¿Cuál es el uso de la curcumina en el embalaje de alimentos?

La seguridad alimentaria es un desafío global que nos ha llamado la atención [1]. El crecimiento y la reproducción de microorganismos durante el almacenamiento de alimentos es la principal causa del deterioro y deterioro de los alimentos, lo que puede causar graves problemas de inocuidad de los alimentos y plantear amenazas potenciales para la salud humana [2]. Inhibir y /o matar microorganismos es muy importante para garantizar la seguridad alimentaria [3]. Con personas 's creciente preocupación por la salud, la demanda de productos naturales como ingredientes activos de los alimentos y envases inteligentes ha crecido significativamente [4].

La curcumina es un compuesto polifenóque se encuentra en la naturaleza, principalmente derivado de los rizomas de la cúrcuma. Tiene propiedades antibacterianas, antioxidantes, protección ultravioleta, fotosensibilidad y propiedades de decoloración ácibase sensibles. La curcumina también ha sido aprobado como un aditivo alimentario seguro por la organización mundial de la salud y la administración de alimentos y medicamentos de los Estados Unidos. Puede ser utilizado como pigmento natural en todo el mundo. En los últimos años, la curcumina ha sido ampliamente utilizado en el campo del envasado de alimentos [5,6]. La curcumina puede extender la vida útil de los alimentos mediante la prevención de la oxidde los lípidos y limitar el crecimiento microbiano, y puede ser utilizado como un material indicador para la evaluación en tiempo real de la seguridad y calidad de los alimentos envasados. Por lo tanto, la curcumina como un envase activo para alimentos y embalaje inteligente es una opción ideal para extender la vida útil de los alimentos y garantizar la calidad y seguridad de los alimentos.

En la actualidad, algunos estudiosos en el país y el extranjero han estudiado la aplicación de la curcumina en la industria de envasado de alimentos. Entre ellos, Huang Hahe etAl.[7] estudió el progreso de la investigación de la curcumina en el campo de la conservación de alimentos utilizando microcápsulas, electrospinning, nanopartículas y coloides. Huang Xinghai et al. [8] resumió el progreso de la investigación de la curcumina añadia polímeros naturales (quitosano, almidón, celul, gelatina y alginato) para preparar películas inteligentes de embalaje activo. Roy et al. [9] principalmente introdujo la aplicación de la curcumina como un agente colorante de alimentos naturales en el embalaje activo y embalaje inteligente.

Aliabbasi et al. [10] revisaron la aplicación de polisacáridos cargados con curcumina y /o películas compuestas de proteínas en la industria de envasado de alimentos. Tambawala et al. [11] revisó la aplicación de la curcumina en varios a base de petróleo, varios a base de petróleo, biodegrady polímeros naturales a base de polímeros. Senembargo, estos estudios no prestaron mucha atención a la protección ultravioleta y propiedades fotosensibilizantes de la curcumina. Por lo tanto, este trabajo revisa la estructura y las propiedades físicoquímicas de la curcumina, así como su mecanismo de acción y recientes desarrollos en el envasado de alimentos como agente antimicrobi, antioxidante, agente de protección ultravioleta, fotosensibilizador e indicador de pH. Por último, se presentan los desafíos que aún enfrenta la aplicación actual de la curcumina y las perspectivas para su futura investigación.

1 estructura de curcumina

La curcumina es un compuesto natural bioactivoAislado de cúrcuma. Tiene una estructura cristalina regular que consiste en dos grupos carbonilo insaturados y una cadena heptilo unida a dos grupos fenóormetoxi OH en un anillo aromático. Esta estructura da a la curcumina sus propiedades hidrofóbic[12]. De acuerdo con la posición del grupo metoxi en el anillo aromático, se puede dividir en curcumina, demetoxicurcumina y bisdemetoxicurcumina. La curcumina es el componente más importante y tiene un color amarillo-naranja [13]. La curcumina contiene dos anillos aromáticos de ácido ferúlico, y tiene un máximo pico de absorción ultravioleta en 420-430 nm. Se puede determinar usando espectroscopia ultravioleta [14]. Las dos conformaciones moleculares de la curcumina se muestran en la figura 1. Bajo condiciones ácidas, existe principalmente en la forma de una cetona, mientras que en condiciones alcalinas, existe principalmente en la forma de un enol [15].

