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DCA-734
Sistemas de proteccin y liberacin controlada de bioactivos
Datos generales
Unidad acadmica: Departamento de Ingeniera Agroindustrial
Programa educativo: Doctorado en Ciencias Agroalimentarias
Nivel educativo: Doctorado en Ciencias
Estructura curricular: Lnea de Generacin y Aplicacin del Conocimiento
Denominacin: Alimentos funcionales e innovadores
Asignatura: Sistemas de Proteccin y Liberacin Controlada de Bioactivos
Carcter: Optativo
Tipo: Terico-prctico
Prerrequisitos: Qumica de alimentos, Tcnicas instrumentales de
anlisis, Fisicoqumica Avanzada, Reologa de Sistemas Dispersos
Profesores: Dra. Ofelia Sandoval Castilla, Dra.Consuelo Silvia Olivia
Lobato Calleros
Ao: Segundo
Semestre: Tercero o cuarto
Sesin: Otoo
Horas totales/semana: 4
Horas totales del curso: 64
Horas totales de estudio independiente/semana: 2
Horas totales de estudio independiente: 32
Crditos: 6
Clave: DCA-734
Introduccin
La asignatura Sistemas de Proteccin y liberacin controlada de bioactivos se
ubica en el tercer o cuarto semestre dentro de la lnea de investigacin Alimentos
Funcionales e Innovadores, con un carcter optativo y tipo terico prctico;
mantiene una relacin vertical con las asignaturas de Seminario de investigacin I,
II y IV; Qumica de Alimentos, Diseos Experimentales, Mtodos Espectroscopicos
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de anlisis para alimentos, Fisicoqumica avanzada, Tcnicas Instrumentales de
Anlisis y Reologa de Sistemas Dispersos; en tanto su relacin horizontal es con
las materias de Seminario de Investigacin II y Proyecto de investigacin II y III.
Esta asignatura comprende bases tericas y prcticas sobre el diseo, formacin y
caracterizacin de sistemas de proteccin y de liberacin controlada de bioactivos.
Durante el curso, los estudiantes realizarn entre otras actividades, las de:
elaboracin y exposicin de proyectos de investigacin bibliogrfica sobre temas
de actualidad en el rea del conocimiento que compete a la asignatura; aplicacin
prctica de los fundamentos tericos en el laboratorio; el anlisis y la discusin de
las ventajas y desventajas de la aplicacin de distintos mtodos de proteccin y
liberacin controlada de bioactivos, as como los criterios para su seleccin;
anlisis y discusin de lecturas. Durante el curso los estudiantes contarn con
presentaciones en Power Point, un manual de prcticas de laboratorio, artculos
de revistas cientficas especializadas y acervo documental en general. La
evaluacin tendr un enfoque por objetivos y comprender: valoracin de
desempeo en el laboratorio, evaluacin de reportes de prcticas y proyectos de
investigacin bibliogrfica, as como exmenes parciales.
Presentacin
Recientemente el enfoque de las investigaciones cientficas en el rea de los
alimentos y de la nutricin, se ha desplazado del papel primario de los alimentos
como fuente de energa y de sustancias estructurales y funcionales del cuerpo
humano, as como de satisfactores del hambre, hacia el desempeo de algunos
de sus componentes bioactivos en la promocin de estado de bienestar,
mejoramiento de la salud y reduccin de riesgos de padecimiento de
enfermedades. El Mercado mundial de estos alimentos representa un segmento
dinmico en crecimiento continuo, que alcanzar 130 billones de dlares para el
ao 2015. Algunos componentes bioactivos que definen a los alimentos como
funcionales son: probiticos, prebiticos, cidos omega-3, antioxidantes,
vitaminas, etc. A pesar de ello, no todos los agentes bioactivos constituyentes de
alimentos denominados como funcionales, demuestran biodisponibilidad y
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actividad biolgica en los seres humanos despus de su ingesta, debido a su alta
labilidad. Esto es, los agentes bioactivos son susceptibles a alteraciones en su
naturaleza qumica y en consecuencia en su funcionalidad, durante su extraccin y
manejo; as como durante el proceso de elaboracin y almacenamiento del
alimento usado como su vehculo y despus de ingeridos, durante su trayecto por
el tracto gastrointestinal antes de alcanzar su sitio activo. Para solventar lo
anterior, se requiere del diseo y la aplicacin de tecnologas de proteccin y
liberacin controlada de agentes bioactivos, de tal manera que se asegure la
conservacin de su estructura qumica y efectividad biolgica. Estos sistemas de
proteccin debern adems proporcionar atributos sensoriales a los alimentos
vehculo, tales que sean ampliamente aceptados por los consumidores. Se
requieren conocimientos sobre las propiedades fisicoqumicas, de estructuracin y
de proteccin de los posibles materiales a utilizar en la formacin de sistemas
dispersos de proteccin; as como de las diversas tecnologas que existen para su
obtencin. En adicin, es importante caracterizar los mecanismos de liberacin
que sufren estos sistemas bajo distintas condiciones ambientales y en aquellas
gastrointestinales simuladas, de tal manera que se asegure la liberacin del
agentes bioactivo en el sitio especfico en el que mostrar su actividad biolgica.
