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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.