Bio

te

cn

ol

og

ía y

al

ime

nt

os e

n H

ida

lg

o. L

ínea

s d

e in

vest

igac

ión

en

des

arro

llo

Luis Díaz BataLLaCarLos aLBerto Gómez aLDapa

Javier Castro rosasaLeJanDro téLLez JuraDo

Coordinadores

biotecnología y alimentos en hidalgo

Líneas de investigación en desarrollo

Biotecnología y alimentos en Hidalgo Líneas de investigación en desarrollo

luis díaz batallacarlos alberto gómez aldapa

Javier castro rosasaleJandro téllez Jurado

Coordinadores

universidad politécnica de Francisco i. madero

Universidad Politécnica de Francisco I. Madero

Km. 2. Carretera Tepatepec–San Juan Tepa,

Francisco I. Madero, Hidalgo, cp 42660

isbn: 978–607–9260–14–9

5

Presentación

El Estado de Hidalgo ha definido las áreas estratégicas en ciencia, tecnología e innovación, en las cuales habrá de establecerse como referente nacional en los próximos años. La agrobiotecnología es una de estas cinco áreas estratégicas seleccionadas. En este contexto se presenta Biotecnología y Alimentos en Hidalgo. Líneas de Investigación en Desarrollo, una muestra de los temas y las líneas de investigación que se desarrollan en las instituciones de educación superior del Estado de Hidalgo. Además de contribuir en la divulgación de las actividades de los grupos de investigación invitados, como colaboradores en el presente trabajo, se pretende permear en la dinámica interinstitucional que favorezca la colaboración y el desarrollo conjunto.

La realización del presente trabajo contó con el apoyo del Fondo Mixto conacyt–Gobierno del Estado de Hidalgo a través del proyecto Fomix–Hidalgo 2012–01–192649; Fortalecimiento a las líneas innovadoras de investigación aplicada y desarrollo tecnológico (liiadt) del área de biotecnología y alimentos del Es-tado de Hidalgo.

6

7

aVances Y PersPectiVas De inVestiGación LGac: tecnOFUnciOnaLiDaD Y nUtrición

MOLecULar De cOMPUestOs BiOactiVOs

Alanís–García E.*, Cruz–Cansino N.S., Manríquez–Torres, J.J., Ariza–Ortega J.A., Delgado–Olivares L.,

Ramírez–Moreno E.

Área Académica de Nutrición/Cuerpo Académico de Nutriología. Instituto de Ciencias de la Salud. Universidad Autónoma del Es-tado de Hidalgo. Carretera Actopan–Tilcuautla, Ex–Hacienda La Concepción, San Agustín Tlaxiaca, Hidalgo, México. CP 42086. Tel. (01–771) 71–72000. ext. 4312. correo electrónico: ernesto_alanisgarcia@hotmail.com

resumenUno de los aspectos importantes de estudio de la línea de investi-gación Tecnofuncionalidad y Nutrición Molecular de Compuestos Bioactivos, perteneciente al Cuerpo Académico de Nutriología, es evaluar los cambios que sufren los compuestos bioactivos durante el procesamiento de los alimentos, así como el aislamiento y carac-terización molecular de estos compuestos. Por lo que a continua-ción se hace una breve revisión sobre los avances de investigación y perspectivas de estudio.

eFecto del ultrasonido sobre los compuestos bioactivos en Jugos de Frutas

Cruz–Cansino N.S.

En la actualidad, los métodos más comunes para el procesa-miento de alimentos son los tratamientos térmicos, que impli-can la aplicación de calor, debido a su capacidad para inactivar microorganismos y algunas enzimas responsables del deterioro y descomposición de alimentos [1–3]. Sin embargo, el tratamien-to térmico en condiciones severas puede inducir cambios físicos

8

y químicos, tales como la desnaturalización de proteínas, par-deamiento no enzimático, disminución del contenido o la bio-disponibilidad de algunos compuestos bioactivos, entre ellos las vitaminas, así como compuestos volátiles, causando efectos no deseados en los alimentos [4]. Existen métodos alternativos a la pasteurización y a la esterilización, los cuales están ganan-do importancia debido a que tienen un impacto menor sobre el contenido nutricional en los alimentos [5]. Aunado a esto, en los últimos años las modificaciones en el estilo de vida en los países desarrollados han supuesto una serie de nuevas demandas en lo que a calidad, diversidad y aspecto nutricional se refiere. Entre los factores que más han influido se puede destacar la creciente preocupación de los consumidores por la salud y por la relación dieta–salud. Por lo que para dar respuesta a las necesidades y por los factores sociales, se han producido una serie de avances muy importantes tanto en la conservación como en el procesado de alimentos en las últimas décadas [6]. Esto ha generado una gran cantidad de “tecnologías emergentes” que se encuentran disponi-bles para ser aplicadas; algunas de ellas son conocidas y utiliza-das desde hace mucho tiempo y otras desarrolladas solo a nivel experimental de planta piloto o laboratorio, que tienen expec-tativas promisorias de aplicación industrial. Estas tecnologías emergentes, tales como el procesamiento de ultra–alta presión, campos eléctricos pulsantes, la extracción de fluido supercrítico, microfluidización, tratamiento con luz ultravioleta y tratamiento con ultrasonido se han identificado como tecnologías particu-larmente prometedoras para el procesamiento de alimentos, las cuales han sido exploradas para mejorar la vida de anaquel, pre-servar el contenido nutricional y las cualidades sensoriales [7]. Entre todas estas tecnologías, el ultrasonido puede ser una tec-nología económica, sencilla, respetuosa con el medio ambiente y eficaz para lograr una disminución de la carga microbiana, sin afectar de manera significativa, las características sensoriales y nutricionales de los jugos procesados [8, 9, 2, 10].

9

UltrasonidoEl ultrasonido se refiere a las ondas de sonido por encima de la frecuencia del oído humano (>20 kHz). Cuando el ultrasonido de alta intensidad pasa a través de un medio, surgen vibraciones que pueden dañar partículas sólidas presentes en el medio. Este efecto es causado por cavitación acústica, que involucra el cre-cimiento y colapso de microburbujas pre–existentes en líquidos. La coalescencia supone la liberación de toda la energía acumula-da, ocasionando incrementos de temperatura instantáneos y fo-cales, que se disipan sin que supongan una elevación sustancial de la temperatura del líquido tratado. Sin embargo, la energía liberada, así como el choque mecánico asociadas al fenómeno de implosión, afectan la estructura de las células situadas en el micro entorno [8, 11, 2, 12]. Estos cambios de presión y tempera-tura permiten la destrucción de los microorganismos [8, 10]. El mecanismo consiste en que las burbujas al alcanzar un tamaño crítico, se colapsan violentamente. Con este violento colapso se libera energía que depende de la cinética del crecimiento de la burbuja, ocasionando cizallamiento de las paredes celulares que conducen a la muerte celular, inactivando los microorganismos [13, 14]. El ultrasonido puede ser usado para la extracción de compuestos fenólicos desde las estructuras vasculares por la rup-tura del tejido vegetal, extracción de betacianinas y betalainas, extracción de lípidos y proteínas a partir de semillas de plantas, tales como la soya, la mejora de la extracción de aceite a partir de semillas oleaginosas; permeabilización de la membrana celular de las frutas, tales como uvas, ciruelas y mango, purés, salsas y productos lácteos mejorando la estabilidad de las dispersio-nes [14], así como en el procesamiento de jugos de frutas como naranja, sandía, melón, tuna púrpura y verde, toronja, lima y guayaba [12, 15–21].

Fenoles totales En un estudio realizado con jugo de sandía en donde se some-tió a tratamiento de termosonicación a 1500 W, con variables de proceso de temperatura (25–45 °C), niveles de amplitud (24.1–60

10

µm) y tiempo (2–10 min) a una frecuencia constante de 20 kHz en 5 segundos encendido y 5 segundos de apagado, se encontró un contenido de compuestos fenólicos de 13.89 mg EAG/100 mL en jugo sin sonicar. La temperatura tuvo un efecto significativo en el contenido de fenoles totales, ya que se presentó una dis-minución de estos, cuando la temperatura aumentó de 25 a 45 °C, este efecto fue más prominente a tiempos mayores de proce-so y la retención del contenido de compuestos fenólicos fue de 83.23%, 63.11%, 41.56% a 45 °C, en tiempos de 2, 6 y 10 min, res-pectivamente, después de aplicar termosonicación [15]. En jugo de melón, se aplicaron intensidades de 75, 226 y 376 W/cm2 con potencias de 100, 300 y 500 W, con una temperatura inicial de 4 °C por 10 min. Se observó que el tiempo y las intensidades de proceso de ultrasonido no tuvieron efecto significativo sobre el contenido de compuestos fenólicos totales. Así pues, en todos los ensayos, el contenido de compuestos fenólicos del jugo de melón disminuyó hasta un 30%. Esto puede ser debido a la formación de radicales libres OH que pudieron haber afectado a los com-puestos fenólicos del jugo [16]. En un estudio de puré de uva, se aplicó la intensidad de 2 W/cm2 con potencia de 360 W, tempe-ratura entre 60 y 80 °C y tiempo de 5 a 15 min. Se encontraron que todas las muestras tratadas tuvieron un alto contenido de compuestos fenólicos (114.3%) [22]. En el jugo de tuna púrpura (Opuntia ficus–indica) se evaluó el efecto a diferentes niveles de amplitud y tiempo de ultrasonicación (40% y 60% por 10, 15 y 25 min; 80% por 3, 5, 8, 10, 15 y 25 min). Los resultados mostraron que el contenido de fenoles totales en la muestra control fue de 1654.6 mg EAG/L. Después de aplicar el tratamiento de ultraso-nido a 40% y 60% de amplitud por 15 y 25 minutos, respectiva-mente, tuvieron entre 1925 a 1950 mg EAG/L, y los tratamientos a 80% de amplitud por 5 a 8 minutos tuvieron una liberación significativa respecto al control de contenido de fenoles totales (2077.4 mg EAG/L y 2160.7 mg EAG/L, respectivamente) [17]. Por otro lado en jugo de tuna blanca aplicando los tratamientos anteriores, se encontró una cantidad apreciable de compuestos bioactivos principalmente en el tratamiento al 80% por 25 min

11

con 1366.2 mg EAG/L, más del 40% con respecto al jugo sin ul-trasonicar [18]. La liberación de los compuestos fenólicos fue resultado del rompimiento de la pared celular por el tratamiento de ultrasonido, ya que los compuestos fenólicos se encuentran unidos a polisacáridos o proteínas de la pared celular, resultando este tratamiento más efectivo que el uso de enzimas [22].

Acido ascórbico Aadil y colaboradores [19] evaluaron el efecto de sonicación en el jugo de toronja, en tiempos de 30, 60 y 90 min, con frecuencia de 28 kHz y 600 W de potencia y temperatura de 20 °C. Estos autores reportaron que aunque el calor y el oxígeno son los prin-cipales factores responsables de la degradación de la vitamina C, se observó un aumento significativo de 31.81 mg/100 mL, 35.40 mg/100 mL, 35.75 mg/100 mL en los tratamientos de termoso-nicación con los tiempos de 30, 60 y 90 min, respectivamente comparados con la muestra control, la cual fue de 27.83 mg/100 mL. En jugo de lima sonicado durante 30 y 60 min a 20 °C a 25 kHz de frecuencia, se observó un aumento significativo en el contenido de ácido ascórbico después de los tratamientos de sonicación, en donde se obtuvo 39 mg de ácido ascórbico/100 mL en un tiempo de 30 min, de 40.20 mg de AA/100 mL en un tiempo de 60 min, comparados con la muestra control, el cual fue de 37.68 mg de AA/100 mL [20]. Cheng y colaboradores [21], estudiaron el efecto de la sonicación en la calidad del jugo de guayaba a 35 kHz por 30 min, en un intervalo de temperatura de 15–20 °C. Los resultados indicaron un aumento en el contenido de ácido ascórbico en todas las muestras en comparación con la muestra control. En jugo de naranja se aplicaron condiciones de proceso de 1500 W, con frecuencia constante de 20 kHz, ampli-tud de 24.4–61.0 µm, a temperatura de 5–30 °C y tiempo de 0–10 min. Los resultados indicaron que el aumento de la temperatura y amplitud, dio lugar a una mayor pérdida de ácido ascórbico. Esto es debido, a que la actividad cavitacional disminuye cuando aumenta la temperatura, además, el gran número de burbujas de cavitación formadas, sirve como una barrera que amortigua

12

la energía ultrasónica, formando radicales hidroxilos y por tanto influye en la degradación del ácido ascórbico, la cual se divide en dos secciones que corresponden a la degradación aeróbica y anaeróbica [12]. Zafra y colaboradores [17] mostraron que los jugos de tuna púrpura tratados por ultrasonido presentaron va-lores similares a la muestra control, el cual fue de 352.6 mg AA/L, a excepción del jugo tratado a 80% de amplitud por 25 min, el cual fue de 415.6 mg AA/L. Mientras que en jugo de tuna blanca fueron los tratamientos a 80% por 10 min y 60% por 25 min, presentando alta concentración de ácido ascórbico (551 y 544 mg AA/L respectivamente) comparado con el control [18]. El in-cremento de ácido ascórbico en los estudios se atribuye al efecto causado por la baja temperatura en la sonicación y a la elimina-ción del oxígeno disuelto, el cual es esencial para la degradación del ácido ascórbico durante la cavitación producida por el trata-miento del ultrasonido [21].

Actividad antioxidante (abts y dpph)Zafra y colaboradores [17] en jugo de tuna púrpura mostraron en actividad antioxidante por abts valores similares a la mues-tra control (26.3 mg VCEAC/100 mL), en amplitud de 60% por 10 y 15 min y 80% por 15 minutos. Por otro lado, los resultados de DPPH mostraron una baja actividad antioxidante similar a la muestra control (4368.5 µmol ET/L), en amplitud de 40% por 25 min y 60% por 10 min, presentándose la mayor actividad antio-xidante de 4812.9 µmol ET/L a amplitud de 80% por 15 min. En jugo de tuna blanca, la conservación de la actividad antioxidante presente en el jugo fue principalmente en tratamientos mayores a 15 min en abts, especialmente el tratamiento a 80% por 15 min (102.60 mg VCEAC/100 mL), mientras que los resultados de ac-tividad antioxidante por dpph, mostraron que la mayoría de los jugos ultrasonicados fueron similares a la muestra control (3340 µmol ET/L), a excepción de los jugos tratados a 40% por 15 min, 80% por 5 min y 8 min, los cuales presentaron altos valores en un intervalo de 4600 a 4800 µmol ET/L [18]. El mayor componente responsable de la actividad antioxidante y de la captación de ra-

13

dicales libres por DPPH, son los compuestos fenólicos y vitamina C especialmente en frutas cítricas [19]. La estabilidad o incre-mento de la actividad antioxidante por ABTS y DPPH es debido a la liberación del ácido ascórbico o de los compuestos fenólicos que pueden actuar como aceptores de radicales o interruptores de cadena [1]. Estos componentes tienen el potencial de secues-trar los radicales libres que causan daño al organismo humano y también reducir el riesgo de muchas enfermedades originadas del estrés oxidativo.

implicaciones tecnológicas y Fisiológicas de β–glucanos

Alanís García E.

Los beta–glucanos son fibra soluble que se encuentran locali-zados en las paredes celulares del endospermo de los cereales. Son polisacáridos lineales compuestos de unidades repetidas de D–glucopiranosil, unidos por una mezcla de enlaces glucosídi-cos β–(1 3) y β–(1 4). Tanto la avena como la cebada son ricas fuentes de β–glucanos. La cantidad total de estos en avena y ce-bada está determinada tanto por condiciones ambientales como genéticas [23]. Los β–glucanos de cebada y avena difieren tanto en sus propiedades moleculares como estructurales, tales como peso molecular, solubilidad, proporción de enlaces β–(1 3)/β(1 4), y conformación. Debido a sus propiedades fisicoquímicas, los β–glucanos son usados en la industria de alimentos como sustitu-tos de grasa, estabilizantes, y agentes espesantes. Los β–glucanos también han obtenido un gran interés en el diseño de alimentos funcionales, debido a sus referencias como ingrediente en ali-mentos potencialmente promotores de la salud [24].

Las multifuncionales de los β–glucanos en diferentes siste-mas de alimentos permiten su incorporación en un amplio rango de productos [25]. Estos pueden incluir helados bajos en grasa, quesos bajos en grasa, quesos blandos, y salchichas bajas en gra-sa. Hay también algunos reportes que indican que estas molécu-

14

las pueden tener propiedades funcionales útiles en la estructura de alimentos, por ejemplo en promover el espumado y emulsi-ficación [26]. Otras aplicaciones de los β–glucanos, reportados en las pasadas dos décadas, son las sopas, salsas, bebidas [27]. Cuando fueron incorporados a tales productos tuvo la capacidad de remplazar el uso de espesantes convencionales.

Durante cientos de años, los chinos y los japoneses han utilizado extractos de β–glucanos para prevenir enfermedades. Fue en las últimas décadas que se ha identificado al β–glucanos como un ingrediente activo. Los β–glucanos son moléculas que se encuentran en una variedad de sustancias, en especial setas, levaduras, avena y cebada. El tipo específico de β–glucanos viene determinado por el número de moléculas de glucosa que se ra-mifican de la estructura básica. Las que se extraen de los granos tienden a ser tanto solubles como insolubles [28].

Propiedades funcionales y tecnológicasLa vinculación mixta (1g3) (1g4)–β–D–glucanos (β–glucanos) del endospermo de los granos de cereales son apreciables hi-drocoloides industriales y han demostrado ser componentes im-portantes de fibra dietética fisiológicamente activos. Los β–glu-canos son polisacáridos lineales, solubles en agua, de alto peso molecular, ellos dan viscosidad que está relacionada con el peso molecular y es fuertemente dependiente de la concentración que presentan. Los β–glucanos de avena han demostrado reducir los niveles de colesterol elevados en la sangre e incluso tener un efec-to de equilibrio en la glucemia postprandial y la respuesta de la insulina. La principal diferencia entre los β–glucanos de avena y la cebada es el tamaño de las moléculas, los β–glucanos de gra-nos de cebada es de aproximadamente dos terceras partes del tamaño de β–glucanos de avena [29].

El interés en la producción y el uso de β–glucanos aislados de cereales en los alimentos se debe a sus beneficios potenciales para la salud. Si un producto contiene al menos 0.75 g β–gluca-nos por porción, la Administración de Alimentos y Medicamen-tos (Fda, por sus siglas en ingles) lo declara con propiedades sa-

15

ludables sobre el efecto reductor del colesterol y por lo tanto para un riesgo reducido de la enfermedad cardíaca coronaria [29].

La viscosidad de β–glucanos también tiene un efecto sobre la calidad sensorial global del producto al cual se le añade. La elevación de la viscosidad intestinal por alto peso molecular de β–glucanos es importante para su eficacia fisiológica. La alta vis-cosidad parece ser crucial para lograr el efecto positivo de β–glu-canos en el pico de glucosa en la sangre, lo que significa que los β–glucanos de alto peso molecular son fisiológicamente más eficaz que los de bajo peso molecular, ya que se demostró que las propiedades funcionales de los β–glucanos son determina-das por sus características estructurales y de peso molecular. El peso molecular de un trisacárido favorece la formación de gel y su proceso de gelificación es más rápido en comparación con el peso molecular de un tetrasacárido. Los β–glucanos también demuestran un comportamiento inusual mediante la formación de gel más rápido y produciendo geles más fuertes con un menor peso molecular [29].

Congelar y conservar alimentos puede cambiar las propie-dades fisiológicas y químicas de los β–glucanos, especialmente el alto peso molecular de los β–glucanos ha demostrado ser sen-sible a procesamiento; ya que puede afectar la solubilidad y dis-minuir el peso molecular de los β–glucanos [29]. El uso potencial de β–glucanos como hidrocoloides en la industria de la alimen-tación se basa principalmente en sus características reológicas, es decir, su capacidad de gelificación que son determinadas por sus características estructurales y su peso molecular ya que a menor peso molecular mayor gelificación, esto debido a las ca-denas con peso molecular bajo que tienen mayor movilidad por lo que se promueven interacciones intermoleculares de la cadena que conducirá al proceso de gelificación más rápido y formación de geles más fuertes, por otra parte su capacidad de aumentar la viscosidad de las soluciones acuosas pueden ser utilizados como estabilizadores, sustitutos de la grasa en los productos alimenti-cios de tipo emulsión [30].

16

Efectos de los β–glucanos sobre la saludEn general los β–glucanos son un componente importante de la fibra alimenticia soluble, con gran influencia en los valores nutri-cionales y propiedades funcionales de la comida. Los β–glucanos están relacionados con las propiedades hipocolesterolémicas de la avena y la cebada, y de los alimentos que contienen estos granos, a través de la disminución de la absorción intestinal de colesterol y ácido bílico durante la interacción con los β–glucanos; la acción en el hígado, que pasa de sintetizar colesterol a producir ácido bílico; y la fermentación por las bacterias intestinales a ácidos grasos de cadena corta (agcc) que son absorbidos e inhiben la síntesis de colesterol hepático [31]. Es importante mencionar que los β–1,3 glucanos mejoran las defensas del sistema inmunológico humano contra invasores externos optimizando la habilidad de macrófagos, neutrófilos y otras células asesinas para responder y combatir un amplio rango de amenazas tales como bacterias, virus, hongos y parásitos. Se ha reportad que existe un renovado interés en la utilidad potencial de los β–glucanos como droga ra-dioprotectora en quimioterapia, terapia de radiación y emergen-cias nucleares, sobre todo porque los glucanos pueden usarse no sólo como tratamiento sino también como profiláctico [32].

En el 2005, la Fda ha incluido los β–glucanos en la lista de productos que contribuyen a una disminución del colesterol en la sangre, estableciendo también el protocolo de etiquetado de los productos que contienen estos polímeros buscando resaltar sus efectos positivos sobre la salud humana [33]. Por su parte, la Agencia Europea de Seguridad Alimentaria (eFsa por sus siglas en ingles) también ha publicado sus propias conclusiones acer-ca de los efectos beneficiosos de los β–glucanos sobre la salud, que serían el mantenimiento de unos niveles normales de con-centración de colesterol–ldl en la sangre, un incremento de la sensación de saciedad que conlleva una reducción en la ingesta de energía, con una reducción de las respuestas glucémicas post-prandiales, y con una mejora de la función digestiva [34].

Actualmente se ha realizado estudios sobre extracción y ca-racterización funcional de β–glucanos de variedades de cebada

17

cultivadas en los estados del centro del país, con las cuales se propone realizar caracterización molecular y funcional de im-portancia fisiológica y tecnológica. Así como los cambios mo-leculares que sufren β–glucanos durante el procesamiento del alimento y como repercute en su funcionalidad.

los productos naturales y su importancia como Fuente de nutracéuticos

Manríquez Torres J.J.

La importancia de los productos naturales como fuente para el desarrollo de nuevos fármacos está avalada por datos estadísti-cos, planteándose en la literatura, que se calcula que la proba-bilidad de que cada uno de ellos posea actividad farmacológica es treinta veces mayor que la probabilidad de que una sustancia sintética exhiba ese tipo de actividad. Por otro lado existe una fuerte tendencia a nivel mundial en lograr una mayor calidad de vida, por lo que se ha incrementado el consumo de productos dietéticos, nutracéuticos y farmacéuticos obtenidos a partir de fuentes naturales, sobre todo en los grandes mercados interna-cionales (Europa, Estados Unidos, Japón, entre otros).

Los conocimientos tradicionales están estrechamente vincu-lados a la diversidad biológica de los países en vías de desarrollo, siendo América Latina y en particular la región de centro améri-ca un buen ejemplo de esto. Existen numerosos conocimientos indígenas asociados al uso de productos naturales con fines nu-tricionales y farmacológicos a lo largo de la historia de estas co-munidades. Son numerosos los casos que se citan en la literatura sobre la apropiación y uso de materiales biológicos vinculados a los conocimientos indígenas de estos pueblos, por firmas de países desarrollados.

Siempre ha habido un interés público y científico conside-rable en el uso de los productos naturales para combatir en-fermedades humanas tales como el cáncer, la inflamación o la diabetes. A pesar del progreso tecnológico en la química com-

18

binatoria, hoy en día las drogas derivadas de productos natu-rales todavía contribuyen grandemente en el descubrimiento de fármacos. Los productos naturales con actividad antioxidante han sido empleados desde tiempos remotos como remedios tra-dicionales para síntomas relacionados con la inflamación como fiebre, dolor, migraña y artritis. Actualmente, varias sustancias naturales que poseen actividad antioxidante son conocidas, ex-hibiendo un amplio espectro de acciones que interfieren direc-ta o indirectamente con varios mecanismos y mediadores de la inflamación. Las estructuras de estos compuestos son diversas, encontrándose terpenoides, flavonoides, polifenoles, alcaloides y compuestos conteniendo azufre, entre otros [35]. Así mismo los medicamentos a base de productos naturales aprobados recien-temente han sido ampliamente descritos en distintas revisiones, entre los cuales se incluyen compuestos de plantas (elliptinium, galantamina y huperzina), microbios (daptomicina) y animales (exenatida y ziconotida), así como compuestos sintéticos o semi–sintéticos basados en productos naturales (por ejemplo, tigecicli-na, everolimus, telitromicina, micafungina y caspofungina) [36].Aunque el aporte de los productos naturales en el desarrollo de fármacos ha sido excepcional, todavía falta mucho por hacer concerniente a la investigación del uso de plantas superiores como fuentes de nuevas sustancias con actividad biológica re-levante. Se ha estimado que sólo una pequeña fracción de las más de 250,000 especies de plantas conocidas ha sido explorada química y farmacológicamente. México cuenta con una flora que se ha estimado entre 18,000 y 30,000 especies [37], de las cuales alrededor de 3,500 son empleadas en medicina tradicional [38]. En el estado de Hidalgo se han registrado al menos unas 2,670 especies vegetales [39], de las cuales 460 se emplean como medi-cinales. De estas 460 plantas hidalguenses al menos 42 han sido empleadas en medicina tradicional para el tratamiento de sínto-mas relacionados con la inflamación y el cáncer (Tabla 1). Algu-nas de estas especies ya han sido exploradas en su composición química y los resultados de estas investigaciones han justificado, en la mayoría de los casos, el uso tradicional de las plantas.

19

Tabla 1AEjemplos de plantas medicinales del estado de Hidalgo

usadas en el tratamiento de enfermedades crónico degene-rativas [39].

FaFamilia Especie Nombre comúnAcanthaceae Justicia spicigera Schidl. Muicle

Thumbergia alata Bojer Árnica

Alliaceae Milla biflora Cav. Estrellita

Anacardiaceae Spondias mombin L. Jobo

Spondias purpurea L. Ciruela

Apocynaceae Catharanthus roseus (L.) G. Don

Ninfa

Asteraceae Aphanostephus ramosissimus DC.

Manzanilla cima-rrona

Artemisia klotzchiana Besser. Cola de zorra

Bidens odorata Cav. Rosilla

Calendula officinalis L. Mercadela

Erigeron pubescens HBK. Manzanilla cima-rrona

Heterotheca inuloides Cass. Árnica

Matricaria chamomilla L. Manzanilla

Parthenium bipinnatifidum (Ort.) Rollins

Confitillo

Pinaropappus roseus (Less.) Less. var. roseus

Ispul

Senecio confusus Britten Árnica

Senecio platanifolius Benth. Hierba del zopilote

Stevia pilosa Lag. Sopita*

Stevia eupatoria (Spreng.) Willd.

Hierba del borre-go*

Taraxacum officinale Weber Diente de león

Burseraceae Bursera simaruba (L.) Sarg. Chaca

Cupressaceae Juniperus deppeana Steud. Tláxcal

Euphorbiaceae Jatropa dioica Sessé ex Carv. var. dioica

Sangre de drago

20

Geraniaceae Erodium cicutarium (L.) L’Herit.

Alfilerillo

Geranium bellum Rose Pata de león

Gramineae Cymbopogon citratus (DC.) Stapf.

Té limón

Lamiaceae Prunella vulgaris L. Hierba del cáncer

Leguminosae Cassia fistula L. Lluvia de oro

Senna occidentalis L. Retama

Lythraceae Cuphea aequipetala Cav. Hierba del cáncer

Cuphea lanceolata Ait. Hierba del cáncer

Cuphea procumbens Ort. Hierba del cáncer

Lytrum vulneraria Schrank Hierba del cáncer

Malvaceae Malva parvifolia L. Malva

Onagraceae Oenothera rosea L’Her. ex Ait. Hierba del golpe

Rutaceae Decatropis bicolor (Zucc.) Rad-lk.

Aranthó

Scrophularia-ceae

Mimulus glabratus HBK. Hierba del cáncer de agua

Solanaceae Datura stramonium L. Toloache

Solanum rostratum Dun. Duraznillo

Solanum verbascifolium L. Malabar

Verbenaceae Verbena elegans HBK. Moradita

Verbena teucriifolia Mart.& Gal.

Moradita

* [40]

Actualmente en nuestro grupo de trabajo se estudian frutos comestibles abundantes en la región de la Huasteca Hidalguen-se, como lo son tuna (Opuntia ficus–indica), zarzamora (Rubus fruticosus) y granada (Punica granatum) en los cuales se reali-zan pruebas de actividad antioxidante, primero cuantificando los metabolitos antioxidantes presentes en los jugos (fenoles y ácido ascórbico), así como la capacidad antioxidante de los mismos (dpph, abts y porcentaje de quelación), posteriormente realizan-do extracciones con disolventes en orden de polaridad creciente (hexano, acetato de etilo y metanol) a los cuáles se medirá la

21

capacidad antioxidante por abts y dpph, los extractos bioactivos se someterán a separación mediante cromatografía en columna, cromatografía rápida y cromatografía en capa fina para obtener fracciones primarias, de las cuales se hará recromatografía, in-cluyendo hplc cuando sea el caso, para aislar sustancias puras. Las muestras se analizarán mediante métodos físicos, y espec-troscópicos, principalmente por rmn de 1H y 13C, incluyendo experimentos apt, cosy, hmqc y hmbc. Estos experimentos son técnicas de rmn en una y en dos dimensiones que permiten ob-servar la naturaleza de los carbonos, el acoplamiento entre pro-tones y entre protones y carbono trece a uno, dos y tres enlaces. Cuando sea el caso, se llevará a cabo un estudio de modelado molecular, simulación espectral y análisis conformacional de las sustancias mediante rmn y cálculos teóricos, para lo cual se em-pleará software especializado y los programas MestreC, Gaus-sian y Spartan. Esto complementará el análisis y caracterización de los compuestos y contribuirá a la predicción de la interacción con receptores moleculares objetivos. Una vez concluidos estos estudios, los jugos serán sometidos a prueba de bioaccesibilidad in vitro, en la fracción dializada se realizará el seguimiento del compuesto bioactivo mayoritario por hplc.

lípidos, su importancia en la industria y en la nu-trición

Ariza Ortega J.A.

En términos generales, se distinguen dos tipos de lípidos que se encuentran en la flora y fauna que son de origen terrestre y ma-rino [42].

Para iniciar el proceso de estudio, se tiene que identificar la fuente potencial de lípidos, una vez establecido el origen y la naturaleza, el primer paso es extraer la muestra de la materia prima, en donde la elección de una técnica de extracción está determinada por la naturaleza de la sustancia, el sustrato sobre el que se adsorbe y los análisis que se realizarán posteriormente.

22

El costo y el trabajo implicado, también puede ser un factor que influye en la selección de la técnica de extracción [43].

A la muestra obtenida se analizan sus propiedades físico–quí-micas (humedad, densidad, índice de refracción, cenizas, índices de acidez, peróxido, yodo, saponificación, materia insaponifica-ble entre otros). Los métodos físico–químicos permiten clasificar la identidad, composición (pureza, autenticidad) y calidad (vida útil) de la grasa o aceite de forma cuantitativa [44].

Para la identificación y cuantificación de los compuestos químicos con actividad biológica y ácidos grasos simples y com-puestos, se utilizan análisis instrumentales por ejemplo, espec-troscopias (infrarroja con transformada de Fourier, Raman y Ultravioleta–Visible), cromatografías (en columna, líquida o ga-ses), resonancia magnética nuclear y microscopía electrónica de barrido [45]. Dependiendo de la técnica instrumental elegida la muestra se procesa para su análisis, por ejemplo, si es analizada por espectroscopia de infrarrojo, la preparación es mínima. Sin embargo, no es el caso para otras técnicas como la cromatografía que implican una separación y un paso extra que es la metilación o derivatización de los triacilglicéridos con una mezcla de disol-ventes [43].

Una vez identificados y cuantificados a los ácidos grasos de la fuente lipídica, se analizan para su aplicación en diversos productos, que depende de la composición de ácidos grasos que influye en la características y sus usos finales de los productos oleoquímicos derivados, por ejemplo, los ácidos grasos de cade-na media, como ácido láurico (C12:0), derivado principalmen-te de almendra de palma y los aceites de coco, son excelentes agentes tenso–activos que se utilizan extensivamente para la pro-ducción de jabones y detergentes. Otro ejemplo de ácidos grasos industrialmente importante derivado de las plantas es ácido erú-cico (C22:1 ó w–3), que es un ácido graso de cadena muy larga. El ácido erúcico se utiliza para producir eruci–amida, que es un agente de deslizamiento para la producción de polietileno extrui-do y películas de propileno como es el plástico o bolsas para de-positar la basura [46].

23

Los dobles enlaces presentes en los ácidos grasos también representan excelentes puntos de partida para la modificación de los lípidos, por ejemplo, los lípidos se pueden tratar con una va-riedad de productos químicos para convertir los dobles enlaces de los ácidos grasos en grupos hidroxilo, y se obtienen polialco-holes que se pueden mezclar con compuestos tales como isocia-nato para formar poliuretanos (que es degradable en el medio ambiente), el poliuretano derivado del aceite vegetal tienen ex-celentes características físicas y se pueden realizar varias aplica-ciones, como espumas de aislamiento de pulverización, espumas rígidas, espumas flexibles, piezas de automóviles de interiores, revestimientos, selladores, adhesivos y elastómeros [47]. Estos y otros tipos de modificaciones químicas en los aceites pueden crear compuestos nuevos y novedosos con interesantes propie-dades, incluyendo di–ácidos de cadena media y larga, ácidos gra-sos con grupo hidroxi e insaturados [48].

Por otra parte, los aceites para fines industriales tienen que pasar por varias etapas de tratamiento con diversos productos químicos, para originar la estructura química que se requiera y obtener el producto final, estas reacciones y transformaciones químicas aumenta el costo y genera un daño ambiental. Sin em-bargo, existe una amplia variedad de ácidos grasos estructural-mente diversos, que se producen en las semillas oleaginosas de especies de plantas silvestres [49], y muchos de estos ácidos gra-sos son poco conocidos, por lo que representan fuentes potencia-les para la industria. Entre estos ácidos grasos se encuentran los mono–insaturados de cadena corta, media o larga, ácidos grasos con grupos funcionales adicionales, como un grupo epoxi y gru-pos hidroxi, o ácidos grasos con enlaces conjugados o enlaces acetilénicos que se encuentran en la naturaleza [50].

Los aceites vegetales pueden ser utilizados cada vez más como lubricantes, debido a que son relativamente inertes, tienen un alto índice de viscosidad, alto punto de inflamación y baja volatilidad [51].

Por otra parte, un éxito reciente respecto al uso industrial de semillas oleaginosas es la tinta de soya, que se produce a partir

24

de aceite de soya que es una mezcla de pigmentos, resinas y ceras para hacer tintas de impresión degradables, de tal manera que casi un tercio de los periódicos de Estados Unidos, cartuchos para im-presoras están usando tintas de soya para impresión en color [52].

Con respecto a la nutrición, los ácidos grasos poli–insatu-rados de cadena muy larga (agpicl) como son docosahexaenoi-co “C22:6, DHA” y el ácido eicosapentaenoico “C20:5, EPA” por mencionar algunos [53], le confieren flexibilidad, fluidez, per-meabilidad selectiva a las membranas celulares, también puede ser metabolizados para producir moléculas de lípidos de señali-zación tales como eicosanoides, que son vitales para el desarro-llo del cerebro, son efectivos en la prevención de enfermedades como el cáncer, cardiovasculares, diabetes y en enfermedades neurodegenerativas como Parkinson y Alzheimer [54].

Los agpicl se encuentran en muchos alimentos, incluyendo aplicaciones para fórmulas infantiles, suplementos dietéticos para adultos, alimentos para animales, aditivos alimentarios, y se utilizan como precursores para la producción de productos farmacéuticos [55] (et al., 2005). Sin embargo, ninguno de los agpicl se producen normalmente en las plantas superiores, algu-nos se han reportado en musgos [56], pero los principales orga-nismos responsables de la producción de epa y el dha presente en la dieta humana son las algas marinas [57]. Los ácidos grasos producidos en estos organismos hacen su camino hasta la cade-na alimentaria, que son acumulados en los aceites de pescado, que es la principal fuente de estos ácidos grasos para la nutrición humana [58].

Por lo anterior, en los últimos años ha habido un creciente uso de estos compuestos para la producción de materias primas alimenticias, cosmetológicas, farmacéuticas y como combusti-bles. Sin embargo, hay una necesidad de analizar la composición química de variedades y especies que no son aprovechadas, que pueden tener un valor nutricional y un uso potencial para la di-versificación de productos.

25

reFerencias1. Ashokkumar, M; Sunartio, D; Kentish, S; Mawson, R; Simons,

L; Vilkhu, K; Versteeg, C. 2008. Modification of food ingre-dients by ultrasound to improve functionality: A prelimi-nary study on a model system. Innovative Food Science and Emerging Technologies. 9:155–160.

2. Soria, A.C; Villamiel, M. 2010. Effect of ultrasound on the technological propierties and bioactivity of food: a review. Trends in Food Science & Technology. 21: 323-331

3. Dubrović, I; Herceg, Z; Jambrak, AR; Badanjak, M; Dragović-Uzelac. 2011. Effect of high intensity ultrasound and pas-teurization on anthocianin content in strawberry juice”. Food Technology Biotechnology. 49(2):196-204.

4. Kuldiloke, J; Naghi Eshtiaghi, M. 2008. Application of non-thermal processing for preservation of orange juice. KMITL Science Technology Journal. 8:64-74.

5. Piyasena, P; Mohareb, E; McKellar, R.C. 2003. Inactivation of microbes using ultrasound: a review. International Journal of Food Microbiology. 87: 207– 216.

6. Blanco, FC; Gómez PM; Ronda, BF; Caballero, C.P. 2006. Tendencias de la industria en el procesado y conservación de alimento. En: Técnicas avanzadas en el procesado y conservación de alimentos. Ed. Universidad de Valladolid. España.

7. Ashokkumar, M; Bhaskaracharya, R; Kentish, S; Lee, J; Palmer, M; Zisu, B. 2010. The ultrasonic processing of dairy products an overview. Dairy Science Technology. 90:147-168.

8. Earnshaw, RG; Appleyard, J; Hurst, RM. 1995. Understand-ing physical inactivation processes: combined preservation opportunities using heat, ultrasound and pressure. Interna-tional Journal of Food Microbiology. 28:197-219.

9. Tiwari, B. K; O´Donell, CP; Cullen, PJ. 2009. Effect of sonica-tion on retention of anthocyanins in blackberry juice. Jour-nal of Food Engineering. 93:166–171.

10. Herceg, Z; Lelas, V; Jambrak, A.R; Vukušić, T; Levaj, B. 2013. Influence of thermo-sonication on microbiological safety,

26

color and anthocyanins content of strawberry juice. Journal of Hygienic Engineering and Design. 4:26-37.

11. Tiwari, BK; O´Donell. CP. Cullen, PJ. 2009. Effect of nonther-mal processing technologies on the anthocyanin content of fruit juices. Trends in Food Science & Technology. 20:137-145.

12. Valdramidis, VP; Cullen, PJ; Tiwari, BK; O’Donnell , CP. 2010. Quantitative modelling approaches for ascorbic acid degrada-tion and non-enzymatic browning of orange juice during ul-trasound processing. Journal of Food Engineering. 96:449–454.

13. Cameron, M; McMaster, LD; Britz, TJ. 2009. Impact of ul-trasound on dairy spoilage microbes and milk components. Dairy Science Technology. 89:83–98.

14. Demirdöven, A; Baysal, T. 2009. The use of ultrasound and combined technologies in food preservation. Food Reviews International. 25:1-11.

15. Rawson, A; Tiwari, BK; Patras, A; Brunton, N; Brennan, C; Cullen, PJ; O’Donnell, C. 2011. Effect of thermosonication on bioactive compounds in water-melon juice. Food Research International. 44:1875-1887.

16. Fonteles, VT; Maia-Costa, GM; Tibério de Jesús, AL; Alcântara de Miranda, M. R; Narciso-Fernandes, A. F; Rodrigues, S. 2012. Power ultrasound processing of cantaloupe melon juice: effects on quality parameters. Food Research International. 48:41-48.

17. Zafra-Rojas, Q; Cruz-Cansino, NS; Ramírez-Moreno, E; Delgado- Olivares, L; Sánchez-Villanueva, J; Alanís, E. 2013. Effects of ultrasound treatment in purple cactus pear (opuntia ficus-indica) juice”. Ultrasonics Sonochemistry. 20:1283-1288.

18. Cansino, N.C; Carrera, G.P; Rojas, Q.Z; Delgado-Olivarez L, García, E.A; Ramírez, E. 2013. Ultrasound Processing on Green Cactus pear (Opuntia ficus Indica) Juice: Physical, Mi-crobiological and Antioxidant Properties. Journal Food Pro-cess Technology. 4:267.

19. Aadil, R. M; Zeng, X; Han, Z; Sun, D. W. 2013. Effects of ultrasound treatments on quality of grapefruit juice. Food

27

Chemistry. 141:3201-3206.20. Bhat, R; Che Kamaruddin, N. S; Min-Tze, L; Karim, A.A.

2011. Sonication improves kasturi lime (Citrus microcarpa) juice quality. Ultrasonics sonochemistry. 18:1295-1300.

21. Cheng, L. H; Soh, C. Y; Liew, S. C; Teh, F. F. 2007. Effects of sonication and carbonation on guava juice quality. Food Chemistry. 104:1396-1401.

22. Lieu, LN; Le, MV. 2010. Application of ultrasound in grape mash treatment in juice processing. Ultrasonics Sonochem-istry. 17:273-279.

23. Yalçın, E; Çelik, S; Akar, T; Sayim, I; Köksel, H. 2007. Effects of genotype and environment on b-glucan and dietary fiber contents of hull-less barleys grown in Turkey. Food Chem. 101:171-176.

24. Cloetens, L; Ulmius, M; Johansson-Persson, A; Åkesson, B; Önning, G. 2012. Role of dietary beta-glucans in the preven-tion of the metabolic syndrome. Nutrition Rev. 70(8):444-458.

25. Ahmad, A; Munir, B; Abrar, M; Bashir, S; Adnan, M; Tabas-sum. T. 2012. Perspective of -glucan as functional ingredient for food industry. J Nutr Food Sci. 2(2):133.

26. Burkus, Z; Temelli, F. 2000. Stabilization of emulsions and foams using barley ß-glucan. Food Res Int. 33:27-33.

27. Lyly, ćM; Roininen, K; Honkapaa, K; Poutanen, K; Lahteen-maki, L. 2007. Factors influencing consumers willingness to use beverages and ready-to-eat frozen soups containing oat [beta]-glucan in Finland, France and Sweden. Food Qual Pre-fer. 18:242-255.

28. Roberts, J. A., E’Obrien, M., Subak-Sharpe, G. 2003. Suplementos Nutricéuticos. En: Enciclopedia de la Medicina Ortomolécular Nutracéutica. Ed. Robin Book. Barcelona, España.

29. Lyly, M; Salmenkallio-M, M; Autio, K; Lähteenmäki, L. 2004. The sensory characteristics and rheological properties of soup containing oats and barley β-glucan before and after freezing. LWT-Food Scie. and Tech. 37 : 7749- 761.

30. Santipanuchwong, R; Suphantharika, M. 2009. Influence of

28

different β-glucans on the physical and rheological proper-ties of egg yolk stabilized oil-in-water emulsions. Food Hy-drocolloids. 23(5):1279-1287.

31. El Khoury, D; Cuda, C; Luhovyy, B.L; Anderson G.H. 2012. Beta Glucan: Health Benefits in Obesity and metabolic syn-drome. J Nutr Met. 2012: 1-28.

32. Rondanelli, M; Opizzi, A; Monteferrario, F. 2009. The biologi-cal activity of β-glucans. Minerva Medica. 100: 237-245.

33. FDA. 2005. Food labeling: health claims; soluble dietary fiber from certain foods and coronary heart disease. Fed Regist. 70:76150-76162.

34. EFSA Panel on Dietetic Products, Nutrition and Allergies. 2011. Scientific Opinion on the substantiation of health claims related to β-glucans from oats and barley and main-tenance of normal blood LDL-cholesterol concentrations (ID 1236, 1299), increase in satiety leading to a reduction in ener-gy intake (ID 851, 852), reduction of post-prandial glycaemic responses (ID 821, 824), and “digestive function” (ID 850) pursuant to Article 13(1) of Regulation (EC) No 1924/2006. EFSA Journal. 9(6):21.

35. Wahlqvist, M., He, G., Yang, M., & Li, D. 2006. Natural prod-ucts and anti-inflammatory activit. Asia Pacific Journal Of Clinical Nutrition. 15(2):143-152.

36. Harvey, A. 2008. Natural products in drug discovery. Drug Discovery Today. 13: 19-20.

37. CONABIO. 2012. CONABIO. (9 de Junio de 2014). http://www.conabio.gob.mx/.

38. Martínez, M. 1991. Las plantas medicinales de México / The medicinal plants of Mexico. D.F, México, México: Ediciones Botas.

39. Pérez Escandón, B., Villavicencio Nieto, M., & Ramírez Aguirre, A. 2003. Lista de las plantas útiles del estado de Hidalgo. Pachuca de Soto, Hidalgo, México: UAEH. Mexico DF.

40. Argueta, A; Gallardo VM. 1994. Atlas de plantas de la medicina tradicional mexicana. Instituto Nacional Indignista. Mexico DF.

29

41. ButlerM. 2004. The role of natural product chemistry in drug discovery. Journal of Natural Products. 67:2141-2153.

42. Valenzuela, BA; Sanhueza CJ. 2009. Aceites de origen marino: su importancia en la nutrición y en la ciencia de alimentos. Rev Chil Nutr. 36(3):246-258.

43. Stauffer, E. 2005. A Review of the Analysis of Vegetable Oil Residues from Fire Debris Samples: Analytical Scheme, In-terpretation of the Results, and Future Needs. J Forensic Sci. 51(5):1016-1032.

44. Allen, RR; Formo, MW; Krishnamurthy, RG; Mcdermott, GN; Norris, AF; Sonntag, OV. 1982. Bailley´s Industrial oil and fat Products. In: Physical properties of fats and fatty acids. Swern D (ed). John Wiley & Sons, New York.

45. Brondz, I. 2002. Development of fatty acid analysis by high-performance liquid chromatography, gas chromatography, and related techniques. Anal Chim Acta. 465:1–37.

46. Wang, YP; Sonntag, K; Rudloff, E. 2003. Development of rapeseed with high erucic acid content by asymmetric somatic hybridization between Brassica napus and Crambe abyssinica. Theor. Appl. Genet. 106: 1147-1155.

47. Mielewski, DF; Flanigan, CM; Perry, C; Zaluzec, MJ; and Killgoar, PC. 2005. Soybean oil auto applications: developing flexible polyurethane foam formulations containing functionalized soybean oil for automotive applications. Ind. Biotechnol. 1:32–34.

48. Metzger, JG; Roessler, P; Facciotti, D. 2001. Production of polyunsaturated fatty acids by polyketide synthases in both prokaryotes and eukaryotes. Science. 293: 290–293.

49. Aitzetmüller, K; Matthäus, B; Friedrich, H. 2003. A new database for seed oil fatty acids - the database SOFA. Eur. J Lipid Sci Technol. 105:92–103.

50. Cuperus, FP; Boswinkel, G; and Derksen, JTP. 1996. The processing of new oilseed crops – an economic evaluation. J Am Oil Chem Soc. 73: 1635–1640.

51. Erhan, SZ; Asadauskas, S. 2000. Lubricant basestocks from vegetable oils. Ind. Crop. Prod. 11:277–282.

30

52. Erhan, SZ; Bagby, MO; Cunningham, HW. 1992. Vegetable oil-based printing inks. J Am Oil Chem Soc. 69:251–256.

53. Kang, JX. 2005. Balance of omega-6/omega-3 essential fatty acids is important for health. World Rev Nutr Diet. 95:93-102.

54. Wall, R; Ross, RP; Fitzgerald, GF; Stanton, C. 2010. Fatty acids from fish: the anti-inflammatory potential of long-chain omega-3 fatty acids. Nutr Rev. 68:280-289.

55. Domergue, F; Abbadi, A; Heinz, E. 2005. Relief for fish stocks: oceanic fatty acids in transgenic oilseeds. Trends Plant Sci. 10: 112–116.

56. Kaewsuwan, S; Cahoon, EB; Perroud, PF; Wiwat, C; Panvisavas, N; Quatrano, RS; Cove, D;J; Bunyapraphatsara, N. 2006. Identification and functional characterization of the moss Physcomitrella patens D5-desaturase gene involved in arachidonic and eicosapentaenoic acid biosynthesis. J. Biol. Chem. 281: 21988–21997.

