Desarrollo de materiales superabsorbentes a partir de plasma porcino. Influencia de la formulación

Porcine blood is a by-product of the meat industry, and it could be considered as a potential raw material in the formulation of biodegradable materials with great water absorption capacity, due to its rich composition in hydrophilic aminoacids. With the aim to evaluate this potential, Porcine Plasma protein (PP) has been mixed with glycerine (GL) as plasticizer, obtaining through injection moulding bioplastic samples eventually assessed. In order to maximize its water uptake capacity, the concentration effect on PP in blend was evaluated (50, 55 and 60 %). All materials obtained, independently of the PP quantity, showed superabsorbent properties, when they were moulded at 60 ºC, using an injection and holding pressure of 500 bar for 150 s. These materials were able to hold around 2000 % its own weight, exceeding the threshold generally established for the absorbent capacity (i.e. 1000 %) of superabsorbent materials. The absence of acrylic ingredients together with the revalorization of an organic by-product would promote the production of this kind of materials as an economic and biodegradable alternative to those superabsorbent products traditionally used.La fracción plasmática de la sangre porcina obtenida como subproducto en la industria cárnica puede ser considerada una potencial materia prima en la formulación de materiales biodegradables con elevada capacidad absorbente, ya que en su composición presenta una gran cantidad de aminoácidos hidrofílicos. Con objeto de evaluar dicho potencial, se ha mezclado convenientemente un concentrado de proteína de plasma porcino (PP, Apropork) con glicerina (GL) como plastificante, obteniéndose posteriormente mediante inyección diferentes materiales bioplásticos. Para maximizar su capacidad absorbente, se ha estudiado el efecto de la concentración de PP en la mezcla (50, 55 y 60 %). Todos los materiales procesados a partir de las mezclas PP/GL en este estudio presentaron capacidades superabsorbentes, con capacidades de absorción de agua superiores a 1.000 %. Así, valores alrededor de 2.000 %, se alcanzaron en las muestras, independientemente del contenido en PP, cuando fueron moldeadas a una temperatura de 60 ºC, con un tiempo de inyección de 150 s y utilizando una presión de 500 bar. La ausencia de derivados acrílicos en su formulación, así como la revalorización que resultaría del subproducto orgánico seleccionado, favorecería el desarrollo de este tipo de materiales como una alternativa económica y biodegradable a los productos superabsorbentes tradicionalmente utilizados.La fracció plasmàtica de la sang porcina obtinguda com a subproducte en la indústria càrnia pot ser considerada una potencial matèria primera en la formulació de materials biodegradables amb elevada capacitat absorbent, ja que en la seva composició presenta una gran quantitat d'aminoàcids hidrofílics. A fi d'avaluar aquest potencial, s'ha barrejat conve 104 | AFINIDAD LXXVI, 586 nientment un concentrat de proteïna de plasma porcí (PP, Apropork) amb glicerina (GL) com a plastificant, obtenint-posteriorment mitjançant injecció diferents materials bioplàstics. Per maximitzar la seva capacitat absorbent, s'ha estudiat l'efecte de la concentració de PP a la barreja (50, 55 i 60%). Tots els materials processats a partir de les mescles PP / GL en aquest estudi van presentar capacitats superabsorbents, amb capacitats d'absorció d'aigua superiors a 1.000%. Així, valors al voltant de 2.000%, es va aconseguir en les mostres, independentment del contingut en PP, quan van ser modelades a una temperatura de 60 ºC, amb un temps d'injecció de 150 s i utilitzant una pressió de 500 bar. L'absència de derivats acrílics en la formulació, així com la revaloració que resultaria del subproducte orgànic seleccionat, afavoriria el desenvolupament d'aquest tipus de materials com una alternativa econòmica i biodegradable als productes superabsorbents tradicionalment utilitzats.Ministerio de Economía y Competitividad (España) / FEDER Ref. CTQ201571164-

Assessment of the denaturation of collagen protein concentrates using different techniques

