet emballage actif a été capable d'inhiber la croissance d'autres bactéries de détérioration du saumon sans affecter l'un des indicateurs de la qualité du saumon (l'azote basique volatil total, TVB-N), ce qui indique que cet emballage pourrait prolonger la durée de conservation du saumon et en accroître la sécurité.
Con el objetivo de reducir este desperdicio asociado a microorganismos y garantizar la seguridad de los alimentos, los materiales activos son una estrategia muy estudiada en la actualidad. A diferencia del envasado tradicional, que solo aporta una barrera física para la protección del alimento, los envases con materiales activos desempeñan un papel relevante en la conservación de los alimentos y sus propiedades. Estos materiales incorporan agentes activos, que pueden ser de distinta naturaleza, y que aportan diversas funcionalidades, como, por ejemplo, propiedades antimicrobianas. Debido al gran impacto medioambiental derivado del uso indiscriminado de plástico, actualmente se busca diseñar estos materiales activos desde una perspectiva ecológica, utilizando para ello materiales biodegradables en conjunto con compuestos de origen natural.
El diseño y desarrollo de este tipo de materiales activos comprende diversos estudios multidisciplinares, con multitud de factores y requisitos a tener en cuenta, lo que lo convierte en un proceso largo y costoso. De manera indispensable, el material activo final debe cumplir con el mantenimiento de las propiedades activas en las condiciones de aplicación real, y con los requisitos de seguridad química acordes con la regulación vigente. Aun cuando estos requisitos se cumplen, una de las limitaciones de muchos de estos materiales activos se basa en que estos solo son desarrollados con métodos viables a escala de laboratorio, lo que hace que, en la mayoría de los casos, estos materiales se queden anclados en una etapa de investigación inicial y nunca lleguen a la industria.
A lo largo de esta Tesis doctoral se han desarrollado distintos materiales activos antimicrobianos para ser usados en contacto con los alimentos, alargando su vida útil y/o inhibiendo el crecimiento de microorganismos patógenos. En concreto, se han desarrollado tres tipos de materiales, que tratan de abarcar diferentes grupos de alimentos y problemáticas: las frutas y verduras, cuyo deterioro causado por
mohos tiene un gran impacto en la vida útil de las mismas, y los productos de origen animal como los aviares y el pescado, cuya contaminación con bacterias patógenas es de especial importancia. Todos los materiales desarrollados están basados en el uso de materiales biodegradables y compuestos naturales y, además, para su fabricación, se han utilizado técnicas de procesado ya empleadas por la industria y fácilmente escalables, facilitando su transición al mercado.
En el caso concreto de las frutas y verduras, éstas son, en general, muy perecederas, representando casi la mitad de todas las pérdidas de alimentos. Su deterioro es causado principalmente por el crecimiento de mohos, que además se reproducen por esporas y pueden sobrevivir en ambientes hostiles, lo que los hace ubicuos. En el Capítulo I se han desarrollado dos materiales a base de celulosa con propiedades antifúngicas para prevenir el crecimiento de mohos, en particular de Botrytis cinerea, en frutas. En concreto, se trata de papeles con recubrimientos activos de dos tipos que están planteados para ser usados en los cajones de las frutas y verduras de las neveras de los consumidores. Como agente activo, se probaron distintas mezclas de aceites esenciales con propiedades antifúngicas a través de un diseño de mezclas y se eligió la mezcla compuesta por 33,33 % de aceite esencial de orégano (OR) y un 66,67 % de aceite esencial de hoja de canela (CL), debido a que mostró efectos sinérgicos o aditivos en comparación con los aceites esenciales sin mezclar. Los aceites esenciales, que en general están formados por multitud de compuestos volátiles, ejercen su actividad antifúngica en la fase vapor por lo que, para estabilizarlos y evitar su rápida volatilización, estos se incluyeron en emulsiones de almidones catiónicos (almidón HI-CAT (A) y almidón EVO (B)) comerciales con ayuda de un surfactante. Las emulsiones resultantes se utilizaron para recubrir los papeles, dando como resultado papeles activos A y papeles activos B. Los papeles activos (A y B) desarrollados fueron ensayados in vitro frente a Botrytis cinerea, un moho que frecuentemente infecta al tomate y otras
frutas como la fresa, y que causa graves pérdidas, y ambos papeles fueron efectivos, al menos, hasta 31 días tras su recubrimiento. Para comprobar su efectividad en condiciones más cercanas a la realidad, los papeles fueron ensayados en el interior de cajones que contenían tomates y se analizó su deterioro causado por mohos, observándose un aumento de la vida útil del tomate gracias al uso del papel activo. Además, también se realizó una evaluación sensorial de los tomates, y aquellos almacenados con los papeles activos obtuvieron la aceptación
global por parte de los panelistas. Sin embargo, algunos de ellos detectaron sabores extraños asociados a los aceites esenciales, por lo que las investigaciones futuras deben ir en la línea de minimizar los efectos sensoriales de estos papeles activos.