57. Carlsson, A.S; van Beilen, J.B; Möller, R; Clayton, D. 2007. Micro- and Macro-Algae: Utility for Industrial Applications. Outputs from the EPOBIO Project. CPL Press. Newbury, UK.

58. Sargent, JR; Tacon, AGJ. 1999. Development of farmed fish: a nutritionally necessary alternative to meat. Proc. Nutr. Soc. 58:377–383.

31

inVestiGación en BiOPrOcesOs aGrOaLiMentariOs

Rodríguez–Hernández A. I., Vargas–Torres A., Chavarría–Hernández N.

Cuerpo Académico de Biotecnología Agroalimentaria, Univer-sidad Autónoma del Estado de Hidalgo. Av. Universidad km 1, Rancho Universitario, Tulancingo, Hidalgo. CP. 43600. Tel. 771 7172000, ext. 2425, correo electrónico: norchavarria@gmail.com

resumenEl cuerpo académico de Biotecnología Agroalimentaria (caba) de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (uaeh) lleva a cabo investigaciones sobre biopolímeros, contemplando caracterización y aplicaciones alimentarias, y sobre fermentación sumergida para producir agentes antimicrobianos y bioinsecticidas. Este CA, for-mado por tres miembros, involucra la participación activa de estu-diantes de licenciatura y posgrado que intervienen en el desarrollo de proyectos de investigación financiada, a través de sus trabajos de tesis y/o estadías.

Palabras clave: Bioprocesos agroalimentarios, biopolímeros, pe-lículas comestibles, bioinsecticidas, bacteriocinas.

introducciónEl cuerpo académico de Biotecnología Agroalimentaria de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo fue fundado en 2002, estableciendo sus actividades académicas y de investi-gación en el Instituto de Ciencias Agropecuarias (icap) de esta Universidad, sito en Tulancingo de Bravo, Hidalgo. El caba de-sarrolla la Línea de Generación y Aplicación Innovadora del Co-nocimiento (lgaic) denominada Bioprocesos Agroalimentarios, y con base en los logros y resultados obtenidos, este CA alcanzó las distinción de Consolidado en 2008, otorgada por el Progra-ma de Mejoramiento del Profesorado (promep) dependiente de

32

la sep, refrendando esta distinción en 2012. Actualmente el CA está conformado por tres Profesores Investigadores: Dra. Adria-na Inés Rodríguez Hernández, Dr. Apolonio Vargas Torres y Dr. Norberto Chavarría Hernández, quienes cuentan con el Recono-cimiento promep al Perfil Deseable, así como forman parte del Sistema Nacional de Investigadores. El caba en su conjunto, en-tre otras actividades, realiza proyectos de investigación original que conlleva la formación de estudiantes de Licenciatura y de Posgrado, tanto Maestría como Doctorado. Específicamente se investiga en los siguientes aspectos: a) Biopolímeros: extracción, caracterización y aplicación; y b) Fermentaciones: aislamiento, caracterización y producción.

biopolímerosEn los últimos años el caba se ha centrado en el estudio y ca-racterización de biopolímeros de origen microbiano (i.e., gelana [1]), polisacáridos pécticos de tuna (Opuntia albicarpa Scheinvar [2]) y almidones de chayote (Sechium edule Sw. [3]) y de plátano [4] (Fig. 1). Después de utilizar distintas tecnologías de extrac-ción —convencionales [2] y non–thermal technologies [5] —, los polímeros obtenidos han sido caracterizados en su distribución de pesos moleculares, grupos funcionales distintivos y propie-dades funcionales, principalmente propiedades reológicas, tér-micas y como agentes tensoactivos. En cuanto a aplicaciones de biopolímeros, en los últimos años el caba ha explorado su uso en mezclas con otros biopolímeros, y otros agentes complemen-tarios, para la elaboración de películas comestibles–biodegra-dables, con la incorporación de distintas funcionalidades (i.e., actividad antimicrobiana, actividad antioxidante), con el propó-sito de plantear alternativas en cuanto a materiales de empaque usados en la industria alimentaria [3, 4, 6, 7] (fig. 2 y 3).(Posición fig. 2A, 2B, 2C).

33

Fig. 2A. Opuntia albicarpa Scheinvar “Reyna” de San Martín de las Pirámides, Estado de México. a) Aspecto de las plantaciones en temporada de producción (Julio–Septiembre). Tuna fresca en estado de madurez para extracción de pectinas: b) fruto entero, y c) cáscara, fuente de pectina usada por el caba [2]

Fig. 2B. Micrografía de transmisión de electrones de nonopartícu-las de celulosa utilizadas para formular películas con mezclas de almidones de chayote y papa [3].

34

Fig. 2C. Aspecto del crecimiento de Listeria monocytogenes en me-dio Oxford a 35°C, en contacto con películas de caseinato incorpo-rando actividad antimicrobiana (AM) producida por Streptococ-cus sp. aislado de pozol, bebida tradicional mexicana. Clave: B–SP, placa sin película; B–CP, película sin AM; T3 y T4, películas con distintas concentraciones de AM [7].

FermentacionesLas investigaciones del caba en aspectos de fermentaciones se han centrado en la producción de bacteriocinas por bacterias ácido lácticas aisladas de alimentos fermentados tradicionales [8, 9], lo cual involucra caracterización genética de especímenes [7] y sus productos, así como optimación de medios de cultivo y procesos de producción. Por otra parte, también se trabaja inten-samente en el aislamiento y producción de nemátodos entomo-patógenos para el biocontrol de plagas agrícolas, con el fin de de-sarrollar tecnologías alternas para el sector agrícola y contribuir en la disminución del uso de sustancias químicas perjudiciales para controlar plagas de importancia económica [10, 11] (fig. 4)

35

Fig. 2D. Aspecto del nemátodo entomopatógeno Steinernema car-pocapsae CABA01 creciendo en caldo pasteurizado donde previa-mente se creció Xenorhabdus nematophilus. A) y B) huevos fertili-zados inoculados; C) nematodos J2 entre 18 y 30 h; D) nematodos J3 a las 42 h; E) estadios J4 a las 66 h. Vista parcial de nematodos adultos, F) hembras y G) machos a las 100 h [11].

Es importante resaltar el trabajo colaborativo en el que interviene el caba, lo cual permite lograr una sinergia a través de la interacción con distintos grupos de investigación de instituciones como la Facultad de Quí-mica de la unam, Instituto Tecnológico de Zacapetec, cinvestav, upFim, cicy, Universidad Nacional de Colombia y Cenicaña, entre otras, a través de la participación en redes como promep “Biotecno-logías Basadas en Biomoléculas Funcionales para el Sector Agroa-limentario. Diseño y Caracterización de Películas Alimentarias a base de Biopolímeros y Antimicrobianos Naturales” y cyted “Im-plementación de Enemigos Naturales para el Control de Plagas y Enfermedades en Cultivos Hortícolas de Importancia en Iberoamé-rica”, donde la participación de estudiantes y empresas es relevante.

36

perspectivasEn el corto y mediano plazo, el caba debe consolidar su papel como grupo de impacto internacional, especialmente en lo refe-rente a investigación en biopolímeros vegetales y fermentaciones para la producción de bacteriocinas y nemátodos bioinsectici-das. Esto debe necesariamente acompañarse de la integración de más grupos de investigación a las redes de las que el caba ya forma parte, así como intensificar la participación del sector privado para lograr el desarrollo y transferencia de procesos de alta intensidad tecnológica que contribuyan a la generación de riqueza y desarrollo sustentable de la región.

reFerencias

1. Pérez-Campos S.J.; Chavarría-Hernández N.; Tecante A.; Ramírez-Gilly M.; Rodríguez-Hernández A.I. 2012. Gelation and microstructure of dilute gellan solutions with calcium ions. Food Hydrocolloids. 28: 291-300.

2. Lira-Ortiz A.L.; Reséndiz-Vega F.; Ríos-Leal E.; Contreras-Esquivel J.C.; Chavarría-Hernández N.; Vargas-Torres A.; Rodríguez-Hernández A.I. 2014. Pectins from waste of prick-ly pear fruits (Opuntia albicarpa Scheinvar ‘Reyna’): Chemi-cal and rheological properties. Food Hydrocolloids, 37. 93-99.

3. Aila-Suárez S.; Palma-Rodríguez H.M.; Rodríguez-Hernández A.I.; Hernández-Uribe J.P.; Bello-Pérez L.A.; Vargas-Torres A. 2013. Characterization of films made with chayote tuber and potato starches blending with cellulose nanoparticles. Carbohydrate polymers. 98:102-107.

4. Palma-Rodríguez H.M.; Aguirre-Álvarez G.; Chavarría-Hernández N.; Rodríguez-Hernández A.I.; Bello-Pérez L.A.; Vargas-Torres A. 2012. Oxidized banana starch-polyvinyl al-cohol film: Partial characterization. Starch – Stärke. 64:882-889.

5. Pérez-Campos S.J. 2014. Extracción asistida por ultrasonido de pectinas de cáscara de tuna (Opuntia albicarpa S.): Efecto en las propiedades macromoleculares del polisacárido, in:

37

Instituto de Ciencias Agropecuarias, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Tulancingo de Bravo, Hidalgo.

6. Aguirre-Loredo R.Y.; Rodríguez-Hernández A.I.; Chavarría-Hernández N. 2014. Physical properties of emulsified films based on chitosan and oleic acid. CyTA - Journal of Food. 12:305-312.

7. Mendoza-Mendoza B.; Rodríguez-Hernández A.; Vargas-Torres A.; Díaz-Ruiz G.; Montiel R.; Ramos-Aboites H.; Castro-Rosas J.; Chavarría-Hernández N. 2013. Characterization of the effects on the growth kinetics of Listeria monocyto-genes in solid culture in contact with caseinate base edible films added with antilisterial activity from Streptococcus sp. ABMX isolated from Pozol, an indigenous Mexican bever-age. International Food Research Journal. 20:2917-2925.

8. López-Ortega M.A. 2014. Producción de sustancias con actividad antimicrobiana de uso potencial en la industria de alimentos, mediante el cultivo de bacterias ácido lácticas usando medios de cultivo alternativos, in: Instituto de Ciencias Agropecuarias, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Tulancingo de Bravo, Hidalgo.

9. Sánchez-Reyes W.Y. 2014. “Producción de sustancias con actividad antimicrobiana de uso potencial en la industria alimentaria, mediante el cultivo de la bacteria ácido láctica, Streptococcus infantarius, en medios complejos que contienen melazas”, in: Instituto de Ciencias Agropecuarias, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Tulancingo de Bravo, Hidalgo.

10.Chavarría-Hernández N.; Maciel-Vergara G.; Chavarría-Hernández J.-C.; Castro-Rosas J.; Rodríguez-Pastrana B.R.; De la Torre-Martínez M.; Rodríguez-Hernández A.I. 2011. Mass production of the entomopathogenic nematode, Steinernema carpocapsae CABA01, through the submerged monoxenic culture in two internal-loop airlift bioreactors with some geometric differences. Biochemical Engineering Journal. 55: 145-153.

11. Chavarría-Hernández N.; Pérez-Pérez N.C.; Chavarría-

38

Hernández J.C.; Barahona-Pérez L.F.; Rodríguez-Hernández A.I. 2014. Specific oxygen uptake of the entomopathogenic nematode, Steinernema carpocapsae CABA01, in submerged culture. Biocontrol Science and Technology. 24: 723-733.

39

caracterización Y aPrOVechaMientO De recUrsOs BiOLóGicOs en eL VaLLe

DeL MezqUitaL

Díaz–Batalla L., Hernández–Martínez V., Aguilar–Arteaga, K., López–Molina A., Conde–Mejía C.

Programa Educativo de Ingeniería Agroindustrial / Cuerpo Académico de Biotecnología Agroindustrial Sustentable, Universidad Politécnica de Francisco I. Madero. Francisco I. Madero, Hidalgo. México 42660, correo electrónico ldiaz@upfim.edu.mx.

resumenEl Valle del Mezquital en el Estado de Hidalgo, es una región semiárida en la que históricamente sus habitantes han aprendido a utilizar los recursos biológicos de los que dispone. Algunos de estos recursos son el mezquite, el maguey, el xoconostle y el cempasúchil, los cuales son utilizados en estrecho arraigo a la cultura regional como fuente de alimentos y materiales. En el presente documento se plantean las ideas generales para la generación de valor agregado a partir de estos recursos biológicos, utilizando al cempasúchil como fuente de antioxidantes, teñido del ixtle con pigmentos vegetales, caracterización de la semilla de mezquite para uso alimentario y la utilización integral de xoconostle.

Palabras clave: antioxidante, carotenoides, ixtle, mezquite, xoco-nostle

antioxidantes y compuestos activos

Introducción. Durante el metabolismo energético celular y la exposición a infecciones microbianas, contaminantes, productos de combustión, luz uv, pesticidas u ozono, se generan especies químicas reactivas oxidantes o radicales libres. Las células han desarrollado mecanismos de adaptación y control de estas

40

sustancias, utilizando una maquinaria antioxidante endógena, compuesta por una serie de enzimas (superóxido dismutasa, catalasa, glutatión peroxidasa, coenzima Q) con la capacidad de amortiguar la presencia de estos agentes oxidantes y reparar el daño causado por estos. Cuando estos mecanismos antioxidantes internos fallan, el exceso de estas especies químicas puede dañar los componentes celulares y generar la condición fisiológica conocida como “estrés oxidativo”, proceso asociado a la génesis de enfermedades crónicas como la diabetes, cardiovascular, cataratas y cáncer [1].

En estas condiciones el consumo de antioxidantes exógenos de fuentes alimentarias o farmacológicas puede abatir los efectos adversos. Un antioxidante ideal, debe ser de fácil absorción, debe abatir la acción oxidante de las especies reactivas en niveles fisiológicos relevantes en fase acuosa y/o lipídica. Algunos de los antioxidantes exógenos ampliamente descritos pueden ser eficientes en las fases celulares acuosas (citoplasma) como la vitamina C y algunos flavonoides o en fases celulares lipídicas (membranas) como la vitamina E y los carotenoides. Esta actividad biológica de compuestos presentes en alimentos, refuerzan los resultados de estudios epidemiológicos, los cuales sugieren que una dieta alta en frutas y vegetales, puede reducir el riesgo de padecer enfermedades cardiovasculares, diabetes y cáncer. Cuando estos componentes no están presentes en la dieta de los individuos, es posible incluirlos como suplemento alimenticio, el cual es una preparación que tiene el objetivo de proveer compuestos de actividad biológica necesarios para el metabolismo celular (vitaminas, minerales, fibra, aminoácidos o antioxidantes). Las preparaciones o suplementos alimentarios diseñados con este propósito también denominados nutracéuticos, actualmente son de alta demanda y han generado un mercado mundial que rebasa los 30 mil millones de dólares [2].

En el presente trabajo se evalúa la capacidad antioxidante y se describen espectrofotométricamente los extractos etanólicos de cinco especies vegetales reconocidas como fuentes de carotenoides, con el propósito de proponer las condiciones de

41

extracción que permitan obtener extractos con alta actividad antioxidante y alto contenido de carotenoides.

Materiales y métodos. Muestras de cinco especies vegetales: Bixa Orellana (fuente de bixina y norbixina), Tagetes erecta (fuente de luteína), Lycopersicon esculentum (fuente de licopeno), Capsicum sp (fuente de xantófilas) y Daucus carota (fuente de β–caroteno) se deshidrataron a 45 oC durante 24 h, se molieron, pesaron (1 gramo) y extrajeron con 3 ml de diferentes porcentajes de etanol (35, 65 y 80%). Los extractos se colectaron, centrifugaron a 2000 rpm durante 15 min y aforaron para su análisis espectrofotométrico con la función de barrido de exploración de 320 a 530 nm. Para cada extracto se estimó la actividad antioxidante in vitro utilizando el método dpph, basado en el abatimiento de la absorbancia a 515 nm [3].

Resultados. El comportamiento de los extractos de zanahoria (Daucus carota) con etanol al 35 y 60%, no evidenció la presen-cia de carotenoides, solo el extracto con etanol al 80% manifestó el espectro visible de los carotenoides (Fig. 1a) y ningún extracto mostró actividad antioxidante (Fig. 2). El comportamiento de los extractos de jitomate (Lycopersicon esculentum) con etanol al 35 y 60%, no evidenció la presencia de carotenoides, solo el extracto con etanol al 80% manifestó el espectro visible de los carotenoides (Fig. 1b) y ningún extracto mostró actividad antioxidante (Fig. 2).

Fig. 1 Espectro de absorción de los extractos analizados.

42

El comportamiento de los extractos de chile (Capsicum sp) con etanol al 35 y 60%, no evidenció la presencia de carotenoi-des, solo el extracto con etanol al 80% manifestó el espectro vi-sible de los carotenoides (fig. 1c). Los extractos etanólicos de 35 y 60% mostraron una actividad antioxidante importante, que se relacionó con el espectro visible de los flavonoides, mientras que el extracto del 80% no mostró actividad antioxidante (fig. 2). El comportamiento de los extractos de achiote (Bixa orellana) con etanol al 35, 60 y 80%, evidenciaron la presencia de carotenoi-des (fig. 1d), pero ninguno de los tres extractos mostró actividad antioxidante (fig. 2). El comportamiento de los extractos de cem-pasúchil (Tagetes erecta) con etanol al 35 y 60%, no evidenció la presencia de carotenoides, pero sí evidenció la presencia de fla-vonoides, solo el extracto con etanol al 80% manifestó el espectro visible de los carotenoides junto al de flavonoides (fig. 1e) y los tres extractos mostraron una actividad antioxidante importante con un abatimiento superior al 90% del radical dpph (fig. 2). El comportamiento de los extractos de la mezcla de las cinco espe-cies vegetales con etanol al 35 y 60%, mostraron la presencia de bajas cantidades de carotenos y de importantes cantidades de flavonoides, mientras que el extracto con etanol al 80% mostró la presencia de carotenoides, pero no de flavonoides. La actividad antioxidante de los extractos de etanol al 35 y 60% mostró un abatimiento del radical dpph superior al 60% y el extracto con etanol al 80% solo abatió la concentración del radical DPPH en un 10%.

Fig. 2 Actividad antioxidante de los extractos analizados

43

Los extractos con etanol a 80%, permiten obtener altas concentraciones de carotenoides, pero que generalmente no presentan actividad antioxidante evaluada con el método dpph, los extractos de cempasúchil y de chile muestran un comportamiento que evidencia la presencia de flavonoides y que se asocia a una importante actividad antioxidante. Dado que el método dpph es eficiente para evidenciar actividad antioxidante de especies hidrosolubles, como los flavonoides del cempasúchil y el chile, el extracto de las cinco especies vegetales que evidenció la presencia de carotenoides y actividad antioxidante, plantea una mezcla de antioxidantes eficientes en fase acuosa y lipídica utilizable en el desarrollo de nutracéuticos.

teñido de ixtleIntroducción. Los primeros habitantes del territorio mexicano, llegaron hace más de 35 mil años y se adaptaron a los recursos naturales propios de la región. Algunas especies vegetales del gru-po de las agaváceas fueron determinantes como fuente de bienes y servicios, en las agaváceas como el maguey, encontraron una fuente natural para satisfacer sus necesidades de alimento, bebi-da, medicina, vestido y material de construcción. Fue una planta tan importante para las civilizaciones precolombinas que se le asoció con deidades [4]. El dominio de la elaboración de textiles para vestido y otros utensilios, fue específico de cada cultura, fue sinónimo de su desarrollo socioeconómico, además de represen-tar la complejidad de la relación entre el hombre y la naturaleza. El ixtle como fibra obtenida del maguey y otras agaváceas, fig. 3 entre los primeros materiales utilizados por aquellos pobladores en la elaboración de objetos para un sinnúmero de usos entre las que se encuentra el vestido [4].

En el estado de Hidalgo, la zona de recolección de agaves, maguey o lechuguilla para la extracción de Ixtle, está profunda-mente ligada a la etnia hñahñú y a la zona alta del Valle del Mez-quital, lugar inhóspito semiárido, donde el ixtle ha servido de manera tradicional para fabricar ropa y enseres domésticos para los sectores étnicos más desprotegidos y es una parte fundamen-

44

tal para el complemento de la economía familiar en la región. La fibra de agave lechuguilla es resistente en extremo, en un tiempo fue desplazada por fibras sintéticas, aunque en la actualidad ha repuntado su venta por ser apreciada por su naturaleza resisten-te y suave. Actualmente el ixtle es utilizado como sustituto de las fibras sintéticas, utilizándose de manera industrial y artesanal, como materia prima para la elaboración de brochas, cepillos de todo tipo, cordelería, tapetes, carpetas, estropajos, morrales, ces-tos, bolsas, ayates, bisutería y prendas de vestir [5].

En Hidalgo no existe ninguna empresa que comercialice o adquiera el ixtle para beneficiarlo y darle un valor agregado, solo algunos grupos de artesanos o artesanos independientes lo uti-lizan para generar productos de mayor valor. Estas iniciativas comúnmente carecen de tecnología y en un intento por innovar utilizan productos químicos que reducen la calidad del material, lo que sugiere la necesidad de asistencia técnica que acompañe a estos productores en el desarrollo de productos de alto valor agregado en favor de los habitantes de la región.

Materiales y métodos. La fibra de agave o ixtle crudo o en greña, fue proporcionada por los productores de la región, las semillas de Bixia orellana (axiote), flores de Tagetes erecta (cem-pasúchil) y hojas de Cynodon dactylon (césped) fueron deshidra-tadas en estufa a 60 oC durante 6 h, posteriormente se molieron y extrajeron con etanol a 80% con ayuda de un molido de ciclón. Los extractos así obtenidos, fueron utilizados para teñir la fibra de agave por inmersión a 60 oC durante 2 h, posteriormente la fibra se lavó con jabón a pH 9 para el pasto, a pH 5 para el cem-pasúchil y pH 9 para el axiote, se enjuagó con agua corriente y se secó a la intemperie. El color del teñido de las fibras de agave se caracterizó utilizando las tablas de Munsell.

Resultados y discusión. La utilización del extracto de axiote, permitió obtener un tono naranja–amarillo–rojizo 7/8 según la tabla de Munsell. El extracto de césped permitió obtener un tono verde–pálido 7/5G según la tabla de Munsell. El extracto de cempasúchil, permitió obtener un tono amarillo 8/6 según la tabla de Munsell (fig. 3).

45

Fig. 3. Resultados del teñido del Ixtle.

semilla de mezquite (prosopis laevigata)Introducción. Las especies del género Prosopis son árboles que presentan gran resistencia a la sequía y a la salinidad, y tienen alta capacidad de fijar nitrógeno, características que les han colocado como recursos valiosos para los habitantes de zonas áridas actuales y precolombinas, quienes le han utilizado como alimento, material de construcción y forraje [6]. Prosopis laevi-gata se distribuye en las zonas áridas y semiáridas del continente americano desde el sur de los Estados Unidos y hasta el centro de México, incluyendo al Valle del Mezquital. Su fruto es una vaina de 12–17 cm de longitud de color amarillo, que puede con-tener hasta 25 semillas elípticas de 5,5–6,5 mm longitud, las cua-les actualmente son aprovechadas de forma limitada [7]. En el presente trabajo se analiza la composición proximal de semillas de Prosopis laevigata producidas y colectadas en el Valle del Mez-quital y sus respectivos germinados, con el propósito de gene-rar información que facilite y amplíe sus opciones de utilización agroindustrial.

Materiales y métodos. Las vainas de mezquite fueron colec-tadas y las semillas se extrajeron manualmente para formar dos secciones, una sección se molió hasta pasar a través de una malla

46

No. 45 y se utilizó para el análisis proximal, la otra sección se germinó a 27 oC en la oscuridad durante 72 horas. El análisis proximal; humedad, proteína (%N kjeldahl x 6.25), extracto eté-reo, fibra cruda y cenizas, se realizó por triplicado utilizando las técnicas analíticas de la aoac [8].

Resultados. En las vainas colectadas, la semilla de mezquite representa el 13.65% del peso total de la vaina, el peso de 100 se-millas fue de 5.44 g y la testa representó 43% del peso total de la semilla. Los resultados del análisis proximal de semilla y germi-nado (ambos sin testa) de mezquite; en la semilla el componente principal fue la proteína con 55.8%, seguido de la humedad con 8.23%, el extracto etéreo con 7.7%, la fibra con 5.26% y la ceniza con 4.8%. En el germinado el componente principal fue la hu-medad con 77.4%, seguido de la proteína con 8.3%, la fibra con 1.2%, el extracto etéreo con 0.93% y la ceniza con 0.79%.

En las muestras analizadas destaca el contenido de proteí-na. Previos estudios han mostrado niveles de proteína de hasta 40% en el género Prosopis, lo que muestra su alta capacidad de fijar nitrógeno y de acumular proteína de reserva en la semilla en comparación con otras leguminosas. También se ha mostra-do, que como otras leguminosas, la semilla de Prosopis también contiene factores antinutrimentales como el acido fítico, inhibi-dores de tripsina y lectinas, sustancias que han mostrado tener actividad positivas y negativas en la salud humana y algunos de estos compuestos pueden ser eliminados durante el proceso de germinación [9]. Es importante continuar con la caracterización de esta leguminosa como recurso biológico valioso, en busca de compuestos activos de alto valor y de información que permita su adecuado aprovechamiento en beneficio de las comunidades que habitan las regiones áridas y semiáridas, de las cuales el gé-nero Prosopis es endémico.

aprovechamiento del xoconostleEl interés del ser humano por los nopales data de miles de años. Su origen e historia están íntimamente relacionados con las anti-guas civilizaciones mesoamericanas, en particular con la cultura

47

azteca. Existen evidencias arqueológicas que permiten afirmar que fueron las poblaciones indígenas asentadas en las zonas se-miáridas de Mesoamérica las que iniciaron su cultivo de modo formal. Es muy probable que ya en los muestrarios de plantas y animales llevados a España por Cristóbal Colón se incluyeran nopales y otras cactáceas como muestra de la exótica flora del nuevo mundo. Los nopales están ligados de modo particular a la historia de México y Mesoamérica, su centro de origen genético; por ejemplo, en el escudo de México un águila posada sobre un nopal, un símbolo que ha llegado hasta nuestros días del jero-glífico de la “Gran Tenochtitlán” y significa “sitio del nopal que crece sobre la piedra” [10].

Se conocen casi trescientas especies del genero Opuntia. Sin embargo, hay solo 12 especies utilizadas por el hombre, ya sea para producción de fruta y nopalitos para alimentación humana, forraje o cochinilla para obtención de colorante. Entre ellas se encuentran, como especies cultivadas para producción de fruta: Opuntia ficus–indica, O. amyclaea, O. xoconostle, O. megacantha y O. streptacantha. Los frutos del género opuntia son “no clima-téricos” (no maduran una vez cosechados), por lo que es impor-tante cosecharlos en el punto de madurez óptima de consumo, donde está mejor expresado su potencial [10].

Los xoconostles son para México uno de los recursos de ma-yor relevancia en los ecosistemas de zonas áridas y semiáridas, presentes en casi 50% de su territorio. Históricamente han sido de gran importancia cultural, medicinal y económica, utilizados desde épocas prehispánicas, pero es reciente el interés en estu-diarlas, dado que taxonómicamente nunca se hizo esta diferen-ciación. Se han reportado más de 20 usos para los xoconostles, entre los que sobresalen alimento y derivados industriales. Ac-tualmente, la producción de tunas y xoconostles en nuestro país se encuentra ampliamente distribuida en una gran variedad de zonas, con condiciones edafológicas y climáticas diversas.

Los cladodios juveniles son utilizados como verdura en la alimentación humana y como remedio para muchas afecciones. Las plantas son utilizadas en prácticas agroforestales, asociadas

48

con cultivos de especies agrícolas y/o forrajeras, también como cercos vivos espinosos, barreras vivas para la retención de sue-los, protección de taludes contra la erosión y en general, como parte de prácticas de protección de suelos. Las flores son utiliza-das en guisos especiales, así como sopas aguadas. Los frutos po-seen gran valor nutritivo y medicinal, superior al de otras frutas en varios de sus componentes. Hoy en día se considera al pueblo otomí (parte de ellos ubicados geográficamente en el valle del Mezquital en el Estado de Hidalgo) como el portador y guardián del conocimiento culinario y medicinal de este fruto.

Existen diferencias entre especies en las características de los frutos, el del xoconostle no se desprende de los cladodios cuando maduran, persistiendo en condiciones de cultivo durante uno y hasta tres años, a diferencia de las especies productoras de tunas dulces que solo persisten 3 a 4 meses sobre ellos; la pared exterior del fruto es delgada como de una pera, las paredes inte-riores son gruesas y ácidas, además las semillas están dispuestas en el centro del fruto, el cual no acumula azúcares y en el campo son fácilmente detectados por no ser consumidos por pájaros. El porcentaje de pulpa es mayor en O. xoconostle que en O. ficus–indica; pero sin duda, donde existe una diferencia notable es en el contenido de sólidos solubles, que es mucho menor (cerca de 5 por ciento) y en la acidez, que es muy superior, al igual que en el contenido de acido ascórbico (76,8 mg/100 g). Estas caracterís-ticas hacen que el destino industrial difiera entre las especies; es así como el O. xoconostle es considerada en México como una es-pecia o condimento. Los procesos de transformación serán más benignos cuando se aplican a O. xoconostle, cuyo pH es menor a 3,5, que a O. ficus–indica, con pH cercano a 6,0 o superior; el bajo pH de O. xoconostle es un factor protector, que impide el crecimiento de microorganismos perjudiciales, lo que constituye una ventaja respecto a la inocuidad de los productos [10].

Las semillas y la cáscara del fruto del xoconostle han sido descritas como materiales de interés agroindustrial, la cáscara por sus altos contenidos de fibra puede ser utilizada en la fortifi-cación de alimentos y por su parte la semilla por su alto conteni-

49

do de lípidos y energía puede ser utilizado en la industria de las oleaginosas y de alimentos para animales [11].

En el centro del país el xoconostle más usado para la elabo-ración de algunos productos y alimentos es el fruto de Opuntia matudae (cuaresmeño), el cual se puede encontrar prácticamen-te todo el año en centros comerciales. Una característica especial de esta especie es que su cladodio (raqueta) es de color verde–azuloso algo grisáceo, generalmente con manchas purpúreas al-rededor de las aréolas. El fruto va de forma elipsoide a piriforme, de 2.5–4.0 cm largo y 1.5–2.5 cm de ancho, externamente ver-de–purpúreo y pulpa rosa–rojiza; aréolas sin espinas, con lana grisácea y glóquidas castaño–rojizas. El xoconostle se conserva por varios meses en la planta sin sufrir deterioro, e incluso se conserva por varias semanas en lugares frescos y secos, sin per-der sus propiedades de sabor, color y humedad. A pesar de estas cualidades, su utilización y producción está restringida a deter-minadas regiones geográficas.

El xoconostle se desarrolla principalmente en zonas áridas y semiáridas, y demanda cantidades muy bajas de agua. Esta plan-ta juega un papel social relevante dado que la comercialización del fruto fresco e industrializado es el medio de subsistencia de un sector importante de la población en las zonas donde crece. En el pasado los frutos de xoconostle en las zonas áridas y semiá-ridas eran parte de la dieta tradicional de la población por sus propiedades nutrimentales. Desafortunadamente su consumo disminuyó y fue sustituido por otros productos de alto contenido calórico.

conceptualización del procesoEl fruto del xoconostle es acopiado de los productores regionales, es llevado al área de procesamiento en donde es transformado en mermelada, licor, salsa, deshidratados y almíbar, además la semilla y la cáscara son separadas y utilizadas para la elaboración de otros productos agroindustriales (fig. 4).

50

Fig. 4. Productos de la transformación del fruto de xoconostle.

51

reFerencias1. Poljsak B.; Suput D.; Milisav, I. 2013. Achieving the Balance

between ROS and Antioxidants: When to Use the Synthetic Antioxidants. Oxid Med Cell Longev. ID: 956792.

2. Lauretani F.; Semba, R.; Dayhoff Brannigan, M.; Corsi, A. M.; Di Iorio, A.; Buiatti, E.; Bandinelli, S.; Guralnik, J; Fer-rucci, L. 2008. Low total plasma carotenoids are indepen-dent predictors of mortality among older persons. Eur J Nutr. 47(6): 335–340.

3. Thaipong K.; Boonprakob, U.; Crosby, K.; Cisneros-Zevallos, L,; Hawkins, D. 2006. Comparison of ABTS, DPPH, FRAP, and ORAC assays for estimating antioxidant activity from guava fruit extracts. Journal of Food Composition and Analy-sis. 19 (2006) 669–675.

4. García-Mendoza A. 2007. Los agaves de México. Ciencias. 87. Julio-Agosto.

5. sagarpa. 2009. Estudio para la oferta de productos de Ixtle con valor agregado.

6. Freyre M.; Bernardi C.; Baigorria C.; Presa M.; Taher H. 2010. Parámetros de interés nutricional en semillas de vinal (Prosopis ruscifolia). Revista FAVE - Ciencias Agrarias. 9 (1-2).

7. Palacios R. 2006. “Los mezquites mexicanos: biodiversidad y sistribución geográfica”. Bol. Soc. Argent. Bot. 41: 99 – 121.

8. aoac. Official methods of analysis of the Association of Official Analytical Chemist. 16th Edition. 1997. Arlington, Virginia, USA.

9. Del Valle F. R.; Escobedo M.; Muñoz M. J.; Ortega R.; Bourges H. 1983. Chemical and nutritional studies on mesquite beans (Prosopis juliflora). J. Food Sci. 48: 914.

10. FAO, 2006. Utilización agroindustrial del nopal. Boletín de servicios agrícolas de la fao 162.

11. Prieto-García F. 2006. Caracterización física y química de semillas de opuntias (Opuntia spp.) cultivadas en el Estado de Hidalgo, México. Bioagro. 18(3): 163-169.

52

PrODUcción Y transFOrMación De Cambarellus montezumae Y tenebrio molitor Para sU UsO cOMO inGreDientes aLternOs en aLiMentOs

Cerón–Ortiz A.N.,* Ángeles–Monroy M.A., Montufar–Se-rrano E., Limón–Mendoza M.A.

*Ingeniería en Industrias Alimentarias/ Transformación de mate-rias primas en la producción de alimentos de alto valor agregado y seguridad alimentaria. Instituto Tecnológico Superior del Oc-cidente del Estado de Hidalgo. Paseo del Agrarismo 2000. Carr. Mixquiahuala–Tula, Km. 2.5., Mixquiahuala de J., Hgo., México. CP 42700. Tel.: (738) 7 35 40 00, ext. 116 www.itsoeh.edu.mx, correo electrónico: nallec26@hotmail.com

resumenEl uso y transformación de materias primas de origen animal du-rante la formulación de alimentos es una práctica constante en la industria alimentaria, lo cual es relevante desde el punto de vista nutrimental, ya que cada uno de los ingredientes utilizados provee-rá un porcentaje específico de biomoléculas de importancia meta-bólica para los seres vivos que lo consumirán. Por ello, la búsqueda de nuevas alternativas de materias primas a través del método cien-tífico que sustente un posible incremento en el valor nutrimental es parte también de esta industria. Por lo cual, el propósito del presen-te estudio es el difundir los resultados obtenidos hasta el momento por parte del cuerpo académico sobre la generación de productos de consumo humano y animal a partir de diversas materias primas que forma parte de la biodiversidad tanto de la República Mexica-na (Cambarellus montezumae) como de especies introducidas de Europa desde épocas de antaño (Tenebrio molitor). La metodolo-gía aplicada es sistémica y enfocada en la producción, selección y transformación de las dos especie considerando las buenas prác-ticas de manufactura y las normas correspondientes. Los valores obtenidos indican una influencia significativa del tipo de sustrato utilizado como alimento en cultivos masivos de T. molitor siendo

53

la harina de trigo junto con el pan molido el tratamiento que generó los mejores crecimientos y un contenido mayor de proteínas en su tejido; además de reducir los tiempos en los cuales se alcanzan las distintas fases de su desarrollo. Resultados similares se obtuvieron en la producción y transformación de C. montezumae, donde se registraron diferencias en las características físicas de los derivados en polvo relacionadas directamente con el tipo de método de secado utilizado. Lo cual permite sustentar las bases que indican que estas dos especies de organismos se pueden considerar como posibles materias primas en la industria alimentaria. Palabras clave: Alimentos, Animales, Procesos, Valor nutrimental y Vegetales.

introducciónLa industria alimentaria se encarga de la generación, transfor-mación, preparación, conservación y envasado de los alimentos; donde las materias primas que se utilizan son productos de ori-gen vegetal y animal, buscando con ello enriquecer la calidad nutrimental de los productos. Por ello, actualmente la industria alimentaria busca a través de la generación de nuevos productos alimentarios el experimentar con nuevas materias primas y su interacción con las utilizadas tradicionalmente [1]. Al respecto se han probado materias primas derivadas de animales como las lombrices y los insectos comestibles (grillos, chapulines, etc.) que aportan un incremento en el valor nutrimental del producto mediante el aprovechamiento del contenido de proteínas y mine-rales, [2–4]. Debido a los resultados obtenidos con otros insectos, el cuerpo académico inició el uso del T. molitor en la elaboración de productos de confitería obteniendo resultados positivos en el incremento del valor nutrimental de los mismos [5]. Aunado a lo anterior el uso de organismos acuáticos como los crustáceos también han sido utilizados para incrementar el valor nutrimen-tal en productos de consumo humano y animal con resultados favorables [6]. Por ejemplo, el crustáceo C. montezumae es un or-ganismos de agua dulce que contiene en su tejido un porcentaje

54

de proteínas entre el 40 y 60%, lo que puede ser aprovechado al utilizarlo como materia prima a utilizar por la industria alimen-taria [7]. Ante los beneficios que implica a nivel nutrimental y en los costos de producción el uso de materia prima innovadora o de poca aplicación en la elaboración de alimentos, el objetivo de trabajo del cuerpo académico es el de aplicar materia prima ani-mal derivada del crustáceo Cambarellus montezumae y el insecto Tenebrio molitor como ingredientes alternos en el enriquecimien-to del valor nutrimental de productos alimentarios mediante téc-nicas sistemáticas que implica la producción, transformación y uso como ingrediente de las mismas; además de evaluar su facti-bilidad económica y nutrimental. Al respecto, en el presente ma-nuscrito se expondrán resultados relacionadas a la producción y transformación de estas dos materias primas como primeras fases del trabajo del cuerpo colegiado.

métodoEl proceso experimental en cada una de los trabajos del cuerpo académico parte de un diseño completamente al azar del tipo unifactorial. A los resultados obtenidos en cada uno de ellos se les aplicó las pruebas de normalidad distributiva (Wilk–Shapi-ro) y homocedasticidad de Bartlett para establecer si podían ser utilizados en pruebas paramétricas o bien si se aplicaban sola-mente pruebas descriptivas. Los datos que cumplían los supues-tos antes mencionados se trabajaban un análisis paramétrico de varianza (Anova) con un α=0.05 para el nivel de confianza. Al registrar diferencias significativas se aplicó una Test HSD (Ho-nestly–significant–difference). El paquete estadístico utilizado en todas las fases es Statistica 07.

Materia prima gusano de la harina t. molitor La primera fase del estudio consiste en el desarrollo del cultivo a nivel masivo del insecto en sus diferentes etapas de vida para poder identificar la factibilidad de su producción. La variable in-dependiente en el proceso es el tipo de sustrato utilizado y las dependientes el tiempo en el cual tardan en alcanzar tres de sus

55

fases de desarrollo (larva, pupa y adulto) y su contenido de bio-moléculas (proteínas, carbohidratos y lípidos). Los cultivos se realizaron en recipientes de plástico (unidades experimentales) con dimensiones de 60 cm x 50 cm x 30 cm, utilizando únicamen-te una altura de sustrato de 10 cm. Los sustratos que se evalua-ron es la mezcla de cereales a través de 3 tratamientos en propor-ciones de 1:1 que se identifican como F1: avena y harina de trigo; F2: pan molido y harina de trigo; F3: harina de trigo (tratamiento blanco). Una vez instaladas las unidades experimentales con los sustratos correspondientes por triplicado, se colocaron 50 orga-nismos en la etapa de larva con tallas de 1 cm de longitud en cada una de ellas (la distribución de las mismas fue completamente al azar). Diariamente se monitorearon los cultivos para determinar los cambios físicos en las larvas y adicionar agua a través de una hoja de papel mojado; cada semana se realizaban biometrías en los organismos para obtener la longitud y grosor de los mismos mediante una cinta métrica. Cuando los organismos alcanzaron los 3 cm de longitud el 30% de los organismos de cada unidad experimental se liofilizaron y guardaron al vacío para posterior-mente mandar a analizar su contenido bromatológico. El mismo proceso se realizó con los estadios de pupa y adultos, aunque en ellos no se realizaron las mediciones de longitud y ancho, sola-mente se observaron los cambios en el color y forma.

Materia prima acocil de río C. montezumaeEl presente apartado describe la metodología empleada en las pruebas piloto realizadas con C. montezumae, que consistieron en realizar la producción, captura y selección de individuos. Además de realizar pruebas preliminares sobre la transformación del aco-cil desde su estado fresco al de un derivado en polvo mediante la evaluación del efecto del tipo de secado como variable inde-pendiente (A1: estufa, A2: liofilización y A3: secado al sol, siendo este último el tratamiento blanco) en las características físicas del mismo (variable dependiente). Los cultivos semi–intensivos se realizaron en las piletas de concreto ubicadas en la unidad de producción del Centro de Estudios Tecnológicos en Aguas Conti-

56

nentales N0. 02 (cetac 02) bajo un sistema de producción a cielo abierto y monitoreo constante de las condiciones de temperatura, oxígeno y amonio. La alimentación proporcionada consistió en alimento vivo e inerte a una tasa de alimentación del 20% del peso seco de los organismos a una ración diaria. Los animales se sem-braron en las piletas con una talla de 1.5 ± 0.3 cm de longitud para iniciar el proceso de engorda; cuando alcanzaron los 3.5 cm o un peso húmedo de 1 g se seleccionaron los organismos que no se encontraban mudando el exoesqueleto, su coloración debía de ser café obscuro y no debían presentaran daños mecánicos o indicios de enfermedad. Posteriormente se transportaron al laboratorio de análisis de alimentos de cárnicos del Instituto Tecnológico Supe-rior del Occidente del Estado de hidalgo (itsoeh) de acuerdo a las especificaciones de la norma oficial mexicana nom–027–ssa1–1993, bienes y servicios, productos de la pesca, pescados frescos–refrigerados y congelados; especificaciones sanitarias a través de hieleras plásticas de 5 kg de capacidad [8]. En el laboratorio se ve-rificó que los organismos mostraran los atributos físicos que mar-ca la norma nmx–FF–042–2001, productos de la pesca – crustá-ceos comestibles Frescos reFrigerados – especiFicaciones, en la cual se indica los grados de calidad del producto [9].

Los organismos se sacrificaron mediante la inserción de agujas en el cefalotórax y se lavaron con agua corriente, el exceso de agua se retiró con papel secante y de manera aleatoria se dividieron en tres partes iguales para aplicarles los tres tratamientos a evaluar (A1, A2 y A3). En todos los tratamientos se obtuvo el peso húmedo (PHum), Peso Seco Total (PST) y el Peso Seco Orgánico (PSO) con el objetivo de definir la cantidad de individuos necesarios para la obtención de un gramo de derivado en polvo. En el secado al sol y estufa para la obtención del PST y PSO se aplicó el método gravimétrico de peso constante [10]. La técnica de secado al sol es considerado el tratamiento blanco y se utilizará un secador de radiación solar indirecta. En los tres tratamientos se observó el tiempo en el cual los organismos registraron una textura frágil y quebradiza que permitió la molienda y tamizado de los mismos hasta obtener un polvo fino. Al final se realizó la caracterización

57

física de los derivados (color bajo la escala pantone, el tamaño de partícula y el olor) y una muestra se guardó envasado al vacío y en un ambiente seco y sin luz para la posterior aplicación de las técnicas de cuantificación bromatológica (aún no realizada).

Análisis bromatológicos Los análisis bromatológicos aplicados a las muestras de T. moli-tor se realizados por el laboratorio certificado RB localizado en la ciudad de Tepeji del Río Ocampo bajo las normas correspon-dientes [11–15]. En cuanto a las muestras derivadas del estudio con C. montezumae que aún no se realiza, se tiene propuesto uti-lizar técnicas colorimétricas [16–20].

ParticipantesLos participantes en los estudios antes referidos son miembros del cuerpo académico, quienes tienen funciones específicas de acuerdo a su perfil profesional y a la experiencia que tienen en cada una de las temáticas que se consideran en los proyectos. Dra. Ana Nallely Cerón Ortiz, Biol. Miguel Ángel Ángeles Mon-roy, Maestra Estela Montufar Serrano, Ing. Marco Antonio Li-món Mendoza. Aunado a este grupo de trabajo se unen alumnos de la carrera de Ingeniería en Industrias Alimentarias (itsoeh) y de la carrera de Técnico Profesional en Aguas Continentales (cetac No. 02), a través de su participación como servicio social, actividades complementarias y tesis profesional.

resultadosMateria prima gusano de la harina T. molitorLos resultados referentes al crecimiento (longitud y ancho) de las larvas y al tiempo que tardaron en alcanzar las diferentes etapas de desarrollo de T. molitor registraron diferencias significativas entre tratamientos (P < 0.05). En donde el sustrato que proporcionó las mejores mediciones anatómicas en larvas (Ver. fig. 1) y el menor tiempo entre estadios es F2. Los valores alcanzados en este trata-miento respecto a la longitud final de la larvas es de 3.7 ± 0.3 cm y de 0.5 ± 0.01 cm de ancho; seguido del tratamiento F1 (3.1 ± 0.02

58

cm de longitud y 0.4 ± 0.08 cm de ancho) y por último el F3 (2.7 ± 0.4 cm y 0.4 ± 0.05 respectivamente). En cuanto a los tiempos registrados en los procesos de cambio entre los estadios de larva y adulto se observó que con F2 solamente se necesitaron 12 semanas en alcanzar las tallas referidas anteriormente en larva, nueve días posteriores la de pupa y siete más para la etapa de adulto (Tabla 1).

Tabla 1. Tiempo promedio y desviación estándar (entre pa-réntesis) expresado en días que tardaron en presentarse los

cambios morfológicos entre estadios de T. molitor

Estadio F1 F2 F3

Larva 90b (± 2) 84a (± 4) 112c (± 3.2)

Pupa 100b (± 1.5) 93a (± 1) 132c (± 2.6)

Adulto 110b (± 3) 100a (± 1.7) 147c (± 4.9)Letras diferentes en la misma línea indican diferencias significativas (P <

0.05), donde a>b>c.

Así mismo, se identificaron diferencias significativas en el contenido de biomoléculas entre los tratamientos y los estadios de desarrollo (P < 0.05) (Tabla 2).

Tabla 2. Porcentaje promedio y desviación estándar (±) entre paréntesis del contenido de biomoléculas entre estadios de T. molitor en porción de 100 g con base a su peso húmedo.

Proteínas Carbohidratos LípidosF1 F2 F3 F1 F2 F3 F1 F2 F3

Larva 41b

(4)

47a

(1.8)

35c

(1.6)

30b

(2.1)

24c

(1.6)

37a

(3.2)

3b

(0.3)

4a

(0.9)

2c

(0.1)

Pupa 52b

(1)

60a

(2)

45c

(1.3)

33b

(1.1)

26c

(2.2)

38a

(3.6)

1.3b

(0.06)

1.9a

(0.3)

1.0c

(0.02)

Adulto 47b

(2.2)

51a

(1.3)

40c

(3.5)

30b

(1.7)

29c

(1.2)

35a

(2.3)

0.08b

(0.01)

0.12a

(0.02)

0.02c

(0.01)

Letras diferentes en la misma línea y referente a la biomolécula señalada en

el encabezado indican diferencias significativas (P < 0.05), donde a>b>c.

59

Materia prima acocil de río C. montezumaeEl desarrollo del cultivo de C. montezumae bajo la metodología antes descrita permitió obtener cada cinco semanas la materia prima necesaria para la realización del proceso de transforma-ción a un derivado en polvo mediante los tratamientos evalua-dos. La humedad registrada durante el proceso de secado indicó que este organismo tiene entre el 60 y 70% de agua en su cuerpo incluido el exoesqueleto. Por lo cual, el rendimiento de materia seca por gramo de peso húmedo es el equivalente al intervalo en-tre el 30 y 40% independientemente del tratamiento utilizado (P > 0.05). Así mismo, se verificó que los atributos establecidos para el proceso de selección de la materia prima permitieron obtener un derivado en polvo en el cual se constató que las diferencias en las características físicas del producto final estaban dadas por la metodología de cada tratamiento. Los valores respecto a la esca-la de colores pantone refirieron que es el tratamiento de secado al sol el cual registró la menor coloración y el liofilizado la mayor (Tabla 3). En relación al olor que se percibe en los derivados en polvo se identificó el aroma característico al del camarón seco. El tamaño de partícula de los derivados no registró diferencias entre tratamientos, el cual se obtuvo en un tamaño inferior a las 500 micras.

