NANOTECNOLOGÍA APLICADA A LA INDUSTRIA ALIMENTARIA



La asignatura NANOCIENCIA y NANOTECNOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS, forma parte del plan de estudios del Grado en Ciencia y Tecnología de Alimentos y tiene un carácter optativo, con 6 créditos ECTS y se imparte en el segundo cuatrimestre. Pertenece al Módulo M09 correspondiente a Tecnología de los Alimentos.



Desgraciadamente, esta disciplina todavía está rodeada de un gran desconocimiento, pero sin lugar a dudas, para los tecnólog@s de alimentos, es un tema puntero además de sorprendente y necesario en este área. Un número elevado de empresas de alimentos ya utilizan la nanotecnología y serán muchas más en un futuro cercano. Por ello, se ofrece esta asignatura optativa como una excelente opción l y como señal distintiva en vuestra formación integral.

La asignatura siempre sorprende por su carácter novedoso, dinámico (se actualiza cada año) y porque está repleta de nuevas aplicaciones que ayudan a estar a la última en este campo.

El objetivo básico de la asignatura es sorprender proporcionando al alumnado los conocimientos teórico-prácticos que permitan comprender las principales aplicaciones de la nanotecnología en el campo de la industria alimentaria y se centra en las numerosas y prometedoras aplicaciones de la nanotecnología en el sector alimentario(procesado de alimentos, embalaje y seguridad alimentaria).

La nanotecnología es el estudio, diseño, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a escala nanométrica y la explotación de los fenómenos y propiedades que la materia presenta en esta escala.

En el contexto de la tecnología de alimentos y de cara a un futuro profesional de calidad, es imprescindible el estudio de la nanotecnología.

Para cursar la asignatura no se requiere ningún requisito previo

El objetivo principal se centra en la transmisión al alumnado de los conocimientos adecuados de nanociencia y nanotecnología aplicados al sector de los alimentos que les permitan desempeñar su labor profesional. Asimismo, deben adquirir destreza y habilidad en el manejo del material de laboratorio y de las técnicas más habituales en un laboratorio químico.



COMPETENCIAS

Competencias generales:

-Conocimiento de los fundamentos básicos de la nanotecnología

-Aplicación de dichos conocimientos a la industria de los alimentos en los campos de procesado, nanoencapsulación de aditivos, alimentos funcionales, bioplásticos y embalaje de alimentos y seguridad alimentaria.

-Conocimiento de las técnicas analíticas y espectroscópicas de caracterización.

-Comprensión de los métodos de preparación de nanopartículas y nanoestructuras: aproximación ascendente y descendente para la nanofabricación.

-Concienciación de los riesgos de esta tecnología emergente.

-Conocimiento de las medidas de regulación de la nanotecnología en la industria de los alimentos.



Competencias transversales:

-Participación forma activa y constructiva en grupos de discusión.

-Búsqueda, selección e interpretación de información procedente de fuentes bibliográficas.

-Desarrollo de capacidad crítica frente al desarrollo de tecnologías disruptivas







RESULTADOS DE APRENDIZAJE

- Identificar los nanomateriales más prometedores en el ámbito del embalaje alimentario.

- Entender la potencialidad de la nanotecnología en el ámbito del envase alimentario tanto en la mejora de las propiedades barrera, como en su aplicación en el campo de la salud y seguridad alimentaria.

- Seleccionar las técnicas adecuadas para las operaciones de procesado de alimentos.

- Considerar la nanotecnología como una herramienta útil en el sector agropecuario con su consiguiente impacto en la industria alimentaria.

- Identificar nuevas aplicaciones tecnológicas para la mejora de las operaciones de procesado de los alimentos.

- Elegir entre los distintos bioplásticos de embalaje y comprensión de la necesidad y efectividad de su mejora con nanoarcillas inorgánicas.

- Conocer nuevos nanosensores más efectivos y eficientes para la seguridad alimentaria.

- Conocer la legislación necesaria para la aplicación de la nanotecnología en la industria alimentaria.

TEMARIO TEORICO

TEMA 1. Orígenes y fundamentos de la nanociencia y la nanotecnología. El ADN, la nanomolécula de la vida.



TEMA 2. Herramientas de la nanotecnología.Métodos de caracterización y medición de propiedades. Herramientas para ver el nanomundo: Microscopía y Espectroscopia. Herramientas para modificar el nanomundo: El STM, nuestras manos en el nanomundo, la epitaxia de haces moleculares: pintando con átomos, autoensamblaje molecular, métodos químicos y métodos biológicos.



TEMA 3. Aplicación de la nanotecnología en el sector de la alimentación. Introducción. La nanotecnología y el embalaje de alimentos: nanopartículas para el embalaje de alimentos, biopolímeros naturales y las ventajas de los nanomateriales en el embalaje de alimentos. Nanosensores. Riesgos y regulaciones. Percepción pública.