En cuanto a los microorganismos patógenos, Campylobacter spp. es la principal causa de infecciones transmitidas por los alimentos en la Unión Europea. Para controlar esta bacteria gramnegativa de origen fecal asociada a los productos aviares, se han desarrollado unos films biodegradables activos descritos en el Capítulo II. Para ello, se ha investigado el uso del isotiocianato de bencilo (BITC), un compuesto volátil encontrado en plantas de la familia Brassicaceae con potente actividad antibacteriana. Sin embargo, este compuesto presenta una baja
estabilidad y alta volatilidad, por lo que para ser usado en aplicaciones como las que aquí se tratan, es necesario protegerlo. Para este fin, se sintetizó un complejo de inclusión (CI) con β-ciclodextrina (β-CD) y BITC con el objetivo de mejorar la estabilidad de este último, evitar su volatilización y mejorar su compatibilización con los materiales poliméricos usados para la producción de los films activos.
Después, el CI sintetizado se adicionó a dos matrices poliméricas biodegradables, polihidroxibutirato (PHB) y ácido poliláctico (PLA), a distintas concentraciones (2,5 y 5 % CI (m/m)), mediante procesos de extrusión. Una vez extruida, la mezcla de polímero conteniendo el CI fue prensada en caliente para formar los films activos, que fueron ensayados frente a las dos cepas de Campylobacter spp. más frecuentes, Campylobacter coli y Campylobacter jejuni. Los films de PHB con CI (PHB_CI) fueron efectivos observándose que, en ambos casos, los materiales produjeron la inhibición del crecimiento bacteriano a las distintas concentraciones, siendo este efecto proporcional a la concentración de EPL. Además, también se estudió la liberación del péptido en simulantes alimentarios, con el objetivo de entender cómo se comportaría el material activo en contacto con diversos alimentos y se observó que en el simulante acuoso (etanol al 10 %) se consiguió una liberación mantenida en el tiempo. Por último, para evaluar el efecto del material activo en condiciones reales, se seleccionaron dos concentraciones de EPL en la mezcla (3 y 5 %) y se fabricó, por la técnica de moldeo por inyección, un prototipo de envase (bandeja) para salmón fresco. Estos envases fueron probados en un ensayo de desafío durante 12 días con salmón previamente inoculado con Listeria monocytogenes aclimatada a temperaturas de refrigeración, simulando las condiciones más probables en las que esta contaminación podría darse. Además de inhibir el
crecimiento de Listeria monocytogenes en el salmón, este envase activo logró inhibir el crecimiento de otras bacterias alterantes propias del salmón, sin afectar a uno de los indicadores de la calidad de este (Nitrógeno Básico Volátil Total, NBVT), lo que indica que estos envases podrían alargar la vida útil del mismo y aumentar su seguridad.ones de procesamiento tienen una gran influencia en el mantenimiento de las propiedades activas cuando se trata de un compuesto volátil como el BITC. Por último, se realizaron ensayos de migración en simulantes alimentarios según la legislación vigente y se identificaron los migrantes volátiles y no volátiles de los films de PHB, que fueron, en su mayoría, sustancias añadidas intencionadamente (IAS, por sus siglas en inglés).