Tabla 3. Escala de color obtenida en los derivados en polvo de C. montezumae al aplicar tres tratamientos. A1: estufa,

A2: liofilización y A3: secado al sol

Tratamiento Escala de color

A1

Pantone 137C

A2

Pantone 144C

A3

Pantone 136C

60

discusionesLos insectos constituyen una fuente de proteína de alto nivel nutrimental por su contenido de aminoácidos esenciales tanto en ecosistemas acuáticos como terrestres [20]. Los cuales han sido consumidos alrededor del mundo por poblaciones ances-trales, aún sin que se hubiera comprobado la calidad proteica y su contenido de ácidos grasos poliinsaturados (ácido oleico y linoléico) (21, 22). Permitiendo con ello que la industria alimen-taria considere su producción, transformación y aplicación en alimentos de consumo humano y animal [2]. Al respecto estudios realizados con T. molitor han permitido visualizar su potencial como fuente de proteínas para incrementar el valor nutrimen-tal en productos de confitería y en alimentos destinados para el cultivo de especies acuícolas. Los valores que refieren esos es-tudios indican que los valores nutrimentales en el contenido de proteínas se encuentran alrededor del 50% del contenido total de su composición bioquímica y de 0.1 a 3% de lípidos [5, 23]. Re-sultados similares a los del presente estudio, cuyo valor más alto en contenido proteico es el determinado en el estadio de pupa (60%). Además, también se reafirma que efectivamente el tipo de sustrato tiene una influencia en el contenido de biomolécu-las en el tejido de T. molitor. Aunado a lo anterior, se establece que mientras el organismo tenga a su disposición los nutrientes necesarios para crecer y su cultivo se mantenga en condiciones controladas, se puede reducir el tiempo que tarda en alcanzar las diferentes fases de desarrollo independientemente del volumen de cultivo utilizado. Lo anterior, establece un alto potencial de producción de este organismo para su uso como materia prima con alto valor nutrimental.

Sin embargo, no solamente los insectos como T. molitor son organismos con potencial uso en la industria alimentaria; tam-bién los crustáceos ya han sido aprovechados tanto en su estado fresco o procesado en la dieta de los seres humanos. Al respecto los camarones del género Penaeus se identifican principalmente como el máximo exponente de este rubro de productos [6]. Así mismo, la producción, transformación y aplicación de crustá-

61

ceos nativos de diferentes zonas del mundo, es un parteaguas que puede ser aplicado para la generación de ingredientes al-ternos que beneficien el valor nutrimental de los alimentos [7]. Un ejemplo es el crustáceos nativo de la Región Central de Mé-xico denominado C. montezumae, el cual tiene un alto potencial acuícola y cuyo valor nutrimental refiere contenidos de proteína superiores al 40% de su base seca y la presencia de ácidos grasos poliinstaurados. Aspectos nutrimentales que lo proyectan en la industria alimentaria como un ingrediente alterno en la formu-lación de alimentos de alto valor agregado [24].

A la fecha el cuerpo de trabajo se ha enfocado al estudio de la producción y transformación de C. montezumae, registrando valores y datos precisos que indican que su inserción en alimen-tos para otras especies acuáticas e incluso en productos de pa-nificación son posible alternativas de éxito para su uso. Ya que la producción de biomasa se obtiene en un periodo no mayor a tres meses como lo refiere el apartado de resultados del presente estudio y el alimento puede reducirse exclusivamente a inverte-brados menores. Así mismo, las pruebas piloto refieren el im-pacto de los tipos de secado en las características físicas de los derivados en polvo obtenidos, lo cual permitirá definir el tipo de secado que mantenga las mejores características de acuerdo al uso que se le destine a esta materia prima. Proceso que es reco-mendado en la industria alimentaria para llegar a establecer la estandarización de un producto [25]. reFerencias1. López F.Y.; Goycoolea, F.; Valdez M.; Calderón, A. 2006. “Goma

de mezquite una alternativa de uso industrial”. Interciencia. 31 (3):183-189.

2. Herrera-Fuentes M. C. 2003. “Elaboración de tortillas de maíz nixtamalizado enriquecidas con harina de insecto (Tenebrio molitor)” Casa Abierta al Tiempo UAM, Departamento de Bio-tecnología, Plan de Negocios de Omega Molinos S. A. de C.V.

4. Ángeles S. A.; Roldán C. C. A. 2010. Elaboración de una barra fortificada con harina de lombriz roja californiana (Eisenia

62

foetida). Tesis, Ingeniería en Industrias Alimentarias, Instituto Tecnológico Superior del Occidente del Estado de Hidalgo. Mixquiahuala de Juárez, Hidalgo.

5. Monitor D. 2005. Alimentos elaborados con insectos, síntesis de Nota de Prensa, México.

6. Cerón-Ortiz A. N.; Peña-Hernández J. N.Y.; Peña-Hernández D. R.; Ángeles-Monroy M. Á. 2013. Uso del Tenebrio molitor como ingrediente alterno en la elaboración de un dulce tipo alegría para consumo humano. Memorias del XX Congreso de Ciencias y Tecnología del Mar. San José del Cabo, Baja California.

7. Antonio-Ventura G.; Hermida-Blanco C. E. 2014. Proceso y elaboración de chicharrón de camarón (Pennaeus vanamei) y pescado (Oreochromis niloticus) en el taller industrial de alimentos del Cetmar 01, Alvarado Veracruz. Memorias del XXI Congreso de Ciencias y Tecnología del Mar. Cozumel, Quintana Roo.

8. Cerón-Ortiz A. N.; Ángeles-Monroy M.A.; J.A. León-Escami-lla. 2011. Análisis de la calidad nutrimental del acocil de río (Cambarelus montezumae) para ser utilizado como materia prima en la generación de alimentos. Memorias del XVIII Congreso de Ciencias y Tecnología del Mar. San Carlos, So-nora.

9. Secretaria de Salud. 1995. norma oFicial mexicana nom-027-ssa1-1993, Bienes y Servicios. Productos de la pesca. Pescados frescos-refrigerados y congelados. Especificaciones Sanitarias.

10. Secretaria de Salud. 1999. norma oFicial mexicana nmx-FF-042-2001. Productos de la pesca. crustáceos comestibles frescos refrigerados. especificaciones.

11. Sorokin, C. 1973. Dry weight, packed cell volume and optical density. In Handbook of phycological methods, Culture methods and growth measurement, J. R. Stein (ed.). Cambridge University Press, Cambridge.

11. Secretaría de Salud. 1994. Norma Mexicana NOM-116-SSA1-1994, Alimentos - Determinación de Humedad en

63

Alimentos- Método de Prueba. Diario Oficial (DOF). 12. Secretaría de Economía. Segunda Sección. 2002. Norma

Mexicana NMX-F-607-NORMEX-2002. Alimentos-Determinación de Cenizas en Alimentos -Métodos De Prueba (Cancela A Las Nmx-F-542-1992 Y Nmx-F-066-S-1978). Diario Oficial (Segunda Sección).

13. Secretaría de Economía. 2011. Norma Mexicana NMX-F-608-NORMEX-2011. Alimentos-Determinación de Proteínas en Alimentos-Método de ensayo (Prueba) (Cancela a la NMX-F-608-Normex-2002). Diario Oficial.

14. Secretaría de Economía. 2004. Norma Mexicana NMX-F-615-NORMEX-2004, Alimentos - Determinación de Grasas en Alimentos- Método De Prueba. Diario Oficial.

15. Secretaría de Economía. 2003. Norma Mexicana NMX-F-613-NORMEX-2003, Alimentos – Determinación de fibra cruda en alimentos – Métodos de Prueba.Diario Oficial (DOF).

16. Lowry, H.O.; Rosebrough, N.J.; Lewis, A.; Randall, R.J.; 1951. Protein measurement with the folin phenol reagent. Biological Chemistry. 193:265-275.

17. Dubois M.; Gilles K.A.; Hamilton, J.K.; Rebers P.A.; Smith F. 1956. Colorimetric method for determination of sugar and related substances. Analytical Chemistry. 28:350-356.

18. Pande S.V.; Parvin Khan R.; Venkitasubramanian, T.A. 1963. Microdetermination of lipid and serum total fatty acid. Analyt. Biochem. 6:415-423.

19. Bligh E.G.; Dayer, W.J.. 1959. A rapid method of total lipid extraction and purification. Can. J. Biochem. Physiol. 37:911-917.

20. Arango-Gutiérrez, G.P. 2005. Los insectos: una materia prima alimenticia promisora contra la hambruna. Revista Lasallista de Investigación. enero-julio.

21. Chávez H. 2007. Propiedades del Tenebrio, complemento ali-menticio. Revista electrónica, www.elacuarista.com.

22. Valdez P.C.; Untiveros, G.B. 2000. Extracción y caracteriza-ción del aceite de las larvas del Tenebrio molitor. Revista de la Sociedad Química del Perú. 76 (4).

64

23. Cerón-Ortiz A. N.; Falcón-Pacheco S.; González-Pérez J. L.; Ángeles-Monroy, M. Á. 2014. Influencia de dos etapas del de-sarrollo de Tenebrio molitor en la hidroestabilidad física de un alimento para acocil de río Cambarellus montezumae. Me-morias del XXI Congreso de Ciencias y Tecnología del Mar. Cozumel, Quintana Roo.

24. Moctezuma-Resendiz O. 2012. Evaluación del impacto del tipo de alimento y calidad del agua en post-larvas de acocil de río Cambarellus Montezumae. Tesis, Ingeniería en Industrias Alimentarias, Instituto Tecnológico Superior del Occidente del Estado de Hidalgo. Mixquiahuala de Juárez, Hidalgo.

25. Badui D.S. 2006. Química de los Alimentos en “Hemopig-mentos” Ed. Pearson Educación. México.

65

CArACTErizACióN DE rEsiDuos AgríColAs moDiFiCADos químiCAmENTE

PArA su APliCACióN EN BioTECNologíA

Castañeda–Cisnero Y. E.,3 Guzmán–Ortiz F. A.,1,2 Téllez–Jurado A.,3 Román–Gutiérrez, A. D.*1

1Área Académica de Químicas, Universidad Autónoma del Esta-do de Hidalgo, Ciudad del Conocimiento Carretera Pachuca–Tu-lancingo Km. 4.5. S/n Col. Carboneras, Mineral de la Reforma, Hidalgo. CP 42184. 2Investigador de Cátedras CONACyT en1. 3Universidad Politécnica de Pachuca Carr. Pachuca–Cd. Saha-gún Km 20, Rancho Luna, Ex–Hacienda de Santa Bárbara. Mu-nicipio de Zempoala, Hidalgo. CP. 42184, México; correo electró-nico: aroman@uaeh.edu.mx

resumenEn este estudio se emplearon como muestras residuos de cerea-les de avena, cebada y trigo provenientes del municipio de Apan, Hidalgo. Las muestras se sometieron a caracterización química mediante análisis del contenido de material lignocelulósico y ca-racterización física por Microscopía Electrónica de Barrido (meb). Posteriormente las muestras fueron tratadas con H2SO4 diluido al 1%, 87°C durante 180 minutos para solubilizar las hemicelulosas y obtener un hidrolizado rico en azúcares fermentables, cuantifi-cados por el método de azúcares reductores (AR) y Cromatografía Liquida de Alta Resolución (hplc). Los datos obtenidos resultaron con diferencias estadísticamente significativas e indican que es fac-tible obtener cantidades importantes de azúcares reductores en los tres sustratos; cebada 75.99%, trigo 64.19% y avena 27.18%. La cuantificación de azúcares que se liberaron durante la hidrólisis fue monitoreada mediante hplc en los tiempos 0, 60, 120 y 180 mi-nutos. La xilosa y arabinosa fueron los azúcares que se detectaron en mayor concentración con 19.08 g/L y 15.77 g/L respectivamen-te, en el residuo de cebada. Lo cual indica que es factible obtener azúcares fermentables a partir de residuos agrícolas generados en

66

la región centro de México, teniendo como fin incorporarlos como sustratos para procesos biotecnológicos.

Palabras clave: Avena, azúcares, cebada, hemicelulosa, trigo.

introducción Los cereales tiene un papel preponderante en la actividad agrí-cola mundial, entre los principales cultivos se encuentra el maíz, sorgo, trigo, cebada, y avena. Asociado a la producción se da ori-gen a una amplia gama de residuos que oscila alrededor de 34 millones de toneladas en materia seca, los cuales son dispuestos como alimento para ganado o quemados in situ [1]. Los residuos agrícolas de cereales ocasionan serios problemas de contamina-ción ambiental y pérdidas de fuentes potenciales de alto valor agregado, la biodegradabilidad de estos materiales lignoceluló-sicos está en función al contenido de biomoléculas fácilmente degradables (azúcares solubles, celulosa y hemicelulosa), y en componentes de lenta degradación (ceras y ligninas) [2]. La ce-lulosa y hemicelulosa son polisacáridos de alto peso molecular que representan entre el 60–80% del total del peso de los materia-les lignocelulósicos, mientras que la lignina es un polímero que representa entre el 20–35% del total [3]. La hemicelulosa está formada por un conjunto heterogéneo de polisacáridos, a su vez formados por un solo tipo de monosacáridos unidos por enla-ces β (1–4), que forman una cadena lineal ramificada con zonas amorfas [4].

Una conversión eficaz de los materiales lignocelulósicos re-quiere en primer lugar de un fraccionamiento de los tres com-ponentes principales: celulosa, hemicelulosa y lignina, y en se-gundo, un método eficiente para procesar estos componentes a productos de mayor valor [5]. Existen diversos procesos para el tratamiento de la lignocelulosa que incluyen químicos, físi-cos y biológicos, entre ellos trituración, ultrasonido, explosión de vapor, hidrólisis ácida, alcalina y enzima. La hidrólisis áci-da alcanza un mayor rendimiento para degradar la hemicelulo-sa, el resultado de este tratamiento produce una gran cantidad

67

de monosacáridos, los azúcares resultantes tienen potencial de mercado considerable, ya sea como sustratos biotecnológicos o materia prima en la producción de: bioetanol, alimento para ani-males y biomasa microbiana [6].

En el presente trabajo de investigación se planteó cuantifi-car los polisacáridos presentes en tres hidrolizados de cereales; avena, cebada y trigo, para determinar la fuente con más altos rendimientos.

materiales y métodos Para la realización del presente proyecto de investigación se utilizaron como muestras las cascarillas de granos de avena, cebada y trigo cosechadas en el 2010 en el municipio de Apan, perteneciente al estado de Hidalgo. Los granos se sometieron a descascarillado mediante una perladora en el caso de la cebada, la avena se obtuvo de forma manual y el trigo por medio de mo-lienda. Posteriormente se realizó un proceso de molienda para disminuir el tamaño de partícula y se tamizaron para obtener un tamaño de partícula homogéneo con la malla número 30; menor <1 mm, se secaron en una estufa a 55°C por 24 horas y se guar-daron en bolsas de plástico cerradas herméticamente.

Caracterización fisicoquímica: Humedad por termobalanza [7], Cenizas (923.03) [8], Proteínas por combustión de Dumas [9], Fibra Cruda (962.09) [8], Grasas (920.39) [8]. El contenido de carbohidratos totales se obtuvo por cálculo establecido [8]. El material lignocelulósico se determinó por normas TAPPI [10]; Extraíbles (264 om–88), Holocelulosa (método Wise), Alfa, Gama y Beta Celulosa (203 om–88) y Lignina (220 om–88).

Microestructura: Se utilizó la técnica de MEB para caracteri-zar y analizar la superficie de las muestras. Se utilizó un microsco-pio (JEOL, modelo JSM–G–300) con un flujo de electrones de 30 KV y 18 mm. Las fotografías se tomaron por triplicado a 1500X.

Hidrólisis ácida: Las condiciones del proceso fueron H2SO4 al 1%, 87°C durante 180 minutos [11]. Se realizó un blanco sus-tituyendo el H2SO4 con H2O. Las muestras se colocaron en una relación 1/10 (peso muestra/volumen ácido).

68

Cuantificación de Azúcares Reductores (AR): método Miller [12], se tomó una alícuota de 1 mL del hidrolizado y se le agre-garon 0.5 mL del reactivo ácido 3,5–dinitrosalicílico (DNS), se sumergió en agua a ebullición por 5 minutos; se dejó enfriar y por último se le agregó 2 mL de agua destilada. Se procedió a leer a una longitud de onda de 540 nm en un espectrofotómetro (UV–VIS Genesys 10 UV, Thermo Electron, México). Los cálculos de AR se determinaron considerando el% total de carbohidratos en solución (relación 1 g de muestra/10 mL de solución ácida) obtenidos de la caracterización fisicoquímica (carbohidratos to-tales más fibra) como el 100% de carbohidratos, considerado las características de cada muestra [9]. Finalmente, la curva están-dar se preparó con glucosa en concentración 1 mg/mL.

Cuantificación por hplc: el hidrolizado de cada muestra se colocó en una centrifuga refrigerada (Hermle Z3K23, Germany), bajo las siguientes condiciones; temperatura 8°C, 5000 rpm du-rante 25 minutos. Al sobrenadante obtenido se le determinó el pH (Thermo Scientific Orion Star, usa), y se le añadió lentamente carbonato sódico hasta el cese de burbujeo. La muestra neutra-lizada se sometió a un sistema de microfiltración (mFs, usa) con una membrana (Microfiltration Systems, Dublin) con poros de 22. Los extractos líquidos se analizaron mediante un Cromatógrafo (Pump Model 626, Alltech) acoplado a un detector elsd 800. Se empleó una columna Prevail Carbohydrate ES de 5 µm, 250 X 4.6 mm. La separación isocrática de los azúcares se desarrolló a una temperatura de 30°C, una velocidad de flujo de 1 mL/min, con una fase móvil compuesta por 75% de acetonitrilo grado hplc (Mallinckrodt Chomar) y 25% de agua grado hplc (JT Baker). La caracterización y cuantificación de azúcares simples en cada hi-drolizado, se efectuó mediante la comparación de los tiempos de retención y las áreas de los picos de las muestras, con soluciones patrón de xilosa, arabinosa, glucosa, galactosa y manosa [13].

Análisis estadístico: se usó el paquete estadístico statistica versión 7.0, y se estableció para todos los análisis la significancia de p<0.05. Se realizaron análisis de varianza (anova) y compara-ción múltiple (Tukey y Mann–Whitney U Test).

69

resultados y discusiónComposición fisicoquímicaEn la Tabla 1 se muestran los resultados obtenidos para la carac-terización fisicoquímica, mediante un análisis proximal de los subproductos de cereales de avena, trigo y cebada, expresados en base seca. (Posición Tabla 5A).

Tabla 5A. Composición proximal de los residuos agrícolas de cereales: avena, cebada y trigo

Cascarilla Humedad* Cenizas Proteínas Grasas Fibra cruda cho´s*

Avena 5.94 (0.07)c 3.83 (0.02)c 6.33 (0.03)b 2.08 (0.01)a 25.52 (0.04)b 56.30

Cebada 8.78 (0.05)a 6.76 (0.00)a 5.45 (0.01)b 0.80 (0.01)b 29.11 (0.13)a 49.10

Trigo 7.59 (0.04)a 5.24 (0.01)b 20.24 (0.01)a 1.00 (0.02)b 11.82 (0.00)c 54.14

La letra diferente dentro de la columna indica diferencia significativa de acuerdo al

anova (p 0. 05) y la prueba Tukey (p 0.05). * Obtenido por diferencia.

Los valores obtenidos para fibra cruda (carbohidratos estruc-turales insolubles) presentan diferencia significativa (p<0.05) en-tre las tres muestras, el valor más alto es para cebada con un 29.11%, le sigue avena 25.52% y trigo 11.82%. El alto contenido de fibra en las muestras se debe a que esta se localiza principal-mente en la cascarilla y envolturas del grano (lema, palea y peri-carpio), a la cantidad de celulosa y hemicelulosa presente y a la variación geográfica y falta de humedad durante la etapa de ma-duración del grano, que da a lugar a una menor concentración de componentes fibrosos [14]. Los residuos de cereales analizados presentan diferencias estadísticamente significativas (p<0.05) en el contenido de carbohidratos, siendo la avena la que presenta el valor más alto, alrededor del 56.30%, trigo 54.14% y cebada 49.10%. Los carbohidratos son el mayor constituyente de todos los cereales entre un 50% y 87% [11]. El porcentaje de material total hidrolizable que se puede convertir a azúcares simples apli-cando el tratamiento de hidrólisis ácida es para avena 81.82%, cebada 78.21% y trigo 65.96%, existiendo diferencia significativa (p<0.05) entre las tres muestras.

70

Composición lignocelulósicaDe acuerdo al análisis estadístico los subproductos de cereales presentan diferencia estadística significativa (p<0.05) en la com-posición química de holocelulosa y lignina. Los valores obteni-dos para holocelulosa son avena 81.04%, cebada 79.18% y tri-go 40.69%, estos representan la fracción total de carbohidratos poliméricos, es decir, celulosa más hemicelulosa presentes [15]. Las variaciones se deben a la cantidad de gluma y cascarillas que existen en cada grano, los residuos agrícolas están constituidos por más del 50% de celulosa del total de su biomasa en peso seco [16]. Los resultados obtenidos para avena y cebada se encuen-tran por arriba del 50% y cumplen con el porcentaje citado por el autor. La holocelulosa forma un complejo con uniones químicas que no se separan fácilmente sin modificaciones considerables, es decir aun contienen lignina en su estructura, o perdida de he-micelulosas [15]

Se deduce que la temperatura es demasiado baja para que exista degradación en la lignina, lo cual es un factor limitante en la cuantificación de los porcentajes de holocelulosa durante el tratamiento ácido.

El parámetro de interés es la hemicelulosa que se observa en la figura 1, los resultados obtenidos oscilan alrededor del 15%, la conversión obtenida mediante el tratamiento de hidrólisis áci-da es la siguiente: avena 76.38%, trigo 78.49% y cebada 81.86%. Por tanto, la muestra con mayor porcentaje de conversión de hemicelulosas es la cebada. El contenido de hemicelulosas para residuos de cereales es de 20–30% [17]. En un estudio sobre la cascarilla de arroz se obtuvo 13%, así como la paja de avena con un 16%, lo cual indica que dependiendo de la variedad y tipo de cereal, será el contenido de hemicelulosas que este contenga [18].

71

Fig. 5B. Comportamiento de hemicelulosas en los tratamientos a base de residuos de cereales.

Respecto al uso de hidrólisis ácida se observó una mayor re-moción de la fracción de hemicelulosas del material y por tanto una mayor conversión. La hemicelulosa es más susceptible al ataque con ácidos diluidos que la celulosa o la lignina [19], lo que justifica los resultados encontrados en este estudio. Valores similares de remoción de hemicelulosa (80–85% p/p) fueron ob-tenidos durante la hidrólisis de residuos de maíz con H2SO4 al 5% o HCl 5% [20].

MicroestructuraLos subproductos agrícolas antes y después de aplicar el proceso de hidrólisis ácida fueron evaluados por meb, para comparar su microestructura como se muestra en la fig. 2, (Posición fig. 5C).

Los subproductos sin tratamiento se observan en las micro-grafías (A, C, E), donde en A y C se muestra un filamento fibroso rodeado por la formación de aglomerados proteicos irregulares que se encuentran intercalados en los gránulos de almidón. En las tres micrografías los almidones tienen formas lenticulares y grandes. También puede observarse que la molienda no fue la más adecuada, y que a pesar de haber tamizado las muestras para obtener un tamaño de partícula homogéneo, no se logró el objetivo. En las micrografías (B, D, F) se observan los subpro-

72

ductos después de haber sido sometidos a hidrólisis ácida. Los filamentos fibrosos se muestran dañados como consecuencia de las altas temperaturas y el contacto con el ácido. El tratamiento causó la degradación de la adhesión estricta que existe entre pro-teína–almidón, los cuales le confieren al hidrolizado un aumento en la cantidad de azúcares presentes [11].

Fig. 5C. Micrografías tomadas a una amplitud de 1,500X, A, B avena, C, D cebada y E, F trigo.

Cuantificación de azúcares reductores En todos los tiempos analizados durante la hidrólisis ácida el ANOVA mostró diferencia significativa (p<0.05) para los azúcares liberados y fue confirmado mediante la prueba de comparacio-nes múltiples (Tukey). En la fig. 3, se aprecia el comportamiento de los subproductos agrícolas, en donde la cebada es la que ob-tuvo un mayor porcentaje de conversión a AR de 75.99%, trigo 64.19% y avena 27.18%. La interacción entre la concentración de H2SO4 al 1% y el tiempo tiene un efecto altamente significativo.

La tendencia de las muestras tratadas es el aumento en la liberación de los azúcares conforme transcurre el tiempo de digestión. La concentración del ácido es el factor más influyente en el rendimiento obtenido de los azúcares, mientras que la

73

temperatura lo es en la degradación de estos [21]. La incorporación del ácido en conjunto con la extensión del tiempo de reacción favoreció el tratamiento de hidrólisis al permitir la difusión del ácido a través del sustrato y la transferencia de masas (azúcares) del producto de la hidrólisis hacia el medio acuoso. El tiempo de reacción favorece el ataque del ácido hacia la hemicelulosa dentro de la matriz del sustrato y se generan regiones amorfas que facilitan el proceso de hidrólisis con el paso del tiempo [22],

Fig. 5D. Porcentaje de carbohidratos hidrolizados en subproductos agrícolas

El proceso de hidrólisis ácida del bagazo utilizando H2SO4 al 70%, 50°C y 1 hora de reacción, con la cual obtuvo una con-versión de 87.65% de AR. Realizó una dilución del 30% del áci-do y obtuvo una conversión del 97.5% de AR [22]. A una mayor dilución del ácido aumenta la liberación de AR, esto se explica porque al añadir agua al proceso se favorece la hidrólisis de los oligosacáridos de bajo peso que se forman y también se evita la repolimerización de los mismos, lo que al final se traduce en un mayor rendimiento de la hidrólisis [23]. Un estudio reportó un 74.98% de conversión a AR para la cascarilla de cebada molida

74

[11], mientras que los resultados obtenidos en este análisis fue-ron de 75.99% para la cascarilla de cebada sometidas a las mis-mas condiciones que dicho autor utilizó (H2SO4 al 1% durante 100 minutos a 87°C), las cuales son similares a las obtenidas.

Algunos autores han mostrado que el tamaño de partícula influye en la hidrólisis, se ha reportado que a menor tamaño de partícula el proceso es más eficiente [24]. En un estudio a partir de Eucalipto se realizó una hidrólisis ácida con H2SO4 al 6%, va-riando el tiempo de hidrólisis y obtuvo como rendimiento máxi-mo de AR un 21.87% en muestra molida y 17.61% en muestra desfibrada [25], lo que confirma lo antes mencionado. Un au-mento de sólidos conlleva a una disminución del porcentaje de conversión y esto se explica porque a mayor porcentaje de sóli-dos en un volumen fijo de ácido sulfúrico se dificulta la acción del ácido para penetrar en las fibras [23].

Caracterización de azúcaresPara determinar los azúcares presentes en los subproductos agrí-colas se realizó una comparación de las áreas de los picos obte-nidos en los cromatogramas de los hidrolizados contra las áreas de las soluciones patrón [13]. La fig. 4, corresponde a los mono-sacáridos detectados en avena, cebada y trigo.

Fig. 5E. Cuantificación de monosacáridos de subproductos agrícolas a 180 minutos de hidrólisis ácida.

75

En todas las muestras el anova mostró diferencia significati-va (p<0.05) en los picos de los cromatogramas obtenidos, cuyos tiempos de retención promedio son 7.30, 9.55 y 11.33 minutos, los cuales se pueden asignar a xilosa, arabinosa y manosa, res-pectivamente. La xilosa y la arabinosa fueron los azúcares que se detectaron en mayor concentración con 19.08 g/L y 15.77 g/L, en el residuo de la cebada. La galactosa y glucosa no se detec-taron en ninguno de los tres hidrolizados, y la manosa solo fue detectable con 10.46 g/L. El análisis estadístico mostró que las interacciones entre temperatura, ácido y tiempo mejoraron la li-beración de azúcares a lo largo del experimento.

La xilosa es el monosacárido predominante en la cebada como se observa en el cromatograma de la fig. 5, por tanto es el azúcar que se libera con mayor facilidad debido a la despoli-merazación de la hemicelulosa, junto con arabinoxilanos [25]. El trigo obtuvo arabinosa como azúcar predominante con 14.49 g/L, esto puede justificarse por la estructura que tienen los resi-duos de trigo respecto a las condiciones existentes entre la ligni-na y los arabinoxilanos. Los residuos de trigo presentan hasta un 50% de arabinoxilanos unidos directamente por un enlace tipo éter de susceptibilidad ácida, a la matriz de la lignina sin inter-mediarios lignanos (enlaces tipo éster de susceptibilidad básica). Este aspecto explica la liberación de azúcar durante la hidrólisis, debido al tipo de enlaces se permite la liberación inmediata de los azúcares sencillos en estas condiciones [25]. En un estudio para residuos de trigo se realizó una hidrólisis ácida con las si-guientes condiciones; 0.75% de H2SO4 por 1 hora a 121°C, y se obtuvo una concentración de arabinosa de 20 g/L [26], en este análisis las condiciones utilizadas fueron semejantes, a excep-ción del tiempo de exposición y el tamaño de partícula lo cual pudo haber influido en los resultados de 14.49 g/L. En cuanto a la glucosa es la hexosa presente más comúnmente y en mayor proporción entre los azúcares extraídos durante los tratamien-tos aplicados a residuos lignocelulósicos [27]. La hidrólisis de la glucosa no es esperable en este análisis ya que la celulosa está encapsulada por la hemicelulosa y la lignina, y en este tratamien-

76

to solo la hemicelulosa es susceptible al ataque ácido [25]. A lo largo del análisis se presentan varios picos en tiempos de 3 a 5 minutos para las tres muestras analizadas que corresponden a hidratos de carbono de peso molecular superior (disacáridos, trisacáridos) puesto que aparecen antes [28], (Posición fig. 5F).

Fig. 5F. Cromatograma de subproductos agrícolas de cebada obtenido a los180 minutos de hidrólisis ácida.

conclusiónLa hidrólisis de residuos agrícolas de cereales usando H2SO4 al 1% es un método eficaz para solubilizar polisacáridos presen-tes en forma de hemicelulosas. La eficacia del proceso en térmi-nos de conversión a AR fue de 75.99% para la cebada, que es el subproducto que obtuvo un mayor porcentaje de remoción de hemicelulosas con 81.86%, respecto a la detección por HPLC se encuentra en mayor cantidad xilosa y arabinosa, lo cual indica que es factible obtener azúcares fermentables partir de residuos agrícolas, teniendo como fin incorporarlos como sustratos en procesos biotecnológicos o materia prima en la producción de: bioetanol, alimento para animales y biomasa microbiana.

Se agradece al Fomix–conacyt–Gobierno–Hidalgo, clave: HGO–2010–C01–150905 por el financiamiento.

77

reFerencias1. Servicio de Información Agroalimentaria y Pesquera Agri-

cultura. 2013. Dirección: http://www.siap.gob.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=10&Itemid=15.

2. Farré M. 2008. Gestión y tratamiento de residuos agrícolas, Revista info-agro. Universidad Politécnica de Catalunya.

3. Pejó T. 2010. Bioetanol de paja de trigo: estrategias de integración de las etapas del proceso. Tesis de Doctorado. Universidad Complutense de Madrid.

4. Caparrós-Jiménez S. 2009. Fraccionamiento integral de vegetales no alimentarios para la obtención de pastas celulósicas y subproductos. Tesis de doctorado. Universidad de Huelva.

5. Hendriks T.; Zeeman G. 2009. Pretreatments to enhance the digestibility of lignocellulosic biomass. Rev. Bioresource Technology. 100:10-18.

6. Kumar S.; Singh, S.D.; Mishra I.M.; Adhikari D.K. 2009. Re-cent advances in production of bioetanol from lignocellulo-sic biomass. Chem. Eng. Technol. 32(4):517-526.

7. Kirk R.; Sawyer R. 1996. Composición y análisis de alimentos de Pearson. Segunda edición. Compañía editorial continental SA de CV, México.

8. aoac. 1990. Association of Official Analytical Chemists. 15th edition. Vol. II. Edited by Kenneth Helrich.

9. Cruz-Lugo A. 2007. Correlación del método Kjeldhal con el método de combustión Dumas automatizado para la determinación de proteínas de alimentos. Tesis de Licenciatura. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo.

10. tappi. 1988. Technical Association of the Pulp and Paper In-dustry. Traducción por dmcyp.

11. Rodríguez-García M. 2010. Hidrólisis ácida de polisacáridos presentes en cebada y malta. Tesis de Licenciatura. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo.

12. Miller G. L. 1959. Use Dinitrosalicylic Acid Reagent for Deter-mination of Reducing Sugar. Anal. Chem. 31:426-428.

13. Arenas M.; Marín M.; Castro R.; Sandoval L. 1999.

78

“Determinación por HPLC de los azúcares en los frutos de guayaba (Psidium guajava L.) de una plantación comercial del Municipio Mara”. Rev. Fac. Agron. 12:467-483.

14. Guerra-Rodríguez E.; Portilla-Rivera O.; Jarquín-Enríquez L.; Ramírez J.; Vázquez M. 2012. Acid hydrolysis of wheat straw: A kinetic study. Biomass and bioenergy. 36:346-355.

15. Owen B.; Sosulski F.; Wu K.; Farmer J. 2008. Variation in mineral content of Saskatchewan feed grains. Can J. Anim. Sci. 57(4): 679-687.

16. Guarnizo F.; Martínez Y. 2011. Estudio de la hidrólisis ácida del raquis del banano. Programa de Química. Universidad del Quindío.

17. Chandel A.; Singh O. 2011. Weedy lignocellulosic feedstock and microbial metabolic engineering: advancing the generation of Biofuel. Appl Microbiol Biotechnol. 89:1289-1303.

18. Kumar, S.; Singh, S.; Mishra, I.; Adhikari D. 2009. Recent advances in production of bioethanol from lignocellulosic biomass. Chem. Eng. Technol. 32(4):517- 526.

19. Mussatto S.; Roberto I. 2005. Acid hydrolysis and fermentation of brewer’s spent grain to produce xylitol. J. Sci. Food. Agric. 85:2453-2460.

20. Varga, E.; Szengyel Z.; Réczey, K. 2002. Chemical pretreatments of corn stover for enhancing enzymatic digestibility. Appl. Biochem. Biotech. 98:73-87.

21. Herazo, I.; Ruiz, D.; Arrazola, G. 2009. Bioconversión de xilosa a xilitol por Candida guilliermondii empleando cascarilla de arroz (Oriza sativa). Revista Temas Agrarios. 14(2):32-39.

22. Sarrouh B.; Jover J.; González E. 2005. Estudio de la hidrólisis del bagazo con ácido sulfúrico concentrado utilizando dos variantes de una sola etapa y una sola etapa modificada para la obtención de etanol. Rev. Ingeniería e Investigación. 24 (3):34-38.

23. Gunasekaran P.; Chandra R. 2002. Ethanol fermentation technology. US Patent, N° US5, 562,777, Arkenol, Inc. (Las Vegas, NV).

24. Marcano E.; Padilla A.; Calderón D. 2009. Obtención de

79

azúcares a partir de celulosa Kraft mediante hidrólisis con ácido sulfúrico diluido. Agricultura Andina. 17:33-42.

25. Buranov A.; Mazza G. 2008. Lignin in straw of herbaceous crops. Industrial Crops and Products. 28:237-259.

26. Pezoa-Conte M. 2010. Estudio de pretratamiento con ácido diluido y líquidos iónicos en residuos agrícolas para la producción de bioetanol de segunda generación. Tesis de maestría. Universidad de Chile.

27. Lu Y.; Moriser N. 2008. Kinetic modeling analysis of maleic acid-catalized hemicellulose hydrolysis in corn stover. Biotechnol Bioeng. 101:1170-1181.

28. Gómez-Tovar F. 2008. Métodos secuenciales de pretratamiento químico y enzimático de residuos agrícolas para la producción de metano. Tesis de maestría. Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica A.C.

80

eVaLUación Física De Diez VarieDaDes De ceBaDa Para La PrODUcción De MaLtas

De acUerDO a La nOrMa nMX–FF–043–scFi–2003

Barrera–Hernández Ma,1, Guzmán–Ortiz F.A.,1,2 Roldán–Rojas, J.H., 1 Román–Gutiérrez, A. D.1*

1Área Académica de Químicas, Universidad Autónoma del Esta-do de Hidalgo, Ciudad del Conocimiento, Carretera Pachuca–Tu-lancingo Km. 4.5. S/n Col. Carboneras, Mineral de la Reforma, Hidalgo, CP 42184,2 Investigador de Cátedras conacyt en1. Co-rreo elctrónico: aroman@uaeh.edu.mx

resumenEl cereal de mayor producción e importancia en el Estado de Hidal-go es la cebada, la cual es empleada en la elaboración de bebidas a base de malta como la cerveza y otra proporción se destina para la alimentación animal. Los agricultores prefieren este cultivo a otros granos debido a que su ciclo vegetativo es corto. La calidad de las cebadas cosechadas por temporal en la región centro del país está fuertemente influenciada por los factores climáticos, de sus carac-terísticas depende la calidad de la malta que se produzca. Se evaluó la calidad de diferentes variedades de cebada (Hordeum sativum jess) de los estados de Hidalgo y Tlaxcala producidas en diferentes ciclos agrícolas. Los resultados mostraron que las diez variedades presentaron un olor y color característico del grano en condiciones favorables, la temperatura del grano no presentó variación mayor a 5ºC. Las variedades GEZ 2007, EAP 2007 y GLP 2008 se encuen-tran dentro del límite de impurezas marcado por la Norma NMX–FF–043–SCFI–2003. EA 2008, mostró la menor cantidad de peso mil granos (36.2 g), GLP 2008 fue la variedad más alta (50.6 g). EA 2007 presentó mayor resistencia a la abrasión y menor pérdida de peso, EAP 2007 mostró un comportamiento contrario. Las va-riedades que se encuentran dentro del límite permisible de granos dañados de acuerdo a la norma mencionada anteriormente fueron:

81

ACH 2008 (1.9%), ALP 2008 (2.0%), GLP 2008 (4.5%) y GA 2007 (8.5%). Ninguna de las variedades de cebada analizadas cumplen con los tres parámetros establecidos por la norma, sin embargo la variedad GEZ 2007 y EAP 2007 podrían adquirir el grado México.

Palabras clave. Calidad, cebada, dureza, densidad.

introducción Los cereales proceden de las formas silvestres de ciertas gramí-neas. Son plantas monocotiledóneas cuyo cotiledón, localizado en el germen del grano es denominado botánicamente como es-cutelo o escudo [1].

En el mundo solo el 5% de los alimentos básicos amiláceos se obtienen de raíces mientras que el resto es obtenido de cereales. Los granos de cereales contienen del 60 al 70% de almidón y son alimentos excelentemente ricos en energía para los humanos [2]. Dentro del grupo de cereales, la cebada es el nombre común de las especies de un género de gramíneas originario de Asia y Etiopía, es una de las plantas agrícolas más antiguas. Su cultivo se cita en la Biblia, y lo practicaban ya las antiguas civilizaciones egipcia, griega, romana y china. [3].

La cebada ocupa el cuarto lugar en la producción mundial después del trigo, arroz y maíz. Este cereal es menos utilizado en términos de consumo humano [4], aunque cada vez está ganan-do un interés renovado para su utilización alimenticia debido a su efecto hipocolesterolémico y a otras características alimenticias y funcionales deseables [5]. Contiene B–glucanos, tocoferol, y toco-trienoles [5–7], que se cree son los componentes responsables de la reducción del colesterol [8]. Al consumo de cebada también se le ha atribuido los efectos hipoglicémicos y anticarcinogenicos [7]. Aproximadamente el 90% de la cebada crecida se utiliza en la pro-ducción de la bebida alcohólica y como alimentación del ganado. Los niveles bajos de aceptación y consumo de la cebada de los seres humanos se relacionan con la cultura y el estado social [5].

En México la cebada es un cultivo de gran importancia eco-nómica y social principalmente en los estados de Guanajuato,

82

Hidalgo, Tlaxcala y México [9]. Donde los dos primeros estados son los dos principales productores de cebada en grano de tem-poral, proporcionando más de la mitad de la producción total nacional . La cebada es una gramínea anual, es decir puede sem-brarse en otoño o en primavera, debido a que sus requerimientos de suelo, agua y temperatura son mínimos. Se conocen muchas variedades botánicas de cebada a las que se les ha dado el nom-bre científico de Hordeum vulgare. En realidad, todas las formas de cebada cultivadas, la silvestre Hordeum spontaneum y las ma-las hierbas/silvestres H. agriocrithon, H. lagunculiforme y H. pa-radoxon son variedades infértiles de la especie denominada H. Vulgare [2].

La cariópside o grano maduro de los cereales está compuesta de carbohidratos, compuestos nitrogenados, lípidos, vitaminas y sales minerales. El contenido de humedad de la cebada puede variar de 10 a 14% [10]. La composición química del grano de cebada en porcentaje de base seca se muestra en la Tabla 1, (Po-sición Tabla 6A).

Tabla 6A. Composición química del grano de cebada (%) [2].

Hidratos de carbono• Almidón• Azúcares• FibrabrutaProteínaMateria inorgánicaLípidosOtras sustancias

72.8–82.850.0–63.01.8–2.05.0–6.07.5–15.62.0–3.11.1–3.11.0–2.0

Con relación a las condiciones de cultivo de la cebada, los factores ambientales y las prácticas culturales influyen en la tasa de formación de la espiga, también afectan la duración de las fases de desarrollo de cada cultivar [11]. El tiempo transcurrido desde la siembra hasta la emergencia de la primera hoja al nivel del suelo depende del vigor de la semilla y de los factores del me-

83

dio físico como son temperatura, humedad, textura y estructura del suelo, y la profundidad de la siembra.

Las temperaturas idóneas de cultivo en este cereal, para las variedades de primavera, se estiman dentro de un rango com-prendido desde los 28 ºC hasta un máximo de 40 ºC, a diferencia de aquellas seleccionadas para la época invernal en las que la temperatura óptima se encontrará entre los 15 ºC y 25 ºC.

Los requerimientos de agua de la planta de primavera se ubican aproximadamente en 600 mm de agua. En lugares con insuficiencia de precipitación pluvial o épocas de temperatura desfavorables [12].

materiales y métodosSe utilizaron como muestras de estudio diez variedades de cebada (Hordeum sativum jess) que fueron recolectadas en los estados de Hidalgo y Puebla. Las variedades analizadas se muestran en la Tabla 6B.

Tabla 6B. Variedades de cebada hordeum sativum jess

origen

Variedad Año Municipio Estado Código

Gabyota 2007 E. Zapata Hidalgo GEZ 2007

Gabyota 2007 Almoloya Hidalgo GA 2007

Esmeralda 2007 Apan Hidalgo EAP 2007

Esmeralda 2007 Almoloya Hidalgo EA 2007

Esmeralda 2008 Libres Puebla ELP 2008

Gabyota 2008 Libres Puebla GLP 2008

Adabella 2008 Libres Puebla ALP 2008

Adabella 2008 Coatlaco Hidalgo ACH 2008

Gabyota 2008 Tecocomulco Hidalgo GTH 2008

Esmeralda 2008 Almoloya Hidalgo EA 2008

84

muestreoPara llevar a cabo el análisis se realizó un muestreo aleatorio simple en cada saco de cebada de tal manera que todos los ele-mentos de la población tuvieran la misma probabilidad de ser seleccionados. La muestra fue tomada en diferentes puntos del saco a tres niveles (fondo, enmedio y arriba), obteniendo aproxi-madamente 100 g de cada punto hasta obtener una muestra re-presentativa de 1 kg, con lo cual se trabajó directamente para el análisis físico. Las determinaciones del análisis físico se realiza-ron por triplicado.

análisis FísicoSensorial y temperaturaSe tomó una muestra representativa de 1 kg de cada muestra y se colocó en una bolsa de plástico. Se efectuó una inspección visual sin abrir la bolsa para detectar alteraciones o defectos eviden-tes. Posteriormente se analizó si el aspecto inicial del grano era aceptable, para esto se agitó la muestra durante un min aproxi-madamente y se abrió la bolsa para percibir el olor. Si se encuen-tra alguna alteración como hongos o infestación de insectos, se omitirá la detección del olor [13].

La evaluación sensorial del grano se realizó examinando color. Aquellos granos que presenten un color amarillo claro y

aquellos que no presenten manchas negras o de otro tipo se con-siderarán que presentan un color típico [14].

Impurezas y anidadUna vez homogenizado el grano, se tomó 1 kg de cada muestra para el análisis de impurezas y sanidad. Se realizó una separa-ción manual de las impurezas encontradas. Después se registró el peso total de impurezas y se reportado en porcentaje [13].

La determinación de sanidad consiste en identificar la pre-sencia de insectos en sus fases de huevecillos, larva, pupa o adul-to, así como su identidad. Se consideró infestado el grano si se encuentran 2 o más gorgojos (insectos perforadores) vivos en 1 kg de grano [14].

85

Densidad por peso de mil granosDe la muestra limpia se tomaron al azar 50 piezas de grano. Las piezas fueron colocadas en un vaso de precipitado previamente pesado. Se registró el peso y por diferencia se calculó el peso de las piezas de grano. El peso correspondiente a las 50 piezas se multiplicará por 20. El resultado se expresará en gramos [14].

DurezaLa dureza del grano es la resistencia que posee a la acción me-cánica o al quebrado durante la cosecha y la postcosecha, dicha propiedad intrínseca se determinó de acuerdo con el siguiente método:

Dureza por abrasiónEste parámetro se determinó por resistencia a la abrasión. Fue-ron tomadas 10 piezas de la muestra, se pesaron y tallaron 5 veces cada uno de los granos sobre tiras de lija No 100 x 23 cm, tratando de aplicar la misma fuerza y asegurándose de recorrer-los en toda la longitud. Al final se pesaron los residuos no desgas-tados de los granos y será reportado el porcentaje de pérdida por abrasión calculado por diferencia [14].

Análisis selectivoSe tomaron 100 g del grano limpio y fueron separadas las frac-ciones, apartando los granos para revisarlos. Los daños que se consideraron son los indicados en la NMX–FF–043–SCFI–2003 [13]. Los resultados se expresarán en porcentaje de granos daña-dos y porcentaje de granos quebrados.

resultados Sensorial y temperaturaEn la Tabla 3 se muestran los resultados del análisis sensorial y temperatura de las diez variedades de cebada estudiadas. La ausencia de alteraciones de olor y color de los granos es una se-ñal de que no existe contaminación por hongos o insectos [2]. Las diez variedades presentaron un olor y color característico del

86

grano de cebada en buenas condiciones. Respecto a la tempera-tura del grano ninguna variedad presentó una variación mayor a 5 ºC [14], por lo que todas las variedades se encuentran dentro de la norma, (Posición Tabla 6C).

Tabla 6 C. Análisis físicos del grano de cebada (desviación estándar)

Variedad Región Color Olor Temp.

ambiente

Temp. del

grano (0C)

Gabyota E. Zapata Característico Característico 20.5 19.4 (0.5)

Gabyota Almoloya Característico Característico 21 21(0)

Esmeralda Apan Característico Característico 19.5 17.6 (0.5)

Esmeralda Almoloya Característico Característico 21.9 20.8 (0.4)

Esmeralda Libres Característico Característico 21 21 (0)

Gabyota Libres Característico Característico 21 21 (0)

Adabella Libres Característico Característico 21 20.2 (0.4)

Adabella Coatlaco Característico Característico 21 20.4 (0.5)

Gabyota Tecoco-

mulco

Característico Característico 20 18.1 (0.2)

Esmeralda Almoloya Característico Característico 20.5 20.2 (0.4)

Imurezas y sanidadLa determinación de impurezas y sanidad es de gran importancia debido a que está relacionada con el rendimiento de productos, así mismo, entre más impurezas contenga una variedad su costo comercial será menor. En la Tabla 4 se muestra el porcentaje de impurezas de cada una de las variedades analizadas,

Tabla 6D. Determinación de impurezas y sanidad

Variedad Estado Código Año Impure-zas (%)

Gabyota Hidalgo Gez 2007 2007 1

87

Gabyota Hidalgo Ga 2007 2007 5

Esmeralda Hidalgo Eap 2007 2007 1.5

Esmeralda Hidalgo Ea 2007 2007 3

Esmeralda Puebla Elp 2008 2008 2.5

Gabyota Puebla Glp 2008 2008 1

Adabella Puebla Alp 2008 2008 8

Adabella Hidalgo Ach 2008 2008 11

Gabyota Hidalgo Gth 2008 2008 4.5

Esmeralda Hidalgo Ea 2008 2008 7

La norma NMX–FF–043–SCFI–2003 establece como límite máximo de impurezas 2%, por lo tanto las variedades que se en-cuentran dentro del límite son GEZ 2007 (1%), EAP 2007 (1.5%) y GLP 2008 (1%). Por lo tanto dichas variedades tendrán un valor comercial más elevado respecto a las demás. Las variedades ELP 2008 (2.5%) y EA 2007 (3%) poseen un contenido mínimo por arriba del límite permitido, por lo que el costo de estas dos varie-dades debería ser similar y menor que GEZ 2007 (1%), EAP 2007 (1.5%) y GLP 2008 (1%). Mientras que la variedad que presentó mayor porcentaje de impurezas fue ACH 2008 (11%) por lo que su costo sería mucho menor respecto a las variedades restantes.