TEMA 4. Nanoestructuras naturales en alimentación. Introducción. Nanoestructuras naturales en los alimentos. Carbohidratos. Proteínas. Estudios nanocientíficos sobre la estructura de los alimentos. Diseñando nanoestructuras en los alimentos. Almidones de diseño. Diseño de (nano)espumas y emulsiones. Estatus de las nanoestructuras naturales en los alimentos.



TEMA 5. Nanotecnología en ingredientes, aditivos y suplementos alimenticios. Introducción. Aplicaciones actuales y perspectivas futuras. Nanomateriales con aplicación en los alimentos y salud. Metal/Óxido de metal. Nanomateriales con superficies funcionalizadas. Nanoencapsulación. Alimentos funcionales. Nanoaditivos orgánicos y nanoestructuras procesadas en alimentos. Ingredientes y aditivos alimenticios de tamaño nanométrico en relación con la digestión de los alimentos.



TEMA 6. Nanotecnología en el embalaje de alimentos. Introducción. Aplicaciones actuales y próximas de los nanomateriales en embalajes. Nanotecnología en el embalaje de alimentos. Nanomateriales poliméricos. Bioplásticos.

Nanocomposites. Materiales activos e inteligentes. Efecto del nanoembalaje en alimentos. Materiales de embalaje junto nanopartículas. Ventajas del empleo de nanomateriales en embalaje. Seguridad para la salud humana y el medio ambiente. Coste y capacidad para acceder a nuevas tecnologías.



TEMA 7. Determinación de nanomateriales en alimentos. Introducción. Ensayos analíticos para la caracterización y determinación.. Métodos de separación. Análisis cuantitativo. Otras técnicas de análisis. Aplicación al análisis de alimentos. Tendencias futuras.



TEMA 8. Medidas de regulación de la nanotecnología en los alimentos.



TEMARIO PRÁCTICO



A lo largo de las prácticas de laboratorio se introducirá a los estudiantes en el estudio de las propiedades únicas que exhiben los materiales en escala nanométrica, presentadas en el temario teórico. Para ello, llevarán a cabo la síntesis de nanopartículas de oro y plata, mediante síntesis química habitual, pero también mediante síntesis verde. También utilizarán nanopartículas de óxido de hierro para descontaminar disoluciones de arsénico.

Asimismo, se profundizará en ciertas aplicaciones de los sistemas nanométricos dentro del campo de los alimentos, trabajando con colorantes alimenticios nanoencapsulados con nanopartículas de sílice. Las prácticas a realizar son las siguientes:

-Síntesis de nanopartícuals de Au.Influencia del tamaño de partícula

-Síntesis de nanopartículas de Ag y Au mediante química verde.

-Adsorción de arsénico mediante nanopartículas de óxido de hierro

-Autoensamblaje y nanoencapsulación de colorantes alimenticios





A lo largo de las prácticas de laboratorio se introducirá a los estudiantes en el estudio de las propiedades únicas que exhiben los materiales en escala nanométrica, presentadas en el temario teórico. Para ello, llevarán a cabo la síntesis de nanopartículas de oro y óxido de hierro y microcápsulas con nanopartículas de SiO2. Asimismo, se profundizará en ciertas aplicaciones de los sistemas nanométricos dentro del campo de los alimentos, trabajando con colorantes alimenticios y tratando aguas contaminadas con arsénico. Las prácticas a realizar son las siguientes:

-Síntesis de nanopartícuals de Au.Influencia del tamaño de partícula

-Síntesis de nanopartículas de Ag y Au mediante química verde.

-Adsorción de arsénico mediante nanopartículas de óxido de hierro

-Autoensamblaje y nanoencapsulación de colorantes alimenticios

-Clases magistrales: los recursos utilizados son la pizarra, proyecciones con ordenador, vídeos, kahoot, etc..Se entregan fotocopias de apoyo con figuras, esquemas y tablas. así como documentación interesante. Las clases se desarrollarán de manera interactiva con los alumnos, discutiendo con ellos los aspectos que resultan más difíciles o especialmente interesantes de cada tema.



- Prácticas de aula y seminarios: se comprueba el uso directo de la nanotecnología en alimentos concretos como la industria cárnica, avícola, láctea o vitícola. : se realizarán actividades dirigidas según el desarrollo de las distintas sesiones teóricas. Estas actividades se realizarán sobre los distintos bloques temáticos de la asignatura e incluyen lectura de artículos científicos, búsqueda de "nanoproductos comerciales", test interactivos tipo Kahoot, diseño de los contenidos de una página web dedicada a la nanotecnología https://proyectonanotecnol.wixsite.com/pienanotecnologia.