2 propiedades físicas y químicas de la curcumina

La curcumina es un sólido a temperatura ambiente con un peso molecular de 368.385 g/mol y un polvo acicular/cristalde color naranja amarillo [15]. La curcumina tiene un punto de fusión de 183 °Cy se degrada a altas temperaturas. La pérdida de contenido aumenta rápidamente con el aumento de la temperatura, y presenta inestabilidad a altas temperaturas [16]. Al mismo tiempo, la curcumina También es sensible a las condiciones neuy alcalinas, y los cambios de color debido a cambios estructurales en condiciones neuy alcalinas [17]. Bajo condiciones alcalinas, cambia de amarilnaranja a rojo, y la estructura de la curcumina cambia de Keto a enol. Esta característica hace de la curcumina ideal para el desarrollo de sistemas de envasado inteligentes para controlar la calidad de los productos cárnicos, tales como carne de cerdo, pescado y camarones. La curcumina es poco soluble en agua y fácilmente soluble en etanol, dimetilsulfóxido, metany acetona [16].

La curcumina es ampliamente disponible, seguro y no tóxico, tiene una buena biocompatibilidad, y es un excelente antimicrobinatural y antioxidante. Sus actividades antimicrobiy antioxidantes se atribuyen a la presencia de grupos hidroxilo fenó[18,19]. Debido a la interacción de los electrones conjugΠ, enlaces dobles carbono-carbono adyacentes y grupos carbonilo, la curcumina puede absorber eficazmente la luz ultravioleta en un amplio rango, lo que impide la oxidde los alimentos [20]. La curcumina es fotosensible y puede ser utilizado como un fotosensibilinatural en envases inteligentes de alimentos [21]. La curcumina se puede utilizar en el envasado de alimentos como agente antimicrobi[18], antioxidante [19], protector UV [20], fotosensibilizador [21] y el indicador de pH [17], para mantener las propiedades sensoride los alimentos, mejorar el valor comestide los alimentos, ampliar la vida útil de los alimentos, y controlar la frescura de los alimentos en tiempo real [22,23].

3 avances en la aplicación de la curcumina en envases activos

El envase activo se refiere a un sistema de envasado que puede retrasar o prevenir eficazmente el deterioro microbiano, reducir la oxid, proteger la luz ultravioleta, y mejorar la seguridad y calidad de los alimentos mediante la adición de sustancias activas como agentes antimicrobianos y antioxidantes al sistema de envasado. Está impulsada por la demanda de los consumidores de alimentos de alta calidad, seguros y naturales [24]. La curcumina tiene propiedades antibacterianas, antioxidantes y protección UV, y puede proteger a los alimentos dela contaminación microbiana, retrasar el deterioro de los alimentos, y prevenir la UV inducida por la oxidde los alimentos. Por lo tanto, es muy adecuado para su uso en envases activos de alimentos.

3.1 curcumina como agente antibacteriano

La curcumina puede inhibir el crecimiento de bacterias como Escherichia coli, Listeria monocytogenes, Streptococcus lactis, y Staphylococcus aureus mediante la inhibición de la formación de biofilms bacterianos, extendiendo así la vida útil de los alimentos. La figura 2 muestra el mecanismo antibacteriano de la curcumina, que incluye principalmente: la curcumina se une al mutante filamentoso sensible a la temperatura Z, que es necesario para la división bacteriana, e inhila la división bacteriana mediante la inhibición de la formación del anillo Z [25]; Destruye la integridad de la membrana celular bacteriana, causando la pérdida de ADN intracelular, nutrientes, etc., y juega un papel bacteriostático [26]; Inhila la expresión de factores de virulbacteriana, e inhila la formación de biofilms bacterianos a través del sistema de detección de quorum bacteri(quorum sensing, QS) inhila la formación de biofilms bacterianos y ejerce un efecto antibacteri. También inhiel mecanismo de auto-reparación de las bacterias. Recunes una proteína dependiente de ATP que puede activar la autofisión de los inhibidores de proteínas objetivo de la vía como LexA,inhibiendo así la auto-reparación bacteriana [19].

La investigación más actual cree que el mecanismo antibacteriano de la curcumina se encuentra en el grupo lipofílico en su estructura molecular que entra en la membrana celular bacteriana, causando la pérdida de nutrientes en el interior de la célula y que conduce a la muerte bacteriana, logrando así un efecto antibacteriano. La actividad antibacteriana de la curcumina está relacionada con dos sitios activos con grupos hidroxilo fenóy dicetonas. La parte dicetona tiene un intercambio estructural enol, y durante la reacción, el sitio activo se encuentra en los dos grupos hidroxilo fenó. El mecanismo de reacción es principalmente la transferencia de átomos de hidrógeno y electrones [18].

