PROCEDIMIENTO DE PROTECCIÓN DE MATERIAL BIOLÓGICO Y COMPUESTOS TERMOLÁBILES PARA POSIBLES APLICACIONES INDUSTRIALES.

Procedimiento de protección de material biológico y compuestos termolábiles para posibles aplicaciones industriales.

Procedimiento de protección de material biológico en general y sustancias termolábiles, aplicable específicamente a microorganismos y virus y cualquier otro material biológico, así como a cualquier sustancia derivada o no, que necesite protección para alargar su vida útil o ampliar su campo de aplicación, mediante procesado electrohidrodinámico o aerodinámico.

Este procesado permite alargar la vida útil del producto de una manera única ya que no conlleva la exposición a temperatura de la sustancia a proteger. Además, en función de las características o variables utilizadas durante el proceso de recubrimiento, la encapsulación permite mantener la viabilidad del producto ante condiciones de estrés como temperatura, humedad relativa o pH entre otras, proporcionándole una protección eficaz durante su posterior preparación, procesado, almacenamiento e incluso por ejemplo durante el paso a través del tracto gastrointestinal para el caso de microorganismos probióticos.

SECTOR Y OBJETO DE LA INVENCION

Sectores alimentario y farmacéutico. Materiales para estabilizar microorganismos,

virus y material biológico, así como compuestos o sustancias de valor añadido termolábiles y bioactivos.

El objeto de la presente invención es un procedimiento de protección de material biológico en general y sustancias termolábiles, aplicable específicamente a microorganismos y virus y cualquier otro material biológico, así como a cualquier 15 sustancia derivada o no, que necesite protección para alargar su vida útil o ampliar su campo de aplicación, mediante procesado electrohidrodinámico o aerodinámico. Concretamente, se obtienen micro-, submicro-y nanopartículas de distintos polímeros mediante procesado electrohidrodinámico o aerodinámico, también conocido como electroestirado y electrosprayado y estirado por soplado y sprayado por soplado, 20 respectivamente, denominado en inglés electrospinning, electrospraying and solution blow spinning and solution blow spraying, respectivamente. Estas micro-, submicro-y nanopartículas se procesan directamente sobre preparados de microorganismos (liofilizados o preparados deshidratados por cualquier otro método de conservación) , de virus, de material biológico o sustancias termolábiles, de manera que quedan 25 adheridas por la elevada relación superficie volumen de la morfología obtenida formando un recubrimiento protector eficaz o cápsula que recubre todos los intersticios del producto, siendo por tanto más eficiente que otros métodos o procesos en la conservación de la viabilidad (contaje de microorganismos o número de unidades formadoras de colonias UFC) o estabilidad del producto. Este procesado permite 30 alargar la vida útil del producto de una manera única ya que no conlleva la exposición a temperatura de la sustancia a proteger. Además, en función de las características o variables utilizadas durante el proceso de recubrimiento, la encapsulación permite mantener la viabilidad del producto ante condiciones de estrés como temperatura, humedad relativa o pH entre otras, proporcionándole una protección eficaz durante su posterior preparación, procesado, almacenamiento e incluso por ejemplo durante el paso a través del tracto gastrointestinal para el caso de microorganismos probióticos.

ESTADO DE LA TECNICA

En el campo de los probióticos existe una demanda creciente de productos funcionales basados en microorganismos beneficiosos para la salud. No obstante, es necesario que estos microorganismos se encuentren en el producto en cantidades superiores a 107, idealmente de 109 unidades formadoras de colonias (UFC/mL) en el momento de su consumo para que su efecto sea eficiente [Gerez, CL, Font de Valdez, G.,

Gigante, M.L., Grosso, C.R.F. (2012) . Whey protein coating bead improves the survival of the probiotic Lactobacillus rhamnosus CRL 1505 to low pH. Lelters in Applied Microbiology 54 (6) , pp. 552-556) . Debido a que la mayoría de estos microorganismos son sensibles a las condiciones ambientales (humedad, concentración de oxígeno, luz ..) , es importante desarrollar estrategias que los protejan del entorno para poder

conservarlos. Así, se están estudiando numerosos procesos para el desarrollo de estructuras capaces de proporcionar las condiciones necesarias para el óptimo metabolismo de los microorganismos, al mismo tiempo que los protegen del ambiente que los rodea. Algunas de las técnicas utilizadas para la inmovilización y protección de los microorganismos son la adsorción celular sobre soportes sólidos [Rezaee, A.,