Otros patógeno de especial relevancia, en este caso por su alta virulencia, es Listeria monocytogenes. Esta bacteria grampositiva se transmite a través de alimentos contaminados, la mayoría de las veces de origen animal, como la leche, el queso o el pescado, y afecta severamente a la población infantil, mujeres embarazadas, personas inmunodeprimidas y ancianos. Para controlarla, normalmente no es posible utilizar una única estrategia y suele ser necesario combinar varias de ellas. En el Capítulo III de esta Tesis, se ha propuesto el uso de un envase activo conteniendo un péptido con propiedades antimicrobianas, ε-poli- L-lisina (EPL), como una de estas estrategias para inhibir el crecimiento de Listeria monocytogenes en salmón fresco. Para ello, se preparó una mezcla (50:50) de PHB y policaprolactona (PCL) por extrusión y se incluyeron en ella distintas concentraciones de EPL (1, 2, 3, 5 y 10 % m/m). A partir de estas mezclas, se prepararon laminados activos y se ensayaron frente a dos bacterias patógenas, Listeria monocytogenes como modelo de bacteria grampositiva y Salmonella enterica como modelo de gramnegativa. En este caso, el efecto antibacteriano del material fue ensayado por contacto directo entre el laminado activo y las bacterias, observándose que, en ambos casos, los materiales produjeron la inhibición del crecimiento bacteriano a las distintas concentraciones, siendo este efecto proporcional a la concentración de EPL. Además, también se estudió la liberación del péptido en simulantes alimentarios, con el objetivo de entender cómo se comportaría el material activo en contacto con diversos alimentos y se observó que en el simulante acuoso (etanol al 10 %) se consiguió una liberación mantenida en el tiempo. Por último, para evaluar el efecto del material activo en condiciones
reales, se seleccionaron dos concentraciones de EPL en la mezcla (3 y 5 %) y se fabricó, por la técnica de moldeo por inyección, un prototipo de envase (bandeja) para salmón fresco. Estos envases fueron probados en un ensayo de desafío durante 12 días con salmón previamente inoculado con Listeria monocytogenes aclimatada a temperaturas de refrigeración, simulando las condiciones más probables en las que esta contaminación podría darse. Además de inhibir el crecimiento de Listeria monocytogenes en el salmón, este envase activo logró inhibir el crecimiento de otras bacterias alterantes propias del salmón, sin afectar a uno de los indicadores de la calidad de este (Nitrógeno Básico Volátil Total, NBVT), lo que indica que estos envases podrían alargar la vida útil del mismo y aumentar su seguridad.
Resumen (otro idioma): Le gaspillage alimentaire est une préoccupation mondiale et sa réduction est un objectif de l'Agenda 2030 (ODD 12.3). En 2021, plus de 54 millions de tonnes de nourriture ont été gaspillées dans l'Union européenne, ce qui entraîne un gaspillage non seulement de nourriture mais aussi d'autres ressources précieuses telles que l'eau, l'énergie et la terre, ainsi qu'une augmentation de l'empreinte carbone et des gaz à effet de serre. Le gaspillage se produit à tous les stades de la chaîne alimentaire et sa principale cause est la détérioration des aliments, due en grande partie aux micro-organismes de détérioration présents dans les aliments, qui modifient leurs propriétés sensorielles, ce qui influe sur la qualité et conduit au gaspillage alimentaire. Outre la qualité des aliments, la croissance microbiologique peut également, dans certains cas, compromettr la sécurité alimentaire. En effet, certains des micro-organismes présents dans les aliments de manière naturelle ou par contamination lors de la manipulation sont pathogènes pour l'homme, c'est-àdire qu'ils peuvent provoquer des infections. Afin de réduire les déchets liés aux micro-organismes et de garantir la sécurité alimentaire, les matériaux actifs constituent aujourd'hui une stratégie très étudiée. Contrairement à l'emballage traditionnel, qui ne constitue qu'une barrière physique pour la protection des aliments, l'emballage avec des matériaux actifs joue un rôle important dans la préservation des aliments et de leurs propriétés. Ces matériauxintègrent des agents actifs, qui peuvent être de nature différente, et offrent diverses fonctionnalités, telles que des propriétés antimicrobiennes. En raison de l'impact environnemental élevé de l'utilisation indiscriminée des plastiques, ces matériaux a actuellement conçus dans une perspective écologique, en utilisant desmatériaux biodctifs sontégradables en conjonction avec des composés d'origine naturelle. La conception et le développement de ces matériaux actifs impliquent un certain nombre d'études multidisciplinaires, avec une multitude de facteurs et d'exigences à prendre en compte, ce qui en fait un processus long et coûteux. Il est essentiel que la matière active finale soit conforme au maintien des propriétés actives dans