La curcumina se puede utilizar como agente antimicrobien el envasado activo de alimentos para productos cárnicos, frutas y verduras, y otros campos, para mejorar la vida útil de los alimentos por la inhibición y /o matar el crecimiento y la reproducción de microorganismos en la superficie de los alimentos. La tabla 1 lista las concentraciones mínimas inhibitde diferentes formas de curcumina contra diferentes microorganismos. Wang et al. [27] preparó microcápsulas de curcumina con almidón poroso y gelatina como materiales de pared, y estudió su actividad antibacteriana contra una variedad de patógenos transmitidos por los alimentos como Escherichia coli, Staphylococcus aureus y hongos. La concentración mínima inhibitoria (MIC) se determinó por el método de dilución en agar. Debido a las diferencias estructurales en la membrana celular, el efecto inhibitde la curcumina en diferentes especies bacterianas es diferente, como se muestra en la tabla 1. El efecto inhibitorio sobre hongos es mejor que sobre bacterias, y el efecto inhibitsobre bacterias grampositivas como Staphylococcus aureus es mejor que sobre bacterias gramnegativas como Escherichia coli. Esto se debe a que la membrana citoplasmática de las células grampositivas tiene una estructura más porosa, por lo que es más fácil para la curcumina para penetrar en la célula.

Algunos estudiosos han estudiado la actividad antibacteriana de la curcumina contra 19 patógenos, incluyendo mohos, bacterias grampositivas y gramnegativas. La actividad se determinó calculando el MIC,que fue de 1.500 μg/mL para Escherichia coli y solo 250 μg/mL para Staphylococcus aureus[28]. Diferentes curcuminoides tienen diferentes efectos inhibitsobre los hongos debido a las diferencias en la estructura de grupo funcional. Un estudio de los efectos inhibitde la curcumina y curcuminoides sobre Candida albicans mostró que la curcumina tiene un efecto antifúnmás fuerte que la demetoxicurcumina. La razón es que el grupo metoxi en la curcumina lo hace más lipofílico, lo que resulta en la penetración ininterrumpida de la membrana celular del hongo y la inhibición del crecimiento del hongo [29].

Además de calcular el MIC para evaluar el efecto antibacteriano, el método de cálculo de la concentración mínima inhibittambién se puede utilizar. Las pruebas bacteriostáticas en el material compuesto ternario de carboximetilquitosano/carboximetilceluloxi/ curcumina mostraron que la concentración mínima inhibitde la membrana compuesta contra Aspergillus niger fue de 15,33 mm, y la concentración mínima inhibitcontra Penicillium fue de 14,58 mm, ambos de los cuales mostraron buenas propiedades antibacterianas. La curcumina se puede utilizar como un buen material de recubrimiento antibacteriano para el envasado de alimentos [30]. Ayca et al. [31] agregó curcumina a una película de goma de guar/aceite de naranja. Observaron que la película con la curcumina añadimejoró la vida útil de las fresas al disminuir la pérdida de humedad y el deterioro cuando se utiliza para envaslas fresas durante una semana. En resumen, las propiedades antibacterianas de la curcumina puede satisfacer las necesidades de la mayoría de las aplicaciones de envasado de alimentos. Debido a las diferentes estructuras de las membranas celulares de varias bacterias, el efecto inhibitde la curcumina en diferentes bacterias es diferente. En el futuro, es posible considerar la combinación de la curcumina con diferentes agentes antimicrobianos (como el aceite esencial de orégano y el aceite esencial de clavo) para ejercer un efecto antibacteriano sinérgico.

3.2 la curcumina como antioxidante

La curcumina es una excelente sustancia activa antioxidante con una fuerte actividad de eliminación de residuos contra las especies reactivas de oxígeno, aniones superóxido, radicales de dióxido de nitrógeno y 1,1-difenil-2-trinitrofenilhidrazina radicales. Se puede utilizar en materiales activos de envasado para proteger los alimentos sensibles a la oxid, extendiendo así la vida útil de los alimentos y mejorando la calidad de los alimentos dentro del envase. Su efecto antioxidante se debe a los grupos hidroxilo fenóy a los sitios metileno que pueden proporcionar átomos de H y reaccionar con radicales libres (figura 3); el número de grupos hidroxilo es directamente proporcional a la actividad de este tipo de polifenol en la captación de radicales libres [35,36].

Jayaprakasha et al. [37] estudiaron la actividad antioxidante de la curcumina mediante un sistema modelo in vitro y dilucidaron su mecanismo potencial mediante la teoría del funcional de la densidad. Se consideraron cinco mecanismos diferentes, incluyendo (i) la transferencia de un solo electrón de la molécula al radical, (II) la formación de aductos radicales, (III) la transferencia de átomo de h de la curcumina neutra, (IV) la transferencia de átomo de h de la curcumina desproton, y (v) la transferencia de electrones de pérdida secuencial de protones. Se ha observado que la curcumina interactúa con los radicales DPPH a través del mecanismo secuencial de transferencia de electrones de pérdida de prot, mientras que el mecanismo de transferencia de átomos de hidrógeno de la curcumina neutra es la base para su interacción con -OCH3 y otros radicales alkoxi. El mecanismo de transferencia de h-átomo de curcumina neutral representa el 95% de la reacción de la curcumina con -OCH3 [38].