Godini, H., Bakhtou, H. (2008) . Microbial cellulose as support material for the immobilization of denitrifying bacteria. Environmental Engineering and Management Journal, 7 (5) , pp. 589-594], [4] o la "oculación [5], [D. Yin, D., liu, C., li, F., Ge, X., Bai, F. (2011 ) . Development of observed kinetic model for self-flocculating yeast. Huagong Xuebao/CIESC Journal, 62 (11) , pp. 3149-3155]. Ambas técnicas requieren que los microorganismos sean capaces de adherirse de manera natural sobre los soportes (capacidad de formar biofilm) o de agregarse para flocular respectivamente. Además, otras estrategias como la encapsulación han sido estudiadas [Rathore, S., Desai, P.M., Uew, CV., Chan, L.W., Heng, P.W.S. (2013) . Microencapsulation of microbial cells. Journal of Food Engineering 116 (2) , pp. 369-381) . Entre las más comunes se hallan la encapsulación por extrusión, coacervación, sprayado por secado y emulsificación, (de Vos, P., Faas, M.M., Spasojevic, M. Sikkema, J. (2010) . Encapsulation for preservation of functionality and targeted deliver y of bioactive food components. International Dair y Journal, 20 (4) pp. 292-302]. Sin embargo, estas tecnologías requieren de un calentamiento de las soluciones o el uso de agentes organicos al menos en una de las fases de producción, lo cual podría dañar o destruir los microorganismos encapsulados. Por tanto, sería deseable disponer de nuevas tecnologías que no involucren condiciones agresivas (tanto de temperatura como de disolventes utilizados) y que den lugar a tamaños de partículas reducidos. La técnica 5 del procesado electrohidrodinámico que comprende procesos denominados electrospinning y electrospraying (electroestirado o electrosprayado por alto voltaje) es un método simple y altamente versátil para la obtención de fibras y/o cápsulas mediante la acción de un campo eléctrico externo que se aplica entre dos electrodos y al que se somete a la solución polimérica. Algunas de las propiedades de las estructuras 10 obtenidas por procesado electrohidrodinámico son su tamaño nanométrico y que no requieren del uso de temperatura, por tanto la técnica ha sido ya propuesta para la encapsulación de probióticos con buenos resultados [Lopez-Rubio, A., Sanchez, E., Sanz, Y., and Lagaron, J.M. (2009) . Encapsulation of living bifidobacteria in ultrathin PVOH electrospun fibers. Biomacromolecules 10, 2823-2829]. Por otra parte la técnica 15 del procesado aerodinámico que comprende estirado y esprayado por soplado (solution blow spinning y spraying) consiste en la aplicación de diferencias de presión para acelerar un fluido y obtener así las diferentes estructuras poliméricas. Esta tecnología se ha empleado para la encapsulación de agentes activos [Oliveira, J.E., Medeiros, E.S., Cardozo, L., VolI, F., Madureira, E.H., Mattoso, L.H.C., Assis, O.8.G. 20 (2013) . Development of poly (Iactic acid) nanostructured membranes for the controlled deliver y of progesterone to livestock animals. Materials Science and Engineering e 33 (2) , pp. 844-849], así como para probióticos [solicitud de patente española P201131048]. En cualquier caso, la encapsulación directa, dispersa y confina a los microorganismos en un espacio cerrado, requiere de su disolución, estabilidad y 25 compatibilidad con los medios y disolventes, y además, requiere que los materiales empleados para formar las capsulas se ajusten correctamente a las necesidades metabólicas de los microorganismos encapsulados (adecuadas propiedades mecánicas, disolventes y de permeabilidad a nutrientes, gases y metabolitos) y así permitan mantener su viabilidad en el tiempo. Además, todas las tecnologías de 30 encapsulación requieren que los microorganismos sean sometidos a diversas condiciones que podrían afectar a su viabilidad (temperatura, disolventes orgánicos, alto voltaje o diferencia de presión) . De esta forma el microorganismo siempre queda afectado en mayor o menor medida y aunque a largo plazo la viabilidad se pueda mantener, el recuento inicial a menudo suele disminuir. En este sentido, la técnica de protección por recubrimiento mediante procesado electrohidrodinamico o aerodinámico de la presente invención proporciona una protección muy eficiente de los preparados de microorganismos ya que se obtienen micro-, submicro-y nanoestructuras protectivas que quedan adheridas a ellos, protegiéndolos de las condiciones externas, 5 y por tanto manteniendo la viabilidad de los mismos durante más tiempo. Además, evita cualquier tipo de procesado directo del material, por lo que la viabilidad inicial se mantiene, aspecto éste de gran relevancia industrial. Por otro lado, mediante esta técnica el microorganismo no queda confinado en una matriz rígida sino simplemente envuelto por un recubrimiento encapsulante por lo que no interfiere en el metabolismo.