The use of collagen and gelatin in the field of regenerative medicine is widely extended. However, most of the studies in this topic are focused on the scaffolds’ properties, but only a few are related to the properties of the raw material used. The raw material analysis not only consists of a study of the composition, but also of the denaturation degree that can influence the processing and properties of the structure of the scaffold. Thus, the denaturation degree analysis of different collagen proteins was performed and assessed by the comparison of four different methods: differential scanning calorimetry (DSC), Fourier transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and circular dichroism (CD) spectra and sulfhydryls content analysis. DSC measurements put forward a glass transition between 88°C and 95°C as well as from the FTIR measurements; the characteristic peaks for proteins are evidenced. However, from the sulfur content, only a small proportion of free sulfhydryls are present with respect to their total amount. In addition, CD spectra allow to estimate the secondary structure of the protein by the analysis of the α-helix and β-strand and also quantify the denaturation degree with the ‘positive/negative ratio’ (RPN) from the CD profiles, obtaining values in the range between 25% and 100%.Ministerio de Economía y Competitividad (Spanish Government) / MINECO/FEDER (UE) CTQ2015-71164-

Caracterització d’emulsions prebiòtiques estabilitzades amb inulina i ß-lactoglobulina

Inulin is a prebiotic polysaccharide that is being increasingly used in food emulsions as fat replacer, due to its thickening effect. In the present work, oil in water (O/W) emulsions (5/95) have been prepared by means of a pressure homogenizer, using β-lactoglobulin as an emulsifier (0.5 %), and varying the polysaccharide content up to 10 %. The zeta potential measurements suggest that there are no significant protein-polysaccharide interactions in the continuous phase. An increase in viscoelastic properties and viscosity of these pseudoplastic systems is observed as inulin content increases. Although inulin has no surface activity, its presence seems to favor protein adsorption kinetics at the interface. Likewise, the distribution of droplet sizes study for emulsions throughout the storage time points out how bimodal distributions obtained remain constant, indicating their stability, which is reinforced by backscattering results. These prebiotic emulsions may enjoy a great demand by the food industry.La inulina es un polisacárido prebiótico que se utiliza cada vez más en emulsiones alimentarias como sustituyente de grasa, al tener un efecto espesante sobre las mismas. En el presente trabajo, se han preparado emulsiones aceite/agua (5/95) mediante un homogeneizador de presión, utilizando b-lactoglobulina como emulsionante a una concentración fija de 0,5 % (p/p), y variando el contenido en polisacárido desde 0 al 10 % (p/p). Las medidas de popotencial zeta sugieren que no existen interacciones importantes entre la proteína y el polisacárido en la fase continua, al tiempo que se observa un aumento de las propiedades viscoelásticas y viscosidad de estos sistemas pseudopláticos. Aunque la inulina no presenta actividad superficial, su presencia parece favorecer la cinética de adsorción de la proteína en la interfase. Asimismo, el estudio de la distribución de tamaños de gota de las emulsiones a lo largo del tiempo de almacenamiento permite observar cómo las distribuciones bimodales obtenidas permanecen constantes, indicando la estabilidad de las mismas. Esto queda reforzado por los resultados obtenidos por medio de un analizador óptico de emulsiones con detectores de luz transmitida y retrodispersa. Emulsiones con ingredientes prebióticos como las estudiadas tiene un gran potencial en la industria alimentaria.La inulina és un polisacàrid prebiòtic que s’utilitza cada vegada més en emulsions alimentàries com substituent del greix, en tenir un efecte espessidor sobre les mateixes. En el present treball, s’han preparat emulsions oli / aigua (5/95) mitjançant un homogeneïtzador de pressió, utilitzant β-lactoglobulina com emulsionant a una concentració fixa de 0,5% (p/p), i variant el contingut en polisacàrid des de 0 al 10% (p/p). Les mesures de potencial zeta suggereixen que no hi ha interaccions importants entre la proteïna i el polisacàrid a la fase contínua, alhora que s’observa un augment de les propietats viscoelàstiques i de la viscositat d’aquests sistemes pseudoplàstics. Tot i que la inulina no presenta activitat superficial, la seva presència sembla afavorir la cinètica d’adsorció de la proteïna a la interfase. Així mateix, l’estudi de la distribució de mides de gota de les emulsions al llarg del temps d’emmagatzematge permet observar com les distribucions bimodals obtingudes romanen constants, indicant l’estabilitat de les mateixes. Això queda reforçat pels resultats obtinguts per mitjà d’un analitzador òptic de emulsions amb detectors de llum transmesa i retrodispersa. Emulsions amb ingredients prebiòtics com les estudiades tenen un gran potencial en la indústria alimentària.Universidad de Sevilla (España) III Plan Propio de Docenci