DensidadLa determinación de densidad del grano se realizó por el método peso de mil granos (Tabla 6E),

Tabla 6E. densidad del grano de cebada

Variedad Código Peso mil granos (G)

Gabyota Gez 2007 42.8 (0.00)

Gabyota Ga 2007 46.4(0.07)

Esmeralda Eap 2007 37.5(0.08)

Esmeralda Ea 2007 37.0 (0.09)

Esmeralda Elp 2008 38.4(0.05)

88

Gabyota Glp 2008 50.6(0.09)

Adabella Alp 2008 43.2(0.06)

Adabella Ach 2008 38.0(0.06)

Gabyota Gth 2008 39.2(0.01)

Esmeralda Ea 2008 36.2 (0.15)

El peso de mil granos es un indicador del tamaño del grano. El peso de mil granos en la cebada suele variar de 20–50 g [15]. En las diez variedades analizadas los valores de peso de mil gra-nos oscilan entre 36.2–50.6 g.

La variedad que presentó el menor peso de mil granos fue EA 2008 (36.2 g), mientras que GLP 2008 (50.6 g) mostró el mayor peso, lo cual significa que ésta última variedad tiene los granos más grandes respecto a las otras variedades analizadas. Por lo tanto a mayor peso de mil granos hay mayor tamaño de grano y mayor rendimiento.

Dureza La dureza del grano es la resistencia que posee a la acción me-cánica o al quebrado durante la cosecha y la postcosecha. En la Tabla 6 se muestran los resultados de la determinación de dureza por abrasión. Los valores se encuentran en un rango de 0.5–9.5% en pérdida de peso. Las variedades presentaron valores distintos. La variedad que presentó mayor resistencia a la abrasión fue EA 2007, por lo que tiene mayor dureza y menor pérdida de peso, mientras que la variedad que perdió más peso fue EAP 2007,

Tabla 6F. Dureza del grano de cebada

Variedad Código % Pérdida de peso

Gabyota GEZ 2007 2.9

Gabyota GA 2007 3.5

Esmeralda EAP 2007 9.5

Esmeralda EA 2007 0.5

Esmeralda ELP 2008 2.5

89

Gabyota GLP 2008 6.9

Adabella ALP 2008 5

Adabella ACH 2008 5.5

Gabyota GTH 2008 5.5

Esmeralda EA 2008 3.8

Análisis selectivoDentro del análisis selectivo se determina la cantidad de granos dañados (Tabla 7). El porcentaje obtenido es de gran importan-cia ya que podría representar un menor rendimiento en la mo-lienda y obtener menos cantidad de harina (Serna, 2001), (Posi-ción Tabla 6G).

tabla 6g. Análisis selectivo del grano de cebada

Variedad Código Granos Daña-dos (%)

Granos Que-brados (%)

Gabyota Gez 2007 10.5 1.9

Gabyota Ga 2007 8.5 7.7

Esmeralda Eap 2007 17 1.7

Esmeralda Ea 2007 17.7 2.0

Esmeralda Elp 2008 33.5 4.5

Gabyota Glp 2008 4.5 7.5

Adabella Alp 2008 2.0 5.5

Adabella Ach 2008 1.9 5.7

Gabyota Gth 2008 21.5 1.9

Esmeralda Ea 2008 15.8 10

La norma NMX–FF–043–SCFI–2003 establece 10% como máximo de granos dañados. Los valores de las diez variedades de cebada analizadas oscilan entre 1.9–33.5%. Las variedades que presentaron mayor porcentaje al establecido por la norma fueron: ELP 2008 (33.5), GTH 2008 (21.5), EA 2007 (17.7), EAP 2007 (17), EA 2008 (15.8) y GEZ 2007 (10.5). Las variedades que

90

se encuentran dentro del límite permisible de granos dañados de acuerdo a la norma mencionada anteriormente fueron: ACH 2008 (1.9), ALP 2008 (2.0), GLP 2008 (4.5) y GA 2007 (8.5). Los granos dañados pueden ser resultado de la falta de condiciones adecuadas durante la maduración de la espiga, falta de agua o nutrientes durante las épocas críticas de crecimiento, estrés tér-mico, enfermedad y otros aspectos [16].

En cuanto a los granos desnudos y quebrados la NMX–FF–043–SCFI–2003 establece como máximo de granos quebrados 5%. Los valores de granos quebrados oscilan entre 1.7–10%. Las variedades que sobrepasan el porcentaje máximo son: EA 2008 (10), GA 2007 (7.7), GLP 2008 (7.5), ACH 2008 (5.7) y ALP 2008 (5.5). Las variedades que cumplen con el porcentaje máximo de granos desnudos y quebrados son: EAP 2007 (1.7), GEZ 2007 (1.9), GTH 2008 (1.9), EA 2007 (2.0) y ELP 2008 (4.5).

conclusionesLas determinaciones realizadas muestran que de acuerdo a la norma NMX–FF–043–SCFI–2003 ninguna de las variedades de cebada analizadas cumplen con los tres parámetros establecidos por dicha norma, sin embargo la variedad GEZ 2007 y EAP 2007 podrían adquirir el grado México si se tiene más cuidado durante su cosecha o almacenamiento ya que se obtuvo un porcentaje un poco mayor al establecido de granos dañados, en cuanto a porcentaje de impurezas y granos desnudos se encuentran den-tro del límite permisible. El resto de las variedades tienen grado México no clasificado ya que sobrepasan el límite máximo de los parámetros establecidos por la NMX–FF–043–SCFI–2003, pero aun así pueden ser utilizadas para consumo humano siempre que haya un acuerdo entre las partes involucradas pero su valor comercial será menor a las que si cumplen con el grado México.

91

reFerencias1. Harol E; Ronald, S. 1987. Análisis químico de alimentos. Pear-

son. Continental S.A de C.V. México.2. Dendy D. A. V.; Dobraszczyk B. J. 2004. “Cereales y productos

derivados, Química y tecnología”. Acribia: Zaragoza, España.3. Dupachak K. 2000. Ministerio de Agricultura. Alimentación

de Manitoba. University Crescent. Winnipeg, Manitoba. Ca-nada.

4. Bhatty R. S. 1993. “Nonmalting uses of barley” in: Barley Chemistry and Technology. Cereal Chemistry. A. W. Mac-gregor and R. S. Bhatty, Eds.

5. Newman R. K.; Newman, C. W. 1991. “Barley as a food grain”. Cereal Foods World. 36:800-805.

6. Wang L.; Xue, Q.; Newman, R. K.; Newman, C. W. 1993. En-richment of tocopherols, tocotrienols and oil barley in frac-tions by milling and pearling. Cereal Chemistry. 70:499-501.

7. Bhatty, R. S. 1999. Potential of hull-less barley. Cereal Chemis-try. 76:589-599.

8. Newman, R. K.; Newman, C. W.; Graham, H. 1989. The Hy-pocholesterolemic function of barley b-glucans. Cereal Foods World. 34:883-886.

9. SAGARPA. 2008. Secretaría de Agricultura, ganadería, desar-rollo rural, pesca y alimentación. Delegación Hidalgo. http://www.siap.sagarpa.gob.mx.

10. Callejo, G. M. 2002. Industrias de cereales y derivados. Mun-di Prensa:Madrid.

11. Halloran G. M.; Pennell, A. L. 1982. Duration and rate of de-velopment phases in wheat in two environments. Ann. Bot. 49:115-121.

12. Terroba, O. 1994. Claridades Agropecuarias· Acerca. No 13, septiembre. México, D. F.

13. Norma Mexicana NMX-FF-043-SCFI-2003. Productos alimenticios no industrializados para consumo humano-cereal-cebada maltera (Hordeum vulgare L. y Hordeum distichum L.). Especificaciones y mètodos de prueba.

14. Camacho, R. N.; Dìaz, G. M.; Santillo, H. M.; Velásquez M. O.

92

2001. “Productos de cereales y leguminosas”, en; Manual de prácticas. Facultad de Química. unam. México, D.F.

15. Tscheuschner, H. D. 2001. Fundamentos de tecnología de los alimentos, 2001. Editorial Acribia. Zaragoza, España.

16. Serna- Saldivar, S. R. O. 2001. Química, almacenamiento e industrialización de los cereales. AGT Editor. México, D.F.

93

PrODUcción De hiDróGenO POr MétODOs BiOLóGicOs: reVisión

Pineda Muñoz F., Lizardi Jiménez M. A., Arana Cuenca A., Medina Moreno S. A. y Jiménez

González A.

Universidad Politécnica de Pachuca, Ex– Hacienda de Santa Bár-bara, Municipio de Zempoala, Departamento de Ingeniería en Biotecnología. Laboratorio de Biotecnología Ambiental. Correo electrónico: ajimenez@upp.edu.mx

resumenEn la actualidad, la economía y el abastecimiento energético, depen-den en gran medida de los combustibles fósiles, lo que ha ocasionado el consumo excesivo y agotamiento acelerado de estos recursos no renovables (Show et al., 2012). Además el hecho de que existan re-servas limitadas y una distribución desigual de estas en el mundo ha provocado conflictos económicos y diplomáticos (Jung et al., 2010).

El uso y abuso de los combustibles fósiles (en forma líquida, sólida o gaseosa) ha causado la contaminación de suelo, aire y agua generando cantidades importante de emisiones de dióxido de carbo-no (CO2), este compuesto se consideran uno de los principales res-ponsables del calentamiento global y del cambio climático (Kapdan & Kargi, 2006, Vázquez & Varaldo, 2009, Show et al., 2012).

Los biocombustibles son una alternativa, pues son compues-tos que pueden disminuir la dependencia de los combustibles fó-siles. El gas hidrógeno (H2) es un biocombustible (Ferreira et al, 2012), el cual puede almacenarse para su posterior uso, además, los sistemas que funcionan a partir de H2 son limpios ya que su combustión produce principalmente vapor de agua como residuo (García et al., 2012), no produce emisiones de CO2 a la atmósfera (Jayasinghearachchiet al., 2012).

De los métodos biológicos para producir H2, la fermentación oscura (FO) de un sustrato orgánico ha recibido atención creciente en los últimos años, una de las razones es que se realiza a tem-

94

peratura ambiente y presión atmosférica (Wang et al., 2012), por lo que no necesita una aportación energética para alcanzar estas condiciones. Este método se caracteriza por poseer una tasa de ge-neración de H2 alta (alrededor de 100 veces más que con procesos fotosintéticos), genera H2 de forma continua a una tasa sostenida (no depende de la energía de la luz), produce metabolitos de inte-rés comercial (ácidos y disolventes orgánicos), es capaz de emplear residuos orgánicos como sustrato en condiciones no estériles (Váz-quez y Varaldo, 2009) lo cual implica una reducción en el costo de la materia prima y el aprovechamiento de un desecho orgánico. Además el agua producida puede utilizarse para la irrigación en la agricultura y los componentes con nitrógeno y fósforo pueden utili-zarse en la industria de los fertilizantes (Narasu y Urbaniec, 2013).

Palabras clave: Producción de hidrógeno, fermentación, diges-tión anaerobia.

introducciónExisten diferentes métodos convencionales en la producción de hidrógeno, la mayoría de estos se obtiene mediante procesos ter-moquímicos a temperaturas elevadas 200–3000 °C, Entre estos mé-todos se encuentra el reformado con vapor, la oxidación parcial, el reformado autotérmico y la conversión gas–agua. Estos métodos se caracterizan por transformar combustibles como la gasolina, hidrocarburos, amonio, metanol o etanol en sustancias gaseosas ricas en H2 sin embargo producen una gran cantidad de monóxido de carbono (CO). Además el H2 se obtiene a partir de gas natural, aceites pesados–nafta, carbón y electrólisis del agua con el 40%, 30%, 18% y 4% respectivamente (Das y Veziroglu, 2008). El refor-mado con vapor es actualmente el método más utilizado, por ser el más económico, el proceso consta de dos etapas, en la primera, la materia prima (previamente desulfurizada) ingresa a un vapo-rizador (700–830 °C, 3.5 MPa. Fernandes et al., 2010). Posterior-mente los productos son enfriados a 360 °C y la concentración de CO2 disminuye a un 0.2–0.3% del volumen, el CO2 remanente es lavado mediante la absorción de etanolamidas. La desventaja del

95

método es la producción de cerca de 7.05 kg de CO2 por 1 kg de H2 producido. Además existen métodos como la pirólisis, co–pirólisis (500–900 °C y 0.1–0.5 MPa) y la electrólisis alcalina, el intercambio de protón, celdas de electrólisis con óxidos sólidos, el cracking ter-moquímico del agua y la fotoelectrólisis. (Bičαková y Straka, 2012).

Producción biológica de hidrógeno (pbh)El H2 se produce biológicamente mediante diferentes rutas me-tabólicas, las cuales se agruparse a grandes rasgos en dos grupos, los dependientes de la luz y los independientes de ella. Los pro-cesos dependientes incluyen la fotólisis directa, indirecta y foto-fermentación mientras que en los independientes, básicamente es la fermentación oscura (Show et al., 2012). Los principales métodos para la PBH son la biofotólisis (directa e indirecta), la conversión biológica de agua a gas, fotofermentación, fermenta-ción oscura, celdas de electrólisis microbiana y los métodos con múlti–etapas integradas. A continuación se presentan cada una.

Biofotólisis (directa e indirecta)La biofotólisis directa utiliza los sistemas fotosintéticos de las mi-croalgas y cianobacterias para la transformación de la energía solar en energía química, ocupada para la ruptura de moléculas de agua y la generación de H2 [2H2O + Energía solar a 2H2 + O2]. En condiciones anaerobias, algunos microorganismos liberan el exceso de electrones transfiriéndolos a dos grupos de enzimas (hidrogenasas y nitrogenasas), las cuales convierten los iones de hidrógeno (H+) en H2, la desventaja de este método es la sensibi-lidad de las hidrogenasas a la presencia de oxigeno (O2) y la baja eficiencia de producción (5–15%) además de la necesidad de su-perficies significativamente amplias para recolectar la luz. Debido a lo anterior, investigadores buscan identificar o crear microorga-nismos menos sensibles a la presencia de oxígeno, separar los ci-clos de O2 e H2 y cambiar la relación de fotosíntesis a respiración para prevenir la acumulación de O2. Por otro lado la biofotólisis indirecta, es un método donde inicialmente se produce bioma-sa mediante fotosíntesis (algas verdes) bajo condiciones anaero-

96

bias y limitantes de azufre, después sucede una fermentación con un rendimiento de 4 y 2 moles de H2 y acetato respectivamente, por mol de glucosa (los moles de acetato se emplean para pro-ducir H2). Las ecuaciones son [6CO2 + 6H2O + Energía solar à C6H12O6+ 6O2] posteriormente [C6H12O6 + 6H2O + energía solar à 12H2 + 6CO2] (Bičáková y Straka, 2012, Show et al., 2012).

FotofermentaciónEn este proceso, los microorganismos fermentativos capturan energía directamente de la luz solar y utilizan componentes re-ducidos (ácidos orgánicos), que funcionan como donador de electrones, para llevar a cabo una fotosíntesis anaerobia. Las bacterias desprenden H2 molecular mediante la acción de nitro-genasas, que en ausencia de nitrógeno, reducen a los protones en H2. La reacción completa es [C6H12O6 + 6H2O + energía lumino-sa à 12H2 + 6CO2]. Teóricamente se han alcanzado rendimientos de 4 y 6 moles de H2 por mol de sustrato consumido (ácidos grasos como acetato y malato) (Patel et al., 2012).

Celdas de electrólisis microbiana (cem)Combina el metabolismo bacteriano y la electroquímica para producir H2. Las bacterias se fijan a un ánodo, donde oxidan componentes orgánicos simples y transfieren los electrones a un conductor sólido.

Mediante un circuito eléctrico externo, los electrones son conducidos hasta alcanzar al cátodo, donde reaccionan con agua para producir H2, el cual se desprende del compartimiento del cátodo. Es necesario un abastecimiento de energía para propor-cionar el voltaje necesario para conducir a los electrones al cáto-do y que estos tengan la energía necesaria para reducir al agua en H2. Ya que el potencial estándar del donador de electrones (E°acetato=–0.28 V) es más positivo que el del H2 (E°H2=–0.41 V), el voltaje necesario para la producción de H2 es de~0.13 V, el cual es 9 veces menor que el voltaje requerido para la electrólisis del agua (Lee et al., 2010). El rendimiento de este método es bajo y existen pérdidas de energía durante varias partes del proceso,

97

además es necesario incrementar la tasa de producción de H2, la máxima reportada es de 0.13 L H2/L h, la cual se considera baja si se compara con las obtenidas en la fermentación oscura de 7.9 L H2/L h. (Bičaková y Straka, 2012).

Métodos con multi–etapas integradasSe han propuesto procesos múlti–etapas, los cuales incluyen 3 o hasta 4 procesos distintos, con el propósito de maximizar la pro-ducción de H2. Normalmente se propone iniciar con la fotólisis di-recta, seguida de una etapa de fotofermentación, la tercera etapa propuesta es la fermentación oscura donde las bacterias convierten el sustrato en H2 y ácidos orgánicos. La cuarta etapa es el uso de mec. mec utiliza los ácidos orgánicos producidos en la fermentación oscura. La integración de múltiples procesos representa un gran de-safío para la ingeniería de reactores, el diseño del sistema, el control del proceso, la operación y el mantenimiento (Show et al., 2011).

Producción de hidrógeno por vía fermentativa (pfh)La obtención de hidrógeno por métodos fermentativos, se en-cuentra inmersa en el proceso de digestión anaerobia, en este proceso la degradación de la materia orgánica se realiza en am-bientes anaerobios por un consorcio microbiano, esto implica la cooperación de poblaciones de microorganismos que generan una fermentación estable y autorregulada. Es un proceso anae-robio mediante el cual casi cualquier residuo orgánico puede ser transformado biológicamente en biogás y en compuestos orgánicos ricos en energía como productos finales (Khalid et al., 2011). El proceso se lleva acabo en diferentes etapas, en la primera etapa, las bacterias hidrolíticas generan monómeros de carbohidratos y aminoácidos a partir de los sustratos complejos como polímeros de proteína y polisacáridos. Posteriormente las bacterias fermentativas generan los ácidos orgánicos, H2 y CO2 a partir de los monómeros generados. En este punto el H2 y el ace-tato puede ser consumido y/o producido por varios grupos de mi-croorganismos. El acetato es generado en la acetogénesis a partir de la reducción de CO2 y H2 por acetógenos autotróficos por la

98

vía Wood–Ljungdahl (Homoacetogénesis). Finalmente, para una degradación completa de la materia orgánica, se consumenlos ácidos orgánicos e H2 por metanógenosacetoclásticos/hidroge-notróficos produciendo CH4 y CO2. Cuando están presentes el azufre y/o nitrato, las bacterias reductoras de azufre o de nitrato son capaces de utilizar al H2 como donador de electrones, pro-duciendo sulfuros y amonio respectivamente (Valdez y Varaldo, 2009). El esquema general del proceso se muestra en la fig. 1.

En el proceso de digestión anaerobia, se observa que el H2 es un intermediario clave, consumido principalmente por me-tanógenos, sulfato y nitrato reductores, y homoacetógenos. La concentración de H2 y la actividad de los microorganismos con-sumidores de H2 regulan las rutas fermentativas. Dado al rápido consumo del H2, la concentración es usualmente muy baja y por lo tanto se establece un tipo de consumidor de H2 que depende principalmente del inoculo, la concentración de H2, fuente de carbono, solubilidad del aceptor de electrones y la capacidad de utilizar concentraciones traza de H2. (Valdez y Varaldo 2009).

Fig. 7A. Rol del H2 en la degradación anaerobia de materia orgánica por un consorcio microbiano. (Vázquez y Varaldo 2009).

99

Cuando el interés es la producción de H2 será necesario inhibir la actividad de los microorganismos consumidores de H2, favoreciendo o enriqueciendo en el inoculo a los microorganismos productores de H2. Por lo tanto no se lleva a cabo una fermentación completa a la cual se le denomina como fermentación oscura.

Fermentación oscuraLa fermentación oscura (FO) es un proceso en el que los carbohi-dratos son convertidos, en H2, CO2 y subproductos metabólicos como etanol y ácidos orgánicos. El proceso se lleva acabo en con-diciones suaves a temperaturas relativamente bajas (30–80°C), en condiciones anaerobias (Patel et al., 2012, Bičáková y Straka, 2012, Narasu y Urbaniec, 2013). La FO se diferencia de los otros métodos para la PBH en que utiliza sustratos orgánicos como única fuente de energía y de electrones, incluso puede utilizar sustratos orgánicos en formas complejas (Celulosa, residuos de comida, de papel o municipales). Finalmente la operación de di-chos sistemas se considera simple en la construcción y presenta bajas demandas energéticas. (Lee et al., 2010, Oh et al., 2011).

El H2 es un componente clave en el metabolismo de varios anaerobios y de algunos aerobios. Los microorganismos tienen la capacidad de usar esta molécula rica en energía cuando se encuentra disponible en el ambiente y obtiene electrones de su oxidación para generar energía. En la ausencia de aceptores de electrones externos, algunos microorganismos disponen del ex-ceso de electrones generados durante el metabolismo al reducir protones a H2. Depende principalmente de dos enzimas: las hi-drogenasas y las nitrogenasas. Estas enzimas catalizan la reac-ción química [2H+ + 2e – ↔H2] (Patel et al., 2012, Hallenbeck, 2009).

Rutas metabólicas de la fermentación oscura para la producción de hidrógenoActualmente, se conocen tres rutas bioquímicas que generan H2 en la fermentación oscura, dos suceden en microorganismos anaerobios estrictos donde el género de Clostridium es un buen

100

ejemplo y la tercera en microorganismos anaerobios facultativos principalmente del género de Escherichiacoli y Enterobacteriaceae.

Fig. 7B. Diagrama de las rutas metabólicas para la producción fermentativa de H2 (Oh et al., 2011).

Las abreviaciones significan lo siguiente: AC, acetato; ACCO, acetil–CoA; ACK, Acetato cinasa; ALD, Alcohol deshidrogenasa; ETH,Etanol; Fdox, Ferredoxina oxidada; Fdred, Ferredoxina re-ducida; FHL, Formiato: hidrógeno liasa; FOR, Formiato; GLC, Glucosa; G3P, Gliceraldehído–3–fosfato; G6P, Glucosa–6–fosfato; HydA, Hidrogenasa dependiente de ferredoxina; LAC, Lactato; LDH, Lactato deshidrogenasa; PP pathway, Ruta pentosa fosfa-to; NFOR, NAD(P)H: ferredoxina oxidoreductasa; PDH, Piruvato deshidrogenasa; PFL, Piruvato: formiato liasa; PFOR, Piruvato: ferredoxina oxidoreductasa; PYR, Piruvato (Oh et al., 2011).

101

Fermentación oscura con anaerobios estrictosEstos microorganismos rompen la molécula de glucosa en piru-vato y NADH. El piruvato es convertido posteriormente en acetil–CoA y CO2 por medio de la piruvato–ferredoxina oxidoreductasa (PFOR), el acetil–CoA es convertido en acetil–fosfato, lo que da como resultado, la generación de ATP y la expulsión de acetato. La oxidación del piruvato en acetil–CoA requiere la reducción de una molécula de ferredoxina mediante la PFOR. Posteriormente, la fe-rredoxina es oxidada por una hidrogenasa donde se produce el H2 (Hallenbeck, 2002, Mathews y Wang, 2009, Das y Veziroglu, 2008).

Una producción adicional de H2 puede generarse a partir del nadh producido durante la glucólisis. El nadh es oxidado me-diante la reducción de la ferredoxina y una nadh–ferredoxina

reductasa (nFor), pero sólo a muy bajas presiones parciales de H2 (<60 Pa) (Mathews y Wang, 2009). Posteriormente una hi-drogenasa oxida a las moléculas de nadh y a la ferredoxina para producir dos moléculas de H2 (Cai et al., 2011).

El rendimiento teórico máximo de H2 con este tipo de mi-croorganismos es de 4 moles de H2 por mol de glucosa y se al-canza cuando el acetato es uno de los productos finales de la

fermentación. La formación de butirato genera rendimientos de 2 moles de H2 por mol de glucosa y rendimientos aún menores se reportan con la producción de propianato, alcohol y ácido lác-tico (Mathews y Wang, 2009).

Fermentación oscura con anaerobios facultativosEn esta fermentación, típica en Escherichiacoli y Enterobac-teriaceae, se emplean principalmente dos tipos de enzimas;

102

la piruvato:formiatoliasa (PFL) y la formiato:hidrógeno liasa (FHL). El piruvato formado por la vía de Embden–Meyerhof–Parnas (EMP) es descompuesto en acetil–CoA y formiato me-diante la PFL. Posteriormente el formiato es transformado en H2 y CO2 mediante FHL como se observa en las ecuaciones siguien-tes (Mathews y Wang, 2009; Oh et al., 2011).la cual es afectada por varios factores (Tiempo de residencia hi-dráulica (TRH), concentración del sustrato en el influente, config.ción del reactor, tipo de agua residual, pH, temperatura, requeri-

miento nutricional y la presencia de productos de fermentación. De los anteriores, el pH, el TRH y la concentración de sustrato del influente se consideran cruciales para la producción de H2, pero de actúan de manera independiente (Zhao et al., 2008)

Sustratos empleados en la producción de hidrógenoUna gran variedad de sustratos se han utilizado para la pFh, va-rios estudios de investigación han empleado azúcares simples ta-les como la glucosa, la sacarosa y el almidón. Sin embargo, para que un sustrato pueda considerarse potencial para la producción sustentable de H2, no sólo debe de ser abundante y disponible, también debe de ser barato y biodegradable. Algunos residuos empleados para la PFH son: paja–rastrojo y hojas de maíz, hier-ba ensilada, salvado de arroz, planta de sorgo dulce, bagazo de caña de azúcar, paja–salvado de trigo, melaza, orina y estiércol de vaca, ganado, cerdo, zanahorias, piel de pollo, huevo, carne, resi-duos de comida, desperdicios de cocina y suero de queso. De los cualesel suero de queso presenta el mayor rendimiento con 290 ml H2/g de SV (Guo et al., 2010). Grandes cantidades de desecho se generan en los sectores de la agricultura y en las industrias donde se procesa comida y frutas. El uso de estos desperdicios permite la generación de energía renovable, la minimización y

103

estabilización de residuos, lo que conlleva su tratamiento y a la consecuente reducción de la contaminación (Patel et al., 2012).

Los desechos de comida son la principal fuente de pudrición, olores desagradables en la recolección y transporte debido a la alta concentración de sólidos volátiles (85–95%) y contenido de hu-medad (75–85%). La mayoría de los residuos de alimentos se han tirado en vertederos junto con otros residuos, lo que ha ocasiona-do varios problemas como la emanación de olores, propagación de plagas, emisión de gases tóxicos y la contaminación de aguas superficiales (Han et al., 2005). Los residuos orgánicos generan lixiviados, estos son uno de los más graves problemas ambienta-les presentes en los últimos años (Liu et al., 2011). Presentan una elevada demanda química (dqo) y bioquímica de oxígeno (dbo), un alto contenido de sales inorgánicas y una alta toxicidad (Gotva-jn et al., 2009). Sin embargo, los lixiviados frescos contienen una fracción orgánica alta (dbo 5 /dqo < 0.6), lo que los convierte en un sustrato potencial para la producción de hidrógeno a través de procesos de fermentación anaerobia (Hermosilla et al., 2009).

Liu et al., 2011 empleo lixiviados de desechos orgánicos como sustrato para la pFh, obtuvo una tasa de producción de H2 máxima de 220 mL/(L día) y una eficiencia de remoción de la dqo de 66.9% en un reactor continuo completamente agitado, con una velocidad de flujo ascendente de 3.7 m/h y un tiempo de residencia hidráulica de 12 h.

A continuación se menciona la concentración de sustrato y el pH como dos de los factores que se consideran de mayor im-portancia en la pFh.

Producción de H2 en cultivos puros y mixtosUna gran variedad de cultivos puros de bacterias se han utilizado para producir H2 a partir de diversos sustratos, algunos de los microorganismos más eficientes en la producción de H2 incluyen a Enterobactercloacae, Enterobacteraerogenes, Clostridium sp. y Bacillus sp. (Bičáková y Straka, 2012). Las especies de Enterobac-ter son gram negativos, con forma de barra y anaerobios facul-tativos. Las especies del genero Clostridum son gram positivos,

104

anaerobios estrictos, formadores de esporas y poseen forma de barra. La mayoría de los estudios con cepas puras han empleado como sustrato carbohidratos puros (Wang y Wan, 2009; Sinha y Pandey, 2011). Algunos rendimientos en la producción de H2 se muestran en la Tabla 7C.

Tabla 7C. Cultivos puros de bacterias para la producción de hidrógeno por fermentación.

Clostridiumsp. Fanp2 Glucosa Lote 0.2 mol/l medio

Clostridium butyri-

cumcgs5

Xilosa Lote 0.73 mol/mol xilosa

Clostridium acetobu-

tylicum

Glucosa Lote 2 mol/mol glucosa

Clostridium pasteuria-

numch4

Sacarosa Lote 2.07 mol/mol hexosa

Clostridium paraputri-

ficumm–21

Res iduos

de Quitina

Lote 2.2 mol/mol sustrato

Clostridium thermoce-

llum27405

B i o m a s a

Celulósica

Lote 2.3 mol/mol glucosa

Clostridium butyri-

cumcgs2

Almidón Lote 9.95 mmol/g dqo

Clostridiumsp. Strain

no. 2

Celulosa Conti-

nuo

0.3 mol/mol glucosa

Clostridium acetobu-

tylicumatcc 824

Glucosa Conti-

nuo

1.08 mol/mol glucosa

Clostridium thermo-

lacticum

Lactosa Conti-

nuo

3 mol/mol lactosa

Pseudomonassp. gz1 Lodo Resi-

dual

Lote 0.007 mol/g dqo

Enterobacteraeroge-

nesnbrc 13534

Glucosa Lote 0.05 mol/l medio

Hydrogen–produ-

cingbacterial B49

Glucosa Lote 0.1 ml/l medio

microorganismo sustrato Tipo de reactor

máximo rendimiento de H2

105

Enterobacter aeroge-

neshu–101

Glicerol Lote 0.6 mol/mol glicerol

Enterobacter aeroge-

nesho–39

Glucosa Lote 1 mol/mol glucosa

Enterobacteraeroge-

nes

Almidón Lote 1.09 mol/mol almidón

Escherichia coli-

mc13–4

Glucosa Lote 1.2 mol/mol glucosa

Escherichiacoli Glucosa Lote 2 mol/mol glucosa

Thermoanaerobacte-

rium thermosaccharo-

lyticumku001

Glucosa Lote 2.4 mol/mol glucosa

Ruminococcusalbus Glucosa Lote 2.52 mol/mol glucosa

Enterobactercloa-

caeiit–bt 08

Celobiosa Lote 5.4 mol/mol celobio-

sa

Enterobactercloa-

caeiit–bt 08

Sacarosa Lote 6 mol/mol sacarosa

Citrobacter amalona-

ticusy19

Glucosa Lote 8.7 mol/mol glucosa

Thermotogaelfii Glucosa Lote 84.9 mmol/l medio

Ethanoligenens harbi-

nenseyuan–3

Glucosa Conti-

nuo

1.93 mol/mol glucosa

Escherchiacoli Glucosa Conti-

nuo

2 mol/mol glucosa

Enterobacteraeroge-

nese 82005

Melasa Conti-

nuo

3.5 mol/mol azúcar

Las bacterias capaces de producir H2, existen de manera natural en el ambiente (suelo, lodos de aguas residuales, composta, entre otros). Así que estos compuestos pueden utilizarse como inóculos para la PBH por vía fermentativa y son más prácticos de emplear que aquellos que ocupan cultivos puros, más simples de operar y de controlar, además de que posiblemente puedan emplear fuentes más diversas de materia prima (Wang y Wan, 2009, Sinha y Pandey, 2011).

106

Tabla 7D. Pretratamientos utilizados para el enriquecimiento de bacterias productoras de H2.

bibliograFía1. Show K Y.; Lee D J.; Tay J H.; Lin C Y.; Chang J F. 2012. Biohy-

drogen production: current perpectives and the way forward.

International Journal of Hydrogen Energy. 37: 15616-15631.2. Jung K W.; Kim D H.; Shin H S. 2010. Continuos fermenta-

tive hydrogen production from coffee drink manufacturing wastewater by applying uasb reactor. International Journal of Hydrogen Energy. 33: 13370-13378.

3. Kapdan I K.; Kargi F. 2006. Bio-hydrogen production from waste materials. Enzyme and Microbial Technology. 38: 569-582.

4. Vazquez V I.; Varaldo P M. 2009. Hydrogen production by fer-mentaive consortia. Renewable and Sustainable Energy Re-views. 13: 1000-1013.

5. Ferreira A F.; Marques A C.; Batista A P.; Marques P A.; Gou-veia L.; Silva C M. 2012. Biological hydrogen production by Anabaena sp.- Yield energy and CO2 analysis including fer-

inoculo Pretratamientos estudiados SustratoTipo de reactor

Rendimiento máxi-mo de H2

Método óp-timo

Lodos de digestiónácido, básico, choque térmico, aeración y

cloroformoGlucosa Lote 1.80

mol/mol sustrato

Choque tér-mico

Lodos de estiercol de ganado

Congelado y descongelado, ácido, choque térmico y

2-Bromoetanosulfonato de sodio

Glucosa Lote 1.00mol/mol sustrato

Ácido

Granulosmetano-génicos

Ácido, choque térmico y cloroformo

Glucosa Lote 1.20mol/mol sustrato

Cloroformo

Lodos de digestión de aguas residuales

Choque térmico, aeración, ácido, básico,2-Bromoetano

sulfónico e yodopropanoSacarosa Lote 6.12

mol/mol sustrato

Básico

Lodos anaerobios2-Bromoetanosulfonato de

sodio, ácido, choque térmico

Agua residual lácticas

Lote 0.0317mmol/g

DQO

2-Bromoeta-nosulfonato de

sodio

Fuente: Tabla modificada de Wang y Wan, 2009.

107

mentative biomass recovery. International Journal of Hydro-gen Energy.37: 179-190.

6. García R E.; Martínez V L.; Franco J I.; Curutchet G. 2012. Selection of natural bacterial communities for the biological production of hydrogen.International Journal of Hydrogen Energy.37: 10095-10100.

7. Jayasinghearachchi H S.; Sarma P M.; Lal B. 2012. Biological hydrogen production by extremely thermophilic novel bac-terium Thermoanaero bactermathranii A3N isolated from oil producing well. International Journal of Hydrogen Energy. 37: 5569- 5578.

8. Wang B.; Yongye L.; Yahua Q.; Yang Y.; Qiang S.; Wei W.; Jian-long W. 2012. Technology Research on Bio-hydrogen Produc-tion. ProcediaEngineering. 43:53-58.

9. Narasu M L.; Urbaniec K. 2013. International conference on advances in biological hydrogen production and applications ICABHPA 2012.Journal of Cleaner Production. 52: 11-13.

10. Das D.; Veziroglu N J. 2008. Advances in biological hydrogen production processes. International Journal of Hydrogen En-ergy. 33:6046-6057.

11. Fernandes B S.; Peixoto G.; Albrecht F R. 2010. Potential to produce biohydrogen from various wastewaters. Energy for Sustainable Development. 14: 143-148.

12. Bičaková O.; Straka P. 2012. Production of hydrogen from renewable resources and its effectiveness. International Jour-nal of Hydrogen Energy.37: 11563-11578.

13. Patel S K.; Kumar P.; Kalia V C. 2012. Enhancing biologi-cal hydrogen production through complementary microbial metabolisms. International Journal of Hydrogen Energy. 37: 10590-10603.

14. Lee H S.; Vermaas W F.; Rittmann B E. 2010. Biological hy-drogen production: prospects and challenges. Trends in Bio-technology. 28: 5.

15. Khalid A.; Arshad M.; Anjum M.; Mahmood T.; Dawson L. 2011. The anaerobic digestion of solid organic waste. Waste Management. 31: 1737-1744.

108

16. Oh Y K.; Raj S M.; Jung G Y.; Park S. 2011. Current status of the metabolic engineering of microorganisms for biohydro-gen production. Bioresource technology. 102: 8357-8367.

17. Hallenbeck P C. 2009. Fermentative hydrogen production: Principles, progress and prognosis. International Journal of Hydrogen Energy. 34: 7379-7389.

18. Mathews J; Wang G. 2009. Metabolic pathway engineering for enhanced biohydrogen production. International Journal of Hydrogen Energy. 34: 7404-7416.

19. Zhao B H.; Yue Z B.; Zhao Q B.; Mu Y.; Yu H Q.; Harada H.; Li Y. 2008. Optimization of hydrogen production in a granule-based uasb reactor. International Journal of Hydrogen Energy. 33: 2454-2461.

20. Han S K.; Kim S H.; Shin H S. 2005. uasb treatment of wastewater with VFA an alcohol generated during hydrogen fermentation of food waste. Process Biochemistry. 40: 2897-2905.

21. Liu Q.; Zhang X.; Yu L.; Zhao A.; Tai J.; Liu J.; Qian G.; Xu P Z. 2011 Fermentative hydrogen production from fresh leach-ate in batch and continuous bioreactors. Bioresource Tech-nology. 102: 5411-5417.

22. Gotvajn A Z.; Tisler T.; Zagorc K J. 2009 Comparison of differ-ent treatment strategies for industrial landfill leachate. Jour-nal of Hazardous Materials. 162: 1446-1456.

23. Hermosilla D.; Cortijo M.; Huang C P. 2009. Optimizing the treatment of landfill leachate by conventional Fenton and photo-Fenton processes. Science of the Total Environment. 407:3473–3481.

24. Sinha P.; Pandey A. 2011. An evaluative report and challenges for fermentative biohydrogen production. International Jour-nal of Hydrogen Energy. 36: 7460-7478.

109

FErmENTACióN sóliDA: VENTAjAs y APliCACioNEs BioTECNológiCAs

Callejas–Hernández F1, Téllez–Jurado A1, Muro–Urista C2, Arana–Cuenca A1

1Biotecnología/Cuerpo Académico Aprovechamiento Integral de Recursos Bióticos, Universidad Politécnica de Pachuca, Carre-tera Pachuca–Cd. Sahagún, km 20, Ex–Hacienda de Santa Bár-bara, Municipio de Zempoala, Hidalgo, Tel. (01 771) 547 75 10 e–mail: ainhoa@upp.edu.mx.2 Departamento de Ingeniería Química, Instituto Tecnológico de Toluca, Av. Tecnológico s/n Ex Rancho la Virgen, Toluca, CP 52140

resumenLa fermentación puede ser definida como un proceso de oxidación de azúcares realizada por un microorganismo que tiene como pro-ducto final un compuesto orgánico. Ha sido empleada desde hace miles de años por antiguas civilizaciones, principalmente en el leja-no oriente para la obtención de alimentos y bebidas, sin embargo en la actualidad ha despertado el interés de diferentes ciencias como la biotecnología debido a su enorme potencial en la industria en la pro-ducción de fertilizantes, ácidos orgánicos, enzimas y, en general, en alimentos enriquecidos y bebidas; obtenida de manera sustentable utilizando como fuentes de insumo y energía recursos renovables. Dependiendo de las condiciones físicas en las que se lleva a cabo una fermentación (principalmente el porcentaje de humedad) tiene dos importantes clasificaciones; la fermentación en estado líquido o fermentación sumergida y la fermentación en estado sólido, dos clasificaciones muy diferentes entre sí y el actual punto de partida sobre diversos proyectos de investigación que se llevan a cabo en el Cuerpo Académico Aprovechamiento Integral de Recursos Bióticos.

Palabras clave: Fermentación, Fermentación en estado líquido, Fermentación en estado sólido, Biotecnología.

110

introducción Descubierta por Louis Pasteur, “la vie sans l´air” (la vida sin el aire), es decir, la fermentación puede definirse como un proceso de oxidación de azúcares realizado por un microorganismo en el que el producto final es un compuesto orgánico [1]. El proceso de fermentación más común y que sin duda del que todos hemos escuchado alguna vez es el que realiza la levadura Saccharomyces cerevisiae en malta de cebada para producir la cerveza. En este proceso el producto final es el alcohol, un producto orgánico. Sin embargo, hoy en día, la fermentación se utiliza indistintamente para determinar un proceso realizado por diversos microorga-nismos, entre ellos los hongos, las bacterias, la levaduras, y otros, con aire o sin aire.

El proceso de fermentación ya era utilizado de manera ar-tesanal desde hace miles de años por antiguas civilizaciones en diferentes partes del mundo, principalmente en el lejano orien-te, en la elaboración del koji, el vino y el arroz fermentado para producir el popular sake de Japón [2]; los populares quesos fermentados en Francia o simplemente como técnica comple-mentaria para preparar alimentos con aroma. Sin embargo, en la actualidad forma parte de la industria en diferentes sectores económicos: en el sector agrícola como sistema de producción de fertilizantes, hormonas que promueven el crecimiento de las plantas y biofertilizantes, en el sector alimentario en la produc-ción de alimentos enriquecidos con proteínas y la producción de bebidas, en el sector farmacéutico y en el sector industrial en la producción de enzimas (proteínas con actividad catalítica) y algunos ácidos orgánicos, principalmente [3].

Dependiendo del medio en el que se lleve a cabo la fermen-tación y el producto que se obtenga, puede tener diversas clasi-ficaciones, pero sin duda, la clasificación más importante en la investigación científica con aplicación industrial se basa en el medio físico en el cual se desarrollará el proceso fermentativo, pues en la gran mayoría de los casos de él dependerá el resulta-do, o sea: la fermentación en estado líquido y la fermentación en estado sólido.

111

Fermentación en estado líquidoActualmente, la técnica de fermentación más utilizada a nivel industrial es la fermentación sumergida o fermentación en es-tado líquido (Fel) por su simplicidad de operación y su fácil escalamiento (puede llevarse a cabo en grandes volúmenes sin afectar la calidad del producto). Los recipientes en los que se lleva a cabo se llaman fermentadores o biorreactores. En este proceso, las células del microorganismo empleado se encuentran dispersas de forma homogénea en un medio de cultivo líquido (los nutrientes son solubles en agua) alimentándose, creciendo y multiplicándose al mismo tiempo que el medio de cultivo se va modificando generando así el producto deseado.

Como todos los seres vivos del planeta, los microorganismos tienen un ciclo de vida que cumplen dentro de los biorreactores: una fase lac o latencia (donde el microorganismo se adapta al medio), fase log o exponencial crecimiento (donde los microor-ganismos se dividen), fase estacionaria (cuando la cantidad de microorganismos que se generan es la misma que la que muere de manera que se genera una población constante) y una fase de muerte. Una de las características más atractivas de Fel es que puede garantizar que dicho ciclo de vida se lleve a cabo per-mitiendo controlar diferentes variables fisicoquímicas indispen-sables para el crecimiento de los microorganismos, como son; temperatura, pH, oxígeno disuelto y la concentración homogé-nea de nutrientes dentro del biorreactor, además, diferentes téc-nicas de biología molecular permiten prolongar la vida de los microorganismos empleados dentro de los reactores para obte-ner una mayor cantidad de producto modificando su material genético (adn).

El desarrollo de nueva tecnología y reingeniería de la Fel. con el paso de los años. también ha permitido, además, gene-rar nuevos tipos de reactores que permiten prolongar procesos fermentativos por más tiempo permitiendo tener cantidades de producto constante por más tiempo (Fel continua, alimentada, por lote, entre otros).

112

Fermentación en estado sólidoLa fermentación en estado sólido (Fes) por su parte puede defi-nirse como el cultivo de microorganismos adheridos a un sopor-te sólido o semisólido, en el cual el medio de cultivo se encuentra disperso en una capa fina y se encuentra en contacto con una su-perficie aérea con cantidades de agua libre bajas. Viniegra–Gon-zález [4], un pionero mexicano en el uso de la fermentación en la investigación científica plantea a Fes como “un proceso micro-biológico que ocurre comúnmente en la superficie de materiales sólidos que tienen la propiedad de absorber y contener agua, con o sin nutrientes solubles”. La humedad en un sistema de fermen-tación sólida puede variar entre el 30 y 80% dependiendo del soporte de crecimiento usado, el producto buscado y el microor-ganismo empleado.

El aumento en la popularidad de esta técnica en los últimos años se debe entre otras cosas a la posibilidad de usar medios de cultivo mucho más baratos que en Fel, principalmente residuos agrícolas como el trillado de trigo (Retrice) y obtener una mayor cantidad de producto [5].

Especialmente, la forma de crecimiento de los hongos en Fes los hace los más adecuados para esta técnica ya que pueden crecer de manera uniforme sobre todo el soporte. Algunos in-vestigadores sugieren que una posible causa de obtener mejores resultados (en cuanto a producto) en Fes se debe a que las con-diciones físicas en las que se realiza asemejan más su ambiente natural de crecimiento, sustentados en que el agua no parece ser un ambiente natural de crecimiento para los microorganismos, ni si quiera los microorganismos marinos (en el caso de los hon-gos) crecen nadando libremente en el agua, aproximadamente el 98% de esos microorganismos que han sido aislados fueron encontrados sobre superficies por debajo del agua o creciendo sobre soportes sólidos, solo menos del 1% han sido aislados de ambientes completamente marinos [1].

El crecimiento en forma de micelio implica una ventaja adi-cional a los hongos filamentosos sobre los microorganismos uni-celulares en la colonización del soporte sólido y en la asimilación

113

de los nutrientes del medio de cultivo [6]. En algunos casos el soporte sólido de crecimiento es también la fuente de energía para el microorganismo (como en su ambiente natural) por lo que debe estar libre de contaminantes e inhibidores del creci-miento y debe ser capaz de absorber o contener los sustratos para el crecimiento como carbohidratos, fuentes de nitrógeno y sales minerales. Estas condiciones se cumplen en la mayoría de los soportes naturales utilizados en la fermentación sólida como son el bagazo de caña, el salvado de trigo, la cebada, arroz, etc. Sin embargo existen también soportes inertes que cumplen con estos requerimientos y que se han utilizado para la fermentación sólida como la amberlita, agrolita, tezontle y especialmente, la espuma de poliuretano, en estos casos dichos materiales solo son el soporte de crecimiento, el medio de cultivo debe ser suminis-trado y una vez terminado el ciclo de fermentación pueden ser reutilizados. Sin embargo como casi todas las nuevas tecnologías emergentes, no todo son buenas noticias, Fes tiene desventajas que al menos a corto plazo le impedirán sustituir de manera de-finitiva a Fel.

diFerencias entre Fes y FelComo hemos visto anteriormente, la fermentación en estado lí-quido permite una producción constante y homogénea de pro-ducto gracias a que permite el control de las variables fisicoquí-micas más importantes que necesita un microorganismo para su crecimiento (Tabla 8A). Sin embargo la cantidad de producto que puede obtenerse se ve limitado por dos situaciones; el producto expulsado al medio de cultivo (es decir, el producto es extracelu-lar) sufre un efecto de dilución por la propia naturaleza del me-dio y, sin recurrir a la ingeniería genética, la cantidad de produc-to, aunque constante en la mayoría de los casos, es baja respecto a lo que se produciría a menor cantidad de humedad (existen microorganismos que han sido modificados genéticamente gene-rando resistencia al estrés causado por altos niveles de humedad y agua libre). Por otro lado, en un sistema de fermentación en estado sólido el producto generado no sufre dilución por lo que

114

la concentración es mayor respecto a Fel (Tabla 8A) y es produ-cido en mayor cantidad al asemejarse esta condición al ambiente natural del microorganismo sin recurrir a la ingeniería genética. Las diferencias entre ambas condiciones de los sistemas puede alterar la expresión genética de los microorganismos y con ellos la generación del producto buscado [7, 8].

Tabla 8A. Comparación entre los sistemas FEs y FEl [9].

Parámetro Fermentación líquida

Fermentación sólida

Sustrato em-pleado

Sustratos solubles. Sustratos económicos de origen agroindustrial y polímeros insolubles (al-midón, celulosa, pectina, lignina, etc).

Agua Elevado consumo de agua.

Consumo limitado y baja actividad de agua en el medio.

Temperatura Fácil control, alta tasa de transferencia de calor.

Complicado control, baja capacidad de trans-ferencia calórica en el soporte.

Aireación Se requiere la in-yección de altos vo-lúmenes de aire, el oxígeno soluble se ve limitado.

Fácil aireación y alto in-tercambio gaseoso en la superficie del soporte.

Control de pH

Fácil control de pH por la homogenei-dad que el sistema permite.

Difícil control de pH, es común el uso de sustra-tos con capacidad amor-tiguadora y buffers.

la biotecnología y la FermentaciónActualmente diversas disciplinas, entre ellas la biotecnología, desarrollan alternativas tecnológicas que facilitan el aprovecha-

115

miento de recursos renovables para generar bienes y/o servicios de manera sustentable. El uso de desechos agrícolas como fuen-te de nutrientes, un menor consumo de energía y productos de mayor calidad (principalmente en el sector agroalimentario) son algunos de los impactos más significativos que busca la biotec-nología.

El principal objetivo de la biotecnología sobre los dos dife-rentes sistemas de fermentación es buscar la combinación per-fecta, tener las ventajas de cada uno en uno solo, o proponiendo el desarrollo de reactores que permitan escalar a Fes, buscando microorganismos capaces de producir mayores concentraciones de producto en Fel o recurrir la ingeniería genética y así poder “manipular” el comportamiento de los microorganismos.