Objetivos
Aplicar metodologas adecuadas para la obtencin de sistemas de proteccin y
liberacin controlada de agentes bioactivos, con base en fundamentos tericos
sobre su funcionalidad, con el fin de obtener alimentos que contribuyan al estado
de salud de la poblacin.
Contenido
Unidad I. Alimentos funcionales y sus agentes bioactivos.
(8 horas teora y 3 horas prctica)
Objetivo: Justificar la proteccin de agentes bioactivos con base en su naturaleza
qumica y labilidad, para el diseo de sistemas dispersos que contribuyan a su
proteccin y funcionalidad adecuada en los alimentos donde se incorporen.
1.1. Perspectivas de mercado, visin/percepcin del consumidor,
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publicidad en la actualidad y legislacin de alimentos funcionales.
1.2. Fuente, naturaleza qumica y funcionalidad (cidos grasos
poliinsaturados, probiticos, prebiticos, antioxidantes, etc.) de
ingredientes bioactivos.
1.3. Algunas tecnologas de extraccin (maceracin, percolacin,
disolucin, destilacin por arrastre de vapor, cromatografa en
columna, fluidos supercrticos).
1.4. Labilidad de agentes bioactivos, necesidad de proteccin ante
agentes ambientales y consideraciones.
Unidad II. Materiales para la formacin de sistemas de proteccin (9 horas
teora y 3 horas prctica)
Objetivo: Identificar la funcionalidad de distintos materiales de pared, basndose
en su composicin, estructura y propiedades fisicoqumicas, para el diseo de
sistemas de proteccin y liberacin controlada de agentes bioactivos.
1.1. Biopolmeros anfiflicos: protenas y pptidos: Composicin, estructura,
propiedades fisicoqumicas y mecnicas
1.2. Polisacridos y oligosacridos: Composicin, estructura, propiedades
fisicoqumicas y mecnicas
1.3. Surfactantes: Composicin, estructura y propiedades fisicoqumicas.
1.4. Complejos biopolimricos protena-sacrido, protena-protena,
sacrido-sacrido. Condiciones de formacin y principales propiedades
fisicoqumicas.
1.5. Complejos solubles y coacervados. Definicin, condiciones de
formacin, propiedades fisicoqumicas y aplicaciones.
Unidad III. Sistemas de proteccin y liberacin de bioactivos: caractersticas
y tecnologas de produccin (19 horas teora y 3 horas prctica).
Objetivo: Identificar distintos sistemas proteccin y liberacin de agentes
bioactivos, de acuerdo a su composicin, estructura, tamao, propiedades de
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barrera y resistencia ante agentes ambientales, para su correcta aplicacin en
sistemas alimenticios.
3.1 Micro y nanoemulsiones sencillasy mltiples.
3.2 Microcpsulas.
3.2.1 Secado por aspersin.
3.2.2 Extrusin.
3.2.3 Emulsificacin y gelificacin por calor.
3.2.4 Gelificacin enzimtica.
3.3 Nanocpsulas.
3.4 Micelas y liposomas.
3.5 Pelculas y recubrimientos comestibles.
3.6 Hidrogeles.
3.7 Complejos solubles y coacervados.
3.8 Complejos entre bioactivos y biopolmeros.
Unidad IV. Mtodos y mecanismos de liberacin de agentes bioactivos
entrampados (13 horas teora y 6 horas prctica).
Objetivo: Describir los mecanismos de liberacin de agentes bioactivos
entrampados, con base en fenmenos fisicoqumicos, para el diseo correcto de
sistemas de proteccin y liberacin controlada, de acuerdo al agente bioactivo y
alimento vehculo en particular.
1.1. Mecanismos de permeacin-difusin: disolucin en agua, cizallamiento,
calentamiento, presin osmtica
1.2. Mecanismos de degradacin: reacciones qumicas, enzimticas
1.3. Sistemas modelo del tracto gastrointestinal humano para la liberacin
simulada
1.4. Biodisponibilidad del bioactivo en la matriz alimentaria
1.5. Estudios de estabilidad y vida til del bioactivo.
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Actividades prcticas
Las actividades prcticas de esta asignatura comprenden la realizacin de 5
prcticas en el Laboratorio de Tecnologa de Alimentos del Departamento de
Preparatoria Agrcola, requiriendo un total de 15 horas.