La curcumina puede ser utilizada como un antioxidante en el envasado de alimentos activos para productos cárnicos para evitar que los alimentos se oxiden y se deterioren, y para reducir la producción de nitrógeno volátil total. La curcumina se añadió a las películas basadas en goma Tara y alcohol polivinílico. Los resultados mostraron que la capacidad antioxidante de la película se mejoró después de la adición de curcumina. Cuando la fracción de masa de la curcumina se incrementó de 1% a 5%, la capacidad de recolección de DPPH aumentó de 7,81% a 35,16% [39]. Usando el método de fundición por solución, 1% de curcumina en masa se añadió a una película basada en carboximetilcelul. Después de la adición de curcumina, la capacidad de eliminación de DPPH de la película compuesta aumentó de 1,9% a 40,2%, y la capacidad de eliminación de ABTS aumentó de 1,5% a 92,5% [40]. La curcumina se pierde fácilmente cuando se añade directamente al sustrde la membrana, por lo que puede ser añadido a la emulsión o preparado en forma de un nanocompuesto. La capacidad de eliminación de DPPH de las nanopartículas de curcumina sin un portador es de sólo 27,95%, mientras que la capacidad de eliminación de DPPH de las nanopartículas de curcumina encapsulado en un nanocompuesto de Zein /carboxymethyl chitosan puede llegar a 87,12%, que es dos veces más eficaz que las nanopartículas de curcumina sin un portador [41,42].

Abdou et al. [43] estudiaron el efecto de la capa de nanoemulsión de curcumina/pectina en la calidad, composición química y características sensoride filetes de pollo congelados a 4 °C. En comparación con el grupo de control, el recubrimiento redujo significativamente el contenido total de nitrógeno volátil en el pollo y retrasel deterioro microbi, extendiendo la vida útil a 12 días. La pobre solubilidad en agua y la sensibilidad a la luz de la curcumina limitan su aplicación adicional en el envasado de alimentos activos. Con el fin de mejorar su solubilidad y estabilidad, se pueden llevar a cabo más investigaciones sobre la curcumina y su modificación durante la entrega, tales como nanopartículas, micelas y acoplquímico con otros materiales, para ampliar su aplicación en el envasado de alimentos activos.

3.3 la curcumina como un agente de protección UV

Con la escasez de recursos petroleros y la necesidad de controlar la seguridad alimentaria para reducir el uso de películas plásticas a base de petróleo, así como alimentos grasos como los aceites vegetales como fuente indispensable de alimento, que son propensos a la oxidy el deterioro, y la radiación ultravioleta puede acelerar significativamente este proceso, lo que dará lugar a cambios en el sabor de los alimentos, que a su vez pone en peligro la salud humana. Por lo tanto, entre los diversos materiales activos emergentes para el envasado de alimentos, las películas biodegradcon función de protección UV tienen una gran demanda [44,45]. La introducción de productos naturales para obtener materiales de protección UV que retrasla la fotooxidde los alimentos grasos es una tecnología alimentaria respetuosa con el medio ambiente. La figura 4 muestra el diagrama esquemático de la protección UV de la curcumina. La estructura del anillo aromático de la curcumina en sí y los grupos funcionales tales como doble enlaces carbono-carbono, grupos carbonilo y grupos hidroxilo fenólo que es capaz de absorber la luz UV [20].

Extracto de cúrcuma se puede utilizar como un agente de protección UV en el envasado de alimentos activos para frutas y verduras para mejorar la vida útil de los alimentos al protegerlos de la luz UV. La curcumina se añadió a una película basada en Zein /chitosan para la preservación de los arándanos. Todas las películas tenían baja transmitancia en la región ultravioleta, y el brillo de la película disminuyó gradualmente con la adición de curcumina (de 81.11 a 55.85), lo que indica que la curcumina tiene una buena capacidad de protección UV [46]. La película compuesta tenía excelentes propiedades de protección UV en comparación con la película de quitosano puro, con propiedades de barrera UV mejoradas en un 77,4%. Esto se debe principalmente a que la parte fenólica de la curcumina tiene una fuerte capacidad de absorción UV. La curcumina fue introducida en el poliureacua a base de aceite de ricino como un extensor de cadena, y una película compuesta biolactiva fue preparada por compuesto con gelatina. A medida que la fracción de masa de base de curcumina en el agua de poliuretano aumentó de 1% a 10%, la transmituv de la película disminuyó de 4,83% a 0,02%, casi por completo el logro de protección UV [48]. En la actualidad, no hay mucha investigación sobre las propiedades de protección ultravioleta de la curcumina. En el futuro, se pueden llevar a cabo más investigaciones sobre la aplicación de esta propiedad en el envasado activo de alimentos y los mecanismos relacionados.