Investigadores de diferentes países investigan a nivel gené-tico el comportamiento de los microorganismos en Fes y Fel, ¿Qué pasa a nivel genético? ¿Por qué un mismo microorganis-mo puede comportarse de manera diferente bajo distintas con-diciones químicas y físicas? Son solo algunas de las preguntas que la biotecnología busca responder, actualmente con éxito, si cada gen diferente codifica para una sola proteína, ¿Qué genes se expresan en una condición fermentativa? Si dichos genes, pueden ser identificados, con la ayuda de la biología molecular pueden ser activados y con ello poder generar los productos que se ven silenciados de manera normal. Por todo lo anterior, en la Universidad Politécnica de Pachuca (upp), el grupo de trabajo Aprovechamiento Integral de Recursos Bióticos (airb), gracias al apoyo del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, a tra-vés del financiamiento de un proyecto de Ciencia Básica (clave CB–2011–169354), actualmente desarrolla diversos trabajos de investigación con el objetivo de resolver esas interrogantes.

conclusionesLa fermentación ha tenido gran impacto principalmente en la producción de alimentos desde tiempos remotos, y la clasifica-ción de este sistema en líquido y sólido en base a los avances científicos más recientes demuestran claramente la superioridad

116

de Fes sobre Fel, a nivel laboratorio, en cuanto a productividad, calidad de producto y el bajo costo de los procesos. Sin embargo esa superioridad se ve frenada por la necesidad de diseñar bio-rreactores y realizar estudios genéticos que nos permitan tener las ventajas de ambos sistemas en un microorganismo genética-mente modificado. Por ello, en la biotecnología estos procesos han despertado gran interés como nuevas tecnologías emergen-tes productoras de alimentos y enzimas (principalmente) utili-zando fuentes de energía baratas y de manera sustentable. Se-ría injusto concluir que un sistema es más adecuado que otro, no hay una base clara de comparación hasta el momento, sin embargo, la línea de investigación comprometida en encontrar fuentes alternativas y más baratas de energía por la biotecnolo-gía es alentadora.

bibliograFía1. Hölker, U.; Höfer, M.; Lenz, J. 2004. Biotechnological advan-

tanges of laboratory-scale solid-state fermentation with fun-gi. Appl. Microbiol. Biotechnol. 64:175-186.

2. Mitchell, D. A.; Berovic, M.; Krieger N. 2002. Overview of solid state bioprocessing Biotechnology Annual Review 183. Else-vier Science B.V. Volume 8. M.R. El-Gewely, editor.

3. Robinson, T.; Singh, D.; Nigam, P. 2002. Fermentación en estado Sólido; Una tecnología microbiana promisoria para producción metabolitos secundarios. Redalyc, Sistema de Información Científica Vitae. 9:27-36.

4. Viniegra-González G. 1997. Solid State Fermentation: Defini-tion, Characteristics, limitations and monitoring. In Roussos, S.; Lonsane B. K.; Raimbault M. and Viniegra-González, G. Eds. Advances in Solid State Fermentation, Kluwer Acad. Publ., Dordrecht, Chapter 2.

5. Quintanar Gómez, S.; Arana-Cuenca, A.; Mercado Flores, Y.; Gracida Rodríguez, J.N.; Téllez-Jurado, A. 2012. Effect of particle size and aeration on the biological delignification of corn straw using Trametes sp. BioResources. 7(1):327-344.

6. Pandey, A. 1992. Recent Process Developments in Solid State

117

Fermentation. Process Biochemistry. 27: 109-117.7. Viniegra-González, G.; Favela-Torrez, E.; Aguilar, C.; Romero-

Gómez, S.; Díaz-Godinez, G.; Augur, C. 2003. Advantages of fungal enzyme production in solid-state over liquid fermen-tation systems. Biochemical Engineering Journal. 13:157-167.

8. Iwashita, K.; Todoroki, K.; Kimura, H.; Shimoi, H.; Ito, K. 1998. Purification and characterization of extracellular and cell Wall bound b-glucosidase from Aspergillus kawachii. Biosci. Biotech. Biochem. 62:1938-1946.

9. Raimbault, M. 1998. General and microbiological aspects of solid state fermentation. Process Biochemistry. Electronic Journal of Biotechnology. 1(3):26-27.

118

EFECTo DEl AlmACENAmiENTo A DiFErENTEs HumEDADEs rElATiVAs EN lA PErmEABiliDAD Al VAPor DE AguA DE PElíCulAs DE HAriNAs

ADiCioNADAs CoN moNTmorilloNiTA–NA+

Rodríguez–Marín M. La., Castro–Rosas,J.b, Gómez–Alda-pa C. A. b, Falfán Cortés R. N.a

aPrograma de Cátedras conacyt en:Licenciatura de Química en Alimentos/Cuerpo Académico de Química en Alimentos, Instituto de Ciencias Básicas e Ingenie-ria, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (uaeh), Ciu-dad del Conocimiento, Carretera Pachuca–Tulancingo km. 4.5. 42183, Mineral de la Reforma, Hidalgo, México. Tel. 771 7172000 ext 2516, e–mail: mluisa_rguezmarin@hotmail.com

resumenLas películas fueron elaboradas mediante gelatinización térmica, usando harina de plátano y de arroz, glicerol como plastificante y se les adicionó monotmorillonita de sodio como material de reforzamiento. Las películas se vaciaron en cajas de petri, y se secaron a 35 °C duran-te 24 h. Una vez obtenidas, se les determinó la isoterma de sorción de humedad, y para la permeabilidad al vapor de agua, se almacenaron por 7 días a 40, 75 y 90% de humedad relativa. Las isotermas de sor-ción mostraron que la presencia de MMT Na+ incrementa la absor-ción de humedad de las películas de harina de arroz en condiciones de altas humedades relativas (HR >90%). Después del almacenamiento (HR = 40, 75 y 90%) y al evaluar la permeabilidad al vapor de agua; se encontró que la permeabilidad disminuye en función del incremento de la humedad relativa, y este efecto se ve disminuido en presencia de montmorillonita de sodio. Además, las películas elaboradas con hari-na de arroz mostraron un decremento en la permeabilidad al vapor de agua en comparación con las películas de harina de plátano.

Palabras clave: Humedad, Montmorillonita, Permeabilidad al va-por de agua.

119

introducciónLos empaques a base de polímeros sintéticos han contribuido a la contaminación ambiental, debido a su uso intensivo y que sus resi-duos son resistentes al ataque microbiano y/o degradación ambien-tal, y por ello se han desarrollado empaques biodegradables [1].

Se utilizan polisacáridos, proteínas y lípidos, así como la mezcla de estas macromoléculas para la elaboración de películas biodegradables. Las películas hechas a base de almidón presen-tan ciertas desventajas, son frágiles y quebradizas, y no cumplen con las características que se requiere en la industria de los ali-mentos [2].

La adición de plastificantes dentro de la formulación de las películas de almidón, evita la fragilidad de estas, ya que les pro-veen flexibilidad y extensibilidad, debido a que reducen las fuer-zas intermoleculares e incrementan la movilidad de las cadenas de almidón [3–4].

Por otro lado, las harinas son una mezcla natural de macro-moléculas y representan una alternativa para obtener este tipo de materiales. Actualmente, la tendencia para mejorar las carac-terísticas de las películas biodegradables es adicionar nanopar-tículas, las cuales permiten mejorar sus propiedades mecánicas y de barrera [5].

La montmorillonita de sodio (MMT Na+) es una de las nano-partículas más usada para el mejoramiento de las propiedades de los materiales de empaques. Sus capas de silicatos, tienen un papel importante en las propiedades de barrera de películas de almidón, ya que inhiben la difusión de moléculas permeantes (vapor de agua y oxígeno) [6].

Es importante conocer si factores ambientales, como la hu-medad relativa afectan la permeabilidad de las películas.

Mediante isotermas de sorción es posible analizar el efecto de la humedad relativa del ambiente sobre la higroscopicidad de las películas, así como la permeabilidad al vapor de agua [2].

En este estudio se evaluó el efecto del almacenamiento a diferentes humedades relativas en la permeabilidad al vapor de agua de las películas de harina de arroz y de harina de plátano.

120

materiales y métodos

Materia prima Granos de arroz var. “Morelos A–98”, frutos de plátano macho en madurez fisiológica (madurez de cosecha, el fruto presentaba color verde opaco y costillas pronunciadas), MMT Na+ comercial (Sigma Aldrich # 68259) como material de reforzamiento y glice-rol (Fermont 56–81–5) como plastificante se usaron para la ela-boración de las películas nanocompuestas. Se utilizó bromuro de sodio (NaBr, Fermont 15902) para acondicionar las películas y cloruro de sodio (NaCl, Fermont 7647–14–5) para la determi-nación de permeabilidad al vapor de agua.

Para isotermas de sorción se usaron soluciones saturadas de: acetato de potasio (CH3 COOK, Fermont 127–08–2), cloruro de potasio (KCl, Fermont 7447–40–7), carbonato de potasio (K2CO3, 584–08–7), Cloruro de estroncio (SrCl2 6H2O, 10025–70–4), clo-ruro de sodio (NaCl, 7647–14–5) y cloruro de bario (BaCl, 1032–27–9).

Elaboración de la harina de arroz Los granos de arroz enteros se molieron en un molino Ika–Wer-ke, la harina obtenida se pasó por un tamiz conteniendo una ma-lla número 100 (150 mm de abertura), posteriormente se alma-cenó en un recipiente hermético hasta su análisis.

Elaboración de la harina de plátanoLos frutos de plátano macho en estado de madurez fisiológica se pelaron y se cortaron en rodajas de aproximadamente un centí-metro de espesor. Inmediatamente se vertieron en ácido cítrico (3 g /L), para evitar la oxidación del fruto; posteriormente se co-locaron en bandejas y se sometieron a un proceso de secado a 50 ± 1 ºC durante 24 h.

Finalmente, una vez secos las rodajas de los frutos se molie-ron en un molino Cyclotec (1093 Sample Mill), la harina se pasó a través de un tamiz numero 40 (0.038 mm). Se almacenó en un recipiente hermético.

121

Elaboración de películas nanocompuestas a través del método vaciado en placa (casting)Se elaboraron las películas a través de gelatinización tér-mica o casting, mediante el método propuesto en [2] con modificaciones. Se mezclaron directamente 2 g de harina y con 0.4 g de glicerol (equivalente al 20% del peso de la harina) con 60 mL de agua destilada. Por separado una dispersión de MMT Na+ 0.3 g (equivalente al 15% del peso de la harina) en 40 mL de agua destilada se agitó durante 30 min, después esta dispersión se colocó en un baño soni-cador durante 30 min.

Posteriormente, se adicionó la dispersión de MMT Na+ a la solución filmogénica. La solución se calentó en una parrilla a 70 °C por 10 min, después se incrementó hasta 85 °C durante 20 min, para finalmente enfriar a temperatura ambiente, mante-niéndose en agitación constante (125 rpm) durante 1 h.

Las suspensiones gelatinizadas se vaciaron inmediatamen-te sobre cajas de Petri estériles de poliestireno. Las suspensio-nes se secaron a 35 °C en una estufa durante 24 h, transcurrido este tiempo, se desprendieron las películas de las cajas de Petri. Estas se almacenaron a 25 ± 2 °C y a una humedad relativa de 57%, provista de una solución saturada de bromuro de sodio (NaBr).

Isotermas de sorciónLas isotermas de sorción de humedad de las películas fueron me-didas a 25 °C, usando soluciones salinas saturadas para obtener diferentes humedades relativas (22, 33, 42, 52, 70, 75, 84 y 90%). Siguiendo la metodología descrita en [7].

Permeabilidad al vapor de agua (PVA)La permeabilidad al vapor de agua de las películas (PVA) se de-terminó empleando el método gravimétrico estándar de la ASTM [8] conocido como el “método de la copa” o “celda de prueba”.

122

resultados y discusiónEvaluación de las Isotermas de sorciónLa adsorción de humedad es un índice importante de la sensi-bilidad de las películas a la humedad del ambiente. Las curvas de sorción de humedad de las películas de harina de plátano y de harina de arroz adicionadas con MMT Na+ se muestran en la fig. 1 puede notarse que la forma de la isoterma es de tipo II (sigmoidal), esta forma corresponde a la clasificación del tipo de isotermas de UIPAC y Brunauer. Las películas muestran un com-portamiento similar a un valor de Aw > 0.52 [9].

Estas isotermas tipo II presentan una pendiente leve a baja Aw, formando un punto de inflexión y un incremento exponen-cial a alta Aw, tal como se observa en la fig.1, este comporta-miento es típico en polímeros hidrofílicos sensibles al vapor de agua como lo son las películas de almidón, gluten y celulosa. Al incrementar los valores de Aw (Aw > 0.62) la presencia de MMT Na+ incrementa la absorción de humedad de las películas de ha-rina de arroz, en estas películas existe menos interacción entre la MMT Na+ y los componentes de la harina en comparación con la harina de plátano, por lo tanto, pueden existir sitios disponibles (OH) para la absorción de humedad a altos valores de Aw.

De acuerdo en [10] la presencia de MMT Na+, no tiene un efecto significativo en las disminución de absorción de humedad, lo cual se atribuye a la presencia del catión Na+ y su gran habili-dad de absorción de moléculas de agua en el espacio intercapa.

Se calculó la absorción en la monocapa y se obtuvieron los siguiente valores, HPControl= 0.0128, HPMMT Na+ =0.0126; HAControl =0.0134, HAMMT Na+ = 0.0141. El valor de la mono-capa tuvo un decremento cuando se adicionó MMT Na+ en las películas HPMM Na+, indicando que la MMT Na+ puede dismi-nuir la absorción de humedad en la superficie de la película,

123

Fig. 9A. Curvas de isotermas de sorcion de humedad de las películas de harinas de arroz (HA) y de harina de plátano (HP) adicionadas con MMT Na+.

Sin embargo, en las películas de harina de arroz el valor de la monocapa incrementa, lo cual puede estar relacionado con la dispersión de la MMT Na+ en la matriz de esta película, y a la existencia de sitios disponibles para enlazar moléculas de agua, el carácter hidrofílico en esta película (HAMMT Na+) aumenta (0.82 de Aw), esto puede ser atribuido a las interacciones entre la MMT Na+ y los componentes no amiláceos de la harina de arroz (proteínas), lo cual provoca una estructura laminada abierta con sitios disponibles para las moléculas de vapor de agua[11].

Efecto de la humedad relativa en la permeabilidad al vapor de agua (PVA) de películas de harina de arroz y de harina de plátanoLos valores de permeabilidad de las películas de harina de arroz y harina de plátano adicionadas con montmorillonita de sodio a diferentes humedades relativas (40, 75 y 90%) se muestran en la

124

fig. 2, las películas adicionadas con MMT Na+ presentan un de-cremento de PVA en comparación con la película control. El al-midón puede formar enlaces puente de hidrógeno con los grupos hidroxilos de la MMT Na+ y esta estructura reduce la difusión de las moléculas de vapor de agua a través del material. Un com-portamiento similar ya ha sido reportado por diversos autores [12–14],

Fig. 9B. Permeabilidad al vapor de agua de las películas nanocompuestas de harina de arroz (HA) y harina de plátano (HP) adicionadas con MMT Na+ y acondicionadas a 40%, 75% y 90% de humedad relativa (HR).§Barras de error estándar con letras iguales (para cada muestra)

no son estadísticamente significativas (p>0.05).

De acuerdo con la teoría de Nielsen una ruta tortuosa alre-dedor de las partículas de montmorillonita de sodio hace que las moléculas permeantes sigan un camino de difusión más largo a través de las películas [15]. El modelo de Nielsen supone que cada capa de la arcilla es orientada perpendicularmente a la ruta de la molécula permeante, entonces la reducción de la permeabi-lidad inicia a partir de la gran ruta de difusión que las moléculas deben seguir debido a la presencia de las capas de silicato de la montmorillonita de sodio [10].

125

Por otro lado el almacenamiento a humedades relativas de 40 y 75% no tuvo un efecto significativo en la disminución de la pva. Sin embargo a 90% se observa un decremento de la pva en las películas de harina de arroz. Este comportamiento es consistente con lo observado en las isotermas de sorción (fig. 1.) en donde a humedades relativas por encima de 75% hay un incremento en el contenido de agua.

Por otro lado, las películas de harina de plátano mostraron un aumento de la pva a 90% de humedad relativa, este compor-tamiento puede atribuirse a la fibra presente en la harina, que interactúa con la MMT Na+ formando una estructura amorfa con espacios intermoleculares que permite el paso fácil de las moléculas de agua, una estructura abierta representa una gran difusión de moléculas permeantes [16]. El almacenamiento a humedades relativas constantes permite que la película gane un contenido de agua, esto corresponde a los sitios saturados enla-zantes, que predominantemente son de las moléculas del almi-dón, como consecuencia de la saturación de esos sitios corres-ponde a la combinación de los enlaces puente de hidrógeno del almidón con agua y por otra parte, tanto agua y glicerol unidos al almidón o bien, almidón/MMT Na+/glicerol. En trabajos previos, se ha hipotetizado que el glicerol compite con el agua por los sitios activos en la película, promoviendo la agrupación de agua y el aumento del volumen libre en los polímeros constituyentes de la películas a bajas humedades relativas, y se comprobó que el glicerol tiene efecto significativo en la difusión de vapor de agua en las películas, por lo que, los cambios en el volumen libre aumentan los valores de permeabilidad [17].

conclusionesA humedades relativas altas (90%) la permeabilidad al vapor de agua de las películas nanocompuestas de harina de arroz y hari-na de plátano disminuye.

El carácter higroscópico de las películas nanocompuestas tanto de harina de arroz como de harina de plátano aumenta a humedades relativas mayores al 75%.

126

reFerencias1. Freile-Pelegrin, Y.; Madera-Santana, T.; Robledo, D. 2007. Deg-

radation of agar films in a humid tropical climate: Thermal, mechanical, morphological and structural changes. Polymer Degradation and Stability. 92:244-252.

2. Wilhelm, H.M.; Sierakowski, M.R.; Souza, G.P.; Wypych, F. 2003. Starch films reinforced with mineral clay. Carbohydrate Polymers. 52:101-110.

3. Mali, S.; Grossmann, M.V.E.; Garcia, M.A.; Martino, M.N.; Zaritzky, N. 2002. Microstructural characterization of yam starch films. Carbohydrate Polymers. 50:379-386.

4. Romero-Bastida, C. A.; Zamudio-Flores, P.B.; Bello-Pérez, L. A. 2011. Antimicrobianos en películas de almidón oxidado de plátano: efecto sobre la actividad antibacteriana, microestructura, propiedades mecánicas y de barrera. Revista Mexicana de Ingeniería Química. 10: 445-453.

5. Tapia-Blacido, D.R; Amaral-Sobral, P.J.; Menegalli, F.C. 2011. Optimization of amaranth flour films plasticized with glycer-ol and sorbitol by multi-response analysis. LWT-Food Science and Technology. 44: 1731-1738.

6. Adame, D.; Bell, G.W. 2009. Direct measurement of the con-strained polymer region in polyamide/clay nanocomposites and the implications for gas diffusion. Applied Clay Science. 42: 545-552.

7. Slavustky, A.M.; Bertuzzi, M.A. 2012. A phenomenological and thermodynamic study of the water permeation process in corn starch /MMT films. Carbohydrate Polymers. 90: 551-557.

8. ASTM E-96-80. 1980. Standard methods of test for water va-por transmission of materials in sheet form.

9. Perdomo, J; Cova, A; Sandoval, A, J; García, L; Laredo, E; Müller, A, J. 2009. Glass transition temperatures and water sorption isotherms of cassava starch. Carbohydrate Polymers. 76: 305-313.

10. Zeppa, C.; Gouanvé-Espuche, E. 2009. Effect of a plasticizer on the structure of biodegradable starch/clay nanocompos-ites: thermal, water-sorption and oxygen-barrier properties.

127

Journal of Applied Polymer Science. 112: 2044-2056.11. Gorrasi, G.; Tortora, M.; Vittoria, V.; Pollet, E.; Lepoittevin,

B.; Alexandre, M.; Dobbois, P. 2003. Vapor barrier properties of polycaprolactone montmorillonite nanocomposites: effect of clay dispersion. Polymer. 44: 2271-2279.

12. Huang, M-F.; Yu, J-G.; Ma, X-F. 2004. Studies of the prop-erties of Montmorillonite reinforced thermoplastic starch composites. Polymer. 45: 7017-7023.

13. Huang, M.; Yu, J.; Ma, X. 2006. High mechanical perfor-mance MMT-urea and formamide-plasticized thermoplastic cornstarch biodegradable nanocomposites. 63: 393-399.

14. Cyras, V.; Manfrendi, L.; Ton-That, M.; Vázquez, A. 2008. Physical and mechanical properties of thermoplastic starch/montmorillonita nanocomposites films. 73: 55-63.

15. Azeredo, H.M.C. 2009. Nanocomposites for food packaging applications. Food Research International. 42: 1240-1253.

16. Díaz, A.B.; Müller, C.M.O.; Larotonda, F.D.S.; Laurindo, J.B. 2010. Mechanical and barrier properties of composites films based on rice flour and cellulose fibers. LTW Food Science and Technology. 44: 535-542.

17. Godbillot, L.; Dole, P.; Joly, C.; Rogé, B.; Mathlouthi, M. 2006. Analysis of water binding in starch plasticized films. Food Chemistry. 96:380-386.

128

uTilizACióN DEl AlmiDóN DE AmArANTo (AmArAnthus hipochondriAcus)

EN lA TECNologíA DE sECADo Por AsPErsióN

Falfán–Cortés, RN*., Martínez–Bustos, F**., Gaytán–Mar-tínez, M***., Gómez–Aldapa CA*

Licenciatura en Química en Alimentos, Cuerpo Académico de Química en Alimentos, icbi, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. Ciudad del Conocimiento, carretera Pachuca – Tulan-cingo, km 4.5, Col. Carboneras, Mineral de la Reforma, Hidalgo, México. CP 42184. Tel, 7717172000 ext. 2518, e–mail:

resumenRecientemente, almidones con propiedades y funcionalidades dife-rentes han atraído el interés de distintos grupos de investigadores y de la industria, para diversas aplicaciones. El objetivo de este tra-bajo fue extraer almidón de amaranto nativo y dar una aplicación a dicho polímero modificado en la tecnología alimentaria, utilizán-dolo como material de pared para evaluarlo como encapsulante de bacterias probióticas. A partir de la extracción húmeda–alcalina, se obtuvo un almidón nativo con un contenido de humedad de 10.1%, un porcentaje de proteína alto (3.2%), un extracto etéreo de 1.7% y 0.8% de cenizas. Dentro de la caracterización química se obtuvo un porcentaje de amilosa de 12.37%, característica pe-culiar del almidón de amaranto, así como un tamaño de gránulo de aproximadamente 1–3 µ. De acuerdo al perfil de viscosidad del almidón nativo, se obtuvieron los siguientes parámetros: viscosi-dad máxima de 1771 cP, viscosidad mínima de 1135 cP, viscosidad final (1203.50 cP) y finalmente una viscosidad de retrogradación de 68.50 cP. Las propiedades térmicas del almidón extraído fueron: temperatura de inicio (64.20ºC), temperatura de pico (69.41ºC) y temperatura final de gelatinización (75.26ºC); y una entalpía de ge-latinización (ΔH) de 10.49 (J/g). El almidón nativo fue modificado químicamente y por extrusión, los almidones obtenidos (fosfata-do, acetilado y succinatado) fueron evaluados como material de

129

pared en el proceso de secado por aspersión, evaluándose como control un almidón comercial, se determinó la sobrevivencia de bacterias probióticas Bifidobacterium breve ATCC 15700 y Lacto-bacillus casei ATCC 334 después del secado por aspersión, obte-niendo excelentes resultados para todos los almidones modificados de amaranto, al igual que el almidón comercial. Las microcápsulas presentaron una actividad de agua entre 0.36 a 0.45, con hume-dades de 3.8 a 6.2%, resultado de las condiciones de secado, con una forma definida y cavidades típicas sobre la superficie, con un tamaño menor a 50µ.

Palabras clave: Almidón, amaranto, encapsulación, probióticos.

introducciónRecientemente almidones con propiedades y funcionalidades diferentes han atraído el interés de distintos grupos de investi-gación y de la industria para diversas aplicaciones. El amaranto es considerada un pseudocereal, la planta crece en condiciones de baja disponibilidad de agua, suelos pobres, altitudes elevadas, y ante la presencia de infinidad de plagas; es decir, es tolerante a condiciones ambientales adversas, bajo las cuales, los cerea-les tienen pocas opciones, por lo que el amaranto tiene un gran potencial económico [1]. La familia Amaranthaceae comprende más de 60 géneros y 800 especies de plantas herbáceas, anuales y perennes. El género Amaranthus (significa inmortal en grie-go) tiene tres especies que producen grandes vainas repletas de granos, A. hypochondriacus y A. cruentus, cultivadas en Mesoa-mérica, y A. caudatus en Perú; diversos materiales genéticos de-rivados de estas especies son originarios de Mesoamérica y de aquí migraron a otras regiones del mundo [1,2]. Los granos de amaranto contienen aproximadamente 4% de cenizas, 3.1–11.5 de lípidos, 15–22% de proteína, 9–16% de fibra dietaría, y 58–66% de almidón. Las gluteninas, representan la mayor fracción proteica en el grano de amaranto en un rango de 42–46%, del total de proteína, las cuales son solubles en solución alcalina [3]. Actualmente, el amaranto es considerado un cultivo alternativo

130

e investigadores en muchas partes del mundo se han centrado en la mejora de las características agronómicas de la planta, la cali-dad nutricional y la tecnología de procesamiento de los granos. El componente más abundante de las granos de amaranto es el almidón, el cual se encuentra localizado en el perispermo, este contenido es reportado en un rango de 48% a 69% (base seca) dependiendo de las especies, y esta reportado que contiene de 92% a 95% de amilopectina [4]. Diferentes investigadores han reportado métodos de extracción para el almidón de amaranto a escala laboratorio, ya que debido al tamaño de su gránulo es un proceso difícil. Los métodos más utilizados son a través de la molienda húmeda–alcalina; sin embargo, altas concentraciones de álcali provocan daños en la calidad del almidón e incremen-tan costos [3]. El almidón nativo es un buen estabilizador de tex-tura y regulador en sistemas alimentarios, aunque, limitaciones como la baja resistencia al corte, resistencia térmica, descompo-sición térmica y alta tendencia a la retrogradación, insolubilidad en agua y alta viscosidad, limitan su uso en algunas aplicaciones industriales en alimentos. Sin embargo, estas deficiencias del al-midón se han podido superar, por ejemplo, mediante la introduc-ción de pequeñas cantidades de grupos iónicos o hidrofóbicos en las moléculas del polímero. Las modificaciones del almidón alteran las propiedades del polímero, incluyendo viscosidad de la solución, el comportamiento de asociación, y la estabilidad de conservación en la vida de productos finales. Otro propósito de la modificación del almidón es estabilizar los gránulos durante el procesamiento y hace al almidón adecuado para muchos ali-mentos y aplicaciones industriales [5]. Ésteres de almidón son un grupo de almidones modificados, en los que algunos grupos hidroxilo han sido reemplazados por grupos éster. Los reactivos aprobados por la Fda para la preparación de monoésteres de almidón son el anhídrido acético, acetato de vinilo, anhídrido succínico, anhídrido 1–octenil succínico y tripolifosfato de so-dio. Los tres tipos de ésteres de almidón más estudiados son: a) almidón acetilado, se prepara principalmente haciendo reaccio-nar al almidón con anhídrido acético, b) almidón succinatado y

131

alquenilsuccinato, que se producen por la reacción del almidón con anhídrido succínico y anhídrido succínico sustituido con grupos alquenil y c) almidón fosfatado resultante de la reacción del almidón con tripolifosfato y/o trimetafosfato de sodio [6]. Por otro lado, los probióticos son definidos como microorganismos vivos, que cuando son administrados en cantidades adecuadas confieren beneficios a la salud de los consumidores [7]. Estos microorganismos son típicamente miembros del género Bifido-bacterium y Lactobacillus, especies comúnmente asociados con el tracto gastrointestinal humano [8]. Para que un microorganis-mo se considere un probiótico, este debe ser de origen humano, no patógeno, resistente al procedimiento, estable en secreciones ácidas y biliares, adherirse a la pared epitelial, tener la capacidad de persistir en el tracto gastrointestinal y tener influencia en la actividad metabólica local del organismo [9]. El uso de bacterias probióticas como complemento en la dieta, puede proveer varios beneficios en el sistema digestivo. El más frecuente mencionado, es que nos ayuda a controlar los microorganismos patógenos en el tracto gastrointestinal [10], así como ayudar con problemas relacionados con la intolerancia a la lactosa, gastroenteritis agu-da, alergia a algún alimento, dermatitis atópica, enfermedad de Crohn, artritis reumatoide y cáncer de colon, entre otros [11]. Sin embargo, para que las bacterias probióticas proporcionen efectos benéficos al huésped, estas deben ser estables y meta-bólicamente activas en el producto, en el cual han sido incor-poradas, además de sobrevivir al paso por la parte superior del aparato digestivo y presentar resistencia a enzimas hidrolíticas y altas concentraciones de sales biliares en el intestino [12]. Por tal razón se ha recurrido a la microencapsulación de probióticos utilizando diferentes materiales de pared y métodos de encap-sulación, en los que destaca el secado por aspersión, debido a su bajo costo y alta cantidad de producción de material (polvo seco). Por todo lo anterior, el objetivo de este trabajo fue obtener almidón de amaranto (fuente no convencional) mediante la ex-tracción húmeda–alcalina, modificar el almidón mediante esteri-ficación y finalmente obtener microcápsulas con probióticos con

132

una concentración adecuada que pueda ser útil como aditivo en la industria alimentaria mediante secado por aspersión.

materiales y métodosGranos de amaranto (Amaranthus hipochondriacus), variedad nutrisol, fueron donados por el Instituto Nacional de Investiga-ciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP México). En este estudio fueron utilizadas las cepas de Bifidobacterium breve ATCC 15700 y Lactobacillus casei ATCC 334, como microorganis-mos probióticos, obtenidos de la colección de cepas “American Type Culture Collection” (ATCC*, Manassas, VA). Fue utilizado como control, el almidón de maíz ceroso, hidrolizado enzimáti-camente y modificado, N–lok, obtenido de National Starch and Chemical de México, S.A. de C.V.

Extracción del almidón de amarantoLa extracción del almidón de amaranto se realizó a través de una molienda húmeda–alcalina con algunas modificaciones [3,13]. 1 Kg de grano de amaranto se colocó en un recipiente y se agrega-ron 1.5 L de hidróxido de sodio (NaOH) 0.1 N, de manera que el grano quedó totalmente cubierto por la solución, se dejó 24 h en reposo con agitación repentina. Se utilizó una solución de NaOH 0.1N para solubilizar las glutelinas encontradas en el grano de amaranto. Se lavó el grano con agua hasta retirar totalmente los residuos de NaOH, posteriormente, se realizó una molienda hú-meda con hielo en un molino de piedras (Fumasa), la suspensión de amaranto molido fue tamizada, con la finalidad de obtener el almidón, a través de una serie de mallas con abertura de 841 µm, 595 µm, 420 µm, 250 µm, 177 µm, 149 µm, 74 µm y 62.5 µm, mientras se enjuagaba el residuo que quedó en la malla con una solución fría de bisulfito de sodio (NaHSO3) 0.1 N. Se centrifugó la suspensión a 2500 rpm por 10 min en un equipo hirme Labor-technik, Germany modelo Z513K, el precipitado fue extendido en recipientes de aluminio y secado en un horno Felisa a 40 °C, posteriormente se molió en un equipo Mini Pulvex modelo 100 y finalmente se tamizó usando una malla con abertura de 250 µm.

133

Caracterización química y morfológica del almidón de amarantoEl contenido de humedad se determinó de acuerdo al método 934.0, para el contenido de proteína se utilizó el método 32.1.22 con algunas modificaciones en un equipo micro Kjeldhal Ger-hardt (el factor de conversión utilizado para el amaranto fue 5.85), la determinación del extracto etéreo se realizó de acuerdo al método 30.10, cenizas se determinó por el método 942.05 [14]. Se obtuvo el contenido de amilosa [15]. La caracterización mor-fológica de los gránulos se llevó a cabo por microscopía electró-nica de barrido [16].

Perfiles de viscosidadSe obtuvo el perfil de viscosidad en un equipo 3C Rapid Visco Analyzer (Newport Scientific pty ltd, Sydney Australia). Se co-locaron 2.5 g (base seca) de muestra cribada por una malla de 250 µm, adicionando la cantidad de agua destilada necesaria para alcanzar un peso total de 28 g de suspensión en un recipiente de aluminio. La muestra se colocó en el viscosímetro, el cual produce una agitación rápida durante 10 s, para luego estabilizarse a ve-locidad constante de 75 rpm. La temperatura inicial de 50 °C fue mantenida durante un minuto y posteriormente elevada a 92 °C a una velocidad de calentamiento de 5.6 °C/min. Una vez alcanzada esta temperatura, se mantuvo constante durante 5 min; el enfria-miento se llevó a cabo a la misma velocidad, hasta alcanzar 50 °C. La temperatura final se mantuvo constante durante 2 min y el tiempo total de la prueba fue de 23 min, manteniendo una agita-ción constante durante todo el análisis.

Propiedades térmicasPara llevar a cabo los análisis térmicos se usó un calorímetro diferencial de barrido (DSC Mettler Toledo modelo 821). 3 mg de muestra molida y cribada con malla 60 (250 µm) y 7 mg de agua destilada fueron colocados en un crisol de aluminio de 40 µL, que fue sellado con una prensa Mettler Toledo. El crisol se colocó en el equipo; la muestra fue sometida a calentamiento desde 30

134

hasta 100 °C, a una velocidad de calentamiento de 10 °C/min. Del termograma obtenido se determinaron los siguientes parámetros: temperatura de inicio (To), temperatura final (Tc), temperatura de pico (Tp), así como la entalpía de gelatinización (ΔH).

Esterificación del almidón nativoPrevia hidrolisis, almidones hidrolizados fueron esterificados [17]. La fosfatación de almidón se realizó en un extrusor de tor-nillo simple (cinvestav–ipn). Las temperaturas del barril fueron 50, 130 y 170 ºC en las zonas de alimentación, de transición y de alta presión, respectivamente, con una velocidad de tornillo de 80 rpm y de alimentación de 35 rpm, relación de compresión del tornillo de 2:1 y un dado con un diámetro de salida de 4.0 mm. Se emplearon 4 g de tripolifosfato de sodio/100 g de almidón acondicionado a 25% de humedad, pH de 4.5–5.0 y almacena-das en bolsas de polipropileno a 4 ºC. Posteriormente, las mues-tras fueron extrudidas y molidas a 250 µm. Para la acetilación se dispersaron 100 g de almidón hidrolizado por ácido en 230 mL de agua destilada, se ajustó el pH a 8.0 con solución acuosa de NaOH al 3% y se adicionaron por goteo 2.5 g de anhídrido acé-tico/100 g de almidón en agitación constante. La suspensión de almidón se mantuvo en agitación por 10 min adicionales después de la adición del reactivo y posteriormente fue centrifugada a 6000 rpm durante 10 min. La pasta del almidón succinatado fue secada en un horno Felisa a una temperatura de 40 ºC por 24 h, luego molido en un equipo (Mini Pulvex modelo 100) y cribado en una malla de 250 µm [18]. Una vez llevada a cabo la modifi-cación química, las muestras fueron acondicionadas a 25% de humedad y extrudidas en las mismas condiciones de extrusión descritas para la fosfatación de almidón. Finalmente se realizó la succinatación, se preparó una suspensión en agua al 30–35% de sólidos del almidón (base seca), se mantuvo en agitación cons-tante y se le adicionó por goteo, anhídrido n–octenil succínico en una proporción de 2 mL/100 g de almidón en base seca, durante 2 h y se ajustó continuamente a un pH de 8.0–8.5 con una solu-ción de NaOH al 3%. Se mantuvieron las mismas condiciones

135

durante un tiempo total de 6 h. Posteriormente se ajustó el pH a 5.0 y la suspensión fue centrifugada a 6000 rpm, durante 10 min en una centrifuga Heme Labortechnik, Germany modelo Z513K. Se llevaron a cabo 2 lavados del sedimento con agua destilada para eliminar residuos del reactivo. La pasta del almidón succi-natado fue secada en un horno Felisa a una temperatura de 40 ºC por 24 h, luego molido (Mini Pulvex modelo 100) y cribado en una malla de 250 µm [17].

Microencapsulación de Bifidobacterium breve ATCC 15700 y Lactobacillus casei ATCC 334Las células de ambas bacterias fueron obtenidas separadamente después de la activación por doble transferencia en caldo Lacto-bacilli MRS, sobre condiciones de anaerobiosis a 37 °C por 48 h. El paquete celular obtenido fue resuspendido en 10 mL de una solución al 12% de leche reconstituida, la suspensión celular (con ~109 UFC g–1) fue mezclada con una solución de almidón modificado (acetilado, succinatado o fosfatado) y almidón con-trol, se usaron 20 g (base seca/100 mL de agua destilada estéril) y homogenizadas previo al secado por aspersión. Las microcápsu-las fueron preparadas por el proceso de secado por aspersión en un secador SD–Basic de LabPlant (Huddersfield, UK). El conteo bacteriano en las microcápsulas se realizó utilizando el método de vaciado en placa [19].

Sobrevivencia después del proceso del secado por asper-siónEl recuento bacteriano después del secado por aspersión se reali-zó por triplicado por el método de vaciado en placa. Se tomaron 1 g de microcápsulas y se colocaron en 9.0 mL de diluyente citra-to de sodio al 2%, posteriormente con la ayuda de un equipo vor-tex se rompieron las microcápsulas. Se tomó 1 mL de la solución y se colocó en 9 mL de solución diluyente de peptona; se realiza-ron 8 diluciones más de la muestra. Posteriormente se tomó una alícuota de 1 mL de las 1° a 8° diluciones y se colocaron en cajas Petri para luego agregarles agar MRS y homogeneizarlas. A conti-

136

nuación, las cajas fueron incubadas (incubadora Thermo Forma) a 37 °C durante 36 h y se realizó el recuento de colonias (contador de colonias Felisa). La viabilidad de las bacterias fue determinada en la suspensión de almidón por el método de vaciado en placa (con ~109 UFC g–1) antes del proceso de secado por aspersión, ob-teniendo las UFC, inmediatamente después del proceso se realizó el conteo bacteriano en el polvo recolectado [19].

Caracterización de las microcápsulas después del seca-do por aspersiónEl contenido de humedad de las microcápsulas fue determinado por diferencia de peso en las muestras antes y después del secado en estufa a 100 ºC en presencia de sílica gel durante 24 h (o peso constante) y para la determinación de la actividad de agua de las microcápsulas se empleó un equipo Aqua Lab CX– 2 (USA), las muestras fueron colocadas en contenedores propios del equipo y la medición se realizó a 25 °C. Se observaron las microcápsulas mediante microscopia electrónica de barrido bajo el mismo pro-cedimiento y condiciones en que fue observado el almidón nativo.

resultados y discusiónCaracterización química y morfológica del almidón de amaranto nativoEl almidón nativo de amaranto presentó un valor de humedad de 10.1%, este valor es similar a lo reportado por otros autores [20, 21]. Para el almidón nativo de amaranto se obtuvo 3.2% de proteína (base seca), valor relativamente alto comparado con la extracción realizada con tratamientos enzimáticos y molien-das húmedas durante la extracción del polímero. Investigadores reportaron que el contenido de proteína del almidón de Ama-ranthus mantegazzianus fue de 1.47%, lo cual fue un resultado menor que lo encontrado en el presente trabajo, esta diferencia puede atribuirse al método de extracción con el que se aisló el almidón [22]. Otros autores reportaron valores entre 0.10% a 0.22% de proteína, sin embargo, durante el proceso de extrac-ción se utilizaron enzimas proteasas que dieron como resultado

137

un bajo contenido proteico, lo que hace al proceso de un elevado costo [3]. Se obtuvieron valores del extracto etéreo de 1.7% para el almidón nativo de amaranto, estos valores son similares a los reportados por otros autores [23]. Se ha reportado, para el almi-dón de amaranto, un contenido de grasa de 0.2%, las variaciones en el porcentaje de grasa fueron atribuidos a las diferentes espe-cies de amaranto [24]. Finalmente, dentro de la caracterización de almidón nativo se encontró un contenido de cenizas de 0.8%, este valor es similar a lo reportado por otros autores [23], el gra-no de amaranto está constituido por una importante cantidad de minerales como fósforo, potasio, magnesio, hierro y calcio, entre otros, los cuales no son separados completamente durante la extracción alcalina del almidón [25]. El contenido de amilosa es un factor importante que afecta ciertas propiedades del al-midón, como la capacidad de hinchamiento, la solubilidad y la formación de geles [26], el porcentaje de amilosa para el almidón extraído fue de 12.38%, lo que se traduce en un alto contenido de amilopectina, existe una gran variedad de porcentajes de amilo-sa reportados en la literatura para el almidón de amaranto, que van desde el 5.79% hasta el 24.2%, lo que puede ser atribuido al método de extracción del almidón, factores ambientales y bio-lógicos [21, 27], es importante destacar que el bajo contenido de amilosa en el almidón de amaranto, es una propiedad muy importante para sus aplicaciones futuras en la industria alimen-taria y farmacéuticas, siendo este almidón una alterativa ante otros cultivos, (Posición fig. 10A).

El examen microscópico de los gránulos finos de almidón de amaranto mostró uniformidad en la forma hexagonal y de ta-maño muy pequeño, el cual varió de 1 a 5 µm (fig. 1). Se observó que el método de extracción no dañó estas características de los gránulos. Los gránulos están íntegros sin grietas, ni daño alguno. En la microfotografía se observa que los gránulos de almidón de amaranto forman aglomerados, este fenómeno es muy común en los gránulos pequeños, lo que se atribuye a los residuos de proteína y lípidos que no son removidos durante la extracción del almidón [28].

138

Fig. 10A. Microfotografía de los gránulos de almidón nativo de amaranto obtenido por molienda húmeda–alcalina.

Perfiles de viscosidad Por lo general, los almidones en estado nativo, presentan una naturaleza hidrofílica, son poco solubles en agua fría y producen pastas de alta viscosidad. Al ser suspendidos en agua y calenta-dos, los gránulos del almidón nativo de amaranto, se obtuvieron los parámetros de viscosidad, obteniéndose valores de viscosidad máxima de 1771 cP, viscosidad mínima de 1135 cP, viscosidad final de 1203.50 cP y finalmente una viscosidad de retrograda-ción de 68.50 cP. Resultados similares fueron reportados por otros investigadores para el almidón de amaranto nativo [27]. Es importante mencionar que el comportamiento del perfil vis-coamilografico del almidón de amaranto muestra un comporta-miento normal, similar al de los almidones de cereales y raíces. Ha sido reportado que la viscosidad del almidón de amaranto presenta valores más bajos de viscosidad en comparación con al-midones de cereales convencionales, la posible razón a este com-portamiento es debido al bajo contenido de amilosa presente en el amaranto y al tamaño de gránulo [20]. Además, las cadenas

139

de corta longitud del almidón de amaranto (amilosa), podrían explicar la baja viscosidad que presenta este almidón, debido a que moléculas más grandes contribuyen más a la viscosidad en una solución o emulsión, desde un punto de vista reológico. Por otro lado, cabe mencionar que propiedades como el bajo valor de retrogradación obtenido a partir del perfil viscoamilografico, le confieren características importantes al almidón de amaranto, como la estabilidad ante el enfriamiento y posiblemente el bajo grado de sinéresis del almidón, por lo que este puede ser de gran potencial para el uso de agentes espesantes, aplicado como adi-tivo en salsas, sopas frías y productos refrigerados. Ha sido re-portado que el almidón de amaranto presenta mayor estabilidad a condiciones de enfriamiento que el almidón ceroso de maíz y el de plátano [24].

Propiedades térmicasA partir del termograma del almidón nativo, se obtuvieron los pa-rámetros térmicos que incluyen: temperatura de inicio (64.20 ºC), de pico (69.41 ºC) y final de gelatinización (75.26 ºC). Con res-pecto a la temperatura de gelatinización, los resultados fueron similares a los reportados por otros investigadores para el almi-dón nativo de amaranto [23, 29]. El método de extracción es un factor que puede inducir variaciones en las propiedades térmi-cas del almidón [3]. Con respecto a la entalpía de gelatinización (ΔH) se obtuvo un valor de 10.49 (J/g). Investigadores reportaron un valor de 2.58 (J/g), valor bajo comparado con el obtenido en este trabajo, de acuerdo al valor obtenido de ΔH, podría indicar una mayor compactación en la estructura molecular interna y un mayor grado de cristalinidad en el mismo, comparado con aquellos de menor ΔH [27]. Las variaciones entre muestras en la estructura cristalina producen diferencias en las temperaturas de gelatinización. Los granos poco compactos presentan gene-ralmente gránulos de almidón de mayores tamaños (>10 µm). Los gránulos con cristalinidad alta muestran altas temperaturas y entalpías de gelatinización [30].

140

Sobrevivencia después del proceso del secado por asper-siónEl almidón nativo fue modificado químicamente, se realizó la fosfatación, la acetilación y la succinatación. Estos almidones modificados fueron empleados para la microencapsulación de B. breve ATCC 15700 y L. casei ATCC 334, en la tabla 1 se presentan los resultados obtenidos para la sobrevivencia de B. breve ATCC 15700 y L. casei ATCC 334 durante el proceso de secado por aspersión. Se observó que la microencapsulación por secado por aspersión es un proceso eficiente que puede producir grandes cantidades de material. Sin embargo, esta económica y efectiva tecnología es raramente considerada para la microencapsulación de microorganismos debido a la alta mortalidad, resultado de la deshidratación e inactivación térmica que sufren los microorganismos. El efecto del secado por aspersión sobre la membrana de la célula puede conducir a un incremento en la permeabilidad de la célula, que podría dar como resultado la salida de componentes intracelulares desde el interior de la célula hacia el medio que la rodea. La membrana citoplasmática es la más susceptible al estrés asociado por el secado, la pared celular, el adn y el arn también son afectados, dando como resultado una pérdida en la actividad metabólica [31]. De manera general, se puede observar que los almidones acetilado y fosfatado de amaranto presentaron las menores pérdidas de microorganismos, en comparación con el almidón succinatado y el control (N–lok). Fueron reportadas, para Bifidobacterium lactis, pérdidas de 1 a 3 Log de acuerdo a las condiciones de proceso de secado; mayores pérdidas en la sobrevivencia de las células microencapsuladas se encontraron en función al incremento en la temperatura de entrada y salida del secador, materiales como el acetato ftalato de celulosa fueron evaluados, garantizando la protección de los microorganismos durante el proceso del secado; sin embargo este material es utilizado en la industria farmacéutica como aditivo entérico de costo elevado [32]. En otro estudio, Bifidobacterium longum (BCRC 14605) y Lactobacillus acidophilus (BCRC 14079), fueron microencapsulados, utilizando la tecnología de secado por

141

aspersión, empleándose como materiales de pared una mezcla de maltodextrinas y goma arábiga; los autores reportaron eficiencias del proceso de secado entre el 45.65% y 52.38%, además evaluaron el efecto de la temperatura de entrada para cada microorganismo, donde encontraron un decremento de la sobrevivencia de ambos microorganismos con el incremento de la temperatura de entrada del secador. También reportaron que la concentración final de ambos géneros fue superior a 107 UFC/g después del secado por aspersión, lo cual es un resultado favorable de acuerdo a las recomendaciones como mínimo para efectos terapéuticos, estos resultados son similares a los obtenidos en este trabajo [33]. Para el caso de Lactobacillus casei ATCC 334, la sobrevivencia después del secado fue mayor a 108 UFC/g, resultado favorable de acuerdo a lo recomendado con el fin de producir beneficios terapéuticos. Para Lactobacillus casei ATCC 334, se observó que el mejor material que protegió estas células durante el proceso de secado por aspersión fue el almidón de amaranto fosfatado, seguido del succinatado de amaranto y N–lok. Comparando la sobrevivencia entre cada género, se observó que se presenta una mayor sensibilidad a las condiciones de secado por el género Lactobacillus, esto concuerda con lo reportado por otros investigadores [32]. Para Lactobacillus rhamnosus GG (LGG), el cual fue microencapsulado por secado por aspersión y liofilización, se presentaron pérdidas menores a 2 Log UFC/g, sin embargo, los mejores resultados fueron para los microorganismos que fueron encapsulados por secado por aspersión con respecto a los liofilizados, los autores reportaron que las posibles diferencias con lo reportado en la literatura, con respecto al mejor método, es posiblemente resultado de las condiciones de liofilización [34]. En general, todos los almidones modificados de amaranto presentaron buena protección sobre las condiciones del secado por aspersión, incluso comparándolo con el almidón comercial N–lok, el cual es un almidón de costo elevado, por lo anterior, los almidones obtenidos en el laboratorio y de una fuente no convencional, están ofreciendo ventajas sobre su aplicación como material de pared durante el secado de los microorganismos,

142

Tabla 10B. sobrevivencia de microorganismos B. breve ATCC 15700 y l. casei ATCC 334 durante el proceso de secado por aspersión encapsulados con diferentes almidones

modificados de amaranto.