Mezclas de alginato y proteína de soja para el desarrollo de matrices porosas con potencial aplicación en ingeniería tisular

Los biopolímeros, como polisacáridos y proteínas, son materiales extraordinariamente atractivos para la obtención de matrices porosas con potencial aplicación en ingeniería tisular; debido, a la mejor solubilidad en agua, biocompatibilidad, biodegradabilidad y capacidad de funcionalización que presentan estos biomateriales frente a los polímeros sintéticos. El alginato es un polisacárido de bajo coste, capaz de formar geles estables en presencia de iones divalentes como el Ca2+. Sin embargo, también es conocida su pérdida de resistencia mecánica a lo largo del tiempo, lo que ocasiona su desintegración, suponiendo una importante limitación en aplicaciones biomédicas. El objetivo de este estudio ha sido superar este inconveniente mediante el mezclado de alginato con proteína de soja, obteniendo bioplásticos por inyección usando glicerina como plastificante, así como estudiar su posible aplicación como matrices en ingeniería tisular. En el estudio se modificaron las concentraciones de alginato y proteína de soja para observar la variación que esto suponía para las propiedades de los bioplásticos mediante ensayos reológicos de tracción, absorción de agua y pérdida de material soluble.Además, se estudió la influencia de las concentraciones de las disoluciones de CaCl2, utilizadas para promover la retención del alginato en las matrices, las cuales fueron evaluadas mediante ensayos reológicos de compresión.Biopolymers as polisacharydes and proteins are extremely atractive materials to the obtainment of porous matrixes with a potential application in tissue engineering, because of their better solubility in water, biocompatibility, biodegradability and their capacity of functionalization which those materials present versus the synthetic polymers. Alginate is a low cost polysaccharide. It can form stable gels in the presence of divalent ions as Ca2+. However, it is known that its mechanic resistance decreases along time, being that an important limitation to use alginate in biomedicine applications. The principal aim of this study has been overcome this disadvantage mixing alginate with a soy protein isolate, obtaining injected bioplastics using glycerol as plasticizer, study their potential use in tissue engineering. The concentration of alginate and soy protein were modified in blends to observe variations in the properties of bioplastics by means of rheological tests of traction, water uptake and soluble material lost essays. In addition, the influence of different concentrations of CaCl2 in aqueous solution, used to promote the retention of alginate in the matrixes, evaluates then by rheological essays in compression tests.Ministerio de Economía y Competitividad (España) FEDER CTQ2015-71164-

Control y estudio del proceso de emulsificación en emulsiones proteicas de aceite en agua mediante un reómetro de mezclado