les conditions d'application réelles, et aux exigences de sécurité chimique conformément aux réglementations en vigueur. Même lorsque ces exigences sont remplies, l'une des limites de bon nombre de ces matières actives est qu'elles ne sont développées qu'avec des méthodes viables à l'échelle du laboratoire, ce qui signifie que, dans la plupart des cas, ces matières restent bloquées au stade de la recherche initiale et n'atteignent jamais l'industrie. Tout au long de cette thèse de doctorat, différents matériaux actifs antimicrobiens ont été développés pour être utilisés au contact des aliments, afin de prolonger leur durée de conservation et/ou d'inhiber la croissance des micro-organismes pathogènes. Plus précisément, trois types de matériaux ont été développés, qui tentent de couvrir différents groupes d'aliments et problèmes : les fruits et légumes, dont la détérioration causée par les moisissures a un impact important sur leur durée de conservation, et les produits animaux tels que la volaille et le poisson, dont la contamination par des bactéries pathogènes est particulièrement importante. Tous les matériaux développés sont basés sur l'utilisation de matériaux biodégradables et de composés naturels et, en outre, des techniques de traitement déjà utilisées par l'industrie et facilement extensibles ont été utilisées pour leur fabrication, facilitant ainsi leur transition vers le marché. Dans le cas particulier des fruits et légumes, ceux-ci sont en général très périssables et représentent près de la moitié des pertes alimentaires. La détérioration est principalement causée par la croissance de moisissures, qui se reproduisent également par des spores et peuvent survivre dans des environnements hostiles, ce qui les rend omniprésentes. Dans le chapitre I, deux matériaux à base de cellulose dotés de propriétés antifongiques ont été mis au point pour empêcher le développement de moisissures, en particulier Botrytis cinerea, sur les fruits. Plus précisément, il s'agit de papiers avec des revêtements actifs de deux types destinés à être utilisés dans les caisses de fruits et légumes dans les réfrigéra teurs des consommateurs. En tant qu'agent actif, différentsmélanges d'huiles essentielles aux propriétés antifongiques ont été testés par le biais d'un plan de mélange et le mélange composé de 33,33 % d'huile essentielle d'origan (OR) et de 66,67 % d'huile essentielle de feuilles de cannelle (CL) a été choisi parce qu'il a montré des effets synergiques ou additifs par rapport aux huiles essentielles non mélangées sur le site. Les huiles essentielles, qui sont généralement constituées d'une multitude de composés volatils, exercent leur activité antifongique en phase vapeur. Pour les stabiliser et empêcher leur volatilisation rapide, elles ont été incluses dans des émulsions d'amidons cationiques commerciaux (amidon HI-CAT (A) et amidon EVO (B)) à l'aide d'un agent tensioactif. Les émulsions obtenues ont été utilisées pour enduire les papiers, ce qui a donné les papiers actifs A et les papiers actifs B. Les papiers actifs (A et B) développés ont été testés in vitro contre Botrytis cinerea, une moisissure qui infecte fréquemment les tomates et d'autres fruits tels que les fraises, et qui provoque des pertes importantes. Les deux papiers ont été efficaces pendant au moins 31 jours après l'enduction. Pour vérifier leur efficacité dans des conditions plus proches de la réalité, les papiers ont été testés à l'intérieur de caisses contenant des tomates et leur détérioration causée par les moisissures a été analysée ; une augmentationde la durée de conservation des tomates a été observée grâce à l'utilisation du papier actif. En outre, une évaluation sensorielle des tomates a également étéréalisée, et celles stockées avec les papiers actifs ont été globalement acceptées par les panélistes. Cependant, certains d'entre eux ont détecté des arômes indésirables associés aux huiles essentielles, de sorte que les recherches futures devraient être orie ntées vers la minimisation des effets sensoriels de ces papiers actifs. En ce qui concerne les micro-organismes pathogènes, Campylobacter spp. est la principale cause d'infections d'origine alimentaire dans l'Union européenne. Pour lutter contre cette bactérie gram-négative d'origine fécale associée aux produits de la volaille, les films biodégradables actifs décrits au chapitre II ont été développés. À cette fin, l'utilisation de l'isothiocyanate de benzyle (BITC), un composé volatil présent dans les plantes de la famille des Brassicaceae et doté d'une puissante activité antibactérienne, a été étudiée. Toutefois, ce composé est peu stable et très volatil, de sorte que pour être utilisé dans des applications telles que celles examinées ici, il est nécessaire de le protéger. À cette fin, un complexe d'inclusion (CI) avec la β-cyclodextrine (β-CD) et le BITC a été synthétisé afin d'améliorer la