4 avances en la aplicación de la curcumina en envases inteligentes

El envase inteligente se refiere a la introducción de nuevas tecnologías como la información, la electrónica y la detección en el envase para proporcionar a los consumidores información sobre los cambios en el alimento interno o el entorno en el que se encuentra el alimento. Se utiliza para monitorizar la frescura de los alimentos en tiempo real, sin necesidad de que los consumidores analicen los distintos aspectos de la demanda de alimentos seguros. Un sistema de envasado de alimentos sensible es un nuevo tipo de envase inteligente que puede responder A diversos estímulos del alimento o del entorno externo (como la luz, el oxígeno, la humedad, el pH, etc.) para controlar la calidad y la seguridad de los alimentos en tiempo real. La curcumina es fotosensible y puede ser utilizado como un fotosensibilipara producir oxígeno activo bajo irradiación en una longitud de onda específica para lograr un efecto antibacteriano inteligente. También tiene un cambio de color sensible al ph y se puede utilizar como un indicador para controlar la frescura de los alimentos en tiempo real.

4.1 la curcumina como un fotosensibilizador

Los materiales de embalaje inteligentes sensibles a la luz se refieren a una clase de materiales que absorben una cierta cantidad de energía luminosa y sufren cambios físicos o químicos después de ser irradiados por luz ultravioleta, luz infrarroja, etc. [50]. La curcumina puede ser inducida a activarse fotodinámicamente bajo la irradiación de luz azul, produciendo una reacción fotoquímica y actuando como un fotosensibilien el tratamiento antibacteriano. La inactivación fotodinámica (PDI) es un nuevo tipo de tecnología de esterilización respetuosa con el medio ambiente, de bajo consumo energético y bajo coste. Ha sido ampliamente utilizado en el campo médico y recientemente ha comenzado a aparecer en el campo alimenticio [51]. La figura 5 muestra un diagrama esquemático del principio de la esterilifotodinámica de la curcumina. Este tratamiento no térmico se basa en la interacción simultánea de un fotosensibilino tóxico, luz de una longitud de onda adecuada y oxígeno molecular. Después de que el fotosensibilizador es estimulado con luz de una longitud de onda específica, el fotosensibilien el estado fundamental absorbe la luz de la longitud de onda requerida y experimenta una transición al estado exci, que a su vez inicia una serie de reacciones fotoquímicas que producen especies reactivas de oxígeno (ROS) que atacan el ADN celular, ARN, proteínas, etc., causando así la muerte celular [52].

El efecto bacteriostático de la curcumina activada por la luz azul no se logra por contacto directo con la célula, sino más bien a través del mecanismo de auto-oxidde la curcumina. Estos efectos conducen a la producción de productos intermedios y un aumento en el número de radicales libres de oxígeno en la célula, destruyendo así la integridad de la célula. Cuanto más cerca está el fotosensibilizador de la célula bacteriana, más probable es que las especies reactivas de oxígeno tendrá un efecto negativo en la célula#39;s integridad. Una vez que la célula bacteriana se expone a la luz, el fotosensibiliabsorbe la energía de la luz, que se activa para producir especies reactivas de oxígeno como peróxido de hidrógeno, superóxido y oxígeno singlete. ROS luego oxidan los componentes de la membrana celular, incluyendo el colesterol en las proteínas, y los residuos de aminoácidos que contienen nitrógeno y azufre, resultando en la muerte bacteriana [52]. Algunas aplicaciones prácticas de la tecnología de esterilifotodinámica de la curcumina se han estudiado, especialmente en la preservación de alimentos para prevenir la contaminación bacteriana [53].

La aplicación de la curcumina como un fotosensibilizador para la desinfección fotodinámica en el envasado de alimentos es principalmente en el campo de los productos cárnicos y frutas y verduras. El efecto fotodinámico se caracteriza por contar el número de bacterias en la superficie del alimento antes y después de la PDI. Las muestras de alimentos contaminados con Staphylococcus aureus fueron cortadas en cortes delgados, incubadas con 40 μg/mL de curcumina, y luego irradiadas con luz de 15 J/cm2 a una longitud de onda de 450 nm. El análisis microbise realizó mediante conteo de colonias. La PDI redujo el Staphylococcus aureus en las muestras de carne de res, pollo y cerdo en 1,5, 1,4 y 0,6 log UFC /mL,respectivamente. Se puede observar que la PDI puede reducir efectivamente el nivel de contaminación de Staphylococcus aureus en la superficie de la carne, y tiene amplias perspectivas de aplicación en el campo de la seguridad alimentaria microbiológica [54]. Incubar la piel de pollo con 300 μg/mL de curcumina durante 5 min y luego irradiar con luz 32.1 kJ/m2 a una longitud de onda de 430 nm redujo Lactobacillus monocytogenes y Salmonella spp. en la piel de pollo por 2,9 y 1,5 log CFU/cm2, respectivamente [55].