En el presente trabajo se evalúa la importancia de controlar el proceso de emulsificación ya que tendrá una marcada influencia en las propiedades que presenten las emulsiones finales. Dicho control se ha efectuado con un reómetro de mezclado utilizando una geometría helicoidal, demostrando la utilidad de dicha herramienta inusual para el control durante el proceso de formación de emulsiones. En el caso de estudio, se han seleccionados emulsiones alimentarias de aceite en agua utilizando proteínas como agentes emulsionantes. La caracterización de las diferentes emulsiones preparadas engloba tanto medidas de sus propiedades de flujo como la distribución de tamaño de gotas atendiendo tanto a la influencia de variables de procesado (velocidad de agitación, pH, etc.) como su composición (tipo y concentración de proteína, concentración de aceite, etc.). Los resultados obtenidos reflejan la influencia de dichos parámetros tanto sobre la viscosidad de la emulsión como sobre el perfil de la distribución de tamaño de gota.In the present work the importance of controlling the emulsification process is evaluated, as it will strongly influence the properties of the final emulsions. The control has been carried out with a mixer-type rheometer using a helical geometry, showing the utility of that unusual tool for the control during the formation of emulsions. In the case of the study, oil-in-water food emulsions have been selected using proteins as emulsifying agents. Furthermore, the characterization of the different prepared emulsions includes both measurements of their flow properties and the distribution of particle size, taking into account the influence of processing variables (agitation speed, pH, etc.) and their composition (type and concentration of protein, oil concentration, etc.). The results obtained reflect the influence of the above mentioned parameters both on the viscosity of the emulsion and on the profile of the drop size distribution.Plan Propio de la Universidad de Sevilla Proyecto: 2017/00000962Ministerio de Educación, Cultura y Deporte (España) JC2010-011

Efecto del procesado sobre las propiedades y morfología de bioplásticos de proteína de soja

La industria de los plásticos ha crecido notablemente en los últimos años. Este crecimiento, ligado a la baja biodegradabilidad de estos materiales, ha causado un grave problema medioambiental. La presente investigación pretende la obtención de materiales con alta capacidad de absorción de agua, que sean biodegradables y obtenidos a partir de fuentes renovables. Deberían además poseer propiedades mecánicas adecuadas para constituir una alternativa real a los plásticos sintéticos. Estos bioplásticos son obtenidos mediante un proceso con diferentes etapas: una de mezclado de los componentes para conformar una masa homogénea; y una segunda de inyección en la que, aplicando presión, la masa es introducida en un molde de forma deseada. La capacidad de absorción de agua es afectada por la composición y las condiciones de procesado. El presente documento estudia cómo la temperatura y duración de la etapa de moldeo, además del tratamiento dehidrotérmico, modifican la capacidad de absorción del bioplástico. Los resultados concluyen que la capacidad de absorción de agua aumenta con menores temperaturas y tiempos de moldeo, a la vez que aumenta cuando el tratamiento dehidrotérmico es más corto. Asimismo, los módulos viscoelásticos poseen una tendencia a disminuir cuando la capacidad de absorción de agua en las muestras aumenta.The remarkable growth experienced by the production and demand of the plastic industry during the last few years has resulted in a serious environmental issue associated specially to their low biodegradability. This work is focused on the manufacture of bioplastics with high water absorption capacity, obtained from renewable sources. Bioplastics produced should have adequate mechanical properties to be able to replace eventually synthetic plastics in specific markets. In order to obtain these bioplastics, two steps were carried out: the first one consists of a mixing stage to achieve a homogenous blend that is injection-molded during the second step. The water uptake capacity of these samples is influenced by both the formulation and the processing conditions of the blends. The present study is focused on the evolution of water uptake values when either the molding conditions (temperature and duration) or the length of a post-dehydrothermal treatment are modified. Results indicated an improvement in the water uptake when lower mold temperatures and shorter compaction stages were used. An analogous improvement was observed when the dehydrotermal process was shorter. Mechanical properties usually decreased as the water uptake of samples was improved.Plan Propio de la Universidad de Sevilla Proyecto: 2017/00000962MINECO (España)/FEDER (UE) proyecto CTQ2015-71164-

Influencia de gelatina sobre las propiedades de membranas de nanofibras obtenidas de polímeros sintéticos