Se realizarán distintas actividades como un juego de rol con debate incluido, o el diseño de un envase mejorado con el uso de la nanotecnología.



-Prácticas de campo: se realizarán interesantes visitas formativas a los servicios generales de análisis, sitos en el Campus de Álava, y a un centro puntero de investigación en Nanotecnología como el CICbiomaGUNE, sito en Donostia.





-Prácticas de laboratorio:Los alumnos aplicarán lo aprendido en las clases de teóricas. Se discute la utilidad práctica de los conocimientos adquiridos. Os sorprenderéis con las propiedades únicas que exhiben los materiales en escala nanométrica, sintetizando nanopartículas de oro, plata, hierro, nanocápsulas de colorante y eliminando arsénico de aguas contaminadas mediante nanopartículas de hierro.



-Se insta al alumnado a una participación activa mediante la presentación de una noticia quinquenal relacionada con la Nanotenología. Con ellas se realizará un Nanobook(https://proyectonanotecnol.wixsite.com/pienanotecnologia/nanobook)

• Sistema de Evaluación Continua
• Sistema de Evaluación Final
• Herramientas y porcentajes de calificación:
  • Prueba escrita a desarrollar (%): 40
  • Defensa oral (%): 10
  • Realización de prácticas (ejercicios, casos o problemas) (%): 20
  • Trabajos individuales (%): 10
  • Trabajos en equipo (resolución de problemas, diseño de proyectos) (%): 20

1. Evaluación mixta

-Supone la participación en todas las actividades de evaluación. Para aprobar la asigatura deberán superarse los siguientes apartados:

-Examen teórico (ET)

La evaluación del apartado teórico se realizará mediante un único examen escrito de preguntas abiertas que tendrá lugar en la fecha oficial.

-Prácticas de laboratorio (PL)

La evaluación del apartado práctico se realizará a través de evaluación continua, siendo condición indispensable asistir a todas las sesiones prácticas programadas. Se tendrán en cuenta los siguientes aspectos: el aprovechamiento y la actitud del alumno en las sesiones prácticas y el cuaderno de laboratorio con los ejercicios relacionados.

-Prácticas de aula (PA) y Seminarios (S)

Se tendrá en cuenta la participación de los alumnos en cada actividad. Asimismo, se evaluarán los trabajos individuales presentados por cada alumno.

-Debate formativa - Juego de rol(JR)

Se tendrá en cuenta tanto la exposición de la defensa del debate como los argumentos utilizados.



-A continuación se desglosa la baremación de la nota final, considerando los distintos apartados evaluables. La baremación se realizará a partir de una nota mínima de 4 en cada apartado:

- Examen teórico (ET) (40%)

La evaluación del apartado teórico se realizará mediante un único examen escrito de preguntas abiertas que tendrá lugar en la fecha oficial.



- Prácticas de laboratorio (PL) (20%)

La evaluación del apartado práctico se realizará a través de evaluación continua, siendo condición indispensable asistir a todas las sesiones prácticas programadas. Se tendrán en cuenta los siguientes aspectos: el aprovechamiento y la actitud del alumno en las sesiones prácticas y el cuaderno de laboratorio con los ejercicios relacionados.



- Resto de actividades: prácticas de aula (20%)

Se tendrá en cuenta la participación de los alumnos en cada actividad. Asimismo, se evaluarán los trabajos individuales presentados por cada alumno en dichas sesiones.



- Resto de actividades: seminario /debate (20%)

Se tendrá en cuenta la participación de los alumnos en cada actividad





2. Evaluación final

El alumnado puede elegir el sistema de evaluación final, comunicándolo antes de la novena semana desde el inicio del curso.

Los y las estudiantes que no puedan o deseen participar en las actividades desarrolladas durante el curso podrán acreditar el logro de los resultados de aprendizaje de la asignatura a través de una evaluación final que consistirá en:

1.Realizar una práctica de laboratorio en la que se evaluará el resultado de aprendizaje de la asignatura relacionado con la aplicación de técnicas experimentales: 30 %

2.Realizar la prueba escrita final: 70 %



Tanto en el caso de la evaluación final como en el de la evaluación continua el no presentarse a la prueba final, supondrá la renuncia a la convocatoria de evaluación y constará como un No Presentado.

En todos los trabajos y pruebas de evaluación escritas, las faltas de ortografía y sintaxis se pueden llegar a penalizarán en función de su número, contabilizando con 0,1 puto cada una de ellas, hasta un máximo de 0,5 puntos.



Debido a la situación excepcional provocada por el COVID-19 y ante la posibilidad de no poder realizar una evaluación de modo presencial, se indican a continuación el sistema de evaluación no presencial.