No. Nombre de la prctica Objetivos Horas Unidad
1 Obtencin de extracto de poleo mediante el uso de dos disolventes y determinacin de su capacidad antioxidante.
Comparar la obtencin de extracto de poleo, mediante el uso de dos disolventes, para determinar su efecto en su capacidad antioxidante.
3 I
2 Aplicacin de las propiedades emulsificantes/estabilizantes de surfactantes y biopolmeros en la formacin de emulsiones mltiples agua-en-aceite-en-agua.
Obtener emulsiones mltiples agua-en-aceite-en-agua estables, mediante surfactantes y biopolmeros, para comprender las propiedades emulsificanes/estabilizantes de estas especies qumicas.
3 II
3 Formacin de complejos solubles y coacervados a partir de la interaccin electrosttica entre una protena y un polisacrido.
Objetivo: Analizar los efectos de pH y relacin en peso entre biopolmeros sobre las propiedades elctricas de estos biopolmeros, mediante determinaciones de potencial zeta, para determinar las condiciones ptimas de acomplejamiento molecular.
3 III
4 Entrampamiento de probiticos en microcpsulas de alginato de sodio y pectina de bajo metoxilo.
Entrampar clulas de probiticos en microcpsulas de alginato de sodio-pectina de bajo metoxilo, mediante la tcnica de extrusin, para la proteccin de estos microorganismos contra condiciones ambientales.
3 IV
5 Liberacin controlada de bioactivos a travs de un sistema gastrointestinal simulado.
Evaluar la liberacin de un agente bioactivo entrampado en un sistema de proteccin, mediante su exposicin bajo condiciones gastrointestinales simuladas, para determinar su cintica de liberacin.
3 IV
Metodologa
Durante el curso, los estudiantes realizarn entre otras actividades, las de: (a)
elaboracin y exposicin de proyectos de investigacin bibliogrfica sobre temas
de actualidad en el rea del conocimiento que compete a la asignatura; (b)
aplicacin prctica de los fundamentos tericos en el laboratorio; (c) anlisis y
discusin de las ventajas y desventajas de la aplicacin de distintos mtodos de
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proteccin y liberacin controlada de bioactivos, as como los criterios para su
seleccin y (d) anlisis y discusin de lecturas.
Los estudiantes contarn con presentaciones en Power Point sobre algunos
contenidos del programa; un manual de prcticas de laboratorio; artculos de
revistas cientficas especializadas y acervo documental en general.
Evaluacin
La evaluacin ser sumativa, tendr un enfoque por objetivos, y comprender: (a)
valoracin de desempeo en el laboratorio; (b) evaluacin de reportes de
prcticas; (c) evaluacin de proyectos de investigacin bibliogrfica y discusiones
grupales y (d) exmenes parciales.
E Elaborar/presentar/ Indicadores Valor Objetivo
Inic
ial
Examen diagnstico individual.
Examen 0 Evaluar los conocimientos tericos y prcticos, mediante la aplicacin de un examen, para la definicin de prioridades de regularizacin.
Inte
rmedia
Examen parcial.
Examen parcial I Examen parcial II
25 25
Aplicar exmenes de los temas revisados, formulando preguntas terico-prcticas, para la evaluacin del aprendizaje.
Prcticas de laboratorio.
Prctica I Prctica II Prctica III Prctica IV Prctica V
5 5 5 5 5
Aplicar los conocimientos tericos adquiridos en el curso, mediante el desarrollo de prcticas, para la adquisicin de habilidades en el manejo de materiales, equipo y mtodos.
Participacin y tareas.
Tareas y participacin en clase.
5 5
Fomentar la participacin activa del estudiante, mediante el desarrollo de temas propuestos en el contenido del programa, para la discusin y aplicacin de stos.
Fin
al
Proyectos de investigacin bibliogrfica y discusiones grupales.
Exposicin 15
Aplicar los conocimientos proporcionados en el curso, a travs del desarrollo de un seminario con temticas relacionadas con los factores que modifican los sistemas de proteccin y liberacin controlada de bioactivos y su aplicacin en sistemas alimenticios, para la evaluacin del aprendizaje.
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Perfil delprofesor
Poseer Doctorado en biotecnologa, ciencias biolgicas, ciencia y tecnologa de
alimentos o similares, con 2 aos de experiencia en docencia.