Caracterización de las microcápsulas después del secado por aspersiónSe obtuvieron microcápsulas (polvos obtenidos después del proceso de secado) para el género Bifidobacterium, las cuales mostraron una actividad de agua en un rango de 0.31 a 0.36, y humedades entre 3.8% a 6.2%, estos valores son similares a los reportados por otros investigadores para polvos, obtenidos después del secado por aspersión, quienes reportaron que estos parámetros disminuyen con el incremento de la temperatura de secado [32]. Para el género Lactobacillus se obtuvieron actividades de agua entre 0.32 y 0.45 y contenidos de humedad en un rango de 4.5% a 5.8%. Similares resultados a los encontrados para el género Bifidobacterium, considerando que fueron las mismas condiciones de secado para todos los materiales analizados. En general, los microorganismos presentan una mayor sobrevivencia a bajas actividades de agua, sin embargo, después del estrés provocado por el secado, podría disminuir la sobrevivencia. El bajo contenido de agua inducido por el secado por aspersión, proporciona una reducción significante en la difusividad y por lo tanto en el transporte de oxígeno al interior de las células (Bifidobacterium bifidum), lo que da como resultado un incremento en la sobrevivencia de los microorganismos [33]. El bajo contenido de humedad y actividad de agua encontrados en las microcápsulas podría favorecer la sobrevivencia de los

143

microorganismos encapsulados. Por otro lado, las microcápsulas de Bifidobacterium breve ATCC 15700 (dato no mostrado) y Lactobacillus casei ATCC 334 (fig. 2) fueron similares en morfología y tamaño. Presentaron una cobertura uniforme de las células y no se observó evidencia de la presencia de células en el exterior de las microcápsulas. La forma de las microcápsulas, en todos los materiales de pared, fue característica de microcápsulas producidas por secado por aspersión con identaciones en la superficie, como resultado de la evaporación rápida del agua. A temperaturas más elevadas de secado por aspersión, el efecto de indentaciones en la superficie de las microcápsulas, disminuye por un efecto de expansión rápida de las partículas. La presencia de indentaciones afecta negativamente el libre flujo de los polvos, debido a que conduce a la formación de agregados [35]. El tamaño de las microcápsulas fue menor a 20 micras en todos los almidones modificados, esta característica puede contribuir a reducir el impacto sobre la textura cuando se incorporan en un sistema alimenticio. Los probióticos son demasiado grandes (generalmente 4.1 µm) para la nanotecnología, por lo que la microencapsulación es una herramienta útil para mejorar la viabilidad de los probióticos activos [36].

144

conclusionesA través de la molienda húmeda es posible obtener almidón de na-tivo con buenas características fisicoquímicas y estructurales, los almidones modificados de amaranto (fosfatado, acetilado y suc-cinatado) presentaron excelentes propiedades para la encapsula-ción eficiente de microorganismos probióticos durante el secado por aspersión. Las microcápsulas obtenidas presentaron buenas características, principalmente en la sobreviviencia de los micror-ganismos Bifidobacterium breve ATCC 15700 y Lactobacillus casei ATCC 334 después del secado por aspersión, así como en el tama-ño de estas (menor a 50 µ), lo cual representa una ventaja, si estas son adicionadas a diferentes matrices alimentarias, ya que podría esperarse un menor impacto de la textura en alimentos en los que las microcápsulas sean adicionadas. Es importante el estudio de diferentes fuentes de almidones, ya que estos pueden ofrecer di-ferentes ventajas y aplicaciones en la encapsulación de una gran variedad de principios bioactivos. En nuestro grupo de trabajo, uno de los objetivos a seguir, es continuar en la búsqueda de in-formación sobre la microencapsulación por diferentes métodos, utilizando fuentes novedosas de materiales de pared, así como una gran variedad de compuestos bioactivos, los cuales puedan ser utilizados en la industria alimentaria y que estos cumplan con las características de estabilidad y puedan proporcionar un efecto benéfico en la salud del consumidor.

reFerencias1. Lehmann, J. W. 1996. Case history of grain amaranth as an

alternative crop. Cereal Foods World. 41:399-403.2. Paredes-López, O.; Schevenin, M. L.; Hernández-López, D.;

Cárabez-Trejo A. 1989. Amaranth starch-isolation and partial characterization. Starch/Stäke 41:205-207.

3. Radosavljevic, M.; Jane, J.; Johnson, L. A. 1998. Isolation of Amaranth Starch by Diluted Alkaline-Protease Treatment. Cereal Chemistry. 75(2): 212–216.

4. Saunders, R. M.; Becker R. 1984. “Amaranthus: A potential food and feed resource”, in Advances in Cereal Science and

145

Technology. “Ed. Y. Pomeranz. Americam Association of ce-real Chemists. St. Paul, MN.

5. Hermansson, A. M.; Svegmark, K. 1996. Developments in the understanding of starch functionality. Trends in Food Science and Technology. 7(11):345-353.

6. Xie, H. G.; Zheng, J. N.; Li, X. X.; Liu, X. D.; Zhu, J.; Wang, F.; Xie, W. Y.; Ma, X. J. 2009. Effect of Surface Morphology and Charge on the Amount and Conformation of Fibrinogen Adsorbed onto Alginate/Chitosan Microcapsules. Langmuir. 26(8): 5587-5594.

7. Brown, S. B.; Orlando C. M. 1988. Reactive extrusion, in En-cyclopedia of Polymer Science and Engineering, Vol. 14 (Eds. H. F. Mark, N. M. Bikales, C.G. Overberger, G. Menges, J. I. Kroschwitz) Wiley, New York.

8. Weinbreck, F.; Bodnár, I.; Marco, M. L. 2010. Can encapsula-tion lengthen the shelf-life of probiotic bacteria in dry prod-ucts?. International Journal Food Microbiology. 136:364-367.

9. Miranda-Novales, MG. 2008. Probióticos y micronutrimentos ¿Son útiles para la diarrea aguda? Boletín médico del Hospital general de México. 65:157-166.

10. Zhao J.; Yan X.; Wu W. 2008. Genetic variations and cellular receptors of canine distemper virus-a review. Wei Sheng Wu Xue Bao 48. 2008. pp. 986-991.

11. Anal, A.K.; Singh, H. 2007. Recent advances in microencap-sulation of probiotics for industrial applications and targeted delivery review. Trends Food Science Technology. 18:240-251.

12. Gilliland, S. E.; Speck, M. L. Antagonistic action of Lacto-bacillus acidophilus toward intestinal and food borne patho-gens in associative cultures. Journal Food Protection. 40. 1977. pp. 820–823.

13. Myers, D. J.; Fox, S. R. 1994. Alkali wet-milling characteris-tics of pearled and unpearled amaranth seed. Cereal Chemis-try. 71:96-99.

14. AACC. 2000. Approved Methods of the American Association of Cereal Chemists. American Association of Cereal Chem-ists, St. Paul, MN. Vol II(10 th Ed).

146

15. Williams, P. C., Kuzina, F. D.; Hlynka, L. 1970. A rapid col-orimetric procedure for estimating the amylase content of starches and flour. Cereal Chemistry. 47:411.

16. Gunning, Y. M.; Gunning, P. A.; Kemsley, E. K. 1999. Factors affecting the release of flavour encapsulated in carbohydrate matrixes. Journal of Agriculture and Food Chemistry. 47:5198-5205.

17. Murúa-Pagola, B.; Beristain-Guevara, C. I.; Martínez-Bustos, F. 2009. Preparation of starch derivatives using reactive ex-trusion and evaluation of modified starches as shell mate-rials for encapsulation of flavoring agents by spray drying. Journal of Food Engineering. 91:380-386.

18. Phillips, D. L.; Liu, H.; Pan, D.; Corke, H. 1999. General ap-plication of Raman spectroscopy for the determination of level of acetylation in modified starches. Cereal Chemistry. 76 (3):439–443.

19. Falfán-Cortés, RN.; Gaytán- Martínez M.; Verdalet-Guzmán I.; Amaya Llano SL.; Ferreira Grosso CR.; Martínez-Bustos F. 2014. Evaluation of Modified Amaranth Starch as Shell Material for Encapsulation of Probiotics. Cereal Chem. 91(3):300–308.

20. Pérez, E.; Bahnassey, Y. A.; Breene, W. M. 1993. A simple Lab-oratory Scale Method for isolation of amaranthus. Starch/Stärke. 45(6):211-214.

21. Calixto, C.; Arnao, S. 2004. Aislamiento y caracterización parcial (I) del almidón nativo de Amaranthus caudatus Linneo. Revista Química del Perú. 70(1): 48-54.

22. Manni, D.; Santiago, L.; Andrich, O.; Grosso C. 2008. 2do Encuentro de Jóvenes Investigadores en Ciencia y Tecnología de Materiales. Misiones, Argentina.

23. Uriyapongson, Y.; Rayas-Duarte, P. 1994. Comparison of yiel and properties of amaranth starches using wet and dry-wet milling processes. Cereal Chemistry. 71: 571-577.

24. Bello-Pérez, L. A.; De León, Y. P.; Agama-Acevedo, E.; Paredes-López, O. 1998. Isolation and Partial Characterization of Amaranth and Banana Starches. Starch/Stärke. 10:409-413.

147

25. Gamel, T. H.; Linssen, J. P.; Mesallam, A. S.; Damir, A. A.; Shekib, L. A. 2006. Effect of seed treatments on the chemi-cal composition of two amaranth species: oil, sugars, fibres, minerals and vitamins. Journal of the Science of Food and Agriculture. 86:82–89.

26. Choi, S. G; Kerr, W. L. Swelling characteristics of native and chemically modified wheat starches as a function of heating temperature and time. Starch. 56. 2004. pp. 181-189.

27. Yangzhou, J. Q.; Stuttgart, M. K. 1999. Characterization of Amaranthus cruenctus and Chenopodium quinoa Starch. Starch-Stärke. 51:116-1120.

28. Qian, J. Y.; Kuhn, M. 1999. Characterization of Amaranthus cruentus and Chenopodium quinoa starch. Starch/Stärke. 51(4): 116-120.

29. Wu, H. X.; Yue, S. X.; Sun, H. L.; Corke, H. 1995. Physical properties of starch from two genotypes of Amaranthus cruentus of agricultural significance in China. Starch/Stärke. 47: 295–297.

30. Narváez, E. D.; Figueroa, J. D.; Taba, S.; Rincón, F. 2006. Kernel microstructure of Latin American races of maize and their thermal and rheological properties. Cereal Chemistry. 83(6): 605-610.

31. Teixeira, P.; Castro, H.; Mohacsi-Farkas, C.; Kirby, R. 1997. Identification of sites of injury in Lactobacillus bulgaris dur-ing heat stress. Journal of Applied Microbiology. 83:219-226.

32. Favaro-Trindale, C. S.; Grosso, C. R. F. 2002. Microencapsula-tion of L acidophilus (La-05) and B lactis (Bb-12) and evalua-tion of their survival at the pH values of the stomach and in bile. Journal of Microencapsulation. 19: 485-494.

33. Lieh-C, S.; Chin-Wen, L.; Ming-Ju, C. 2007. Development of an Oriental-style dairy product coagulated by microcapsules containing probiotics and filtrates from fermented rice. Soci-ety of Dairy Technology. 60(1):1-10.

34. Ying, D.Y.; Phoon, M. Ch.; Sanguansri, L.; Weerakkody, R.; Burgar, I.; Augustin, M. A. 2010. Microencapsulated Lactoba-cillus rhamnosus GG Powders: Relationship of Powder Phys-

148

ical Properties to Probiotic Survival during Storage. Journal of Food Science. 75(9): 588-595.

35. Rosenberg, M.; Young, S. L. 1993. Whey proteins as microen-capsulating agents. Microencapsulation of anhydrous milk-fat – structure evaluation. Food Structure. 12: 31-41.

36. Akhiar, M. 2010. Enhancement of Probiotics Survival by Mi-croencapsulation with Alginate and Prebiotics. Basic Bio-technology Journal. 6: 13-18.

149

ANálisis FisiCoquímiCo y DETErmiNACióN DE ACTiViDAD ANTioxiDANTE

DEl CAPulíN (prunus serotinA)

Castañeda–Ovando, A.,* Martínez–Torres, E., Contreras–López, E., Jaimez–Ordaz, J., Añorve–Morga, J., González–Olivarez, L.G.

*Cuerpo Académico de Propiedades y Funcionalidad de Alimen-tos, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. Carr. Pachu-ca–Tulancingo, km 4.5, Mineral de la Reforma, Hidalgo, México. CP. 42184. Tel. 01(771)7172000, ext. 2512, e–mail: ovandoa@uaeh.edu.mx

resumenEl objetivo del presente trabajo de investigación fue la caracteriza-ción fisicoquímica y el análisis de la actividad antioxidante del fru-to de capulín (Prunus serotina). El análisis proximal y azúcares re-ductores se realizó por separado a la pulpa, piel, hueso y el capulín entero con la finalidad de identificar la composición química. Los resultados obtenidos se compararon con los reportados en otros trabajos de investigación, existe variación debido a las diferencias que existen entre las especies. El capulín entero presentó una com-posición del 62.42% de humedad, 0.88% cenizas, 0.50% de grasa, 3.10% de proteína, 11.93% de fibra y 21.17% de carbohidratos. Los azucares reductores del capulín entero fue de 0.13 g/g de fruto, en comparación con otros frutos reportados como las ciruelas (Spon-dias purpurea) que oscilan entre 0.11 y 0.52 g/100 g. Los °Brix del capulín se obtuvo un promedio de 18.33, pH 4.83, acidez 8.5 mg ácido tartárico/100g de capulín y la capacidad antioxidante de 403 mg TE/100 g de capulín. El resultado de la actividad antioxidante del capulín es alto en comparación con otros frutos ricos en antio-xidantes por lo que su consumo se sugiere, así mismo la aplicación de este fruto en la industria alimentaria.

Palabras clave: actividad antioxidante, análisis fisicoquímico, ca-pulín.

150

introducciónPrunus serotina (Rosaceae) es un árbol de 60–90 metros de altura, nativo del norte de América, ampliamente distribuido en México, comúnmente llamado ‘’capulín”, o cereza negra americana [1].

La corteza ha sido utilizada por pueblos indígenas de las re-giones de América del Norte para los síntomas relacionados con la diabetes y tradicionalmente para el tratamiento de enferme-dades inflamatorias, tales como fiebre, frío, y dolor de garganta. Se sabe que ejercen propiedades contra el cáncer y los efectos antiproliferativos a través de la regulación a la baja de la ciclina D1 expresión en células humanas de cáncer de colon [1].

Los frutos de P. serotina se utilizan en la medicina tradicional mexicana para el tratamiento de la diarrea y la tos. Estas frutas son también parte de la dieta mexicana, y se consumen frescas, secas o preparadas en mermelada [1].

Hace algunos años se realizó un estudio de este fruto; de acuerdo a las estadísticas, resultó que es una especie de poca importancia económica, con una superficie cultivada de 78 hec-táreas, una producción de 293 toneladas, con un valor de pro-ducción de $774,000.00 y entre los estados productores destacan el Distrito Federal y el Estado de México [2].

Este hecho es de esperarse, ya que no se han dado más usos a este fruto, por lo que su impacto industrial y económico es inver-samente proporcional a las propiedades que tiene. En este sen-tido, se ha estudiado que el capulín contiene como antocianinas mayoritarias a la cianidina–3–glucósido y la cianidina–3–rutinó-sido [3], lo que lo hace viable para utilizarlo en la elaboración de otros productos con propiedades funcionales.

materiales y métodosMuestrasLas muestras de capulín (3.380 kg) con la que se trabajó se ad-quirieron en un establecimiento comercial. Una vez lavados los frutos, a 2.2 kg se les extrajo el hueso y la pulpa; los pericarpios resultantes se liofilizaron, con la finalidad de conservarlos para los análisis posteriores. El resto se congeló a –5 °C.

151

Análisis proximalEl análisis proximal se realizó a muestras de capulín entero, pul-pa, piel y hueso del fruto de capulín. Todos los análisis siguieron las metodologías de la AOAC [4].

HumedadEl contenido de humedad se llevó a cabo mediante el método AOAC 925.09, por secado en estufa. En charolas de aluminio a peso constante se colocaron muestras de 5 g y se llevó a peso constante en una estufa a 105 °C por un tiempo de 4 horas. El procedimiento se realizó por triplicado.

CenizasPara la determinación de cenizas totales por el método AOAC 923.03 se utilizaron crisoles a peso constante, se colocaron de 2 a 3 g de muestra y se incineró en parrilla de calentamiento hasta la desaparición del humo. Posteriormente, los crisoles se llevaron a una mufla a 550 °C por 6 horas aproximadamente. El análisis se realizó por triplicado.

Grasa crudaEl contenido de grasa se determinó mediante el Método AOAC 920.39 (Método Soxhlet). Para lo cual, se colocó la muestra libre de humedad, en un dedal de celulosa y se introdujo en el equi-po Soxhlet. En un matraz balón de 250 mL a peso constante se adicionaron 150 mL de éter de petróleo, se procedió a calenta-miento moderado hasta la extracción de grasa. Para finalizar se recuperó el solvente y el resto se eliminó colocando el matraz en una estufa a 65 °C. El análisis se realizó por triplicado.

Proteína crudaLa determinación se realizó por el método AOAC 990.03 (Método Dumas). En una cápsula de estaño se pesaron aproximadamente 100 mg de muestra libre de grasa y humedad, y se introdujo en un equipo Dumas LECO FP–528. La muestra se sometió a una combustión a 800 °C para convertir todo el nitrógeno presente

152

en la materia orgánica a nitrógeno gaseoso, para convertir este último en % de proteína, se utilizó un factor de conversión de 6.25. La determinación se realizó por triplicado.

Fibra crudaLa determinación de fibra se realizó por el método AOAC 7.073. Se pesaron de 1 a 2g de muestra libre de humedad y grasa y se colocaron en un vaso de Berzelius de 600 mL. Se procedió a una digestión ácida con H2SO4 al 1.25% por 30 minutos a reflujo, se filtró en una tela de lino y se prosiguió con una digestión básica con NaOH al 1.25% por 30 minutos a reflujo. Se filtró la muestra no digerida con la misma tela de lino, se colocó el resto de la muestra y la tela en un crisol y se llevó a peso constante en estufa a 105°C por 1 hora. Se incineró en una parrilla de calentamiento hasta desaparición de humo y colocó en una mufla a 550 °C por 6 horas. Se realizó por triplicado, analizando un blanco para los cálculos finales.

Determinación de azúcares reductoresSe realizó la determinación de azúcares reductores a muestras de capulín entero, piel, pulpa y hueso. La determinación se realizó por el método del ácido 3,5–dinitrosalicílico (dns), el cual se basa en la reducción del dns (de color amarillo) por los azúcares reductores al ácido 3–amino–5–dinitrosalicílico de color rojo previo calentamiento por 5 minutos a 100 °C. Después, se tomó la lectura de la absorbancia a λ=540 nm en un espectrofotómetro GENESYS 10S UV–VIS, se preparó una serie de estándares a partir de una solución patrón de glucosa para realizar la curva de calibración. Las muestras se analizaron por triplicado.

Determinación de sólidos solubles totales (°Brix)Se añadió al prisma 5 gotas del jugo del fruto y se determinó el porcentaje de sólidos solubles totales directamente en la escala, a 18 ºC. Se utilizó un refractómetro digital Reichert AR200.

153

Determinación de pHSe pesaron 75 g del fruto de capulín sin hueso, molido en 200 mL de agua destilada se tomaron las lecturas de pH directamente en un potenciómetro pH/ORP/ISE Meter (HANNA H3221).

Determinación de acidez titulableSe pesaron 75 g de capulín sin hueso y molido, se mezclaron con 200 mL de agua destilada y se llevó a calentamiento a 70 °C por 1 hora, se filtró y el residuo se lavó con agua caliente, se aforó a 500 mL. Se tomaron alícuotas de 25 mL y se adicionaron 75 mL de agua previamente hervida y fría. Se valoró con una solución de NaOH 0.1N por el método descrito en la NMX–F–102–S 1978 y expresado en mg de ácido tartárico/100g de capulín.

Determinación de la actividad antioxidanteLa actividad antioxidante del fruto de capulín se determinó me-diante el método del DPPH. Se preparó una solución patrón con Trolox (antioxidante de referencia) y se realizó una curva pa-trón, utilizando el DPPH (2,2–Diphenyl–1picrylhydrazyl) como secuestrante de radicales libres, se tomaron las absorbancias en un espectrofotómetro UV–VIS a 515 nm. El resultado se expresó como mg de trolox/100 g de muestra.

Determinación de fenoles totalesCurva de calibraciónLa cuantificación se realizó utilizando el reactivo de Folin–Cio-calteau (tungstofosfato y molibdofosfato). Para ello, se preparó una curva de calibración en el intervalo de 0 a 30 mg/L de ácido gálico; a cada uno de los estándares se les agregó 1.5 mL de reac-tivo de Folin–Ciocalteau y 4 mL de carbonato de sodio al 7.5%, los matraces se mantuvieron en agitación en vortex durante 1 min y las soluciones se aforaron a 10 mL con agua destilada. Los estándares se colocaron en un baño de agua precalentado a 50°C y se incubaron durante 10 min. A continuación, se midieron las absorbancias a 760 nm.

154

Extracto de capulínSe pesaron aproximadamente 5 g de capulín y se agregó 100 mL de agua destilada. Se tomó una alícuota de 500 µL del extracto de capulín y se trasnfirieron a un matraz volumétrico de 10 mL, adicionando 1.5 mL de reactivo de Folin–Ciocalteau y 4 mL de carbonato de sodio al 7.5%, completando el volumen con agua destilada. Después, se incubó a mezcla a 50 °C durante 10 min, tomando las lecturas de absorbancia a 760 nm. El análisis se realizó por triplicado.

Medida de antocianinasObtención del extractoLa extracción se realizó de acuerdo al método descrito por Giusti y Wrolstad [5]; por lo que, se pesaron 50 g de piel de capulín lio-filizado y se sumergieron en 500 mL de solución de HCl al 2% en etanol, manteniéndose en maceración por 24 horas. Posterior-mente, la solución se filtró y el filtrado obtenido se aforó a 500 mL con solución etanólica acidificada al 2%.

Determinación de antocianinas monoméricasEl contenido de antocianinas se determinó mediante el método de pH diferencial descrito por Wrolstad y colaboradores [6]. Se tomaron 2 alícuotas de 1 mL de extracto y se transfirieron a dos matraces volumétricos de 10 mL. Las soluciones de los extrac-tos se aforaron con de KCl 0.025 M (pH 1) y con una solución amortiguadora de acetatos (pH 4.5), respectivamente. Después se obtuvieron los espectros en el intervalo de 250–750 nm.

resultados y discusiónAnálisis proximalLos resultados obtenidos del análisis proximal del fruto del ca-pulín que se muestran en la Tabla 1, difieren con los resultados reportados por otros autores [7,8], sobre todo en el contenido de proteína y carbohidratos.

155

Tabla 11A. Análisis proximal del fruto de capulín

La variabilidad de los resultados obtenidos y los reportados se le atribuye a la diferencia que existen entre las especies de los frutos de capulín, a las condiciones ambientales, variedad, madurez del fruto, tipo de suelo en donde se cultivan los frutos, manejo de muestra y forma en que se expresan los resultados, ya que en algunos casos sólo se reporta como la parte comestible del fruto.

Azúcares reductoresSe tomó como referencia la curva patrón con glucosa para la obtención de los resultados, donde se obtuvo un coeficiente de correlación de 0.999. Es importante mencionar que el contenido de azúcares reductores pueden ser interferentes en los análisis de actividad antioxidante y fenoles totales por ser especies reactivas. Los resultados se muestran en la Tabla 2, en la que se puede apreciar que la pulpa es la principal fuente de azúcares reductores, seguida de la piel.

Tabla 11B. Azúcares reductores del fruto de capulín (n=3).

156

La mayor concentración de azúcares reductores se encuentra en la pulpa de capulín con una concentración de 196.33 mg/g de muestra, la menor concentración está en el hueso de capulín con una concentración de 18.51 mg/g de muestra.

Parámetros fisicoquímicosSe obtuvo un promedio de 18.33 °Brix del fruto de capulín, con un valor mayor en comparación con el contenido de sólidos so-lubles totales de la ciruela (Spondias purpurea) que oscilan de 7.0 a 15.6 ºBrix [9] o en pulpa de vid Palieri de 13 °Brix [10]. El pH del capulín obtenido es de 4.83 como se muestra en la Tabla 3; este valor no tiene variación significativa en comparación con el pH de la pulpa de vid Palieri de 4.50 [10], en cambio la pulpa de frutos colectados en poblaciones silvestres y cultivadas de di-ferentes variedades de ciruelas mexicanas Spondias purpurea L. en Jalisco, Colima y Nayarit con un valor de pH de 2.7 a 3.3 [9].Como se puede observar en el fruto de capulín, aún con un pH de 4.83 se conserva el color del fruto, lo que indica que hay otros componentes en el fruto que estabilizan las antocianinas, res-ponsables del color.

El valor de la acidez del fruto de capulín es de 8.50 mg de áci-do tartárico/100 g de capulín, este no varía significativamente al compararlo con la acidez de 0.86% de la pulpa de vid Palieri [10].

Recientemente el interés por estudiar alimentos con aporte de antioxidantes es más frecuente, en la Tabla 3 se muestra que el fruto de capulín es fuente de antioxidantes y compuestos fe-nólicos.

La actividad antioxidante del capulín es de 398.73 mg de Tro-lox por 100 g de fruto fresco. Esta propiedad es dada, sobre todo, por las antocianinas presentes en la piel de los frutos, y propor-cionan colores desde el rojo o azul al púrpura [11].

Comparando la actividad antioxidante del capulín con otros frutos rojos como el de las cerezas de 3.365, la ciruela de 6.259 y las fresas de 3.577 µmol TE/100g [11]. Dado los resultados el fruto de capulín (Prunus serotina) es una muy buena fuente de antioxidantes que pueden beneficiar a la salud humana,

157

Tabla 11C. resultados para los parámetros fisicoquímicos evaluados para el capulín

conclusionesEl fruto del capulín tiene propiedades que se pueden utilizar para el desarrollo de otros productos alimenticios. De todos los pará-metros fisicoquímicos medidos, cabe resaltar a las antocianinas monoméricas, fenoles totales y actividad antioxidante, los cuales fueron valores altos, lo que permite que el fruto del capulín sea aprovechado para la elaboración de bebidas, confites o jaleas con propiedades benéficas para la salud (actividad antioxidante).

reFerencias1. Aguerrebere I.; Molina R.; Oomah B.; Drover J. 2011. Charac-

teristics of Prunus serotina seed oil. Food Chemistry. 124:983–990.

158

2. Molina M.; Córdova T. 2006. Informe nacional sobre el estado de los recursos fitogenéticos para la agricultura y la alimentación sagarpa: someFi.

3. Castañeda O.; Ondra S.; Havel J.; Pacheco L.; Galán V.; Contreras L. 2012. Identification of Anthocyanins in Red Grape, Plum and Capulin by MALDI-ToF MS. Journal of Mexican Chemical Society. 56(4):378-383.

4. AOAC. 1995. Official Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemists International (16Th ed., Vol. II). (P. Cunniff, ed).

5. Giusti, M.M.; Wrolstad, R.E. 2001. Anthocyanins. Character-ization and Measurement of Anthocyanins by UV-Visible Spectroscopy. In: R. E. Wrolstad (Ed.), Current Protocols in Food Analytical Chemistry, New York.

6. Wrolstad, R. E.; Durst, R. W.; Lee, J. 2005. Tracking color and pigment changes in anthocyanin products. Trends in Food Science & Technology. 16:423-428.

7. Pérez L, A.; Palacios G, B.; Castro B, A. 2008. Sistema Mexicano de Alimentos Equivalentes. Ed. Ogali: México. Tercera edición Pp.19.

8. Revilla C,; Ibarra A.; Luna V. 2010. Cuantificación de compuestos fenólicos y actividad vasodilatadora. Recuperado el 6 de Abril de 2014 de http://www.veranos.ugto.mx/Memorias/12VeranoCienciaRegionCentro/documentos/258.pdf.

9. Ramírez H.; Barrios E.; Castellanos R.; Muñoz U.; Palomino H.; Pimienta B. 2007. Sistemas de producción de Spondias purpurea (Anacardiaceae) en el centro-occidente de México. Rev. Biol. Trop. 56(2):675-687.

10. García V.; Pérez V. 2004. La granada. Alimento rico en polifenoles antioxidantes y bajo en calorías. Alim. Nutri. Salud. 11(4):113-120.

11. Gil A.; Ruíz L. 2010. Tratado de nutrición, composición y calidad nutritiva de los alimentos. Ed. Médica Panamericana: España.

159

CólErA y su AgENTE ETiológiCo

Rangel–Vargas Esmeralda,* Castro–Rosas Javier*, Gómez–Aldapa Carlos Alberto*, Falfán Cortés Reyna

Nallely1 y Rodríguez Marín María Luisa1

*Licenciatura de Química en Alimentos/ Cuerpo Académico de Química en Alimentos, Instituto de Ciencias Básica e Ingeniería, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo (uaeh), Ciudad del Conocimiento, Carretera Pachuca–Tulancingo km. 4.5. 42183 Mineral de la Reforma, Hidalgo, México. Tel. 771 7172000 ext. 2516. 1Investigador colaborador por las Cátedras Conacyt, Licen-ciatura en Química en Alimentos, uaeh.e_mail: esme_ran70@hotmail.com

resumenEl cólera es una enfermedad infectocontagiosa de origen alimen-tario, caracterizada por presentar diarrea profusa y la cual tiene como agente la bacteria Vibrio cholerae. A lo largo de la historia se han presentado siete pandemias (aunque ya se habla de una octava pandemia), las cuales se describen en este artículo y en las que se observa que este padecimiento se ha vuelto endémico en países po-bres donde las condiciones de higiene son mínimas, lo cual provo-ca la propagación de dicho enfermedad. Nuestro país ha sido uno de los países que ha sido afectado por algunas de estas pandemias. Sin embargo, tanto la prevención como la propagación de dicho agente etiológico puede ser evitado manteniendo las condiciones de higiene adecuadas por lo cual la vigilancia de este microorganismo tanto en el ambiente como en alimentos se ha vuelto importante, sobre todo en épocas de desastres naturales donde las condiciones tanto ambientales como de higiene suelen conjuntarse para mos-trarse adecuadas para la proliferación de este microorganismo.

Palabras clave: Cólera, Vibro cholerae, pandemias.

160

el cóleraEl cólera es uno de los padecimientos que ha provocado innu-merables muertes a lo largo de la historia. El más dramático ejemplo documentado, fue el ocurrido en 1994 en los campos de refugiados Rwandeses en Goma, Zaire, con 14 000 defunciones [1]. El cólera ha afectado muchas partes del mundo. Tan sólo de 1992 a 1993 se reportaron 800 000 caso de cólera en el hemisfe-rio oeste con 8 000 defunciones [2]. En nuestro país entre 1991 y 1993 se registraron 21 564 casos con 326 defunciones [3].

El cólera es una enfermedad aguda e infecciosa. Fue descrita antes de la época de Hipócrates en el siglo v a. de C. [4]. En Asia, entre los siglos xv y xviii se describieron varias epidemias de la enfermedad. A mediados del siglo xix John Snow, en Inglaterra, fue el primero en describir las medidas de prevención de la enfer-medad con base en estudios epidemiológicos de la epidemia ocu-rrida en Londres [4]. En 1833 Roberto Koch descubrió el agente causal del cólera y lo describió como un bacilo curvo de gran movilidad, al que llamó Vibrio comma [5].

Desde principios de siglo xix hasta nuestros días, se han re-gistrado siete pandemias de cólera que partieron todas ellas del lejano Oriente, en su mayoría del subcontinente Indio, especial-mente de la región de Bengala, hoy representada por la provincia de Calcuta y la República de Bangladesh [5]. La evidencia epi-demiológica indica que las primeras seis fueron causadas por el biotípo clásico de Vibrio cholerae O1. Este biotipo “desapareció” en casi todas las regiones que afectó, al menos por dos razones: la inmunización contraída al afectarse amplios segmentos de la población, y la dificultad del bacilo para sobrevivir en el ambien-te exterior. En contraste, la séptima pandemia que comenzó en 1961 en las islas Sulawesi (Indonesia), es causada por el biotipo El Tor de Vibro cholerae O1, el cual posee menor virulencia, pa-togenicidad y letalidad que el biotipo clásico, pero mayor capaci-dad de sobrevivir en el medio ambiente [6, 4]. Además, este bio-tipo se difunde más lentamente en la población, aunque persiste por años en muchos territorios invadidos. Mientras el biotipo clásico ha ido desapareciendo dejando sólo un reducto en Ban-

161

gladesh, El Tor muestra tendencia a persistir en el ecosistema de muchos países, tornándose endémico [4].

El cólera es una de las causas más importantes de morbili-dad y mortalidad en algunos países de Asia y de África, y desde 1991 también en Latinoamérica [7, 8, 9]. La enfermedad es la expresión de un proceso infeccioso intestinal causado por V. cho-lerae O1, patógeno exclusivamente humano.

Manifestaciones clínicas, dosis infectante y periodo de incubaciónEl cólera se origina por la liberación de una toxina una vez que el V. cholerae ha colonizado el intestino humano. El padecimiento es una enfermedad intestinal aguda y grave en algunos casos, que se caracteriza por la aparición brusca de diarrea acuosa y abundante, vómitos, deshidratación rápida, acidosis, colapso circulatorio, taquicardia, taquipnea, hipotensión, alteraciones en el sistema nervioso central como estupor, convulsiones, con-tracciones musculares involuntarias y coma [4]. En ausencia de tratamiento, la muerte puede ocurrir en 80% de las víctimas en un periodo tan corto como 10 a 18 h a partir del comienzo de los síntomas [10]. El examen coprológico muestra heces liquidas abundantes con aspecto de agua de arroz. Con frecuencia en las heces es posible la aparición de moco, células epiteliales y gran-des cantidades del patógeno (>106 células/mL) [11]. El examen histopatológico del instestino delgado y grueso revela hiperemia, y como V. cholerae no es un patógeno invasivo, no existe respues-ta inflamatoria [12]. La infección es en ocasiones asintomática, o sólo provoca una leve sintomatología. En el primer caso, las per-sonas infectadas excretan al microorganismo en números eleva-dos, convirtiéndose así en fuentes activas de contaminación del agua y/o de los alimentos [13]. La duración del estado portador puede ir desde 5 a 19 días [11].

La dosis infectante de V. cholerae se ha estimado entre 106–108 células viables del patógeno [14]. Sin embargo, en algunos individuos con aclorhidria la dosis puede ser de sólo 100 células. El periodo de incubación va de 6 h hasta 5 días. Tanto el perio-

162

do de incubación como la dosis infectante, dependen en gran medida del tamaño del inoculo, acidez gástrica, cantidad y tipo de alimento ingerido, presencia de anticuerpos por infecciones previas, entre otros [14, 15].

Es importante destacar que el tratamiento efectivo contra el padecimiento es la hidratación [4]. Antes de la implantación de esta terapia, oral o intravenosa, un gran número de personas afectadas perecía; por ejemplo, se estima que en la India entre 1900 y 1950 anualmente ocurrían 100, 000 defunciones de cólera [10]. En nuestros días, gracias a la hidratación oportuna se han evitado muchas muertes.

Mecanismos de transmisiónEl papel del agua y de los alimentos en la transmisión del cólera está bien establecido [16]. Se conocen dos ciclos en la propaga-ción del padecimiento: a) ingestión de agua contaminada con excretas de pacientes o portadores y b) consumo de alimentos contaminados por agua contaminada con excretas de pacientes o portadores del microorganismo o por contaminación directa de los alimentos (manos) por portadores [17, 18].

La transmisión hídrica ha sido el mecanismo más importan-te y determinante de las epidemias del cólera a través de los si-glos. El agua a su vez, es fuente de contaminación de alimentos y de utensilios de cocina [19]. El agua de pozos superficiales, de las cañerías, reservorios intra–domiciliarios, de los arroyos, ríos, lagunas y lagos, se contamina con las heces de personas enfer-mas o portadores asintomáticos. Por otro lado, los tratamientos inadecuados de las aguas residuales favorecen la sobrevivencia del vibrión convirtiéndose en fuentes de contaminación, dando lugar a la aparición de brotes. El agua contaminada puede aca-rrear miles o cientos de miles de bacilos por cada mililitro, e infectar al humano si sobrevive la barrera de la acidez estomacal. Por medio del agua el microorganismo puede pasar de un país o continente a otro. Por ejemplo, McCarthy [20], aisló V. cholerae O1 a partir de agua no potable recolectada en barcos procedentes de diferentes destinos; de 19 barcos analizados, 5 resultaron po-

163

sitivos a V.cholerae O1, serotipo Inaba, biotipo El Tor, toxigénico. El agua contaminada es peligrosa cuando se consume sin tratar o en el hielo, en refrescos casi neutros, neutro o alcalinos [21]. Al consumir mucha agua se diluye la acidez gástrica y se favorece su paso hacia el intestino [22]; el hielo es un buen vehículo del microorganismo porque este puede sobrevivir a la congelación por tiempos prolongados [23, 24].

El papel de los alimentos contaminados en la transmisión del cólera fue intuido por Snow, y lo recalcó en sus clásicas “medidas para prevenir el cólera” [2]. Muchos autores habían demostrado desde principios de siglo que el vibrión colérico sobrevive varias horas en alimentos ordinarios. También se ha demostrado que puede multiplicarse en la carne y pescado.

Algunos alimentos pueden participar en la transmisión del cólera si se preparan bajo condiciones peligrosas (por un porta-dor, por ejemplo) [18], si se consumen crudos (hortalizas regadas con agua de residuales) o después de tres horas o más de haber sido cocidos, sin adecuado recalentamiento, previa recontami-nación [25, 26]. Se ha encontrado que los alimentos de origen marino juegan un papel importante en la transmisión del padeci-miento. El consumo de bivalvos crudos (ostiones y mejillones) se ha asociado a brotes explosivos en las costas de Italia [27] y casos esporádicos en los EE. UU. [28]. Se ha encontrado que estos ali-mentos se contaminan principalmente de origen (en el mar), por lo cual se recomienda consumirlos completamente cocidos. El consumo de verduras crudas regadas con aguas negras, sin pre-vio tratamiento antimicrobiano, representa un riesgo importante de infección. Diferentes estudios han mostrado que el vibrión puede sobrevivir durante tiempo prolongado e incluso multipli-cares en diversas verduras (germinado de alfalfa, por ejemplo [29]. El patógeno es capaz de multiplicarse en los alimentos e incrementar considerablemente su número. Se han presentado, además, brotes asociados al consumo de hortalizas regadas con aguas negras, como lechuga, col y cilantro [30].

164

Aspectos microbiológicosEl V. cholerae O1 se encuentra situado dentro del Orden Pseudomonadales, familia Vibrionaceae. Las especies del género Vibrio son gram–negativas y tiene forma de bacilo corto, recto o curvo a manera de una coma, mide 1.4 a 2.6 cm de longitud por 0.5 a 0.8 cm de diámetro. Es una bacteria no esporulada que en cultivos frescos y puros se presenta de tamaño uniforme, mientras que en cultivos viejos se torna pleomórfica, con formas ocasionales esféricas o filamentosas y cadenas de bacilos. No forma endosporas. Posee un flagelo polar que le imparte movimiento vibrátil. Son aerobios facultativos, poseen ambos metabolismos, respiratorio y fermentativo [31] El patógeno tiene capacidad de fermentar la glucosa lo que le distingue de otras Pseudomonadaceae. La mayoría de los vibrios producen citocromo–oxidasa, lo que les distingue de las Enterobacteriaceae. Son halotolerantes, con afinidad al medio alcalino, y muy sensibles a los ácidos. No fijan el nitrógeno, todos son quimiorganótrofos, muchos capaces de crecer en un medio mineral únicamente con D– glucosa y cloruro de amonio. Sólo unas cuantas cepas necesitan factores orgánicos de crecimiento. Los inónes sodio estimulan el crecimiento en todas las especies y son un requerimiento para la mayoría; la mínima concentración necesaria es del orden de 5–700 mM, por lo que muchas especies crecen bien en medios que contengan agua de mar [32]. El patógeno puede encontrarse en hábitats acuáticos con variedad de salinidad y son comunes en ambientes marinos. También puede encontrarse en agua dulce donde, dependiendo de diversos factores, su sobrevivencia puede ser de horas hasta días [33, 34]. V. cholerae es susceptible a la desecación, el calor, desinfectantes químicos como el cloro y a antibióticos como las tetraciclinas [4].

Clasificación serológicaSe han descrito más de 140 grupos serológicos de acuerdo al an-tígeno somático O de V. cholerae, entre los cuales el grupo O1 produce la enterotoxina colérica [35]. Las cepas que no reaccio-nan con el antígeno O1 son llamadas V. cholerae no–O1 [4]. El antígeno O somático, es un polisacárido típico de las bacterias

165

gram–negartivas, el cual es un componente de la membrana ex-terna de la célula. Las porciones lipídicas tienen actividad endo-tóxica y la especificidad antigénica depende de los polisacáridos. El antígeno O es importante para su diagnóstico, a diferencia del antígeno H (flagelar) que es compartido con muchos vibrios no patógenos [36]. Las cepas del serovar O1 muestran notable con-sistencia en su comportamiento fisiológico e inmunológico [4], pero diversidad genética, aún dentro de una región geográfica [10]. A estas cepas se les denomina epidémicas. Muchas cepas de otro serovares tienen propiedades patógenas y pueden causar diversas formas de diarrea o lesiones extraintestinales [4].

El V. cholerae O1 incluye dos biotipos, el Clásico y El Tor. Se cree que el biotipo clásico generó las pandemias del siglo xix. Las primeras cepas de El Tor fueron aisladas a principios del siglo xx de cadáveres de peregrinos que permanecieron en la estación de cuarentena El Tor en la península del Sinaí [5]. El Tor es el bio-tipo que actualmente causa la séptima pandemia de cólera [5].

El biotipo clásico se distingue por su alta tasa de ataque, ge-nerar cuadros de diarrea graves, ser muy virulento, y poseer una tasa de letalidad de 10 hasta 50 por ciento. El biotipo El Tor es menos virulento, tiene una menor tasa de ataque y una letalidad considerablemente más baja que el clásico. Mientras el clási-co ha ido desapareciendo, dejando sólo un reducto en Bangla-desh. El Tor muestra tendencia a persistir en el ecosistema de muchos países, tornándose endémico [4]. Biquímicamente los biotipos se diferencian por la producción de acetilmetilcarbinol (reacción de Voges Proskauer), hemaglutinación de eritrocitos de pollo, sensibilidad a la polimixina y sensibilidad a los fagos lV y V [4].

Los dos biotipos comprenden tres serotipos asociados a an-tígenos O: el Inaba y el Ogawa, que son los principales y el Hiko-jima, que es raro. Esta especificidad se debe a la presencia de tres antígenos llamados A, B, y C. El serotipo Inaba contiene los antí-genos A y C; el serotipo Ogawa los antígenos A y B; y el serotipo Hikojima los tres A, B y C [5]. Existen evidencias que sugieren que los tipos Inaba e Hikojima resultaron de mutaciones in vivo. Por

166

otro lado, el serotipo Hikojima es poco estable y se ha reportado que puede experimentar interconversiones transformándose a me-nudo en cualquiera de los otros serotipos [37]. En el laboratorio los serotipos se diferencian mediante pruebas de aglutinación en láminas, de cepas que primero han aglutinado francamente con suero de conejo polivalente anti O1, y después con sueros especí-ficos anti–Inaba o anti–Ogawa [38]. Existen cepas de V. cholerae que no aglutinan con el antisuero O1 que se denominan V. cholerae no–O1. Los vibrios no–O1 pueden causar gastroenteritis de uno a tres días de evolución, así como infecciones extraintestinales como septicemia, otitis media, infección de heridas y cistitis [4].

FagotipiaDe enorme valor para el estudio epidemiológico de V. cholerae es su fagotipificación; el sistema que se emplea consta de cinco gru-pos de fagos [39]. El fago O149 (perteneciente a fago IV clásico) está relacionado con la cepa Ogawa 154 del biotipo clásico. Se ha reportado que este fago lisa todas las cepas de V. cholerae clásico, en tanto que las del biotipo El Tor son resistentes. El contenido de lipopolisacáridos de la superficie celular es semejante para ambos biotipos, pero en El Tor hay menos hexosamina y carece de galactosamina; esto influye en la conformación del receptor para el fago O149 por lo que la célula no es atacada [39]. V. cho-lerae clásico NIH 41 tiene los fagos V. cholerae A1 y V. cholerae A2 que lisan a las cepas El Tor. Con estos fagos se han obtenido sondas para hibridación de ADN; ambos fagos están íntimamen-te relacionados con el fago kappa V. cholerae. Los genotipos de V. cholerae O1 circulantes descritos en la actualidad, forman tres grupos que tienen patrones diferentes para enzimas de restric-ción [40]: 1) cepas australianas; 2) cepas de la pandemia ameri-cana (El Tor); 3) cepas El Tor del Golfo de México.

Factores de Virulencia (S). La patogenicidad del cólera se basa en una variedad de factores de virulencia muy organizados. El principal mecanismo de patogenicidad es la producción de una toxina. La enterotoxina es bastante similar a la toxina de E. coli [41] y es la responsable de la diarrea característica de la enferme-

167

dad. Es de naturaleza proteica, lábil al calor y de peso molecular cercano a 84 kilodaltones. La información para su síntesis se en-cuentra codificada en el genoma de un bacteriófago filamentoso [42]. La toxina está formada por una subunidad A1 (12 kDa), una A2 (7 kDa) y cinco subunidades B (10 kda). Las subunidades B se fijan al gangliósido GM1 ubicado en la membrana celular del epitelio del intestino delgado. La subunidad A penetra a la célula y activa el complejo enzimático adenilatociclasa lo cual incre-menta los niveles intracelulares de AMPc y la hipersecreción de sales y agua [43]. Esto provoca diarrea secretora dando como resultado una concentración de Na + y Cl– ligeramente inferiores a las del plasma; la concentración del bicarbonato es aproxima-damente el doble y la de iones K+ es tres a cinco veces mayor que la plasmática [43]. En algunos casos un individuo con cólera puede perder hasta 30 litros de agua en un día [5]. La pérdida de agua es la alteración más importante, ya que de ella se derivan los demás signos y síntomas. En consecuencia, el tratamiento primario efectivo para el cólera consiste en la rehidratación de los pacientes. Se ha reportado que los tres serotipos de V. cholera producen esta toxina colérica. [44]. Recientemente se han descri-to otras dos toxinas producidas por V. cholerae conocidas como toxina ZOT (toxina zonula ocludens) que altera la unión entre los eritrocitos y la toxina ACE (enterotoxina celular accesoria) [14].

Aparte la toxina colérica, V. cholerae es capaz de regular la síntesis del flagelo polar, importante en la quimiotaxis y la pe-netración de la barrera mucosa [45]. Produce una proteasa que disuelve el gel mucoso, y una serie de hemaglutininas solubles y asociadas a la bacteria [46]. Las hemaglutininas que este pa-tógeno sintetiza son similares a las de E. coli enterotoxigénica y juegan un papel muy importante en los mecanismos de coloniza-ción. Difieren en cuanto a la especificidad del eritrocito, que aglu-tinan a la fase de crecimiento en que se expresan, a su inhibición por azúcares libres y a los requerimientos de cationes divalentes [43]. La hemaglutinina principal del biotipo El Tor aglutina eri-trocitos de pollo y es sensible a la D–manosa y a la D–fructosa. La hemaglutinina del Clásico es sensible a la L–fructosa [4].

168

Se han descrito, además, dos tipos de pili (o fimbria), el tcp (Toxin Coregulated Pilus) y el acF (Accesory Colonization Factor). Son estructuras poliméricas formadas por varios tipos de proteínas que al parecer participan en la asociación y colo-nización del patógeno en las microvellosidad [45]. El patógeno es capaz de producir neuroaminidasas (que convierten ganglio-sidos en receptores de la toxina colérica), hemolisina/citolisinas (serie de proteínas reguladas por hierro que favorecen la so-brevivencia del patógeno en microambientes del intestino con limitaciones de este catión) y factor inhibidor de los canales de sodio [46].

Prevención y control del cóleraEn la actualidad las medidas que se aplican en muchos países endémicos de cólera, incluido México, para prevenir y contro-lar el padecimiento se basan en el mejoramiento del saneamien-to ambiental, fomento para la salud, higiene de los alimentos, control de brotes y vigilancia epidemiológica. Estas medidas, sin embargo, no han sido eficientes debido en gran parte al incom-pleto conocimiento de la ecología del microorganismo [15]. Esto dificulta la comprensión de la epidemiología de la enfermedad, ya que entonces resulta difícil determinar el ciclo del patógeno en la naturaleza. Por ejemplo, no se sabe exactamente qué me-canismos entran en acción por parte del microorganismo para sobrevivir largo tiempo fuera del intestino humano, o por qué razón el padecimiento se presenta de forma súbita en una pobla-ción y de igual forma desaparece. Para la prevención y control racional de padecimientos como el cólera, se requiere una más amplia información de las fuentes y mecanismos de contamina-ción del agua y alimentos así como de la epidemiología y ecolo-gía del patógeno [47, 48].

