Envasado activo biodegradable para el control de Listeria monocytogenes en jamón cocido

El envasado activo consiste en la adición de una sustancia activa al material del envasado, mejorando de esta forma la funcionalidad del envase. En el caso del envasado antimicrobiano se consigue minimizar o evitar la contaminación superficial de los alimentos, de ahí el interés de su aplicación en los productos cárnicos listos para el consumo.

Use of antimicrobial biodegradable packaging to control Listeria monocytogenes during storage of cooked ham

The antimicrobial effect against L. monocytogenes of biodegradable films (alginate, zein and polyvinyl alcohol) containing enterocins was investigated. Survival of the pathogen was studied by means of challenge tests performed at 6 °C during 8 and 29 days, for air-packed and vacuum-packed sliced cooked ham, respectively. Air packaging was tested with two concentrations of enterocins (200 and 2000 AU/cm2). Control air-packed cooked ham showed an increase of L. monocytogenes from 104 to 107 CFU/g after 8 days. By contrast, packaging with antimicrobial films effectively slowed down the pathogen's growth, leading to final counts lower than in control lots. Air-packaging with alginate films containing 2000 AU/cm2 of enterocins effectively controlled L. monocytogenes for 8 days. An increase of only 1 log unit was observed in zein and polyvinyl alcohol lots at the same enterocin concentration. Vacuum packaging with films containing enterocins (2000 AU/cm2) also delayed the growth of the pathogen. No increase from inoculated levels was observed during 15 days in antimicrobial alginate films. After 29 days of storage, the lowest counts were obtained in samples packed with zein and alginate films containing enterocins, as well as with zein control films. The most effective treatment for controlling L. monocytogenes during 6 °C storage was vacuum-packaging of sliced cooked ham with alginate films containing 2000 AU/cm2 of enterocins. From the results obtained it can concluded that antimicrobial packaging can improve the safety of sliced cooked ham by delaying and reducing the growth of L. monocytogenes.

High-pressure processing and antimicrobial biodegradable packaging to control Listeria monocytogenes during storage of cooked ham

The efficiency of combining high-pressure processing (HPP) and active packaging technologies to control Listeria monocytogenes growth during the shelf life of artificially inoculated cooked ham was assessed. Three lots of cooked ham were prepared: control, packaging with alginate films, and packaging with antimicrobial alginate films containing enterocins. After packaging, half of the samples were pressurized. Sliced cooked ham stored at 6 °C experienced a quick growth of L. monocytogenes. Both antimicrobial packaging and pressurization delayed the growth of the pathogen. However, at 6 °C the combination of antimicrobial packaging and HPP was necessary to achieve a reduction of inoculated levels without recovery during 60 days of storage. Further storage at 6 °C of pressurized antimicrobial packed cooked ham resulted in L. monocytogenes levels below the detection limit (day 90). On the other hand, storage at 1 °C controlled the growth of the pathogen until day 39 in non-pressurized ham, while antimicrobial packaging and storage at 1 °C exerted a bacteriostatic effect for 60 days. All HPP lots stored at 1 °C led to counts <100 CFU/g at day 60. Similar results were observed when combining both technologies. After a cold chain break no growth of L. monocytogenes was observed in pressurized ham packed with antimicrobial films, showing the efficiency of combining both technologies.

Physical performance of biodegradable films intended for antimicrobial food packaging

Antimicrobial films were prepared by including enterocins to alginate, polyvinyl alcohol (PVOH), and zein films. The physical performance of the films was assessed by measuring color, microstructure (SEM), water vapor permeability (WVP), and tensile properties. All studied biopolymers showed poor WVP and limited tensile properties. PVOH showed the best performance exhibiting the lowest WVP values, higher tensile properties, and flexibility among studied biopolymers. SEM of antimicrobial films showed increased presence of voids and pores as a consequence of enterocin addition. However, changes in microstructure did not disturb WVP of films. Moreover, enterocin-containing films showed slight improvement compared to control films. Addition of enterocins to PVOH films had a plasticizing effect, by reducing its tensile strength and increasing the strain at break. The presence of enterocins had an important effect on tensile properties of zein films by significantly reducing its brittleness. Addition of enterocins, thus, proved not to disturb the physical performance of studied biopolymers. Development of new antimicrobial biodegradable packaging materials may contribute to improving food safety while reducing environmental impact derived from packaging waste.