Además, no se observaron cambios visuales en el aspecto de la piel de pollo tras el tratamiento de desinfección fotodinámica. Esto indica que la curcumina puede inactivar eficazmente patógenos en los alimentos sin causar decoloración de la superficie del alimento [56]. También se ha demostrado que el tratamiento fotodinámico de la curcumina extendió con éxito la vida útil de las ostry el esturión por 3-4 días y tuvo un efecto positivo en su calidad (por ejemplo, color, sabor, textura, contenido de aminoácidos libres y los niveles de ácidos grasos libres) [57,58].

La aplicación de PDI en frutas y verduras se puede caracterizar por los cambios de prueba en la dureza del propio alimento. Chai et al. [59] estudiaron el efecto del tratamiento fotodinámico de la curcumina durante 4 min sobre la dureza de las peras recién cortadas almacenadas a 4 °C. Después de 6 días de almacenamiento, la dureza de las peras seguía siendo alta, sólo disminuyó de 70,78 N a 51,19 N. otros estudios han demostrado que curcumin's PDI a 4 ℃ extiende significativamente la vida útil y la calidad de los dátiles frescos, extendiendo la vida útil por 70 días, y no se observaron cambios en las propiedades fisicoquímicas después del tratamiento [60].

Además de probar la concentración inhibitmínima, el efecto de la esterilifotodinámica de la curcumina también puede ser caracterizado por la observación de cambios en las células en la superficie de la comida usando SEM y TEM. La figura 6A muestra los cambios morfológicos y estructurales en las esporas antes y después de la inactivación fotodinámica de la curcumina usando SEM y TEM. Las paredes celulares de las esporas en el grupo no tratado eran uniformes, lisas y llenas, y los núcleos celulares estaban intactos y redon, mientras que después de 30 minutos de exposición a la luz, las esporas mostraron atrofia y fragmentación de las paredes celulares, vaculización, y membranas nucleares celulares indistin[61]. Laura et al. [62] mostraron que en comparación con las células no tratadas, la SEM mostró que Staphylococcus aureus, Salmonella y Escherichia coli tratados con PDT con curcumina mostraron arrugas y daño evidente en la superficie celular (figura 6B).

Además de tener un buen efecto inhibidor sobre bacterias tales como bacterias grampositivas y gramnegativas, la PDT de curcumina también tiene un cierto efecto inhibidor sobre los hongos. Pang Jiale et al. [63] estudió el efecto inhibitde la tecnología de esterilifotodinámica de la curcumina en el crecimiento de penicillium extendido. La curcumina puede inhibir ligeramente el crecimiento de micelia después de un breve tratamiento, y el diámetro de la colonia de penicillium extendido puede ser reducido significativamente después del tratamiento PDI de la curcumina. Se puede ver que el tratamiento fotodinámico puede controlar eficazmente la intoxicación por penicillium de las manzanas e inhibieficazmente el crecimiento de penicillium extendido, proporcionando una cierta base teórica para el desarrollo de la tecnología de conservación de alimentos. Se necesita más investigación para comprender mejor los factores que limitan la tecnología de esterilifotodinámica de la curcumina, tales como la distribución de la luz, la geometría de los alimentos y las propiedades de la superficie.

El efecto antibacteriano de la tecnología de esterilifotodinámica de curcumina depende de una variedad de factores, tales como la concentración de curcumina y el método de aplicación. Estos factores juegan un papel importante en la determinación del potencial de esta estrategia antibacteriana en el envasado de alimentos. En general, la inactivación de los microorganismos por la curcumina PDI es un proceso dependiente de la concentración: a medida que la concentración de curcumina aumenta, la tasa de supervivencia de los microorganismos disminuye gradualmente [64-66]. Mayores concentraciones de curcumina puede promover la producción de ROS en PDI, que es la principal razón de su actividad antimicrobiana. Sin embargo, después de cierta concentración se alcanza, más aumentos en la concentración de curcumina sólo puede aumentar ligeramente la tasa de inactivación, e incluso puede reducir la actividad antimicrobiana [67]. Este fenómeno puede estar relacionado con el efecto de auto-blindaje de la luz, es decir, la turbidez de la solución puede dificultar la penetración de la luz, blindando así la interacción entre la curcumina y la luz después de un cierto umbral de concentración [68]. Por lo tanto, la concentración de curcumina en los alimentos debe ser adecuadamente controlada para evitar el efecto de auto-protección.