EXPLlCACION DE LA INVENCION

La presente invención consiste en una metodología para proteger microorganismos,

virus, material biológico en general y cualquier sustancia termolabil que necesite protección para alargar su vida útil o ampliar su campo de aplicación mediante un recubrimiento compuesto por micro-, submicro o nanoestructuras poliméricas obtenidas mediante procesado electrohidrodinámico... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de protección de material biológico y compuestos termolábiles de interés industrial que comprende las siguientes etapas:

preparación de disoluciones poliméricas formadoras de micro-, submicro-y nanopartículas que componen materiales de recubrimiento

-recubrimiento del material biológico o compuestos termolábiles mediante los

materiales preparados en la etapa anterior, caracterizado porque el recubrimiento del material biológico o compuestos termolábiles se realiza por procesado electrohidrodinámico o aerodinámico.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el material biológico 15 son microorganismos o virus.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque los microorganismos son Lactobacillus, Bifidobacterium, Cyanobacterium, Rhodobacterales, Saccharomyces, o cualquier otro microorganismo que necesite protección.

2.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los compuestos termolábiles son enzimas, vitaminas, elementos esenciales, o cualquier molécula o compuesto derivado o no, que necesite protección.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los materiales de recubrimiento se seleccionan entre proteínas, oligosacáridos, polisacáridos. lípidos, polímeros y combinaciones de los mismos.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque los materiales de recubrimiento polímeros se seleccionan entre óxido de polietileno, copolímeros de etileno y alcohol vinílico, polivinil alcohol, polivinilpirrolidona y combinaciones de los mismos.

7. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque las proteínas utilizadas como materiales de recubrimiento se seleccionan entre proteínas animales, vegetales y microbianas, particularmente las del suero de la leche, caseínas, polipéptidos naturales u obtenidos por modificación genética de microorganismos, colágeno, proteína de soja y zeína.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque las proteínas utilizadas como materiales de recubrimiento se seleccionan entre la zeina y la proteína del suero de la leche.

1.

9. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque los oligosacáridos utilizados como materiales de recubrimiento se seleccionan entre la lactosa, la sacarosa, la maltosa y los fructooligosacáridos y particularmente los fructooligosacáridos.

10. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque los polisacáridos utilizados como materiales de recubrimiento se seleccionan entre alginato, pectinas, quitosano, gomas, carragenatos, almidón, dextrano, maltrodextrina, celulosa, glucógeno y quitina.

2.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque los polisacáridos utilizados como materiales de recubrimiento se seleccionan entre dextrano, maltodextrina y almidón y cualquier combinación de los mismos.

12. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 , caracterizado porque el disolvente que se emplea para la preparación de las disoluciones poliméricas se selecciona entre agua, alcoholes, mezclas de alcoholes yagua y otros disolventes orgánicos.

3.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque el disolvente es agua o mezclas de alcohol y agua.

14. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque en la etapa de preparación de las disoluciones poliméricas se añaden sustancias ayudantes del procesado que facilitan la formación de las micro-, submicroy nanopartículas y que se seleccionan entre plastifican tes, tensoactivos, emulsionantes, surfactantes, antioxidantes o cualquiera de sus combinaciones.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque la sustancia ayudante del procesado que se añade es monolaureato de sorbitan.

16. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque la etapa de preparación de las disoluciones poliméricas incluye un tratamiento 10 de homogenización por agitación.

17. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque la etapa de preparación de las disoluciones poliméricas incluye un tratamiento de homogenización por ultrasonidos.

18. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque el procesado electrohidrodinámico o aerodinámico es electroesprayado o esprayado por soplado en al menos una etapa.

19. Procedimiento según la reivindicación 18, caracterizado porque el procesado electrohidrodinámico o aerodinámico se realiza en varias etapas con un tratamiento de homogenización, volteo y/o tamizado entre estas.

20. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19,

caracterizado porque el recubrimiento por procesado electrohidrodinámico o aerodinámico se realiza directamente sobre el material biológico o compuestos termolábiles previamente deshidratados mediante liofilización u otro proceso no electrohidrodinámico o aerodinámico.

21. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque el procesado electrohidrodinámico o aerodinámico se realiza directamente sobre el material biológico o compuestos termolábiles sin deshidratar, produciéndose la deshidratación de éstos y después el recubrimiento mediante procesado electrohidrodinámico o aerodinámico.

22. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21 , caracterizado porque previamente a la etapa de recubrimiento se lleva a cabo un tratamiento de tamizado para controlar el tamaño de partícula.

23. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21 , caracterizado porque posteriormente a la etapa de recubrimiento se lleva a cabo un tratamiento de tamizado para controlar el tamaño de partícula.

24. Procedimiento según las reivindicaciones 22 o 23, caracterizado porque el tratamiento de tamizado es mecánico.