Effects of inorganic nitrogen (NH4Cl) and biodegradable organic carbon (CH3COONa) additions on a pilot-scale seawater biofilter

Biofilters degrade only a small fraction of the natural organic matter (NOM) contained in seawater which is the leading cause of biofouling in downstream processes. This work studies the effects of chemical additions on NOM biodegradation by biofilters. In this work, biofiltration of seawater with an empty bed contact time (EBCT) of 6 min and a hydraulic loading rate of 10 m h-1 reduces the biological oxygen demand (BOD7) by 8%, the dissolved organic carbon (DOC) by 6% and the UV absorbance at 254 nm (A254) by 7%. Different amounts of ammonium chloride are added to the seawater (up to twice the total dissolved nitrogen in untreated seawater) to study its possible effect on the removal of NOM by a pilot-scale biofilter. Seawater is amended with different amounts of easily biodegradable dissolved organic carbon (BDOC) supplied as sodium acetate (up to twice the DOC) for the same purpose. The results of this work reveal that the ammonium chloride additions do not significantly affect NOM removal and the sodium acetate is completely consumed by the biofiltration process. For both types of chemical additions, the BOD7, DOC and A254 in the outlet stream of the biofilter are similar to the values for the untreated control. These results indicate that this biofilter easily removes the BDOC from the seawater when the EBCT is not above 6 min. Furthermore, nitrogen does not limit the NOM biodegradation in seawater under these experimental conditions.

Study on the removal of biodegradable NOM from seawater using biofiltration

Despite the low biodegradability of seawater NOM, problems associated with biofouling are common in facilities that handle seawater. In this work, a fixed-film aerobic biofilter is proposed as an effective unit for preventing biofouling in such facilities. A packed-bed biofilter with an EBCT = 6 - 11 min was employed. The results demonstrated that the DOC is reduced by 6% and the BOD7 is reduced up to 15%. The LC-OCD analysis revealed that biofiltration abates the LMW neutrals and biopolymer fractions by 33 and 17%, respectively. However, the fractionation with UF membrane showed that the biofiltration process is able to degrade the more biodegradable compounds that have molecular weights that are greater than 1 kDa and compounds with molecular weights of less than 1 kDa. After biofiltration, the biological activity measured in terms of ATP removal was reduced by 60%. Finally, a test to evaluate the biofilm formation capacity of a water sample revealed reductions of ~94% when comparing biofiltered and non-biofiltered seawater. Therefore, a fixed-film aerobic biofiltration process could be a useful treatment for the removal of biodegradable organic matter from seawater and for improving the water quality in terms of less biofilm formation capacity.

High-Performance-Tensile-Strength Alpha-Grass Reinforced Starch-Based Fully Biodegradable Composites

Though there has been a great deal of work concerning the development of natural fibers in reinforced starch-based composites, there is still more to be done. In general, cellulose fibers have lower strength than glass fibers; however, their specific strength is not far from that of fiberglass. In this work, alpha-fibers were obtained from alpha-grass through a mild cooking process. The fibers were used to reinforce a starch-based biopolymer. Composites including 5 to 35% (w/w) alpha-grass fibers in their formulation were prepared, tested, and subsequently compared with those of wood- and fiberglass-reinforced polypropylene (PP). The term “high-performance” refers to the tensile strength of the studied composites and is mainly due to a good interphase, a good dispersion of the fibers inside the matrix, and a good aspect ratio. The tensile strength of the composites showed a linear evolution for fiber contents up to 35% (w/w). The strain at break of the composites decreased with the fiber content and showed the stiffening effects of the reinforcement. The prepared composites showed high mechanical properties, even approaching those of glass fiber reinforced composites

Degradació en planta pilot de colorants reactius mitjançant el procés de foto-Fenton assistit amb llum solar: aplicació del procés com a pre-tractament d'un procés biològic