Hay dos métodos principales para el uso de la curcumina como un fotosensibilien aplicaciones prácticas: uno es sumergir el alimento directamente en una solución de curcumina, y el otro es rociar o añadir curcumina a la superficie de la comida antes de la radiación de la luz. La norma nacional estipula que la dosis máxima de curcumina en los alimentos no debe exceder de 0,7 g/kg. En general, ambos métodos pueden efectivamente inactivar microorganismos [69]. Sin embargo, algunos alimentos, como los cereales y los productos cárnicos, no son adecuados para el remojo a largo plazo. Por el contrario, el método de pulverino sólo no afecta la calidad de los alimentos, sino que también proporciona un revestimiento más uniforme en la superficie de los alimentos sin contaminar la solución de cúrcuma. Por lo tanto, el uso del método de pulveries más propicio para el uso generalizado de la curcumina en la industria alimentaria.

4.2 la curcumina como un indicador ácibase

Durante el proceso de deterioro de los alimentos, las frutas y verduras metabolizan ácido lác, ácido acético, ácido málico y otras sustancias ácidas debido a infecciones bacterianas y fún, lo que resulta en una disminución en el pH del microambiente local de los alimentos. Los productos cárnicos producirán sustancias alcalinas como nitrógeno alcalvolvolbajo la acción de microorganismos a medida que el tiempo de almacenamiento aumenta, resultando en un aumento en el pH de la superficie [70]. La curcumina reacciona a los cambios en el pH causados por el deterioro de los alimentos y /o cambios en el medio ambiente externo y muestra un cambio de color. Puede ser utilizado como un indicador colorimétrico del pH para monitorear los cambios de calidad durante el almacenamiento de alimentos en tiempo real. El átomo H en la cadena de − -dicetona de la curcumina puede sufrir transferencia intramolecular, por lo que su estructura molecular existe en la forma de un tautomde ceto-enol. En soluciones acuosas ácidas y neu, existe principalmente en forma de una cetona, mientras que en soluciones acuosas alcalinas existe principalmente en forma de un enol [15]. En general, el color de una solución de cúrcuma es amarillo brillante bajo condiciones ácidas y neutr. Cuando el pH aumenta a condiciones alcalinas, el color de la solución cambia a rojo, y el color rojo se profundigradualmente con el aumento del pH.

La curcumina se puede utilizar como un indicador de ácibase en envases inteligentes de alimentos para controlar la frescura de frutas y productos cárnicos. El valor de diferencia de color de la película de indicador inteligente se puede utilizar para determinar la calidad del alimento de acuerdo con la referencia de cambio de color en el envase. Li et al. [71] prepararon una película inteligente basada en glucomano konjac de curcumina y nanofibras de celulbacteriana. A medida que la carne envasada se deterior, el color de la película cambió gradualmente de amarillo a rojo, lo que indica que la película se puede utilizar como un indicador colorimétrico de pH para la carne. Además, como se puede ver en el espectro UV-Vis en la figura 7A, el pico de absorción de la curcumina se desplaza de 428 nm a 472 nm con el aumento de pH. el desplazamiento al rojo de la posición del pico está relacionado con la transformación estructural reversible de la curcumina bajo diferentes valores de pH.

Liu Di [72] utilizó almidón modificado con octenilsuccincomo partícula sólida de una emulsión de decapante para encapsulla curcumina y preparar una película de embalaje. Esta película de embalaje tenía una respuesta que cambiaba el color al deterioro del pez pangasius. A medida que el pH aumentó de 3.0 a 10.0, el color de la curcumina cambió de amarillo a rojo. Debido a que la curcumina es fácilmente descompuesta por la luz, por lo general es encapsulada para formar microcápsulas para controlar mejor el grado de deterioro de los alimentos. Liu et al. [73] prepararon microcápsulas de gelatina/curcumina/quitosán y agreglas microcápsulas a películas a base de carboximetilcelulpara vigilar la frescura de los alimentos. Como se muestra en la figura 7B,cuando el valor de pH es 3-5, el color de la película compuesta cambia de oscuro a claro, y luego de claro a oscuro. Cuando el valor pH es 5-7, vuelve a ser ligero. Bajo condiciones alcalinas, el corrimiento al rojo de la película es obvio, esto es debido a la deprotonación de la curcumina. Zhang et al. [74] agregó curcumina a una película de alcohol polivinílico para el control de calidad de la carne de camarón, y estableció un vínculo entre el color de la película, el contenido de nitrógeno básico volátil, y el valor de la diferencia de color. El contenido de nitrógeno básico volátil del camarón se correlacionpositivamente con el valor de diferencia de color.