stabilité de ce dernier, d'éviter sa volatilisation et d'améliorer sa compatibilité avec les matériaux polymères utilisés pour la production de films actifs. Ensuite, l'IC synthétisé a été ajouté à deux matrices polymères biodégradables, le polyhydroxybutyrate (PHB) et l'acide polylactique (PLA), à différentes concentrations (2,5 et 5 % d'IC (m/m)), par des procédés d'extrusion. Une fois extrudé, le mélange de polymères contenant l'IC a été pressé à chaud pour former des films actifs, qui ont été testés contre les deux souches Campylobacter spp. les plus fréquentes, Campylobacter coli et Campylobacter jejuni. Les films de PHB avec CI (PHB_CI) ont été efficaces contre les deux souches testées, même à la concentration la plus faible et en phase vapeur, c'est-à-dire sans contact direct entre le film actif et les bactéries. En revanche, les films PLA, PLA_CI, n'ont exercé aucun effet antibactérien contre les souches étudiées, ce qui indique que la matrice polymère et les conditions de traitement ont une grande influence sur le maintien des propriétés actives lorsqu'il s'agit d'un composé volatil tel que le BITC. Enfin, des tests de migration dans des simulants d'aliments ont été réalisés conformément à la législation en vigueur et des migrants volatils et non volatils des films de PHB ont été identifiés, qui étaient principalement des substances ajoutées intentionnellement (IAS). Listeria monocytogenes est un autre agent pathogène particulièrement important, en raison de sa grande virulence. Cette bactérie à Gram positif est transmise par des aliments contaminés, le plus souvent d'origine animale, comme le lait, le fromage ou le poisson, et affecte gravement les enfants, les femmes enceintes, les personnes immunodéprimées et les personnes âgées. Pour la contrôler, il n'est généralement pas possible d'utiliser une seule stratégie et il est souvent nécessaire d'en combiner plusieurs. Dans le chapitre III de cette thèse, l'utilisation d'un emballage actif contenant un peptide aux propriétés antimicrobiennes, l'ε-poly-Llysine (EPL), a été proposée comme l'une de ces stratégies pour inhiber la croissance de Listeria monocytogenes dans le saumon frais. À cette fin, un mélange (50:50) de PHB et de polycaprolactone (PCL) a été préparé par extrusion et différentes concentrations d'EPL (1, 2, 3, 5 et 10 % m/m) y ont été incluses. À partir de ces mélanges, des laminés actifs ont été préparés et testés contre deux bactéries pathogènes, Listeria monocytogenes comme modèle gram-positif et Salmonella enterica comme modèle gram-négatif. Dans ce cas, l'effet antibactérien du matériau a été testé par contact direct entre le stratifié actif et les bactéries. On a observé que, dans les deux cas, les matériaux produisaient une inhibition de la croissance bactérienne aux différentes concentrations, cet effet étant proportionnel à la concentration de l'EPL. En outre, la libération du peptide dans des simulants alimentaires a également été étudiée, dans le but de comprendre comment le matériau actif se comporterait au contact de différents aliments, et il a été observé que dans le simulant aqueux (éthanol à 10 %), une libération soutenue a été obtenue au fil du temps. Enfin, pour évaluer l'effet de la matière active dans des conditions réelles, deux concentrations d'EPL ont été sélectionnées dans le mélange (3 et 5 %) et un prototype d'emballage (barquette) pour le saumon frais aété fabriqué par moulage par injection. Ces conteneurs ont été testés dans le cadre d'un essai de provocation de 12 jours avec du saumon préalablement inoculé avec Listeria monocytogenes et acclimaté à des températures réfrigérées, simulant ainsi les conditions les plus probables dans lesquelles une telle contamination pourrait se produire. Outre l'inhibition de la croissance de Listeria monocytogenes dans le saumon, cet emballage actif a été capable d'inhiber la croissance d'autres bactéries de détérioration du saumon sans affecter l'un des indicateurs de la qualité du saumon (l'azote basique volatil total, TVB-N), ce qui indique que cet emballage pourrait prolonger la durée de conservation du saumon et en accroître la sécurité.
Pal. clave: envasado activo ; conservación de alimentos ; envases biodegradables ; antimicrobianos naturales ; seguridad alimentaria
Titulación: Programa de Doctorado en Ciencia Analítica en Química
Plan(es): Plan 487
Área de conocimiento: Ciencias
Nota: Presentado: 30 01 2026
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2026
Aportación del TFG/M a la Sostenibilidad: Poner fin al hambre, conseguir la seguridad alimentaria y una mejor nutrición, y promover la agricultura sostenible. Garantizar las pautas de consumo y de producción sostenibles. Tomar medidas urgentes para combatir el cambio climático y sus efectos.
Fecha de embargo : 2027-01-30
Enlace permanente:
Visitas y descargas
Registro creado el 2026-05-20, última modificación el 2026-05-20