Sistemas de evaluación: herramientas y porcentajes

Si se mantiene el escenario que impida la realización de la evaluación de modo presencial se realizará la evaluación on line, vía cuestionarios o tareas en eGela, manteniendo los porcentajes y el modo de realización, realizándose el examen en la fecha oficial salvo circunstancias excepcionales.

Lo anterior será aplicable tanto en la convocatoria ordinaria como en la extraordinaria.

En caso necesario no se descarta la realización de algún examen oral complementario.

En la convocatoria extraordinaria se seguirán los mismos criterios de evaluación que los utilizados en la convocatoria ordinaria. Es decir:

3. Realizar una práctica de laboratorio en la que se evaluará el resultado de aprendizaje de la asignatura relacionado con la aplicación de técnicas experimentales: 30 %

4.Realizar la prueba escrita final: 70 %



Los alumnos y alumnas que hayan superado las prácticas de laboratorio y demás actividades realizadas dentro de la convocatoria ordinaria, no deberán examinarse de dicha parte, siendo su calificación la obtenida en dicha convocatoria.

El no presentarse al examen final supondrá la renuncia de convocatoria y constará en acta como un no presentado.



Debido a la situación excepcional provocada por el COVID-19 y ante la posibilidad de no poder realizar una evaluación de modo presencial, se indican a continuación el sistema de evaluación no presencial.

Sistemas de evaluación: herramientas y porcentajes

Si se mantiene el escenario que impida la realización de la evaluación de modo presencial se realizará la evaluación on line, vía cuestionarios o tareas en eGela, manteniendo los porcentajes y el modo de realización, realizándose el examen en la fecha oficial salvo circunstancias excepcionales.

Lo anterior será aplicable tanto en la convocatoria ordinaria como en la extraordinaria.

En caso necesario no se descarta la realización de algún examen oral complementario.

- cuaderno de laboratorio
- bata de laboratorio
- gafas de seguridad

Bibliografía básica

Bibliografía básica

1.Future Foods. How modern Science is Transforming the Way we eat. Mc Clements, David Julian, Spriger, 2019.



2.Impact of Nanoscience in the Food Industry. Handbook of Food Bioengineering, Vol.12. A. Mihau Grumezescu, A.M.Holban. Editorial Academic Press, 2018.



3.Documento de trabajo ICONO: Evolución de la nanotecnología en España

Junio de 2018



4.Nanotechnology: current uses and future applications in the food industry

Muthu Thiruvengadam, Govindasamy Rajakumar, Ill‑Min Chung.

3 Biotech (2018) 8:74, editorial Springer

https://doi.org/10.1007/s13205-018-1104-7



5.Nanotechnology Applications in Food. Flavor, Stability, Nutrition and Safety. Alexandra Elena Oprea and Alexandru Mihai Grumezescu, Elsevier, 2017.



6.Nanotechnologies in food and Agriculture

M. Rai, C. Ribeiro, L. Mattoso, N. Durán. Editorial Springer, 2015. 14023-0 (book), 14024-7(ebook).

7.La Nanotecnología

P.A. Serena, CSIC, 2010.



8. Nanotechnologies in food

Q. Chaudhry, L.Castle, R.Watkins, Ed: RCS, 2010, UK





9.Introducción a la nanotecnología C.Poole,F.Owens. Ed:Reverte,2007,Barcelona.

Bibliografía de profundización

. RSC Nanoscience and Nanotechnology Series. Royal Society of Chemistry. (http://pubs.rsc.org/bookshop/collections/series?issn=1757-7136)

Revistas

Revistas científicas
A lo largo del curso se da amplia información al respecto. A continuación se citan algunas.
- Science, Nature, Langmuir, Nano Letters, Nanotechnology, ACS Nano, Small, Nanoscale, Nanowiki

Direcciones web

El listado de páginas de internet es extenso. Éstas son solo una pequeña muestra.

1.página web realizada por el alumnado del Departamento:http://www.nanotechproject.org (revisada el 12/05/2023)
2.http://www.nanored.org.mx/documentos/nanotecnologia.pd. (revisada el 12/05/2023)
3.ION`s SAFENANO: https://www.safenano.org/research/observatorynano/. (revisada el 12/05/2023)
4. ITENE: instituto tecnológico del embalaje, transporte y logístico (Valencia). www.itene.com. (revisada el 12/05/2023)
5. Webs oficiales de la Unión Europea y de la Comisión Europea para la búsqueda de reglamentación(working documents) http://ec.europa.eu. (revisada el 12/05/2023)
6. European Food Research and technology:www.elsevier.com/locate/seppur. (revisada el 12/05/2023)
7. Nature nanotechnology. Base de datos: nano.nature.com. (revisada el 12/05/2023)
8. Future Foods. http://www.futurefoods.com.mx/. (revisada el 12/05/2023)