La técnica de electrohilado es una técnica emergente y relativamente fácil para preparar matrices tridimensionales de micro y nanofibras. Para lograrlo, se utilizan disoluciones acuosas de polímeros de polímeros sintéticos o naturales. De forma general, se tiende a utilizar polímeros sintéticos pues permite un mayor control de las propiedades de las fibras obtenidas, así como una mejor procesabilidad. Sin embargo, estos polímeros sintéticos se suelen combinar con polímeros naturales para mejorar el carácter hidrófilo de las membranas o asemejar las propiedades mecánicas a las óptimas para su posterior respuesta biológica. Por tanto, este estudio evalúa la influencia de un biopolímero sobre las propiedades de andamios de nanofibras obtenidos a partir de polímeros sintéticos. Como polímero natural se ha seleccionado una proteína como la gelatina debido a su biocompatibilidad y biodegradabilidad; mientras que como polímeros sintéticos se han utilizado policaprolactona (PCL) y polivinil alcohol (PVA). Para ello, se llevó a cabo un proceso de electrohilado estándar (15 kV, 0.4 ml/h y 10 cm de distancia de trabajo) para obtener las membranas de nanofibras. La influencia de la adición de gelatina se observó analizando el ángulo de contacto del agua y las imágenes obtenidas mediante microscopía electrónica de barrido.The electrospinning technique is an emerging and relatively easy technique for preparing three-dimensional membranes with micro and nanofibers. To achieve this, aqueous solutions of synthetic or natural polymers are used. In general, synthetic polymers tend to be used, since it allows greater control of the properties of the fibers obtained, as well as a better processability. However, these synthetic polymers are usually combined with natural polymers to improve the hydrophilic character of the membranes or to resemble the optimum mechanical properties for their subsequent biological treatment. Therefore, this study evaluates the influence of a biopolymer on the properties of nanofiber scaffolds obtained from synthetic polymers. As a natural polymer, a protein such as gelatin has been selected because of its biocompatibility and biodegradability; while policaprolactone (PCL) and polyvinyl alcohol (PVA) have been used as synthetic polymers. Thus, a standard electrospinning process (15 kV, 0.4 mL/h and 10 cm of working distance) was carried out to obtain nanofibrous membranes. The influence of the addition of gelatin was observed by analyzing the water contact angle and the images obtained by scanning electron microscopy.Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (España)/ FEDER (UE) CTQ2015-71164PUniversidad de Sevilla / Ministerio de Economía, Industria y Competitividad becas predoctorales VPPI-USUniversidad de Sevilla / Ministerio de Economía, Industria y Competitividad becas predoctorales FPU17/0171

Evaluación de diferentes métodos de desarrollo de matrices proteicas de soja con zinc incorporado para su uso en horticultura

En la actualidad existe una gran demanda de productos hortícolas, lo que se traduce en una alta tasa de producción que provoca una excesiva explotación de los suelos, causando en ellos un descenso en el nivel de nutrientes y energía, no pudiéndose obtener rendimientos óptimos en sus cultivos. Una posible solución a estos problemas podría ser el uso de matrices de base proteica que contienen los elementos esenciales que requiere el suelo, siendo, además, una materia prima renovable y biodegradable. El objetivo de este trabajo es la evaluación de diferentes métodos de introducción de un micronutriente seleccionado (zinc, Zn), en matrices de base proteica de soja. Los resultados confirman que se pueden incorporar grandes cantidades de micronutrientes en las matrices, siendo sus propiedades mecánicas, microestructura y nivel de carga dependientes del método usado. En todos los casos, los resultados muestran un gran potencial para el uso de matrices como fuente de suministro de micronutrientes en horticultura.Recently, there is a high demand for horticultural products, which translates into a raised production that causes an excessive exploitation of the soil, leaving them poor in nutrients and energy and to be able to have optimum yield in their crops. A possible solution to these problems could be the use of protein-based matrices, which can contain the essential elements required by the soil, being, in addition, a renewable and biodegradable raw material. The objective of this work is the evaluation of different methods of introducing a selected micronutrient (zinc, Zn) in soy protein-based matrices obtained. The results confirm that a high level of essential micronutrient can be incorporated in the matrices, being its mechanical properties, microstructure and load level dependent on the method used. In all cases, results show a great potential for the use of matrices as a source of supplying micronutrients for horticulture.MINECO/FEDER, EU CTQ2015- 71164-PBeca predoctoral FPU17/01718Beca predoctoral del VPPI-U