Estudi elaborat a partir d’una estada a la Plataforma Solar de Almería entre desembre del 2006 i gener del 2007. S’ha dut a terme la degradació en planta pilot dels colorants reactius Procion Red H-E7B i Cibacron Red FN-R mitjançant el procés de foto-Fenton aplicat com a tractament únic i com a pretractament d’un procés biològic. El procés de foto-Fenton, assistit amb llum solar, es va realitzar en un fotoreactor solar tipus Col•lector Parabòlic Compost (CPC) i el tractament biològic en un Reactor de Biomassa Immobilitzada (RBI). Com a punt de partida, i amb l’objectiu d’estudiar la reproductibilitat del sistema, es van prendre resultats obtinguts d’experiments realitzats prèviament a escala de laboratori i amb llum artificial. El paràmetre Carboni Orgànic Total (COT) es va emprar com a indicador de l’eliminació dels colorants i dels seus intermedis. En aplicar únicament el procés de foto-Fenton com a tractament, concentracions de 10 mg•l-1 de Fe (II) i 250 mg•l-1 de H2O2 per degradar 250 mg•l-1 Procion Red H-E7B, i de 20 mg•l-1 de Fe (II) i 500 mg•l-1 de H2O2 per degradar 250 mg•l-1 Cibacron Red FN-R, van reproduir els resultants obtinguts al laboratori, amb uns nivells d’eliminació de COT del 82 i 86%, respectivament. A més, l’ús beneficiós de la llum solar en el procés de foto-Fenton, juntament amb la configuració del CPC, van incrementar la velocitat de degradació respecte als resultats previs, permetent la reducció de la concentració de Fe (II) de 10 a 2 mg•l-1 (Procion Red H-E7B) i de 20 a 5 mg•l-1 (Cibacron Red FN-R) sense pèrdues d’efectivitat. D’altre banda, el sistema combinat foto-Fenton/tractament biològic en planta pilot, unes concentracions d’oxidant de 225 mg•l-1 H2O2 per Cibacron Red FN-R i 65 mg•l-1 H2O2 per Procion Red H-E7B van ser suficients per generar solucions intermèdies biodegradables i alimentar així el RBI, millorant inclús els resultats obtinguts prèviament al laboratori.

El suro com a adsorbent del plom i el poloni

S’ha estudiat la utilització del suro com a adsorbent de metalls i radionúclids, com el plom i el poloni. Aquesta metodologia es pot aplicar en diferents camps, principalment per la separació d’aquests elements tant per a la seva posterior anàlisi com per l’eliminació i descontaminació en medis naturals. El suro és un bon adsorbent del plom, ja que de promig n’adsorbeix un 80%, i existeix dependència amb la relació superfície – volum del suro. La capacitat de càrrega màxima, a partir de les vuit hores, correspon al suro de diàmetre de partícula de 0.5 a 1 mm, amb un valor proper a 6·10-2 mmol Pb/g suro. El poloni presenta una eficiència d’adsorció menor a la del plom, d’un 50% del poloni present en la solució de càrrega inicial. Del present treball es pot concloure que el suro és un bon material adsorbent per a metalls i/o radionúclids, i per tan pot ser emprat com a una tècnica de separació i/o recuperació alternativa a les actualment establertes, sent més econòmica i biodegradable.

Eliminació autotròfica de nitrogen en una pila biològica (microbial fuel cells )

