Laboratorio de Investigación e Ingeniería de Biopolímeros

 

    Fotografía por Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) de partículas de fitoesteroles (20.000X).

  • Dirigido por: Javier Enrione, (PhD)
  • Investigadores: Paulo Díaz (PhD), Marzena Pepczynska (PhD)
    Asistente investigación: Cristina Padilla, Phammela Abarzúa, Stibaliz Castro, Camila Berner y Cielo Char.
  • Estudiantes de Doctorado: Adrián González

La investigación de Bioprel se centra en la aplicación de un enfoque basado en la ciencia de materiales para el estudio de biopolímeros de origen natural y biocompósitos para el desarrollo de aplicaciones en tecnología de alimentos, nutrición e ingeniería de tejidos.


Particularmente, se ha estado trabajando en la caracterización molecular y estudio de propiedades termofísicas (Tg, Tm, Tg’, Cg’) de gelatinas de origen marino (salmón), generando por primera vez diagramas de estado para este tipo de material.


Junto a técnicas analíticas tradicionales (Calorimetria diferencial de barrido, análisis mecánico dinámico, Analizador de sorción de húmedad) se ha estado utilizando en los últimos años la técnica Possitron Anhiliation Spectroscopy (PALS) para determinar el volumen libre de hidrogeles de gelatina y su posible correlación con características macroscópicas (volumen específico).

Estos resultados han demostrado un efecto densificador de plastificantes (ej. polioles) en materiales proteicos de este tipo, explicando posibles cambios en movilidad molecular bajo Tg. Lo anterior también se ha correlacionado con variaciones de procesos de relajación entálpica en estado vítreo durante el almacenamiento. En hidrogeles diluidos de gelatina, se ha caracterizado la conformación molecular de gelatina bovino (200 Bloom) mediante Microscopia de fuerza atómica. Actualmente se están estudiando mezclas de gelatina y celulosa con el objetivo de mejorar las propiedades mecánicas de estos biocompositos evaluando su integración mediante Microscopia electrónica de barrido, Calorimetria diferencial de barrido, Difracción de rayos x y la micromecánica en la interface por espectroscopia RAMAN.

Se está trabajando también en la caracterización térmica de compósitos (esponjas) de gelatina, quitosano y ácido hialurónico para aplicaciones en ingeniería de tejidos. Se están desarrollando nuevos compósitos de almidón-celulosa para evaluar la cinética de retrogradación posterior a la gelatinización mediante Difracción de rayos x, Clorimetria diferencial de barrido, análisis mecánico dinámico y analizador de viscosidad. El objetivo es la obtención de compósitos más resistentes a la digestión.

Una nueva línea de investigación se centra en la obtención de compuestos bioactivos de cereales andinos como la quínoa. Este estudio busca la optimización de procesos de separación de fracciones proteicas (globulinas), su hidrólisis, caracterización fisicoquímica y posterior evaluación de su actividad in vitro e in vivo.

Las líneas de investigación están focalizadas principalmente en:

 

  • Estudio de almidones, gelatinas, celulosa y sus biocompósitos para aplicaciones en ingeniería de alimentos y nutrición.
  • Modificación química de gelatinas para aplicaciones en ingeniería de tejidos.
  • Obtención y estudio de compuestos bioactivos de quínoa.

Colaboración nacional:

Departamento de Ciencia y Tecnología de los Alimentos y Departamento de Física de la Universidad de Santiago, Centro de Biotecnología Daniel Alkalay de la Universidad Federico Santa María.

Colaboración internacional:

Division of Food Sciences from University of Nottingham, Department of Physics from University of Bristol, Material Science Centre from University of Manchester, School of Engineering from University of Exeter and Laboratoire de transformation alimentaire et procédés électromembranaires Université Laval.

Publicaciones (selección Javier Enrione):

1. Díaz P, López D, Matiacevich S, Osorio F, Enrione J. State Diagram of Salmon (Salmo salar) Gelatin Films. Journal of the Science of Food and Agriculture 2011; 91(14):2558–2565. IF: 1,436.

2. Roussenova M, Enrione J, Diaz-Calderon P, Taylor AJ, Ubbink J, Alam MA. A nanostructural investigation of glassy gelatin oligomers: molecular organization and interactions with low molecular weight diluents. New Journal of Physics 2012; 14:1-19. IF: 4,063.

3. Enrione J, Sáez C, López D, Skurtys O, Acevedo C, Osorio F, MacNaughtan W, Hill S. Structural Relaxation of Salmon Gelatin Films in the Glassy State. Food and Bioprocess Technology An International Journal 2012; 5(6): 2446-2453. IF: 4,115.