Actualmente, se conoce muy bien el papel de los alimentos en la transmisión del cólera [48]. Se sabe que la enfermedad tiende a prevalecer en los países con pobres condiciones de saneamien-to ambiental y con deficientes sistemas sanitarios de vigilancia y control de los alimentos [49].

169

Existe por otra parte, abundante información sobre la gené-tica del microorganismo; de hecho recientemente se reportó la secuenciación completa del ADN del patógeno [50].

En la actualidad las medidas que se siguen para la preven-ción y control del cólera, así como el saneamiento ambiental y los sistemas de vigilancia sanitaria de los alimentos y de salud pública, son mejores que hace 100 o 50 años. Sin embargo, la incidencia del padecimiento en muchas regiones del mundo con-tinúa elevada. Esto lleva a cuestionar la eficiencia de las medidas y acciones que se aplican para la prevención del cólera.

Comportamiento de v. Cholerae en los alimentosAl igual que otros microorganismos trasmitidos por alimentos, V. cholerae muestra potencial para desarrollar en ellos. Es bien sabido que el destino de este patógeno en el medio ambiente y alimentos depende del tipo y nivel de los factores ecológicos pre-valentes [51, 43]). Dentro de estos factores sobresalen el estado fisiológico del microorganismo, la naturaleza y composición del sustrato involucrado, la humedad relativa, la temperatura, el nú-mero inicial y el efecto de sustancias antimicrobianas [51].

Cabe destacar que a pesar de la importancia del cólera, y a diferencia de otros como la salmonelosis o listeriosis, la in-vestigación acerca de los factores ecológicos que afectan la so-brevivencia del patógeno en el medio ambiente o alimentos, es más bien discreta. Esta desatención puede explicarse, en parte, debido a la baja incidencia del padecimiento en aquellos países que tradicionalmente destinan importantes recursos a la investi-gación (como los EE. UU.) no constituye para ellos una prioridad [52]. Sin embargo, para lograr un control y prevención eficientes del padecimiento, es necesario generar esa información y con base en ella, elaborar y diseñar medidas racionales encaminadas a lograr tales objetivos.

V. cholerae tiene potencial para desarrollar en los alimentos cocinados tales como arroz, pollo, lentejas, leche [25]. Este he-cho es muy importante ya que con ello se incrementa el riesgo de infección. En otras palabras, para que ocurra la infección se re-

170

quiere por lo general de un número elevado del microorganismo [43]. En nuestro laboratorio hemos encontrado que V. cholerae en caldo soya tripticasa a 35 °C, en tan solo 5 h es capaz de alcan-zar 108 UFC/ml [53]. Este estudio nos da una idea de la magnitud del riesgo que representa el abuso de la temperatura durante el almacenamiento o manejo de los alimentos. Cabe mencionar que temperaturas cercanas a 35° pueden alcanzarse dentro de una cocina o durante los meses cálidos.

El pH y la temperatura del alimento tienen una influencia notable en el desarrollo del microorganismo. V. cholerae es inca-paz de multiplicarse en alimentos ácidos como los cítricos donde por el contrario tiende a morir rápidamente [5]. A diferencia, en alimentos de acidez intermedia sobrevive al menos 8 horas [54]. También crece en algunas verduras crudas como el germi-nado de alfalfa [29]. Sin embargo, al parecer este desarrollo está fuertemente influenciado por la flora nativa del alimento. Es de esperar que V. cholerae sea un mal competidor de la flora autóc-tona del alimento y por tanto, sea antagonizado fácilmente. En agua de mar incrementa su número hasta 6 log10 en tan sólo 24 horas a 30 º [32]. Habiéndose o no multiplicado el nivel del riesgo va a estar en función de la capacidad del microorganismo para sobrevivir en el alimento. Se mantiene viable por largo tiempo en congelación y refrigeración. La sobrevivencia se ha evaluado en alimentos como cangrejos, camarones y ostiones en congelación y refrigeración. Sobrevive al menos 15 días bajo tales circunstan-cias [24]. En nuestro laboratorio hemos observado que el patóge-no sobrevive en germinado de alfalfa después de 15 días a 5–7º, con una reducción de tan solo 1 log10. [29]. Moreno y Torres, [54] reportan que el patógeno puede sobrevivir en agua congela-da a –15º al menos 63 días. El vibrión sin embargo, es susceptible al calor; suspendido en solución salina isotónica (SSI), se inac-tiva por completo al calentar paulatinamente la suspensión al alcanzar 60º [54]. Es de esperar, no obstante, que en un alimento el microorganismo no muestre un comportamiento igual al ob-servado en la SSI, ya que los constituyentes del alimento pueden conferirle termoprotección. Guthrie et al. [56], determinaron la

171

sobrevivencia de cepas de V. cholerae O1 en arroz, pollo, pescado y cangrejo, sometidos a diversas temperaturas de recalentamien-to (45º, 50º, 55º, 60º y 65º), y en congelación (5º) y refrigeración (–20º). El microorganismo sobrevivió mejor en pescado que en arroz y pollo, y a su vez; mejor en arroz que en pollo, sometidos estos alimentos a los mismos tratamientos.

El tiempo de sobrevivencia en alimentos con bajo pH es gene-ralmente menor a un día, y en alimentos desecados menor a dos días (WHO, 1991). El tiempo de sobrevivencia en utensilios y equi-po varía de 4 a 48 h [57, 5]). Sin embargo, puede inactivarse en cucharas de plástico en tan sólo 15 min de contacto a temperatura ambiente [58]. Por otro lado, suspendido en SSI dentro de bolsas de plástico se inactiva dentro de 24 h de contacto [53]. Estos ha-llazgos son de un gran valor si se considera que en la actualidad la recolección de muestras de agua y alimentos para la búsqueda del patógeno tiende a realizarse en recipientes y bolsas de plásti-co; por lo tanto, estos materiales podrán estar interfiriendo en su recuperación, dando lugar a resultados falsos negativos.

V. cholerae es susceptible a los antimicrobianos químicos como el cloro o el yodo, pero estos germicidas no son tan eficien-tes para eliminar al patógeno cuando se encuentra sobre verdu-ras [59], o sobre el equipo en las plantas procesadoras de alimen-tos. Esta resistencia puede explicarse en parte debido a que en un alimento el microorganismo puede estar adherido y recubierto de un polisacárido (glicocálix) que lo protege contra la acción de los germicidas. De hecho la adherencia confiere protección a los microorganismos en contra de factores antimicrobianos [20]. Debe entenderse que el efecto de los factores ecológicos en el comportamiento del microorganismo no es un proceso estático, y que tales factores suelen variar (actividad acuosa por ejemplo) durante la elaboración, fabricación, comercialización o alma-cenamiento del alimento. Su efecto sobre el destino de un mi-croorganismo en particular, puede ser positivo (sobrevivencia / desarrollo) o negativo (inactivación) dependiendo de las condi-ciones prevalentes al momento de ingresar al alimento y de su manejo ulterior. En consecuencia, un alimento es más o menos

172

peligroso dependiendo del tipo de microorganismos patógenos que contenga y de las facilidades que presente para su eventual sobrevivencia o desarrollo.

reFerencias1. Siddique, A.K.; Salam, A.; Islam, M.S.; Akram, K.; Majumdar,

R.N.; Zaman, K.; Fronczak, N.; Laston, S. 1995. Why treat-ment centers failed to prevent cholera deaths among Rwan-dan refugees in Goma, Zaire. Lancet. 345: 359-361.

2. Tauxe, R.; Seminario, L.; Tapia, R.; Libel, M. 1994. V. cholerae and cholera. American Society for Microbiology, Washing-ton, D.C. The Latin American epidemic.

3. Secretaría de Salud. 1994. Situación del cólera en México. Boletín Cólera/Diarreas infecciosas. México.

4. Kumate, J.; Sepúlveda, J.; Gutiérrez, G. 1993. El Cólera. Epidemias, Endemias y Pandemias. Ed. Interamenricana, Mc Graw-Hill, México.

5. Mata, L. 1992. El Cólera: Historia, Prevención y Control. Ed. Universidad de Costa Rica. Costa Rica.

6. Heiser, V.G.; Carpenter, M.D. 1971. Recollection of cholera at the turn of the century. Bull, N.Y. Acad. Med. 47: 1211-1212.

7. Anónimo. 1991a. El cólera en las Americas. Actualización. Boletin epidemiológico OPS. Organización Panamericana de la Salud. 12: 1-14.

8. Anónimo. 1991e. World Health Organization. Weekly Epide-miological Record. 6: 41-48.

9. Valdespino, J.L.; Garcia, M.L.; Hinojosa, M.; Sarti. E.; Sepúlveda, J. 1991. Epidemia de cólera en las Americas. Ciencia y desarrollo. 17: 55-64.

10. Mekalanos, J. J.; Rubin, J.E.; Waldor, K. M. 1997. Cholera: molecular basis for emergence and pathogenesis. FEMS Imm. Med. Microbiol.

11. Dizony, J.J.; Fukumi, H.; Barua, D. 1967. Studies on cholera carriers. Bull. W.H.O. 37: 737-743.

12. Bennish, M.L. 1994. Cholera. Phatophysiology, clinical fea-tures and treatment. In: Wachsmuth, I.K., Blake, P.A. and

173

Olsvik, O. (Eds). Vibrio cholerae and Cholera; Molecular to global perspectives. Amer. Soc. Microbiol, U.S.A.

13. Charles, C.J.; Carpenter, M.D. 1971. Cholera: Diagnostic and treatment. Bull. N.Y. Acad. Med. 47: 1192-1203.

14. Kaper, J.B.; Morris Jr. J.G.; Levine, M.M. 1995. Cholera. Clin. Microbiol. Rev. 8: 48-86.

15. Escartín, E.F. 2000. Vibrio cholerae. En: Microbiología e inocuidad de los alimentos. Universidad Autónoma de Querétaro, México.

16. Black, R.E. 1986. Cholera: En Last, J.M. (ed). Public Healt and preventive Medicine. 12th ed. Appleton-Century-Crofts.

17. Mhalu, F.S.; Mtango, F.D.E.; Msengi, A.E. 1984. Hospital out-breaks of cholera transmitted through close person-to-per-son contact. Lancet. 2:82-84.

18. St-Louis, M.E.; Porter, J.D.; Helal, A.; Drame, K.; Hargrett-Bean, N.; Well, J.G.; Tauxe, R.V. 1990. Epidemic cholera in west Africa: the role of food handling and high-risk food. Am.J.Epidemiol. 131: 719-728.

19. Feachem, R.G.; Miller, C.; Drasar, B. 1981. Environmental as-pects of cholera epidemiology II. Occurrence and survival of Vibrio cholerae in the environment. Trop. Dis. Bull. 78: 865-880.

20. McCarthy, S.A. 1996. Effects of temperature and salinity on survival of toxigenic Vibrio cholerae O1 in seawater. Micro-biol. Ecol. 31:167-175.

21. Blake, P.A.; Rosenberg, M.L.; Florencia, J.; Bandeira, C.J.; Prado, Q.L.; Gangarosa, E.J. 1977. Cholera in Portugal, 1974. II Transmission by bottled mineral water. Amer.J. Epidemiol. 105: 344-348.

22. Pollitzer, R. 1957. Cholera studies. Bull. W.H.O. 16:738-857.23. Miyaki, K.; Iwahara, S.; Sato, K.; Fujimoto, S.; Aibara, K.

1967. Basic studies on the viability of El Tor vibrios. Bull. W.H.O. 37: 773-775.

24. Reily, L.A.; Hackney, C.R. 1985. Survival of Vibrio cholera during cold storage artificially contaminated seafood. J. Food Sci. 50: 838-842.

174

25. Guthie, R.K.; Makukutu, C.A.; Gibson, R.W. 1985. Recovery of Vibrio cholerae O1 after heating and/or cooling. Dairy Food Sanit. 5: 427-430.

26. Makukutu, C.A.; Guthie, R.K. 1986. Behavior of Vibrio chol-era in hot foods. Appl. Environ. Microbiol. 52: 824-827.

27. Baine, W.B.; Mazzoti, M.; Greco, D.; Jazzo, E.; Zampieri, A.; Angioni, G.; Digrola, M.; Gangarosa, E.J.; Pochiari, F. 1974. Epidemiology of cholera in Italy in 1973. Lancet. 1: 1730-1736.

28. Blake, P.A.; Allegra, D.T.; Snyder, J.D.; Barrett, T.J.; McFar-land, L.; Caraway, C.T.; Feeley, J. C.; Craig, J.P.; Lee, J.V.; Puhr, N.D.; Feldman, R.A. 1980. Cholera a possible endemic focus in the United States. N. Engl. J. Med. 302: 305-309.

29. Castro-Rosas, J.; Escartín, E.F. 2000. Survival and growth of Vibrio cholerae O1, Salmonella typhi and Escherichia coli O157:H7 in alfalfa sprout. J. Food Sci. 65: 162-165.

30. Swerdlow, D. L.; Mintz,E. D.; Rodríguez, M.; Tejada, E.; Ocampo, C.; Espejo, L.; Greene, K. D.; Saldana, W.; Tauxe, R. V.; Well, J. G.; Bean, N. H.; Ries, A. A.; Pollack, M.; Vertiz, B.; Blake, P. A. 1992. Waterborn transmission of epidemic chol-era in Trujillo, Peru: Lessons for a continent at risk. Lancet. 340: 28-32.

31. Baumann, P.; Shubert,H.W. 1984. Family II. Vibrionaceae Veron 1965, 5245 (AL), En: Krieg NR (de.) Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology, Volumen 1, William and Wilkins, Baltimore. 516-550.

32. Ravel, J.; Knigt, T.I.; Monahan, E.C.; Hill, T.R.; Colwell, R.R.1995. Temperature-induced recovery of Vibrio cholerae from the viable but nonculturable state: growth or resuscita-tion?. Microb. 141: 337-343.

33. Rogers, R.; Cuffe, R.; Cossins, Y. 1980. The Queensland chol-era incident of 1977; II the epidemiological investigation. Bull. World Health Org. 58: 665-669.

34. Bourque, A.; Cossins, Y.; Gray, B. 1986. Investigation of chol-era acquired from de riverine environment in Queensland. Med. J. Austr. 144: 229-234.

175

35. Mooi, F.R.; Bik, E.M. 1997.The evolution of epidemic Vibrio cholerae strains. Trens Microbiol. 5: 161-165.

36. Anónimo. 1975. Diagnóstico de laboratorio de cólera. Boletin OPS. Organización Panamericana de Salud. 78: 161-171.

37. Stroeher, U.H.; Karageorgos, L.E.; Morona, R.; Manning, P.A. 1992. Serotype conversion in Vibrio cholerae O1. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 89: 2566-2570.

38. Kayser, C.A.; Tamplin, M.L.; Twedt, R.M. 1992. Vibrio. In Vanderzant, C. and Splitstoesser, D.F. (Eds.). Compendium of methods for the Microbiological Examination of Foods. 3h Edition. APHA. Washington, DC.

39. Mukerjeer, S. 1978. Principles and practices of typing Vibrio cholerae. In: Bergan. T. and Morris, J.R. (eds). Methods in microbiology. New York: Academic Press.

40. Waschsmuth, K.I.; Boop, C.A.; Fields, P.I. 1991. Difference between toxigenic Vibrio cholerae O1 from South America and US Gulf coast. Lancet. 337: 1097-1098.

41. Filkenstein, R.A. 1973. Cholera. CRC. Crit. Rev. Microbiol. 2: 553-623.

42. Waldor M.K.; Mekalanos J. J. 1996. Lysogenic conversion by a filamentous phage encoding cholera toxin. Science. 272:1910–1914.

43. Oliver, J.D.; Kaper, J.B. 1997. Vibrio species: 228-264. In Food microbiology. Fundamentals and Frontiers. Doyle, M.P., Beu-chat, L.R. and Montville, T.J. (Eds). ASM Press, Washington, DC.

44. Levine, M.M.; Kaper, J.B.; Black, R.E.; Clements, M.L. 1983. New knowledge on pathogenesis of bacterial enteric infec-tions as applied to vaccine development. Microbiol. Rev. 47: 510-550.

45. Kaufman, M.R.; Taylor, R.K. 1994. The toxin-coregulated pi-lus: Biogenesis and fuction. In: Wachsmuth, I.K., Blake, P.A. and Olsvik, O. (Eds). Vibrio cholerae and Cholera; Molecular to global perspectives. Am. Soc. Microbiol., U.S.A.

46. Holmgren, J.; Svennerholm, A.M. 1977. Mechanisms of disease and immunity in cholera, a review. J. Infec. Dis. 138: 105-108.

176

47. Buchanan, R.L.1990. HAPCC: A re-emerging approach to food safety. Trends Food Sci. Technol. 1(5): 104-106.

47. IAMFES. 1991. Procedures to Implement the Hazard Analisis Critical Control Point System. International Association of Milk, Food and Environmetal Sanitarians, Inc. Iowa. USA.

48. Huq, A.; Colwell, R.R. 1996. A microbiological paradox: vi-able but nonculturable bacteria with special reference to Vib-rio cholerae. J. Food Prot. 59: 96-101.

49. Heidelberg.J.F.; Eisen, J.A.; Nelson, W.C.; Clayton, R.A.; Gwinn, M.L.; Dodson, R.J.; Haft, D.H.; Hickey, E.K.; Peter-son, J.D.; Umayam, L.; Gill, S.R.; Nelson, K.E.; Read, T.D.; Tettelin, H.; Richardson, D.; Ermolaeva, M.D.; Vamathevan, J., Bass, S.; Qin, H.; Dragoi I.; Sellers, P.; McDonald, L.; Ut-terback, T.; Fleishmann, R.D.; Nierman, W.C.; White O.; Saizberg, S.L.; Smith, H.O.; Colwell, R.R.; Mekalanos, J.J.; Venter, J.C.; Fraser, C.M. 2000. DNA sequence of both chro-mosomes of the cholera pathogen Vibrio cholerae. Nature. 406: 477-483.

50. Anónimo. 1980a. Cholera and other vibrios associated with diarroheas. Bull. W.H.O. 58: 353-374.

51. Bean N.H.; Griffin PM. 1990. Foodborne disease outbreaks in the United States, 1973–1987: pathogens, vehicles and trends. Journal of Food Protection. 53: 804–16.

52. Castro Rosas J. 1997. Factores que afectan la viabilidad de Vibrio choleare O1 en algunos materiales plásticos. Tesis de licenciatura. Benemérita Universidad Autónoma de Puebla.

53. Maldonado Estrella E; Paleta Guadarrama C. 1998. Evaluación de riesgos microbianos (Escherichia coli enterotoxigénica y Vibrio cholerae) en la preparación de jícama y papayas cortadas. Carrera de Licenciado en Nutrición, Facultad de Ciencias Naturales.

54. Moreno Sánchez, F.; Torres Lozano, M. 1994. Efecto de la temperatura y cloruro de sodio en la sobrevivencia y desarrollo de cepas de Vibrio cholerae aisladas en el país. Carrera de Químico en Alimentos. Facultad de Química.

55. Guthie, R.K.; Makukutu, C.A.; Gibson, R.W. 1985. Recovery

177

of Vibrio cholerae O1 after heating and/or cooling. Dairy Food Sanit. 5: 427-430.

56. Anónimo. 1991. Riesgos de transmisión del cólera por los alimentos. Organización Panamericana de la Salud, Oficina Regional de la Organización Mundial de la Salud. Washington, D.C.

57. Fernández-Escartín, E. 1996. Survival of Vibrio Cholerae O1 on plastic materials. Internat. J. Food Microbiol. 31:197-204.

58. Castro-Rosas, J. and E. F. Escartín. 1999. Incidence and ger-micide sensitivity of Salmonella typhi and Vibrio cholerae O1 in alfalfa sprouts. J. Food Safety. 19:137-146.

178

PrODUcción De aLiMentOs VeGetaLes en La aGrOinDUstria aLiMentaria: Una PersPectiVa

sOciOcULtUraL

Hernández–Martínez V.a, López–Molina A.a*, Aguilar–Arteaga K.a, Sánchez–Herrera S.G.a, Díaz–Batalla L.a

aIngeniería Agroindustrial/ Biotecnología Agroindustrial Susten-table, Universidad Politécnica de Francisco I. Madero. Domicilio Conocido, Tepatepec, Hgo., México. CP 42660. Tel. 01 738 724 1174, ext 168 e–mail: vhernandez@upfim.edu.mx

resumenEl presente escrito busca contribuir al estudio de la desnutrición de la población vulnerable y en exclusión social, para ello, hace un breve recuento de las diversas perspectivas desde las cuales se ha abordado la desnutrición, las necesidades nutrimentales mínimas necesarias para que se considera nutrición aceptable. Posterior-mente se hace una presentación de las diversidad biológica y étnica de nuestro país, relacionándola con la calidad nutrimental de la población tanto de México como del Estado de Hidalgo.

Se presenta una propuesta de abordaje de la problemática de la desnutrición, a partir del contexto sociocultural de la población vulnerable, reconociendo que la agroindustria alimentaria puede tener un papel preponderante en la producción de alimentos que respondan a las necesidades de la población y su contexto.

Palabras clave: desnutrición, población vulnerable, contexto sociocultural.

introducciónLa desnutrición o mal nutrición es un problema multifactorial, que afecta a gran parte de la población mexicana, dicho fenó-meno ha venido acentuándose en las últimas décadas [1]. sien-do las poblaciones indígenas, rurales y migrantes de las grandes urbes las más vulnerables; su abordaje se ha dado desde las más

179

diversas disciplinas, pasando por el enfoque de la salud, el econó-mico y el social, todos ellos buscando contribuir en la resolución de dicha problemática, si bien se han realizado esfuerzos en el combate de la desnutrición y malnutrición, estos no han logrado impactar eficazmente en la calidad nutrimental de la población, a pesar de que los programas gubernamentales que se han desa-rrollado para su combate incluyen alimentos que pretenden tener la calidad y cantidad calórica y proteica mínima necesaria para considerarse dentro de los parámetros mínimos aceptables, que según algunos estudios deben de ser de 2071 kcal y 63 gr de pro-teína al día [2].

Los esfuerzos realizados en el campo de la investigación ali-mentaria, han buscado diversas opciones para mitigar la desnu-trición, el reino vegetal ha sido el más explorado, las investigacio-nes han arrojado que la soya (Glycine max) contiene un alto valor proteico por encima de las grasas y carbohidratos, por ello es una de las plantas más recurridas dentro de los programas guberna-mentales. Si bien es ampliamente conocido su alto valor nutriti-vo, al ser un alimento de reciente introducción en la dieta de la población mexicana, su consumo es todavía mínimo si se consi-dera a todo el territorio nacional, de tal manera que este alimento ha llegado a las poblaciones con altos índices de desnutrición a través de las despensas alimentarias que el gobierno reparte en sus diversos programas como cocinas comunitarias, y “70 y más”.

Como consecuencia de ello, la soya no es consumida por la población destinataria de dichos programas y es frecuente que sea desechada o utilizada para alimentar a los animales domés-ticos, a partir de esto es necesario y urgente plantear otros esce-narios, que permitan dar una respuesta al reto de proporcionar a la población de nuestro país alimentos que cubran las necesi-dades mínimas calóricas y proteicas, sin alejarse de su contexto sociocultural. En este sentido este trabajo plantea la necesidad de realizar investigaciones con perspectiva sociocultural que contribuyan a mejorar la calidad nutrimental de las poblaciones antes mencionadas. Desde este punto de vista, la agroindustria alimentaria tiene un papel preponderante, ya que es la disciplina

180

encargada de la transformación de las materias primas en pro-ductos con valor agregado, entendiéndose esto último no sola-mente como algo tangible, es decir, en sabor, color, olor, textura, sino en alimentos socialmente significativos e identitarios.

Para ello este trabajo hace un recuento de los principales ali-mentos vegetales utilizados en México, para después centrar su atención en el Estado de Hidalgo, todo ello para enmarcar los niveles de desnutrición que se presentan en nuestro territorio. Finalmente, se hace una propuesta para su abordaje y posible resolución.

los alimentos vegetales en méxicoDesde su aparición en la Tierra, la especie humana ha interaccio-nado con su ambiente, desde tiempos inmemoriales las personas se han servido de los elementos de la naturaleza y en particular de las plantas [3].

El reino vegetal en México es de la mayor importancia, es uti-lizada para la construcción de vivienda, como ornamental, como medicinal y como fuente de alimento, se calcula que en nuestro país existen más de 200 especies vegetales para uso comestible [4], esto como consecuencia de los diversos tipos de vegetación existentes en nuestro país [5].

Como es sabido gran parte del territorio mexicano tiene como base de su alimentación al maíz, frijol, calabaza y chile, aunque junto a estas existen otras especies que son consumidas por las poblaciones locales, uno de ellos son los quelites, ésta es una categoría que engloba a diversas especies vegetales como los quintoniles (Amaranthus spp.), verdolagas (Portulaca olera-cea), papaloquelite (Porophyllum ruderale) y huauzontles (cheno-podium sp.), entre muchas otras. Es importante mencionar que en algunas poblaciones se denomina quelite a una sola especie, aunque desde el punto de vista etimológico y de categorización del pueblo nahua, se refiere a la categoría ya mencionada. Por definición los quelites son aquellas plantas cuyas hojas, tallos tiernos y en ocasiones las inflorescencias inmaduras, son consu-midas como verdura [4]. Si bien el vocablo quelite proviene del

181

nauatl quilitl o kilitl, su importancia es tal que varios pueblos lo consideran dentro de su cultura culinaria, así, esta categoría se conoce como kaka para el pueblo totonaco, yiwa o yube para el pueblo Ñu savi (mixteco) xakua para el purépecha, guilibá para los rarámuris (tarahumaras), bok itah para los tzeltales, itaj para los tsotsiles y k´ani para el pueblo ñhähñu (ídem). Esta es solo una de las manifestaciones de conocimiento de su entorno que los diferentes pueblos y culturas asentados en el territorio na-cional, este conocimiento no es estático, muestra de ello es que algunas plantas traídas de otros continentes, ahora son conside-rados dentro de esta categoría.

el estado de hidalgoEl Estado de Hidalgo no es ajeno a la diversidad, ya que en su territorio la riqueza culinaria es basta, ejemplo de ello son los diversos platillos consumidos en la región del Valle del Mezqui-tal, la Sierra otomí–tepehua y la región huasteca; en estas tres regiones, los recursos alimenticios reflejan el conocimiento que de su medio tienen las poblaciones asentadas en estos territorios, como consecuencia de la interrelación de los diversos tipos de vegetación existentes en el estado: bosque de coníferas, bosque mixto, matorral xerófilo, bosque mesófilo de montaña y bosque o selva tropical y los pueblos ñhähñu, tepehua y nahua.

Es importante mencionar que este mosaico culinario, no solamente engloba a los pueblos indígenas asentados en territorio hidalguense, sino también considera aquellas aportaciones traídas por otras sociedades como la incorporación de la cebolla, el ajo y varias especias que son distintivas de la cocina ibérica y más tarde la llegada de la cocina inglesa, cuyo ejemplo más significativo son los pastes. De tal manera que la conjunción de todos estos elementos han dado lugar a la riqueza culinaria que actualmente tiene en el estado de Hidalgo como la segunda del país, sólo superado por el Estado de Oaxaca.

Paradójicamente, esta gran diversidad culinaria no parece tener una correlación directa con la calidad nutricional de la población, sobre todo de aquella que se encuentra en pobreza,

182

pobreza extrema y exclusión social, que en muchos de los ca-sos incluye a los pueblos indígenas, algunos estudios realizados muestran que las poblaciones asentadas en territorio hidalguen-se tienen una capacidad calórica por debajo de los estándares recomendados de 2071 kcal y 63 gr por día [2], esto significa que su dieta tiene deficiencias nutrimentales, aunado a esto, la globa-lización y fenómenos sociales como la migración han cambiado en los últimos años, lo que ha impactado significativamente en el régimen alimenticio, sobre todo por la entrada de productos con bajo contenido calórico como la llamada “comida chatarra”. Algunos estudios muestran de los refrescos de cola, que la com-binación de ácido fosfórico con azúcar refinada y fructuosa difi-culta la absorción de hierro en el organismo, lo que puede gene-rar anemia, estos efectos se agudizan en niños, adultos mayores y mujeres embarazadas [6].

A consecuencia de esto, la política pública en materia de sa-lud ha emprendido una serie de programas con el objetivo de aminorar la tasa de desnutrición, sobre todo en los estratos de población ya mencionados, sin embargo, estos esfuerzos no han tenido el impacto esperado y por tanto las condiciones nutrimen-tales de esta población siguen en condiciones similares.

Una de las constantes en este tipo de proyectos es el uso de elementos que si bien tienen un alto contenido proteico, su con-sumo es escaso o nulo, sobre todo por parte de la población indí-gena, es común que los elementos no conocidos sean desechados o en el mejor de los casos consumidos por animales domésticos, quedando coartado, el objetivo perseguido. Bajo este panorama se visualizan dos rutas: la insistencia de consumo de alimentos con alto valor nutricional, pero ajenos a la cultura o la búsqueda de alternativas que ofrezcan alimentos con alto valor nutrimen-tal, pero con apego y pertinencia cultural.

el papel de la agroindustria en el problema de la desnutrición: una propuesta de abordaJeLa agroindustria alimentaria no es la única disciplina encar-gada de realizar investigación y plantear posibles escenarios

183

para la resolución de la problemática nutricional, es una área que puede coadyuvar en su abordaje, sobre todo si se toman en consideración los diversos escenarios socioculturales; para ello es necesaria la conformación de equipos interdisciplinarios, que en términos de Follari, se construye con base en elementos (categorías, leyes, teoría, métodos, etc.) preexistentes en disci-plinas separadas y aún en especializaciones de éstas [7]. De tal manera que su abordaje sea desde una perspectiva holística.

Si bien la principal función de los alimentos es cubrir las necesidades calóricas y proteicas que el cuerpo necesita para su funcionamiento es necesario tomar en consideración las varia-bles sociales y cosmogónicas, que en la mayoría de los casos se manifiestan en prácticas culturales de la alimentación. Ejemplo de esto es la relación que mantienen las culturas de origen me-soamericano con el maíz, si bien es su principal alimento, este no solamente tiene esta acepción sino también como medicina y deidad [8], [9]. Además de ser el referente cultural por excelen-cia en nuestro territorio [10], e incluso como parte fundamental de una dimensión ético–político [11], que está relacionada con sistemas de producción, en donde la tecnología tiene un papel preponderante, como el caso del maíz transgénico.

Como puede observarse, el abordaje de la alimentación no puede ser revisada desde una sola perspectiva, más aún cuan-do se trata de alimentos que dan sentido y pertinencia social a poblaciones y culturas, como es el caso del territorio mexicano. Esto no es exclusivo de México, así, las poblaciones en las que no tienen como base al maíz, no significa que su alimentación no esté ligado a una cosmovisión.

Por ello realizar proyectos de investigación en la agroindustria alimentaria, que consideren el contexto y la cultura en la que se encuentra inmersa la población meta, es de suma importancia. Cambiar la cultura culinaria tiene sentido para una cosmovisión, requiere de una mayor complejidad, porque implica sensibilizar a la población en cuanto a las bondades nutrimentales de los alimentos propuestos, a expensas de que el apego cultural con los alimentos tradicionales sean mayores a los nuevos alimentos.

184

discusiónRealizar investigaciones en materia alimentaria, sobre todo para aquellas poblaciones vulnerables, es complejo, sobre todo si se toman en cuenta que a su alrededor se han construido ideas preconcebidas, basadas en el hecho de correlacionar la pobreza económica, con la pobreza cultural y por ende la alimentaria, acentuándose en poblaciones indígenas y rurales. De tal manera que la conclusión de esta correlación es en una doble ecuación; por un lado, la pobreza económica=a pobreza cultural, dentro de esta concepción el consumo de alimentos locales como quelites y frijoles se relaciona con una incapacidad para adquirir alimen-tos de la Canasta normativa alimentaria (cna) y por otro lado los sectores poblacionales que sí tienen la capacidad económica de adquirir los productos de la cna, consideran que los quelites y frijoles sinónimo de pobreza; con ello se refuerza la primera parte de la ecuación.

La segunda parte está situada dentro de la misma población vulnerable, que ha dejado de consumir los alimentos locales, como parte de una estrategia para no ser considerado en el cír-culo de la pobreza. Esto último es reforzado por el fenómeno migratorio, que impacta directamente en dichas poblaciones.

Algunas investigaciones se han realizado bajo el primer su-puesto, que posteriormente se han puesto en marcha como po-lítica pública. Si bien se tienen las bases teórico–metodológicas para sustentar su aplicación sobre todo en la relación calórico–proteico. Como el caso de la soya, donde no han habido hasta el momento investigaciones que consideren su papel social y cul-tural de la alimentación. Sin embargo, es necesario insistir en el abordaje de la nutrición desde una perspectiva sociocultural, no solamente con el objetivo de combatir los altos índices de desnu-trición, sino como un acto de justicia hacia la población vulnera-ble y excluida socialmente.

conclusionesEl territorio nacional es considerado biodiverso, multicultural y multilingüe, por su riqueza biológica y étnica; sin embargo,

185

en términos nutrimentales, gran parte de la población originaria tiene una deficiencia en su capacidad calórica y proteica. La mis-ma situación se presenta en el Estado de Hidalgo.

Las acciones que hasta el momento se han realizado no han impactado significativamente, por ello es urgente hacer una re-formulación de las políticas públicas y las investigaciones que les anteceden, tomando en consideración las características parti-culares de la población destinataria, logrando con ello incidir de manera más eficaz en los índices de desnutrición.

Bajo este esquema, la agroindustria alimentaria tiene un área de oportunidad para desarrollar proyectos con pertinencia social y cultural que contribuyan a mejorar las condiciones de alimentación de la población, haciendo una correlación positiva entre academia y sociedad.

bibliograFía1. Contreras, E. 2009. Tala para la edad en escolares indígenas

mexicanos 1994 -1999 un enfoque geoestadístico municipal. En: Balance y perspectivas del campo mexicano: a más de una década del TLCAN y del movimiento zapatista. Tomo V viejas y nuevas problemáticas en torno al género, la etnia y la edad. Vizcarra I. (coordinadora) Asociación Mexicana de estudios rurales, CONACYT, H. Cámara de diputados XL legislatura. México. D.F.

2. Torres, F. 2002. Aspectos regionales de la seguridad alimentaria en México. Revista Notas de Información y Análisis. 22.

3. Vallés J. 2012. Plantes alimentaries del Pirineu Catala, Llibres de Muntanya. 24. Farell Editores. Barcelona, España.

4. Castro, D. 2011. Los quelites, una tradición milenaria en México. Universidad Autónoma Chapingo. Chapingo, Texcoco, Estado de México.

5. Rzedowski, J. 2001. Flora fanerogámica del valle de México. Instituto de Ecología A.C. Xalapa, Veracruz, México.

6. González L. y Hersch, P. 2008. Alimentación y cultura Nahuas de Guerrero. Tlacuallihuan huehuemexicayotl mo Guerrero. Secretaría de Salud del Estado de Guerrero. Instituto

186

Nacional de Antropología e Historia. México.7. Follari, R. 1999. La interdisciplina en la educación ambiental.

Revista Tópicos en Educación Ambiental. 2.8. López, A. 1984. Cuerpo humano e ideología Vol. 1. Las

concepciones de los antiguos nahuas. Universidad Nacional Autónoma de México. México. D.F.

9. Hernández V. Etnobotánica de los recursos herbolarios de los nauas de Atlapexco, Hidalgo. Tesis de Maestría. Facultad de Ciencias. Universidad Nacional Autónoma de México.

10. Barros, C. Maíz, alimentación y cultura. Revista Ciencias 92-93 Octubre 2008 – Marzo 2009. Facultad de Ciencias. Universidad Nacional Autónoma de México.

11. Olivé, L. El maíz en México problemas ético – políticos. Revista Ciencias. 92-93.

187

sEguriDAD DE ProCEsos EN lA AgroiNDusTriA

López–Molina A.a*, Hernández–Martínez V.a, Aguilar–Ar-teaga K.a, Sánchez–Herrera S.G.a, Díaz–Batalla L.a

aIngeniería Agroindustrial/ Biotecnología Agroindustrial Susten-table, Universidad Politécnica de Francisco I. Madero. Domicilio Conocido, Tepatepec, Hgo., México. CP. 42660. Tel. 01 738 724 1174, e–mail: anlopez@upfim.edu.mx

resumenEste trabajo presenta una introducción a la seguridad de procesos, así como los lineamientos de seguridad inherente. Se realizó una revisión bibliográfica sobre los tipos de accidentes en la agroin-dustria y se discute las potenciales aplicaciones de seguridad de procesos para mejorarla. Finalmente, se presentan algunos casos históricos de accidentes para concientizar a los lectores sobre la importancia de la seguridad de procesos agroindustriales.

Palabras clave: Seguridad agroindustrial, industria alimentaria.

introducciónLa agroindustria implica la combinación de dos procesos pro-ductivos, el agrícola y el industrial, para transformar de manera eficiente y rentable los productos provenientes del campo; siendo los procesos alimentarios los más importantes [1]. En México, el sector agroalimentario es muy importante, su aportación al Pro-ducto Interno Bruto (pib) es del 12%. Así mismo la agroindustria es uno de los principales empleadores del país, con una aporta-ción al empleo de más de seis millones de personas [2]. Por otro lado, la seguridad para los trabajadores y la población relaciona-da a esta industria, en general, no ha sido atendida con la serie-dad que se requiere, debido a que se tiene el concepto erróneo de que en esta industria no se maneja sustancias peligrosas. Sin embargo, las estadísticas indican que sufrir una lesión e incluso

188

perder la vida, es más probable para los trabajadores de la indus-tria agrícola que para los trabajadores de una planta química [3]. Si bien es cierto, la mayor parte de los fallecimientos se debe a accidentes en el transporte (42.2%) y al contacto con objetos y equipos (17%), también ocurren fallecimientos ocasionados por explosiones, incendios o exposición a sustancias tóxicas (4.0%). Los costos asociados a las lesiones y muertes en el año 2011 su-maron 188.9 billones de dólares [4]. Con esto queda claro que la seguridad no afecta únicamente a los trabajadores, la empresa pierde la confianza de sus clientes y pierde grandes sumas de dinero en el pago de indemnizaciones y primas de seguro, de ahí la importancia de prevenir y disminuir la probabilidad de acci-dentes en la agroindustria. seguridad de procesosLa seguridad de procesos surgió en la industria química, sus orí-genes se remontan al principios de siglo xix, cuando la empresa DuPont manufacturaba pólvora. Reconociendo que un pequeño incidente podría ocasionar un daño considerable e incluso la pérdida de la vida, DuPont dirigió las obras a ser construidas y operadas en condiciones de seguridad específicas. La seguridad de procesos continúo desarrollándose con la industria a través del siglo xix y xx, pero emergió como disciplina en todas las in-dustrias después del grave accidente de Bhopal, India, en 1984, donde una fuga de isocianato de metilo provoco la muerte de más de 3,000 personas [5]. El objetivo de la seguridad de proce-sos es identificar, evaluar y prevenir los accidentes mayores; prin-cipalmente, aquellos relacionados con sustancias inflamables y tóxicas [6].

seguridad inherenteLa seguridad inherente es una herramienta muy eficiente para prevenir accidentes industriales, fue propuesta por el Dr. Trevor Kletz [7]. La seguridad inherente para el diseño de plantas inten-ta evitar peligros en lugar de controlarlos mediante la adición de quipos de protección. Esto implica mejorar los procesos des-

189

de las primeras etapas del diseño [8]. Se basa en 4 lineamientos principales minimización, sustitución, moderación y simplifica-ción. La minimización está dirigido a la reducción del inventario dentro de un solo equipo o conjunto de equipos. La cantidad de material peligroso representa un parámetro determinante en la estimación de consecuencias de un accidente (explosiones o in-cendios), la minimización reduce significativamente los peligros del proceso. La sustitución se refiere al uso de materiales más seguros en lugar de los peligrosos. Con ello, es posible remplazar refrigerantes y medios de transferencia de calor inflamables por unos no inflamables, solventes tóxicos por otros más seguros. La moderación se refiere a usar condiciones de operación menos extremas (altas temperaturas y presión). La moderación pude re-ducir significativamente la posibilidad de que ocurra un acciden-te y que se propague a equipos cercanos. La simplificación tiene como objetivo diseñar instalaciones eliminando complejidades incensarías y hacer que los errores operativos sean menos pro-bables. Las plantas más simples son más seguras que las plantas complejas, debido a que reduce la probabilidad de errores y la fa-lla de equipos. Además, las plantas simples son más económicas.

accidentes en la agroindustriaDe acuerdo al último reporte de la HSE (Health and Safety Executive por sus siglas en inglés) entre 2011 y 2012 se reportaron más de 4,700 lesionados en la industria alimentaria, 83% de estos trabajadores tuvieron que ausentarse por tres días a su trabajo y 17% tuvo daños mayores. Por desgracia, hubieron varias lesiones fatales [9]. El número de lesionados varia significativamente entre las empresas alimentarias, siendo la industria procesadora de aves de corral la que presenta un mayor número de lesionados, cerca de 2800 por cada 100,000 trabajadores del sector, mientras que la industria de los alimentos dietéticos es la que presenta menor número de lesiones, 30 por cada 100,000 trabajadores (ver fig. 1). Entre el 2000 y 2012 hubo 53 fatalidades en las industrias de manufactura de bebidas y alimentos. Estas fatalidades involucran el uso de maquinaria (38%), transporte

190

al lugar de trabajo (25%), caídas desde lugares altos (15%), asfixia en espacios confinados (11%), golpeados por un objeto (8%), muerte por ataque de animales (2%) y electrocutados (2%) [10]. Entre las principales causas de lesión que no ocasionaron fatalidades, la manipulación manual y resbalones representan el 50% de lesiones. A pesar de que otros accidentes, como caída desde alturas (6%) o golpes por un objeto en movimiento (13%), tienen menor porcentaje las lesiones por tales cuestiones a menudo causan lesiones más severas [9].Fig. 14 A. Comparación de lesiones entre diferentes industrias de

alimentos

Entre el 2000 y 2014 se han registrado 24 accidentes mayores en las industrias procesadoras de alimentos, los cuales causaron la muerte de 13 personas y 20 lesionados. El accidente más frecuente son las emisiones tóxicas, seguido de las explosiones e incendios. En ocasiones ocurre más de un accidente, dándose la combinación explosión–incendio e inclusos explosión–incendio–emisión, cabe mencionar que estas emisiones no siempre son tóxicas (ver fig. 2.). Los accidentes ocurren con mayor frecuencia en países desarrollados (87.5%), mientras que en países en desarrollo la incidencia es menor (12.5%). Esto no implica que no ocurran accidentes en los países en desarrollo, probablemente

191

se debe a que los países desarrollados tiene una registro de todos los accidentes ocurridos en su territorio, mientras que en los países en desarrollo no se cuenta con instituciones ni sistemas para capturar esa información, además del número de empresas instaladas en el país. A pesar de que la ocurrencia de accidentes en los países en desarrollo es menor, el número de muertos es mayor (61.5%) comparado con los países desarrollados (38.5%), esto indica la falta de cultura y capacitación de los trabajadores con respecto a la seguridad [11]. Las sustancias involucradas, en accidentes mayores, son el amoniaco en 73.3% de los casos, Etanol en 13.3%, Propano y Metano, ambos con 6.7%.

Fig.14 B. Accidentes mayores en la industria alimentaria.

eJemplo de accidente mayorSe considera un accidente mayor cuando se presenta una explosión, un incendio o la emisión de un gas tóxico. Estos tres accidentes son los más comunes en la industria química, debido a la naturaleza de las sustancias con que se trabaja. Por otro lado, se podría pensar que en la industria alimentaria la cantidad de sustancias con características inflamables y tóxicas son pocas. Probablemente se deba a que el concepto de inflamable se asocia fácilmente a sustancias en estado líquido o gaseoso, como el alcohol o gas butano; pocas veces se considera a un polvo como inflamable y mucho menos como explosivo. Sin embargo,

192

sustancias como la leche en polvo, azúcar, harinas, entre otros, poseen un gran poder calorífico y área superficial pequeña, lo que facilita su ignición. Muchos de estos polvos han ocasionado explosiones muy violentas llamadas dust explosions (explosiones de polvos, por su traducción del inglés) [12]. Una larga lista de lugares donde se han presentado este tipo de explosiones con el número de fallecidos y lesionados puede ser consultada en la bibliografía [13]. En la mayoría de estas explosiones están involucrados polvos de diferentes alimentos, granos, harinas, azúcar y leche, principalmente [12–14].

Una de estas explosiones sucedió en el estado de Georgia, Estados Unidos de Norte América, el siete de febrero de 2008, en la compañía de azúcar Imperial. En este accidente 14 trabajadores perdieron la vida, 8 de manera instantánea y seis sucumbieron días después como resultado de las lesiones, 42 resultaron lesionados, algunos con lesiones permanentes. El incidente comenzó con una explosión en los silos de almacenamiento de azúcar, la cual provoco varias explosiones e incendios posteriores, destruyendo los edificios de empacado, silos, parte del proceso de refinación y la zona de carga [15]. Otro evento lamentable sucedió en una instalación de almacenamiento de grano en Haysville, Kansas, 1998, donde una explosión de polvos causó la muerte de siete personas, y la onda expansiva dejó lesionados a diez trabajadores. La instalación donde ocurrió este accidente era una de las más grandes en el mundo, contenía 246 silos de concreto con una altura de 9.1 m y un diámetro de 36.6 m, tenía la capacidad de almacenar 246,400 m3. El accidente comenzó en el elevador de granos, donde una fuente de ignición desconocida incendio el polvo causando una serie de explosiones. Detalles más precisos de cómo sucedió el accidente no pudieron ser recolectado, debido a que los trabajadores presentes en el área murieron, [16].

193

discusiónComo fue presentado, dentro de la agroindustria existe una alta probabilidad de accidentes. Los accidentes mayores más fre-cuentes son las emisiones de gases tóxicos, explosiones de polvos e incendios. Es necesario desarrollar estrategias que nos ayuden a prevenirlos o minimizar sus consecuencias. La seguridad de procesos es la herramienta para alcanzar este propósito, la segu-ridad de procesos es diferente a lo que se conoce como seguridad e higiene y no debemos confundirla. En México, no existe aún una cultura adecuada con respecto a la seguridad de los proce-sos. Sin embargo, se han presentado señales de cambio, debido a la influencia de países como Estados Unidos de América, Alema-nia, Japón, entre otros; los cuales, han impulsado fuertemente la cultura de seguridad en las industrias de procesos, para garanti-zar la integridad de los trabajadores.

Aún falta investigación por hacerse con respecto a las ex-plosiones de polvo y el trabajo en espacios confinados. Nuestro cuerpo académico estará trabajando en la prevención de estos accidentes, mediante el análisis de consecuencias, la optimiza-ción de la ubicación de equipos de proceso, la estimación del riesgo y el diseño basado en seguridad inherente.

bibliograFía1. Fao. 2009. Agro-Industries for Development. CAB International.Roma. p. 46-47.2. inegi. 2014. pib-Actividad de los Bienes y Servicios.http://www.inegi.org.mx/est/contenidos/proyectos/cn/bs/.3. Crowl, D.A.; J.F. Louvar. Chemical process safety : fundamentalswith applications. 2011. 3ra ed. Upper Saddle River, NJ. Prentice

Hall.4. NSC. 2013. Accident Facts. 2013. National Safety Council.5. CCPS. 2012. Process Safety FAQs.http://www.aiche.org/ccps/about/process-safety-faqs.6. CCPS. 2007. Guidelines for chemical process quantitative risk

analysis. USA. Center for Chemical Process Safety, Wiley.7. Kletz, T.A. 1985. “Inherently Safer Plants”. Plant/Operations

194

Progress, AIChE. 4(3):164.8. Kletz, T.; Amyotte, P. 2010. Process Plants: A Handbook for

Inherently Safer Design. Second ed. CRC Press Taylor & Francis Group.

9. HSE. 2013. Injury statistics. http://www.hse.gov.uk/food/statis-tics.htm.

10. HSE. 2013. Causes of fatal injury. http://www.hse.gov.uk./food/fatal.htm.

11. Tauseef, S.M.; Abbasi, T; Abbasi, S.A. 2011. “Development of a new chemical process-industry accident database to assist in past accident analysis”. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 24(4): 426-431.

12. Eckhoff, R.K. 2003. Dust explosions in the process industries, Third Edition. Gulf Professional Pub.

13. Abbasi, T.; Abbasi, S.A. 2007. “Dust explosions-Cases, causes, consequences, and control”. Journal of Hazardous Materials. 140:7-44.

14. Eckhoff, R.K. 2005. “Current status and expected future trends in dust explosion research”. Journal of Loss Prevention in the Process Industries. 18(4-6):225-237.

15. CSB. 2009. Sugar Dust Explosion and Fire: Imperial Sugar Company. U.S. Chemical Safety and Hazard Investigation Board.