Estos sistemas inteligentes ayudarán a mejorar la seguridad alimentaria y la vida útil de los alimentos, y proporcionarán a los consumidores una indicación más intuitiva y más precisa de la frescura de los alimentos.

La diferencia de color de la curcumina en respuesta a los cambios en el pH no es significativa, y la precisión y la sensibilidad del indicador smart para indicar cambios en la calidad de los alimentos es menor que la del sensor. La curcumina puede ser mezclcon otros indicadores naturales (tales como antocianinas y betalaínas) para enriquecer el cambio de color del indicador de pH, con el fin de juzgar mejor el rango de frescura de la calidad de los alimentos. Además, la estabilidad de la curcumina se ve afectada por la luz, la temperatura y el oxígeno en el medio ambiente de almacenamiento, lo que afecta indirectamente a su sensibilidad y precisión en la respuesta a los cambios en la acidez y alcalinidad.

Encapsulación (en forma de emulsiones o microcápsulas) se puede utilizar para mejorar la estabilidad de la curcumina como un indicador, y su estabilidad también se puede mejorar mediante la reticulcon un sustrde membrana. En la actualidad, el desarrollo del color de la curcumina es principalmente determinado y analizado directamente sumergiendo las etiquetas de los indicadores preparados en buffers con diferentes valores de pH. No se ha establecido la relación entre el crecimiento microbiano/pH del alimento/color de la etiqueta del indicador, ni se ha analizado la relación entre el crecimiento microbiano y el cambio de color. Esto limita la aplicación práctica de etiquetas indicadoras preparadas con curcumina y su precisión en la indicación del grado de deterioro de los alimentos. Este es también un ámbito que requiere una investigación detallada en el futuro.

5 conclusión y perspectivas

La curcumina, como un conservante natural de los alimentos, tiene las ventajas de ser seguro y no tóxico, antibacteriano, antioxidante, protección UV, fotosensible, y la decoloración acido-base sensible. Tiene grandes perspectivas de desarrollo en aplicaciones de envasado de alimentos. Este trabajo describe principalmente la estructura y las propiedades físicoquímicas de la curcumina, así como su mecanismo de acción y el progreso de su aplicación como agente antimicrobi, antioxidante, agente de protección UV, fotosensibilizador e indicador de pH en el envase de alimentos. La curcumina puede extender la vida útil de los alimentos mediante la prevención de la oxidde los lípidos y limitar el crecimiento microbiano, y puede ser utilizado como un material indicador para la evaluación en tiempo real de la seguridad y calidad de los alimentos envasados. Sin embargo, se necesita una investigación más exhaustiva sobre la curcumina para mejorar la estabilidad, solubilidad en agua, y para entender los mecanismos antibacterianos y antioxidantes, con el fin de ampliar el alcance de las aplicaciones de la curcumina en el envasado de alimentos.

Basado en la investigación actual y el estado de aplicación deCurcumina en envases de alimentos(1) en el futuro, es posible considerar la combinación de la curcumina con diferentes agentes antimicrobianos (como el aceite esencial de orégano y el aceite esencial de clavo) para ejercer un efecto sinergistic antimicrobi. (2) fortalecimiento de la investigación sobre los mecanismos antimicrobianos y antioxidantes de la curcumina puede comenzar con los cambios microscópicos en la estructura de la curcumina durante los procesos antimicrobianos y antioxidantes, y establecer la correlación entre la estructura microscópica y las propiedades funcionales de la curcumina. (3) desarrollar aún más la aplicación de la curcumina en el envasado de alimentos.

En la actualidad, la mayoría de las aplicaciones de la curcumina se centran en sus propiedades antibacterianas y antioxidantes. Su fotosensibilidad, protección ultravioleta y otras funciones se pueden desarrollar para su uso en la industria alimentaria. (4) la baja solubilidad en agua y la inestabilidad de la curcumina limita su aplicación en el envasado de alimentos. Puede ser encapsulusando nanopartículas y preparado en forma de emulsión o microcápsulas. (5) en la actualidad, no existe un vínculo establecido entre el crecimiento microbiano/pH de los alimentos/color de la etiqueta del indicador, ni se ha analizado la ley del crecimiento microbiano y el cambio de color, lo que limita la aplicación práctica y la visualización precisa del grado de deterioro de los alimentos de las etiquetas indicadoras preparadas con curcumina. Este es también un ámbito que requiere una investigación detallada en el futuro. Estudiar el progreso de la curcumina en aplicaciones de envasado de alimentos es propicio para promover su mayor desarrollo en la industria alimentaria, abordando así las cuestiones de seguridad alimentaria que la gente está muy preocupado por y mantenerse al día con la gran estrategia de "China saludable".

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