L’aigua i l’energia formen un binomi indissociable. En relació al cicle de l’aigua, des de fa varies dècades s’han desenvolupat diferents formes per recuperar part de l’energia relacionada amb l’aigua, per exemple a partir de centrals hidroelèctriques. No obstant, l’ús d’aquesta aigua també porta associat un gran consum energètic, relacionat sobretot amb el transport, la distribució, la depuració, etc... La depuració d’aigües residuals porta associada una elevada demanda energètica (Obis et al.,2009). En termes energètics, tot i que la despesa elèctrica d’una EDAR varia en funció de diferents paràmetres com la configuració i la capacitat de la planta, la càrrega a tractar, etc... es podria considerar que el rati mig seria d’ aproximadament 0.5 KWh•m-3.Els principals costos d’explotació estan relacionats tant amb la gestió de fangs (28%) com amb el consum elèctric (25%) (50% tractament biològic). Tot i que moltes investigacions relacionades amb el tractament d’aigua residual estan encaminades en disminuir els costos d’operació, des de fa poques dècades s’està investigant la viabilitat de que l’aigua residual fins i tot sigui una font d’energia, canviant la perspectiva, i començant a veure l’aigua residual no com a una problemàtica sinó com a un recurs. Concretament s’estima que l’aigua domèstica conté 9.3 vegades més energia que la necessària per el seu tractament mitjançant processos aerobis (Shizas et al., 2004). Un dels processos més desenvolupats relacionats amb el tractament d’aigües residuals i la producció energètica és la digestió anaeròbia. No obstant, aquesta tecnologia permet el tractament d’altes càrregues de matèria orgànica generant un efluent ric en nitrogen que s’haurà de tractar amb altres tecnologies. Per altre banda, recentment s’està investigant una nova tecnologia relacionada amb el tractament d’aigües residuals i la producció energètica: les piles biològiques (microbial fuel cells, MFC). Aquesta tecnologia permet obtenir directament energia elèctrica a partir de la degradació de substrats biodegradables (Rabaey et al., 2005). Les piles biològiques, més conegudes com a Microbial Fuel Cells (acrònim en anglès, MFC), són una emergent tecnologia que està centrant moltes mirades en el camp de l’ investigació, i que es basa en la producció d’energia elèctrica a partir de substrats biodegradables presents en l’aigua residual (Logan., 2008). Els fonaments de les piles biològiques és molt semblant al funcionament d’una pila Daniell, en la qual es separa en dos compartiments la reacció d’oxidació (compartiment anòdic) i la de reducció (compartiment catòdic) amb l’objectiu de generar un determinat corrent elèctric. En aquest estudi, bàsicament es mostra la posada en marxa d'una pila biològica per a l'eliminació de matèria orgànica i nitrogen de les aigües residuals.

Uso de matrices biodegradables enriquecidas con PRP, para restitución inmediata de volumen y regeneración tisular

Se plantea un ensayo clínico a fin de determinar la utilidad de una matriz estructural biodegradable (ME, en trámite de licencia de patente) enriquecida con fibrina y/o plasma rico en plaquetas (PRP) para restitución de volumen y regeneración tisular. Consta de dos fases. La primera in vitro, donde se definen las características físicas y químicas de la matriz estructural. La segunda, in vivo, que consiste en el análisis de la matriz enriquecida implantada en el tejido subcutáneo abdominal de animales de experimentación, mediante pruebas de imágenes, histología y pruebas de biodistribución.

Study of the variability in chemical composition of bark layers of Quercus Suber L. from different production areas

Cork is the bark of the cork oak tree (Quercus suber L), a renewable and biodegradable raw bioresource concentrated mainly in the Mediterranean region. Development of its potential uses as a biosorbent will require the investigation of its chemical composition; such information can be of help to understand its interactions with organic pollutants. The present study investigates the summative chemical composition of three bark layers (back, cork, and belly) of five Spanish cork samples and one cork sample from Portugal. Suberin was the main component in all the samples (21.1 to 53.1%), followed by lignin (14.8 to 31%), holocellulose (2.3 to 33.6%), extractives (7.3 to 20.4%), and ash (0.4 to 3.3%). The Kruskal-Wallis test was used to determine whether the variations in chemical composition with respect to the production area and bark layers were significant. The results indicate that, with respect to the bark layer, significant differences were found only for suberin and holocellulose contents: they were higher in the belly and cork than in the back. Based on the results presented, cork is a material with a lot of potential because of its heterogeneity in chemical composition