Desarrollo de matrices con base proteica de soja para horticultura conteniendo zinc como micronutriente

Los bioplásticos de base proteica son un nuevo tipo de materiales que se basan en componentes naturales renovables con un bajo precio. Debido a los beneficios tecnológicos, económicos y ambientales, estos sistemas son altamente atractivos para la incorporación y posterior liberación de micronutrientes que son esenciales para el desarrollo y salud de las plantas, evitando el típico exceso de fertilizantes convencionales. El objetivo de este trabajo es evaluar el potencial de aplicación de materiales absorbentes con base proteica de soja en horticultura. Para la incorporación del micronutriente seleccionado (zinc) en las matrices con base proteica de soja, se seleccionó sulfato de zinc monohidratado, y posteriormente se evaluaron las propiedades mecánicas, la capacidad de absorción de agua, la microestructura y el nivel de zinc incorporado en la matriz. Finalmente, se observó que la incorporación de la sal provoca una importante reducción de la capacidad absorbente de la matriz de proteína de soja, debido al efecto negativo del aumento de la fuerza iónica. Además, las propiedades mecánicas y la microestructura de las matrices están muy influenciadas por la presencia de la sal.Protein-based bioplastics are a good example of new type of materials, being based on renewable natural components with a lower cost. Due to their technological, economic and environmental benefits, these systems are an attractive proposal for the incorporation and subsequent release of micronutrients essential for the development and health of plants, avoiding the typical excesses of conventional fertilization. The aim of this work was to evaluate the application potential of absorbent materials, based on proteins, in horticulture. Zinc sulfate monohydrate was assessed with the objective of incorporation the selected micronutrient (zinc) in the soy protein-based matrix, evaluating the mechanical properties, the water uptake capacity and loading level of zinc into the matrix. An important amount of an essential nutrient for a plant (Zn) was incorporated to the matrix. However, the incorporation of salt to the matrix involves some reduction in water uptake capacity, due to the negative effect of ionic strength on water absorption. In addition, mechanical properties and microstructure of the matrices are highly influenced by the presence of the salt.Plan Propio de la Universidad de Sevilla 2017/0000096

Acidic and Heat Processing of Egg Yolk Dispersions

Egg yolk is a multifunctional ingredient widely used in many food products, wherein proteins are the dominant component contributing to this functionality. However, the potential risk of foodborne illness associated with egg use forces us to ensure that foodstuffs based on egg yolk are managed in a safe and sanitary manner. Lowering the pH under a certain value by adding acids could serve this purpose, but it can also greatly modify the rheological and functional properties of egg yolk. This research aims to assess the influence of citric acid on the rheological properties and microstructure of chicken egg yolk dispersions and their heat-set gels. The dispersions were prepared from fresh hen’s eggs yolks by adding water or citric acid to obtain a technical yolk (45 wt.% in solids) at the desired pH value. Viscoelastic measurements were carried out using a control stress rheometer, and microstructure was evaluated by cryo-scanning electronic microscopy (CryoSEM). An evolution of the viscoelastic properties of egg yolk dispersions from fluid to gel behavior was observed as the pH decreased until 2 but showing a predominantly fluid behavior at pH 3. The profile of viscoelastic properties along the thermal cycle applied is modified to a great extent, also showing a strong dependence on pH. Thus, the sol–gel transition can be modulated by the pH value.Consejería de Transformación Económica, Industria, Conocimiento y Universidades de la Junta de Andalucía-Agencia Andaluza del Conocimiento / FEDER PY20_0104