4. Enrione J, Díaz P, Weinstein-Oppenheimer C, Sánchez E, Fuentes MA, Brown D, Herrera H, Acevedo C. Designing a Gelatin/Chitosan/Hyaluronic Acid Biopolymer Using a Thermophysical Approach For Use in Tissue Engineering. Bioprocess and Biosystems Engineering 2013; 36: 1947-1956. IF: 1,823.

5. Acevedo C, Somoza R, Weinstein-Oppenheimer C, Zárate H, Moreno M, Sánchez E, Young M, MacNaughtan W, Enrione J. Improvement of human skin cells growth by radiation induced modifications of a Ge/Ch/Ha-scaffold. Bioprocess and Biosystems Engineering 2013; 36(3): 317–324. IF: 1,823.

6. Díaz-Calderón P, Caballero L, Melo F, Enrione J. Molecular configuration of gelatin–water suspensions at low concentration. Food Hydrocolloids 2014. 39:171–179. IF: 4,090.

7. M. Roussenova a, J. Enrione b, P. Diaz-Calderon b, A.J. Taylor c, J. Ubbink a, d, M.A. Alam a. Effect of polyols on the molecular organization and thermodynamic properties of low water content gelatin oligomers. Polymer 2014; 55:6827-6836. IF: 3,562.

8. Roussenova M, Hughes DJ, Enrione J, Diaz-Calderon P, Sivaniah E, Song Q, Ubbink J, Beavis Q, Swain A and Alam M.A. Free volume, molecular mobility and polymer structure: towards the rational design of multi-functional materials. Acta Physica Polonica A 2014; 125(3):801-805. IF: 0,530.

9. Quero F, Coveney A, Lewandowska AE, Richardson RM, Díaz-Calderón P, Lee KY, Eichhorn SJ, Alam MA, Enrione J. Stress Transfer Quantification in Gelatin-Matrix Natural Composites with Tunable Optical Properties. Biomacromolecules 2015;16(6):1784-93. IF: 5,750.

10. Riquelme N, Díaz-Calderón P, Enrione J, Matiacevich S. Effect of physical state of gelatin-plasticizer based films on to the occurrence of Maillard reactions. Food Chemistry 2015; 175:478-84. IF: 3,391.

Patentes:

Enrione Cáceres, Javier; Díaz Calderón, Paulo; Osorio Lira, Fernando. “Method for the formulation of a gel-fomat foodstuff for use as a nutritional foodstuff enriched with peptides and matodextrins obtained from quinoa flour”.
 EP2796054B1 (Europa – Concedida)


Proyectos de Investigación vigentes:

1. Fondecyt Regular No 1140132 (2014-2016). Investigador principal Javier Enrione. “Fragility Studies of Gelatine-Oligosacharides Hydrogels Approaching The Glass Transition Temperature”

2. Fondecyt Iniciación No 11140729 (2015-2016). Investigador principal Paulo Díaz-Calderón. “Structural modification of starch matrices by addition of bacterial cellulose: towards the design of food materials with tailored functional properties”.

3. Fondecyt Posdoctorado No 3140036 (2014-2016). Investigador principal Javier Enrione. “Fundamental studies of biopolymer (starch, salmon and bovine gelatin)-bacterial cellulose nanofibril interactions for applications in food technology and tissue engineering”.

4. Concurso Nacional Inserción de Capital Humano Avanzado en la Academia PAI No 79130039 (2014-2016). Investigador principal Paulo Díaz-Calderón. “Fortalecimiento de la Docencia e Investigación en Estructuras en Alimentos y su Efecto en la Biodisponibilidad de Nutrientes”.

5. Fondo Newton-Picarte PCI. (Conicyt-RCUK) REDES No 140144 (2015-2016). Investigador principal: Javier Enrione. “Fundamentals of Natural Polymers and Composites for Applications in Food Science and Technology, and Tissue Engineering”.

6. INNOVA-CORFO I+D Aplicada Línea 2 N° 13IDL2-23457 (2013-2016). Investigador principal Javier Enrione. “Obtención de Fracciones Funcionales para la Industria y Péptidos Bioactivos de Quínoa como Agentes Moduladores del Estado Fisiológico”.

7. Proyecto CORFO Contratos Tecnológicos para la Innovación Contract Research - Empresa NUTRARTIS (2016-2017). Investigador principal: Javier Enrione. “Desarrollo de un producto basado en nano fitoesteroles para el tratamiento terapéutico del síndrome metabólico”.