Control de 6 respiròmetres i anàlisi de les dades

L’aplicació de tècniques respiromètriques és de recent innovació dins l’estudi dels tractaments d’aigües residuals. Aquest conjunt de tècniques ens permeten analitzar dos processos importants dins una planta de tractament biològic: el creixement de la biomassa i el consum del substrat. Això fa que siguin una eina amb gran potencial en l’avaluació dels sistemes de tractament biològic d’aigües residuals. L’objectiu principal d’aquest treball es la realització d’una aplicació capaç de controlar el funcionament de 6 respiròmetres, gestionant el procés del mostreig de les respirometries i l’anàlisi de les dades obtingudes, per obtenir el substrat ràpidament biodegradable (Ss) per a mostres d’aigua residual, i la taxa màxima de creixement específic per a mostres de compost. L’aplicació s’ha desenvolupat sobre l’entorn Microsoft Access, on s’integren la base de dades amb les mostres i els resultats de les respirometries, i els formularis de control que ens permeten gestionar i controlar els processos de mostreig i anàlisi. L’aplicació es comunica amb els sensors i actuadors dels respiròmetres a través del control ActiveX, ADS-OCX, subministrat per TwinCAT, que ens permet capturar les lectures dels sensors i controlar el funcionament dels actuadors. Aquests elements estan connectats a mòduls descentralitzats d’entrades i sortides, comunicats mitjançant el bus Ethernet amb el PC-Industrial, on s’executa l’aplicació. Un cop finalitzada l’aplicació, aquesta controla correctament el mostreig de les respirometries, registrant les lectures de les sondes a la base de dades i controlant l’activació de les vàlvules del respiròmetre. Partint de les mostres obtingudes, o de respirometries externes, importades des de Microsoft Excel, s’ha comprovat el correcte funcionament en el càlcul del substrat ràpidament biodegradable (Ss) i la taxa màxima de creixement específic. Amb l’aplicació desenvolupada, s’ha comprovat el funcionament i les possibilitats que ens ofereix TwinCAT alhora de controlar mòduls d’entrades i sortides, així com la seva comunicació amb aplicacions com Microsoft Access. Això pot afavorir a la utilització d’aquest tipus de tecnologia, per aplicacions futures.

Thermoplastic Starch-based Composites Reinforced with Rape Fibers: Water Uptake and Thermomechanical Properties

Fully biodegradable composite materials were obtained through reinforcement of a commercially available thermoplastic starch (TPS) matrix with rapeseed fibers (RSF). The influence of reinforcement content on the water sorption capacity, as well as thermal and thermo-mechanical properties of composites were evaluated. Even though the hydrophilic character of natural fibers tends to favor the absorption of water, results demonstrated that the incorporation of RSF did not have a significant effect on the water uptake of the composites. DSC experiments showed that fibers restricted the mobility of the starch macromolecules from the TPS matrix, hence reducing their capacity to crystallize. The viscoelastic behaviour of TPS was also affected, and reinforced materials presented lower viscous deformation and recovery capacity. In addition, the elasticity of materials was considerably diminished when increasing fiber content, as evidenced in the TMA and DMTA measurements

pH Sensitive surfactants from lysine: assessment of their cytotoxicity and environmental behavior

The toxicity and environmental behavior of new pH-sensitive surfactants from lysine are presented. Three different chemical structures are studied: surfactants with one amino acid and one alkyl chain, surfactants with two amino acids on the polar head and one alkyl chain, and gemini surfactants. The pH sensitivity of these compounds can be tuned by modifying their chemical structures. Cytotoxicity has been evaluated using erythrocytes and fibroblast cells. The toxic effects against these cells depend on the hydrophobicity of the molecules as well as their cationic charge density. The effect of hydrophobicity and cationic charge density on toxicity is different for each type of cells. For erythrocytes, the toxicity increases as hydrophobicity and charge density increases. Nevertheless, for fibroblasts cationic charge density affects cytotoxicity in the opposite way: the higher charge density, the lower the toxicity. The effect of the pH on hemolysis has been evaluated in detail. The aquatic toxicity was established using Daphnia magna. All surfactants yielded EC50 values considerably higher than that reported for cationic surfactants based on quaternary ammonium groups. Finally, their biodegradability was evaluated using the CO2 headspace test (ISO 14593). These lysine derivatives showed high levels of biodegradation under aerobic conditions and can be classified as"readily biodegradable compounds".