16. nFpa. 1999. Fire Investigation Summary Grain Elevator Explo-sion Haysville, Kansas June 8. National Fire Protection As-sociation

195

EVAluACióN FArmACológiCA DEl AlCAloiDE ErisoDiNA

Sánchez– Herrera S.G.1*,, Noguez–Estrada J1, Rodríguez–Martínez N.1, Díaz–Batalla L1, Soto–Hernández M.R.,

Garín–Aguilar M.E

*Ingenieria Agroindustrial/ Cuerpo Académico de Biotecnología Agroindustrial Sustentable, Universidad Politécnica de Francisco I. Madero. Domicilio Conocido, Tepatepec Francisco I. Madero, Hidalgo. México CP. 42660. Tel. 017387241171. e–mail: ssanchez@upfim.edu.mx

resumenEn el presente trabajo se extrajo el alcaloide erisodina de las semi-llas del género Erythrina, se determinó la DL50 empleando dife-rentes dosis administrados por vía intraperitoneal a ratones, para así obtener la curva de dosis respuesta encontrando una DL50 de 66.08 mg/kg, así mismo, se realizó una prueba conductual a ratas en un laberinto elevado en T administrando el alcaloide erisodina, solución de NaCl, diazepam, erisodina, una mezcla de erisodina–diazepam y un grupo control sin tratamiento, se midieron las la-tencias de línea base, evitación y escape. Los resultados arrojados en esta prueba indican que la erisodina tuvo efectos notorios en la evitación 1, por lo cual se presume un probable efecto ansiogénico de este alcaloide. En la conducta de escape, probablemente la eriso-dina disminuya el efecto ansiolítico del diazepam.

Palabras clave: Erisodina, DL50, Prueba conductual.

introducciónCiertas especies de Erythrina contienen propiedades medicinales, las cuales han sido utilizadas en diversas regiones y etnias de mundo para curar algunos padecimientos, así las hojas son empleadas para úlceras y abscesos y son tomadas internamente para curar las picaduras causadas por diversos insectos.

196

En otras regiones las cortezas son hervidas y tomadas 40 días después del nacimiento de los niños como anticonceptivo, en otras regiones las flores se toman en infusión contra el insomnio [1].

Así muchas de las propiedades de Erythrina son empleadas empíricamente por tal motivo la finalidad de este trabajo es ais-lar el alcaloide mayoritario el género y realizar la dosis letal me-dia y la prueba conductual del mismo.

materiales y métodosAislamiento de erisodinaLa erisodina fue aislada de semillas de Erythrina coralloides, de acuerdo al método descrito por Games, et al, 1974 [2].

Determinación de la DL 50Se prepararon diversas dosis de alcaloides puros de erisodina (10, 20, 25, 30, 35, 40 y 60 mg/kg), las cuales se administraron vía intraperitoneal a ratones de la cepa CD1. Después se registraron los efectos farmacológicos. Los resultados se analizaron median-te un análisis Probit empleando métodos de regresión ponderada iterativa.

Los valores de las dosis y el porcentaje de mortalidad se gra-ficaron para obtener la dosis–respuesta que a través de regresión lineal permitió determinar a DL50 de los alcaloides evaluados. Prueba ConductualSe utilizaron ratas macho de la cepa Wistar, (250–300 gr) y se colocaron en cajas de acrílico en grupos de 5 sin restricción de alimento y agua.

Para evaluar el efecto del alcaloide sobre la ansiedad, 30 mi-nutos antes de la prueba a las ratas se les administró de forma intraperitoneal los siguientes tratamientos: 0.2 ml/kg de NaCl al 0.9%, 2 mg/kg de diazepam, 30 µmol/kg de erisodina, 30 µmol/kg + 3.0 mg de diazepam, y el último grupo no recibió tratamiento.

Las ratas fueron manipuladas durante 5 días previos a la prueba. Posteriormente al 5o día se expusieron a un laberinto en forma de T, con tres brazos de iguales dimensiones, el laberinto

197

se encontraba elevado a 50 cm del piso. El experimento fue realizado en silencio, con un observador dentro del laboratorio.

A partir de ese momento se contabilizo el tiempo en que la rata cruzo con sus 4 patas hacia alguno de los brazos abiertos.

En seguida, el animal fue sacado del laberinto y se colocó en su caja durante 30 segundos y el procedimiento se repitió dos veces más, registrándose los tiempos de evitación EV1 y EV2.

Para la evaluación de escape (esc) la rata fue colocada al final de brazo derecho abierto y se registró el tiempo que tardaba en abandonar sus 4 patas el brazo.

Las latencias fueron analizadas con anova de medidas repe-tidas en un diseño mixto 5x3.

resultados y discusiónLa determinación de la DL50 es importante para establecer el índice terapéutico (o margen de seguridad de uso) de cualquier sustancia [3].

Las curvas de dosis–respuesta obtenidas (fig. 1) para la erisodina muestran que la DL50 fue de 66.08 mg/kg.

Fig. 15A. Curva dosis–respuesta para erisodina.

198

Después de someter a los animales a la experiencia del labe-rinto, el valor medio de latencia (seg) de la línea base, la EV1, EV2 y el ESC fueron registrados en la siguiente tabla:

latencias (seg)

Tratamiento lb ev1 ev2 esc

Intacto 6.5 18.5 266.4 9.9

Salina 6.0 12.5 265.9 10

Diazepam 4.0 4.9 22.4 263.8

Erisodina 8.1 226.2 292.5 4.5

Eri +diazep. 6.1 5.5 42.0 52.4

El análisis indica que existen diferencias significativas para el factor droga y su interacción. La prueba post–hoc no detectó diferencias significativas durante las latencias de la LB, es decir que al exponer por primera vez al animal ante el laberinto su conducta exploratoria fue semejante, independientemente del tratamiento al que fueron sometidos.

La ausencia de esta diferencias entre el intacto y salina durante la línea base indica que la manipulación de los animales al momento de la inyección no tuvo efecto alguno.

El hecho de que el grupo que recibió erisodina presentara latencias altas en EV1 sugiere que la administración del alcaloi-de ocasiona que los sujetos eviten más rápidamente los brazos abiertos.

Por otro lado la administración de diazepam ocasionó laten-cias EV2 significativamente menores a los grupos intactos y sali-na, lo que confirma lo hallazgos de Viana et al, 1994 [4], donde se evidencia el efecto ansiolítico del diazepam ya que los animales permanecen más tiempo en alguno de los brazos abiertos.

Puede observarse que los grupos que recibieron diazepam y diazepam+erisodina presentan latencias de EV” bajas con respecto a los otros tratamientos y no son diferentes estadísticamente entre ellas. Estos datos indican que la erisodina no revierte el efecto de diazepam. En cuanto a las latencias de escape el análisis indica que existen diferencias significativas

199

entre las drogas empleadas y el escape. Por otro lado el análisis estadístico indica diferencias significativas entre el diazepam, el grupo tratado con erisodina+diazepam y el grupo formado por intacto, salina y erisodina. El hecho que con diazepam, el tiempo de permanencia en el brazo abierto sea mayor puede indicar que este fármaco ejerce un efecto ansiolítico ante situaciones como el miedo.

Cuando se administró Erisodina+diazepam, los tiempos de latencia en el brazo abierto fueron mayores al del grupo intacto, salina y erisodina pero menores al del diazepam, esto nos indica que para este estudio probablemente la erisodina disminuya o contrarreste el efecto ansiolítico del diazepam, por lo cual se sugieren una serie de estudios para su confirmación.

conclusiones Para los resultados conductuales de ansiedad se concluye que al exponer por primera vez el animal al laberinto (línea base) su comportamiento fue igual sin importar el tratamiento al que fue sometido. Los tratamientos intacto y salina tuvieron un comportamiento similar en cada latencia evaluada. La administración del diazepam ocasionó latencias bajas confirmando su efecto ansiolítico: la erisodina tuvo efectos notorios en la evitación 1, por lo cual se presume un probable efecto ansiogénico de este alcaloide. En la conducta de escape, probablemente la erisodina disminuya el efecto ansiolítico del diazepam.

bibliograFía1. Hastings, R.B. 1990. Medicinal legumes of Mexico. Fabaceae

Papilionoideae. Part One. Economic. Botany. 44: 336-348. 2. Games, D.E.; Jackson, A.H.; Khan, N.A.; Millington, D.D. 1974.

Alkaloids of some Africa, Asian, Polynesian and Australian species of Erythrina. Lloydia. 37: 581-588.

3. Kuschinshy, G.; Lulmann, H. 1997. Manual de framacología. Ed. Marin España.

4. Viana, M.B.; Tomaz C.; Graeff F.G. 1994. The elevated T-Maze:

200

A new animal model of anxiety and memory. Phamacology biochemistry and behavior. 49: 549-554.

201

DisEño, síNTEsis y APliCACióN DE mATEriAlEs mAgNéTiCos PArA El DEsArrollo DE NuEVos

méToDos DE ANálisis DE AlimENTos. ANálisis DE ADiTiVos AlimENTiCios

Aguilar–Arteaga K.,a* Arteaga–Olguín I., Pérez–Moreno, F.,b Castañeda–Ovando A. b, López–Molina A.a, Hernán-

dez–Martínez V.a

a*Ingeniería Agroindustrial/Laboratorio de Análisis Especiales. Domicilio Conocido Tepatepec Hgo., Francisco I. Madero, Hidal-go, México. CP. 42660. Tel. 7387241174, e–mail: kaguilar@upfim.edu.mx

bUniversidad Autónoma del Estado de Hidalgo. Carretera Pachuca–Tulancingo., Mineral de la Reforma, Hidalgo, México. Tel 7172000.

resumenEn el presente trabajo se describe la síntesis de materiales magnéticos con características adsorbentes para el análisis de aditivos alimenticios en muestras de alimentos, con la finalidad de determinar fraudes o bien para control de calidad. El método desarrollado involucra el diseño de materiales magnéticos con características adsorbentes y funcionalización adecuada para la adsorción y cuantificación de diversas especies utilizadas como aditivos alimenticios. El método propuesto es una opción de bajo costo, con posibilidades automatización.

Palabras clave: Métodos magnéticos, Aditivos alimenticios, Partículas magnéticas. Métodos de análisis.

introducciónEl presente trabajo propone el uso de materiales magnéticos, con características adsorbentes útiles en el análisis de aditivos alimenticios, bien para control de calidad o determinación de fraudes. Recientemente se ha reportado la aplicación de este

202

tipo de materiales, en diversos métodos de análisis químicos, debido a que reúnen las características apropiadas para ser utilizados como adsorbentes. En la industria alimentaria se requieren de mejores métodos de análisis para determinar y cuantificar diversos analitos por cuestión de seguridad o bien para control de calidad. Se presentan los resultados de la síntesis de materiales magnéticos, así cómo parte de su caracterización. Las características que presentan los hace candidatos para ser utilizados en métodos de pretratamiento de muestra como extracción en fase sólida magnética (mspe), dispersión de matriz en fase sólida magnética (magnetic–mspd) y en métodos de determinación y análisis en flujo de tercera generación.

antecedentesA partir de la década de los setenta las separaciones magnéticas basadas en el uso de micro y nano partículas magnéticas han tomado gran importancia debido a su rápida y fácil separación de mezclas complejas, sin la necesidad de filtrar o centrifugar, además de su fácil manipulación, posible automatización y mi-niaturización. Este tipo de partículas han sido aplicadas en la in-movilización de biomoléculas como proteínas, enzimas, agentes bioactivos, grupos orgánicos, etc. para posteriormente ser utili-zados en sistemas de análisis químicos, médicos y biotecnológi-cos. El tamaño y funcionalización de las partículas son caracte-rísticas importantes para su aplicación, ya que estos dos factores definen la afinidad de las partículas hacia diferentes analitos. Es importante mencionar que el método de síntesis está relacionado directamente con el tamaño y las características de las partículas magnéticas. Las características fisicoquímicas y magnéticas de un material lo hacen apropiado para su aplicación [1–5].

Los sólidos magnéticos aplicados en separaciones químicas están compuestos de dos fases. Una paramagnética, compuesta principalmente por minerales de hierro u óxidos de hierro como la magnetita (Fe3O4), maghemita (g–Fe2O3) y una segunda fase no magnética formada por diversos materiales, entre los cuales se encuentran polímeros orgánicos, inorgánicos u otros óxidos

203

metálicos, que interactúan con los analitos contenidos en las muestras.

Las fases presentes en los sólidos pueden estar asociadas en diversas morfologías. La figura 1 muestra las principales estructuras morfológicas reportadas. Es importante resaltar que el método de síntesis empleado y los materiales de partida están relacionados directamente con la morfología de las partículas obtenidas y por lo tanto con su aplicación [6–7].

La mspd es una técnica desarrollada en los años ochenta ampliamente utilizada en métodos de pretratamiento de muestras de plantas y alimentos, en matrices sólidas, semi–sólidas o con elevado grado de viscosidad. Una fase sólida es dispersada en una matriz de muestra, posteriormente es aislada con diversos analitos adsorbidos en la superficie de la fase sólida, para después llevar a cabo el proceso de elución. Recientemente se ha reportado la síntesis de materiales magnéticos con características adsorbentes adecuadas para ser utilizadas como fase sólida en mspd.

Los métodos de pretratamiento de muestra que hacen uso de materiales magnéticos reúnen la fuerza magnética y diferentes métodos de separación e identificación de proteínas, ácidos nucléicos, organelos celulares e incluso células de matrices complejas. Recientemente se han utilizado para la preconcentración de analitos de naturaleza orgánica e inorgánica de interés económico, ambiental y alimenticio tales como iones metálicos, metales pesados, antiinflamatorios, antibióticos, analgésicos, pesticidas, insecticidas, colorantes, surfactantes, agentes carcinogénicos y compuestos fenólicos [8–13],

Fig.16 A. Estructuras morfológicas reportadas para sólidos mag-néticos. a) tipo core–shell, b) multicore, c) bead on bead y d) mor-fología tipo brush.

204

El presente trabajo pretende reunir las ventajas de las partí-culas magnéticas con las características ampliamente conocidas de los carbones activados, obtenidos a partir de desechos agrope-cuarios logrando la obtención de carbonos activados magnéticos (CAMs).

La obtención de carbón activado a partir de desechos agrícolas no es nuevo, se han utilizado diversos métodos para la obtención de materiales con características adsorbentes adecuadas [14]. El objetivo de las nuevas investigaciones se ha enfocado en la modificación química y estructural del carbón activado para conferir propiedades diversas que lo hagan más versátil y de fácil aplicación. Esta versatilidad se debe básicamente a la presencia de las especies modificantes, se ha reportado la modificación del carbón activado con sales metálicas, óxidos metálicos, entre otras especies. Por otro lado, la obtención de carbón activado a partir de desechos agrícolas y pecuarios también representa una disminución de los costos de obtención, además de fomentar la conservación de bosques y selvas.

parte experimentalEn una primera etapa se obtuvo el carbón activado a partir de olote de maíz en base seca. Los olotes pasaron por un proceso de molienda y tamizado para reducir y homogenizar el tamaño de partícula, con la finalidad obtener una mejor difusión del agente activante y por tanto mayor grado de porosidad del carbón activado. El proceso de activación química y carbonización se llevó a cabo siguiendo el método reportado por Mohan et al, con algunas modificaciones, utilizando H3PO4 y KOH como agentes activantes [15]. Los carbonos obtenidos, en una segunda etapa, fueron magnetizados con magnetita sintetizada por el método de co–precipitación. La co–precipitación en medio básico de los iones Fe2+ y Fe3+ contenidos en solución acuosa, en relación molar 1:2. El tamaño, forma y composición de las partículas depende del tipo de sal utilizada (cloruros, nitratos, sulfatos, percloratos, etc.), relación Fe2+ y Fe3+, pH, fuerza iónica del medio, tipo de base utilizada, la adición de agentes quelantes,

205

temperatura y la velocidad de adición de la base. Este método genera partículas de magnetita mayores a 10 nm de diámetro. La síntesis por co–precipitación está representada en la siguiente reacción [16–17].

Fe 2+ 2Fe 3++ + +Fe3O4 4H2O8OH-

La etapa de síntesis de los CAMs se resume en la fig. 2.Caracterización parcial de los carbonos activados.Una vez sintetizados los sólidos magnéticos se caracterizaron

fisicoquímicamente, usando las siguientes técnicas instrumenta-les: Microscopia electrónica de barrido (sem) y espectroscopia de energía dispersiva (eds) así como la determinación del índice de yodo en los carbones activados obtenidos mediante la norma mexicana NMX–F–296–SCFI–2011[18]. Se está trabajando en la caracterización completa mediante otros métodos instrumenta-les para una caracterización fisicoquímica más completa y poder asociar la aplicación de los CAMs obtenidos con sus propiedades fisicoquímicas,

Fig. 16 B. Esquema de secuencia general de obtención del CAM.

206

discusión de resultadosEn la Tabla 1 se muestran los valores de número de yodo obtenidos para los carbones activados magnéticos sintetizados, los resultados muestran un índice de yodo superior para aquellos sólidos activados con koh que aquellos activados con H3PO4. Los resultados anteriores demuestran que el precursor utilizado posee bajo contenido de especies volátiles y alto contenido de carbono.

El carbón activado se evalúa por su área o superficie activa de adsorción. Se determina la cantidad de N2 o de butano que es adsorbido por un carbón determinando el área bet. Cuanto mayor sea la cantidad de gas adsorbido mayor es su superficie, por lo tanto su capacidad de retención de moléculas de gas es mayor.

Para la adsorción en fase líquida se emplea el índice de yodo, donde se evalúa la cantidad de yodo que adsorbe un carbón de-terminado y se compara su valor con los parámetros o valores estándar.

Si el carbón será empleado en la adsorción de gases se caracteriza el material mediante el área bet. Si va a ser empleado para la adsorción de compuestos en fase líquida, como es el caso del tratamiento de aguas, el parámetro más importante a determinar es el índice de yodo.

Tabla 16C. índice de yodo para los carbones magnéticos activados obtenidos a partir de olote de maíz.

Activación y Relación Magnetita

Índice de yodo (DER n=3)

H3PO4/1:1 750 mg⋅g–1 (2)

H3PO4/1:2 650 mg⋅g–1 (4)

KOH/1:1 1050 mg⋅g–1 (2)

KOH/1:1 980 mg⋅g–1 (3)

La figura 3 muestra micro fotografías representativas tomada a los CAMs obtenidos. Se muestran sólidos porosos, Sin embargo en la microfotografía 3b se observa material más poroso, este cam se obtuvo por activación con koh en suspensión, lo anterior

207

refuerza los resultados obtenidos con el Índice de yodo, mientras que la microfotografía 3a muestra un cam activado con H3PO4. El espectro eds representativo mostrado en la figura 3c corrobora la presencia de hierro en las matrices de los cam obtenidos mediante la síntesis descrita. De acuerdo con los resultados presentados podemos afirmar que los CAMs obtenidos son sólidos con características importantes para ser aplicados en métodos de de pretratamiento de muestras alimenticias para la determinación de aditivos, toxinas y contaminantes. Por otro lado también posean cara características deseables para ser utilizados en métodos industriales para la producción de alimentos.

Actualmente se está trabajando en la determinación de fraudes alimenticios, para la determinación de aditivos como Aspartame y Acesulfame–K, mediante Magnetic–mspd–hplc, debido a que los CAMs obtenidos presentan alta selectividad hacia estas dos moléculas,

Fig. 16d. a) microfotografía SEM para CAMs activado con H3PO4, b) microfotografía SEM para CAMs activado con H3PO4 y c)Espectro EDS representativo obtenido para los CAMs.

208

conclusionesSe logró optimizar el proceso de síntesis para la obtención de los CAMs, mediante la cual se obtienen sólidos con característi-cas magnéticas y adsorbentes importantes para ser aplicados en métodos de pre–tratamiento de muestras alimenticias como la magnetic–MSPD.

El proceso de activación es un paso determinante para la obtención de CAMs con elevada área superficial, asociada con el índice de yodo.

El precursor (olote de maíz) de los CAMs obtenidos es una buena fuente de carbono debido a los elevados índices de yodo obtenidos.

reFerencias1. Buschow K. H. J.; De Boer F. R. 2004. Physics of magnetism and

magnetic materials, Kluwer Academic Publishers, USA. Pages 191.2. Moliton A. 2007. Basic Electromagnetism and materials.

Springerlink, USA. 119-155.3. Jones D.H. 1989. Mossbauer spectroscopy and physics of

supermagnetism. Hyperfine Interactions. 47 : 289-297.4. Gupta, A. K.; Gupta, M. 2005. Synthesis and surface engineer-

ing of iron oxide nanoparticles for biomedical applications. Biomaterials. 26(18): 3995-4021.

5. Dawes, C. C.; Jewess, P. J.; Murray, D. A. 2005. Thiophilic paramagnetic particles as a batch separation medium for the purification of antibodies from various source materials. Analytical Biochemistry. 338(2): 186-191.

6. Aguilar-Arteaga, K.; Rodríguez, J. A.; Barrado, E. 2010. Mag-netic solids in analytical chemistry: a review. Analytica Chi-mica Acta. 674(2):157-165.

7. Safarik, I.; Safarikova, M. 2004. Magnetic techniques for the isolation and purification of proteins and peptides. BioMag-netic Research and Technology. 2(1): 7.

8. Zhai, Y.; He, Q.; Yang, X.; Han, Q. 2010. Solid phase extraction and preconcentration of trace mercury (II) from aqueous so-lution using magnetic nanoparticles doped with 1, 5-diphe-

209

nylcarbazide. Microchimica Acta. 169(3-4): 353-360.9. Aguilar-Arteaga, K.; Rodríguez, J. A.; Miranda, J. M.; Medina,

J.; Barrado, E. 2010. Determination of non-steroidal anti-inflammatory drugs in wastewaters by magnetic matrix solid phase dispersion–HPLC. Talanta. 80(3):1152-1157.

10. Rodríguez, J. A.; Espinosa, J.; Aguilar-Arteaga, K.; Ibarra, I. S.; Miranda, J. M. 2010. Determination of tetracyclines in milk samples by magnetic solid phase extraction flow injec-tion analysis. Microchimica Acta. 171:407-413.

11. Huang, C.; Hu, B. 2008. Silica-coated magnetic nanopar-ticles modified with g-mercaptopropyltrimethoxysilane for fast and selective solid phase extraction of trace amounts of Cd, Cu, Hg, and Pb in environmental and biological samples prior to their determination by inductively coupled plasma mass spectrometry. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spec-troscopy. 63(3): 437-444.

12. Dong, J.; Xu, Z.; Wang, F. 2008. Engineering and characte-rization of mesoporous silica-coated magnetic particles for mercury removal from industrial effluents. Applied Surface Science. 254(11) : 3522-3530.

13. Luna D.; González A.; Gordon M.; Martín N. 2007. Obtención de carbón activado a partir de la cáscara de coco. ContactoS. 64:39-48.

14. Mohan, D.; Sarswat, A.; Singh, V. K.; Alexandre-Franco, M.; Pittman, C. U. 2011. Development of magnetic activated car-bon from almond shells for trinitrophenol removal from wa-ter. Chemical Engineering Journal. 172(2):1111-1125.

15. Massart, R. 1981. Preparation of aqueous magnetic liquids in alkaline and acidic media. IEEE transactions on magnetics. 1247-1248.

16. Tamura, H.; Matijevic, E. 1982. Precipitation of cobalt fer-rites. Journal of Colloid and Interface Science. 90(1): 100-109.

17. Norma Mexicana, NMX-F-296-SCFI-2011, Industria Azucarera y Alcoholera, Determinación del Número de Yodo en Muestras de Carbones Activados Empleados en la Refinación de Azúcar.

210

EFECTo DEl muCílAgo DEl NoPAl (opuntiA Ficus índicA) DE Dos EDADEs Fisioló-giCAs Como AgENTE CoAgulANTE–FloCulANTE

EN AguA rEsiDuAl

Rodríguez–Martínez N.,* Sánchez – Herrera S.G1., No-guez – Estrada J. 1, Díaz – Batalla L1, Acosta – Percastegui

A.

*Ingenieria en Agrotecnología, /Cuerpo Académico Biotecnología Agroindustrial Sustentable, Universidad Politécnica de Francisco I. Madero. Carretera San Juan Tepa– Tepatepec km 2, Francisco I. Madero, Hidalgo. CP.42670. Tel 738 72 4 11 71, nrodriguez@upfim.edu.mx

1Ingeniería agroindustrial, Universidad Politécnica de Francisco I. Madero

resumenEl presente trabajo consistió en evaluar el efecto del mucílago del nopal (Opuntia ficus indica) de dos edades fisiológicas como coa-gulante–floculante natural en el tratamiento de agua residual. Se extrajo el mucílago del nopal de dos edades fisiológicas (cladodios jóvenes y cladodios maduros) y se adicionó en una dosis de 50 ml, 75 ml y 100 ml al agua residual proveniente del canal “Requena”, derivación del represo que abastece una parte de la zona de riego del Valle del Mezquital. Se evaluaron parámetros iniciales en el mu-cílago obtenido de los cladodios. Así mismo se caracterizó física y químicamente la mezcla de agua residual y el mucílago de cada uno de los tratamientos por triplicado sometido a la prueba de jarras. En relación a la concentración de Sólidos totales el tratamiento con 75 ml resultó ser el que removió mayor cantidad con relación al testigo hasta en un 25% de sólidos. La conductividad eléctrica incrementó con la agregación del mucílago tanto maduro como joven con valo-res que fluctúan entre 1365 a 1966 µS, lo que sugiere que a mayor concentración de mucílago la conductividad eléctrica incrementa. La turbidez registró un valor directamente proporcional a la agrega-

211

ción del mucílago independientemente si corresponde a un cladodio maduro o joven, guardando una relación menos marcada en el mu-cílago extraído de pencas maduras.

El pH inicial del mucílago de pencas jóvenes y maduras, registra valores de 6 y 5.5, respectivamente, sin embargo, con la agregación de las dosis en los diferentes tratamientos el pH registra una tendencia a la neutralidad (7.1–7.3) en la mayoría de los tratamientos, con respecto al testigo (7.7). El uso del mucílago de nopal para el tratamiento del agua residual representa una alternativa al uso de productos químicos que son eficientes en la remoción de contaminantes pero que a su vez generan un nuevo problema al medio ambiente.

Palabras clave: Mucílago de nopal, agua residual, caracterización físico–química.

introducciónLas cactáceas constituyen una de las familias botánicas más abundantes en México, con una gran cantidad de géneros y especies, una extraordinaria variación en su morfología, así como la adaptación a distintos tipos de vegetación y medios ecológicos. El género Opuntia ficus indica, presenta adaptación en una diversidad de calidad de suelo, desde los fértiles hasta los agrestes, permitiendo su producción a gran escala en la mayoría de las zonas áridas y semiáridas del país. Estas zonas en México abarcan el 40% de la superficie total del país. Aunque existen pequeñas zonas áridas como producto de las condiciones climáticas locales, la mayor extensión se ubican en el cinturón o faja mundial de aridez. De los 32 estados que integran el territorio nacional, 25 presentan porciones áridas en mayor o menor proporción, entre los estados que destacan son: Aguascalientes, Baja California Norte, Baja California Sur, Coahuila y Sonora; de manera parcial se presenta en los estados de Colima, Chihuahua, Durango, Guanajuato, Guerrero, Hidalgo, Jalisco, México, Michoacán, Nuevo León, Oaxaca, Puebla, Querétaro, San Luis Potosí, Sinaloa, Tamaulipas, Tlaxcala, Yucatán y Zacatecas. De aquí la importancia de adaptar o generar tecnología para explotar racionalmente esta área.

212

El uso de efluentes provenientes de zonas urbanas para fi-nes de riego en la agricultura, es una práctica que se incrementa cada día en particular en países subdesarrollados, en zonas ári-das y semiáridas, así como en zonas con crecimiento demográfi-co constante en donde se presenta mayor explotación de recur-sos y generación de residuos. [1]

De las 350,000 hectáreas de suelos agrícolas que emplean aguas residuales para el riego en México, más de 280 mil son rega-das con aguas residuales sin tratamiento, con esto México ocupa el primer lugar en Latinoamérica en el uso de agua residual. [2]

La mayoría de las tecnologías empleadas para el tratamiento de agua residual son caras e inoperables debido a la movilidad de los contaminantes generados durante el proceso, por lo a que es necesario optar por el uso de productos que realicen una similar función en relación con los químicos, en este sentido el mucílago de nopal es una alternativa para el tratamiento de agua, para tal efecto el presente trabajo tiene el propósito de evaluar el efecto del mucílago de nopal (Opuntia ficus indica) de dos edades fi-siológicas como agente floculante–coagulante en el agua residual utilizada en el riego agrícola del Valle del Mezquital. metodologíaLa recolección de las raquetas de nopal de dos edades fisiológi-cas se llevó a cabo en la comunidad de Tepatepec, Municipio de Francisco I Madero, bajo un diseño completamente al azar con-siderando cladodios maduros y cladodios jóvenes de un plantío de aproximadamente 5 años, sin aparente presencia de plagas ni enfermedades y en tonalidades de raquetas uniformes. Para su extracción se consideró la técnica de eliminación de solutos de un líquido transfiriéndolos a una segunda fase líquida establecida por relación 1:1 [3]. Para la toma de la muestra del agua residual se consideraron los lineamientos generales y recomendaciones establecidas en la NMX–AA–3–1980 [4]. Se adicionó el mucílago de nopal en una dosis de 50 ml, 75 ml y 100 ml por litro de agua residual, dosis establecida por [3] y sometido a la prueba de jarras para simular el proceso de coagulación–floculación. Se determi-

213

naron parámetros como sólidos sedimentables según la norma mexicana NMX–AA–004–SCFI–2000 [5]. Los sólidos totales y vo-látiles se calcularon basado en la NMX–AA–034–SCFI–2011 [6]. Para determinar la turbiedad se aplicó la NMX–AA–038–SCFI–2001 [7]. El Procedimiento para la obtención de la dureza tomó como referencia a la Norma Mexicana NMX–AA–072–SCFI–2001 [8]. La medición del pH se basó en la Norma Mexicana NMX–AA–008–SCFI–2000 [9] y la capacidad de conducir corriente eléc-trica en presencia de iones disueltos se determinó por la NMX–AA–093–SCFI–2000 [10]. Todas las determinaciones se realizaron por triplicado.

resultados Los resultados de la extracción del mucílago maduro reflejó que de los 2 kilogramos de muestras recolectadas se obtuvieron 800 ml de mucílago y en los cladodios jóvenes la cantidad de mucíla-go fue de 1200 ml. Esto se atribuye a la cantidad de agua conte-nida en las raquetas y reportadas por [12] donde establece que el nopal joven tiene hasta en 91% de agua lo que infiere la cantidad de mucílago obtenido en cada tratamiento.

En relación a la turbiedad (Ver fig. 1), ésta se incrementa con la agregación de mucílago de nopal en especial en las raquetas jóvenes, lo que sugiere que la adición de este elemento externo podrá inferir en algunos procesos relacionados con la capacidad del agua a la penetración de la luz por la presencia de materiales coloidales.

Fig. 17A. Turbiedad registrada en los diferentes tratamientos con la adición de mucílago de cladodios jóvenes y maduros.

214

El potencial hidrógeno (pH) medido en el mucílago registra valores similares a los reportados por [11], donde establecen que el rango fluctúa entre 5.0 y 6.6. Los valores de la muestra de agua residual se encuentra clasificada como poco alcalina, clasificación que se modifica con la agregación del mucílago de ambos edades fisiológicas (Ver fig. 2), los cuales tienden a clasificarlos como pH neutros, aspecto deseable para la mayoría de las aguas destinadas al riego agrícola.

Fig. 17b. Valores de Potencial Hidrógeno obtenido de los diferentes tratamientos con la adición de mucílago de cladodios jóvenes y maduros.

La conductividad eléctrica presente en el mucílago refiere que la muestra contiene una cantidad de iones que como tal no favorecen el uso del mucílago, sin embargo al comparar al testigo con la agregación de las diferentes dosis en los tratamientos estudiados, sugieren que con el incremento de la cantidad de mucílago agregado al agua residual la conductividad eléctrica guarda una relación directamente proporcional, esto debido a la presencia de sólidos totales disueltos en los diferentes tratamientos.

215

Fig. 17c. Valores de Conductividad Eléctrica medida en los trata-mientos con la agregación de mucílago de raquetas jóvenes y ma-duras.

conclusionesEl uso del mucílago de nopal de diferentes edades fisiológicas tienen un efecto sobre la depuración de las aguas residuales y pueden ser una sustancia que permita la sustitución de un compuesto químico convencional que indudablemente provocara efectos positivos en el tratamiento para coagulación–floculación del agua residual, pero que así mismo provocara daños al ambiente.

reFerencias1. Hernández, G.; Flores, F.; Solorio, J.; Alcalá, J. 1994. Riesgo

de acumulación de Cd, Pb, Cr, y Co en tres series de suelos del DR 03, Estado de hidalgo, México. Revista Mexicana de Ciencias Geológicas. 11:53-61.

2. CNA, 2003. Comisión Nacional del Agua. EL Uso de aguas Residuales en la Agricultura de Riego. Subgerencia de Ingeniería, Riego y Drenaje. México.

3. Carpinteyro. U. 2011. Tratamiento de Aguas Residuales em-pleando polímeros naturales y biodegradabilidad de los lodos generados. Instituto Politécnico Nacional. Repositorio Digi-tal.

216

4. Comisión Nacional del Agua. Página consultada 14 /11/2014.http://www.conagua.gob.mx/conagua07 /Noticias/NMX-

AA-003-1980.pdf5. Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Página consultadael 14/11/2014. https://www.imta.gob.mx/cotennser/.../NMX-AA-

004-SCFI-2000.pdf6. conagua07. Página consultada ek 14/11/2014.www.conagua.gob.mx/conagua07/.../NMX-AA-034-SCFI-2001.

pdf7. Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Página consultada12/11/2014. https://www.imta.gob.mx/cotennser/.../NMX-AA-

038-SCFI-2001.pdf8. Comisión Nacional del Agua. Pagina consultada 10/11/2014.www.conagua.gob.mx/conagua07/.../NMX-AA-072-SCFI-2001.

pdf9. Comisión Nacional del Agua. Página consultada 10/11/2014.www.conagua.gob.mx/conagua07/.../NMX-AA-008-SCFI11.pdf10. Comisión Nacional del Agua. Pagina consultada 9/11/2014.www.conagua.gob.mx/conagua07/.../NMX-AA-093-SCFI-2000.

pdf11. Saenz, C. 2000. Processing technologies: an alternative for

cactus pear (opuntia spp) fruits and cladodes. Journal of Arid Enviroments. 46:209-225.

217

recircULación DeL aGUa POsteriOr aL cUrtiDO cOMO MétODO Para reDUcir eL iMPactO aMBientaL Y LOs cOstOs De PrODUcción

Noguez–Estrada J.,* Rodríguez–Martínez N., Díaz Batalla L.,1 Sánchez–Herrera SG.

*Ingeniería agroindustrial, Universidad Politécnica de Francisco I. Madero. Domicilio conocido, Tepatepec, Hidalgo, México. CP. 42660. Tel. 01 738 724 04 52, e–mail: jnoguez@upfim.edu.mx.

resumenEl presente trabajo tiene como objetivo reflejar la relevancia de los aspectos ambientales, sociales y económicos del sector de la producción de cueros y pieles, haciendo especial énfasis en los impactos ambientales negativos derivados de la curtiduría y sus posibles soluciones, así como reflexionar en relación con los beneficios económicos, ambientales y sociales que se pueden obtener al implementar mejoras tecnológicas y “buenas prácticas” en el proceso productivo. Además de ofrecer alternativas que pueden ser implementadas en los procesos de curtido, para minimizar la problemática generada por la contaminación de las aguas provenientes de las curtidurías residuales que se desechan al alcantarillado, buscando minimizar la carga contaminante mediante métodos de recirculación del agua posterior al curtido. Actualmente la contaminación ambiental es un tema que genera preocupación en todas partes del mundo, así por ejemplo el Río Turbio ubicado en la ciudad de León es uno de los más contaminados, ya que un gran número de tenerías desechan las aguas residuales al mismo.

De acuerdo con información bibliográfica consultada, especializada para la minimización del cromo en los efluentes residuales generados por las industrias del curtido se encontraron las siguientes alternativas: Recirculación directa de baños de cromo, recirculación indirecta de baños de cromo, sistemas con recuperación de cromo y su reutilización. Por los requerimientos

218

para el productor de menor escala, la recirculación del agua puede ser una alternativa viable de implementar en sus procesos.

Palabras clave: curtido, recirculación, cuero, piel, contaminación, cromo.

introducciónUna de las características típicas de la ganadería en el Valle del Mezquital en el Estado de Hidalgo es el predominio de un sistema extensivo en el manejo de animales. Si bien el objetivo principal de la actividad es la producción de carne, se genera con ello una gran cantidad de pieles, que en la mayoría de los casos son recolectados y comercializados principalmente en la ciudad de León Guanajuato, generando poco valor al destinarse principalmente a la producción de cuero.

En el curtido de cuero y piel, es necesario buscar nuevas tecnologías que permitan no sólo mitigar su efecto al ambiente, sino también que impacte en los costos de producción. Una alternativa puede ser el aprovechamiento sustentable de las pieles mediante el curtido con tecnologías limpias que permitan la reutilización del cromo, que además garanticen la calidad para su uso en peletería fina.

Un aspecto muy importante a tener en cuenta dentro del sistema productivo en la industria de la curtiduría es la optimización de procesos a partir de un uso racional y eficiente de los recursos, ya que su uso irracional afecta la sostenibilidad del sistema en su ámbito económico, ambiental y social. Un uso adecuado de los insumos durante el proceso permite disminuir la contaminación, los costos de producción y garantizar la práctica de la actividad para generaciones futuras.

Una de las alternativas para una gestión ambiental empresarial adecuada, puede ser el uso de sistemas de producción más limpia y buenas prácticas ambientales para un sistema de control operacional eficiente y efectivo que mitigue los efectos ambientales.

La práctica de procesos eficientes y sustentables durante el curtido, pueden ser una alternativa para hacer rentable la acti-

219

vidad pecuaria en el Estado de Hidalgo, de tal manera que gran parte de la materia prima aquí generada se transformen en pro-ductos y prendas de gran valor que impacte en la economía de los productores y por ende de sus familias.

la industria de la curtiduríaLa industrialización de las pieles que se utilizan en la elabora-ción de diversos objetos de piel con valor comercial, en forma genérica se conoce como “proceso de curtido”. El proceso com-pleto se puede clasificar, básicamente en cuatro etapas; la prime-ra que se denomina “ribera” y en ella se lleva a cabo la limpieza de la piel que se recibe como materia prima, la cual puede estar conservada con “sal común” (cloruro de sodio), en cuyo caso se denomina “verde salada” o recibirse fresca o seca. En esta etapa se eliminan todos los componentes de la piel que no son trans-formables a cuero, como sales de sodio, pelo y material proteí-nico. La segunda etapa comprende propiamente el proceso de “curtido”, mediante el cual se logra impartir estabilidad química y física a la piel evitando su putrefacción y haciéndola resistente a cambios de temperatura y humedad. En el curtido se utilizan materiales de origen vegetal (curtido vegetal) o sales inorgánicas, especialmente sales de cromo (curtido al cromo). La piel curti-da se denomina cuero azul o con el término inglés wet blue. La tercera etapa se conoce como Recurtido, Teñido y Engrase rte, y en ella se logra que el cuero adquiera suavidad, color y otras características que son necesarias para fabricar artículos comer-ciales. Finalmente, en la cuarta etapa denominada “acabado” se imparte al cuero las características específicas que el mercado impone a cada tipo de producto, como puede ser el grabado, co-lor y tacto, entre otros [1].

La industria del cuero genera grandes cargas de contaminan-tes en sus procesos, pero esto se puede contrarrestar tomando medidas de seguridad para prevenir y disminuir la contamina-ción. Existen medidas de fácil aplicación y como ventaja pre-sentan disminución de costos en los procesos al reutilizar los productos químicos empleados y la disminución considerable de

220

agua. Actualmente el curtido de pieles con sales de cromo repre-senta el 80% de la producción total de cueros en el mundo [ 2 ].

características Fisicoquímicas del cromoLa forma trivalente (Cr III) representa al cromo como un elemento esencial y es más estable, mientras que el estado hexavalente (Cr IV) es altamente tóxico. El cromo trivalente es el más frecuente en el agua natural, las especies relativamente inertes es de cromo (Cr III) se consideran fundamentales para el mantenimiento de la glucosa, de los lípidos y de las proteínas.

El cromo (Cr III) es cerca de 100 veces menos tóxico que el cromo (Cr VI). Por otra parte la solubilidad del cromo (Cr III) está limitada por la formación de diversos tipos de óxidos e hi-dróxidos [ 3 ].

Aproximadamente el 65% de los efluentes líquidos del proce-so de curtido y preparado de cueros tienen su origen en las ope-raciones de ribera (lavado, remojo, pelambre, encalado y desen-calado); 30% en las operaciones de curtido (piquelado, curtido, recurtido y teñido) y el 5% restante en el acabado. Los residuales generado en la etapa de curtido, es debido al cromo no fijado a la piel que supone alrededor de un 15% del cromo añadido al baño durante el proceso de curtido. Generalmente, los baños residuales del curtido se homogeneizan con el resto de efluentes industriales y el cromo se precipita como hidróxido de cromo, quedando retenido en los lodos. Este residuo por contener un metal pesado (cromo) podría ser definido como residuo peligro-so ante la posibilidad de oxidarse a cromo hexavalente, lo cual traería consecuencias negativas al bioacumularse en organismos vivos y producir alteraciones genéticas [ 4 ].

El cromo trivalente, tal como se lo encuentra en la natura-leza, en principio no es peligroso para el hombre. Pero si es so-metido a altas temperaturas se convierte en cromo hexavalente, una sustancia que ingresa en el cuerpo a través de las vías res-piratorias el agua o los alimentos y puede provocar gastroente-ritis aguda, hepatitis aguda, dermatitis alérgica, laringitis cró-nica, úlcera gastroduodenal, conjuntivitis crónica, rinofaringitis

221

crónica, perforación del tabique nasal y cáncer pulmonar. Los diversos compuestos del cromo hexavalente representan la ma-yor amenaza, especialmente debido a sus efectos genéticos. Los compuestos del Cr+6 actúan en casi todos los sistemas de ensayo diseñados para determinar sus efectos mutagénicos, por lo que el hecho de que atraviese la placenta significa un alto riesgo para los embriones y fetos. [2]

tecnologías limpias en el proceso de curtidoLa buena práctica ambiental consiste en minimizar la presencia de cromo, DQO y fenoles libres en los baños residuales. El obje-tivo es reducir el costo del tratamiento de las aguas residuales y en algunos casos minimizar el cromo en los vertidos de este pro-ceso. Para lograrlo, se deben realizar procesos en los cuales se optimicen el uso de recurtientes de acuerdo al tipo de artículo a obtener, en función de las características deseadas, acompañada de un buen agotamiento, controlando pH, temperatura, tiempo y cantidad de agua. [ 2].

La producción más limpia, evita la contaminación ambien-tal al reducir la generación de residuos en cada etapa de la pro-ducción con el fin de minimizar o eliminar residuos antes de se generen contaminantes potenciales. La producción más limpia requiere el compromiso de la administración y un enfoque siste-mático para la reducción de residuos en todo el proceso de pro-ducción. El desarrollo industrial basado en el uso de tecnologías limpias, reduciría las cargas contaminantes e incrementaría la eficiencia en el uso de la energía y la materia prima [5].

recirculación directaLa finalidad de emplear estos sistemas es principalmente para la disminución del cromo en las descargas contaminantes de los efluentes, reciclando especialmente el cromo presente en los ba-ños y disminuyendo el consumo de agua. Los licores de curtido son recuperados, almacenados y reformulados sin sufrir otro tra-tamiento más que la eliminación de partículas sólidas y grasas.La recirculación directa de licores de cromo, consiste en un pro-

222

ceso básicamente convencional de curtido en el que el baño resi-dual se recupera, se filtra y se almacena, posteriormente se eva-lúa su contenido de óxido de cromo y se ajusta a un pH de 3 con ácido sulfúrico, para usarlo como licor de piquel en la siguiente partida. El cromo que debe añadirse al proceso de recirculacio-nes es el porcentaje usado normalmente menos la cantidad que existe en el baño residual.

En el curtido tradicional, solo el 40% del cromo traspasa la piel para cambiar la estructura de la proteína, del 26 al 30% se encuentra como desperdicio sólido y del 30 al 34% se observa en los afluentes. Una cierta cantidad de cromo que entra a los afluentes puede ser recobrado al escurrir y drenar el agua (21 al 24% del cromo ofertado), y otra fracción al precipitar el licor del recurtido (6% del cromo ofrecido) [6].

Los resultados de los análisis realizados para calcular el con-tenido de cromo son necesarios para la realización de los ajustes en cada proceso de precipitación y reúso.

Actualmente no se tiene establecido un número aproximado de reúsos de baños de curtido, sin embargo de acuerdo con fuen-tes bibliográficas consultadas se pueden lograr de 7 a 10 reúsos de baños de cromo sin que las pieles presenten cambios en su estructura y color [7].

normas oFiciales mexicanas para evaluar la calidad del producto pielPruebas químicasNMX–A–221–1982 (DGN) Curtiduría pruebas químicas del cue-ro determinación de las grasas y otros materiales solubles extrac-tables con cloruro de metileno.

NMX–A–223–1982 (DGN) Curtiduría —Pruebas químicas del cuero— Determinación de las materias orgánicas e inorgáni-cas extractables con agua (pérdida por lavado).

NMX–A–224–1982 (DGN) Curtiduría —Pruebas químicas del cuero— Preparación de muestras para análisis.

NMX–A–229–1982 (DGN) Curtiduría —Pruebas químicas del cuero— Determinación del ph y ph de un extracto acuoso de cuero.

223

NMX–A–230–1982 (DGN) Curtiduría–pruebas químicas del cue-ro – Determinación del contenido de cromo.

pruebas FísicasNMX–A–220–1982 (DGN) Curtiduría–Pruebas físicas del cuero – Evaluación de la resistencia a la tracción, porcentaje de alarga-miento debido a una carga determinada y porcentaje de alarga-miento en la rotura.NMX–A–235–1983 (DGN) Industria de la curtiduría y del calza-do – pruebas físicas del cuero–Determinación de la resistencia al desgarre.NMX–A–236–1983 (DGN) Industria de la curtiduría y del calza-do – Pruebas físicas de cuero–Medición de la contracción super-ficial por inmersión en agua hirviendo.NMX–A–237–1982 (DGN) Industria de la curtiduría y del calza-do–pruebas físicas del cuero–Medición de la dilatación y la re-sistencia de la flor por medio de la prueba de reventamiento por bola.

conclusionesLa industria del curtido seguramente seguirá siendo rentable siempre y cuando se adopten mejoras ambientales en los proce-sos de producción, los procesos utilizados deberán considerar el reúso, tratamiento y manejo de sus residuales.

Las pruebas químicas, así como físicas realizadas a licores residuales y a las pieles curtidas con procesos sustentables deberán garantizar la calidad del producto final, acorde con las necesidades de los consumidores.

A lo largo de todo el proceso de curtido (ribera, curtido, recurtido y acabado) se pueden realizar mejoras en los procesos con la finalidad de disminuir la contaminación generada por esta industria; de igual forma, los desechos obtenidos en estas etapas, se pueden emplear en otro tipo de productos, no semejantes a los cueros curtidos.

Con el empleo de sistemas de reúso de cromo se puede dis-minuir la carga contaminante debido a que el volumen de agua

224

residual será menor, además de disminuir el costo de producción por el ahorro de materia prima.

El proceso de curtido con tecnologías limpias es sustenta-bles, al cumplir no solamente con su compromiso ambiental, sino también al impactar en los costos y por lo tanto en la ren-tabilidad del negocio. Seguramente al implementar tecnologías limpias se deberá considerar también la responsabilidad social de la empresa.

bibliograFía1. Gutiérrez, M. 1999. Manual de procedimientos para el manejo

adecuado de los residuos de la curtiduría. Instituto nacional de ecología, semarnap. 62 P.

2. Agencia de Protección Ambiental de los Estados unidos y ciatec a.c. 2006. Manual de Buenas Prácticas Ambientales para la Curtiembre en Centroamérica. 76 p.

3. Fabiani, C.; Ruscio, F.; Spadoni, M.; Pizzichini, M. 1997. Chromium (iii) “Salts Recovery Process Fromm Tannery Wastewaters”. Desalination. 108.

4. Gómez-Bustamante, J.; Echeverry-Giraldo, A. F. 2010. Análisis técnico y económico en la recirculación de aguas residuales de pelambre y curtido en una curtiembre. Tesis. Universidad Tecnológica de Pereira. Facultad de Ciencias Ambientales.

5. Alzate-Tejada A. M.; Tobón-Mejía, O. 2004. Manual ambiental sectorial. Centro Nacional de Producción más Limpia y Tecnologías Ambientales. 59.

6. Ludvík, J. 2000. Chrome balance in leather processing. United nations industrial development.

7. Josep M. Morera, J.; Bartoli, E.; Chico, R.; Solé, C.; Cabeza, L. 2011. “Minimization of the environmental Impact of chome tanning: a new process reusing the tanning floats”. Journal of Cleaner Production. July.

225

ínDice

presentación

5avances y perspectivas de investigación lgac:

tecnoFuncionalidad y nutrición molecular de compuestos bioactivos

Alanís-García E., Cruz-Cansino N.S. Manríquez-Torres J.J., Ariza-Ortega J.A. Delgado-Olivares, L., Ramírez-Moreno E.

7investigación en bioprocesos agroalimentarios

Rodríguez-Hernández A. I., Vargas-Torres A., Chavarría-Hernán-dez N.

31caracterización y aprovechamiento de recursos biológicos

en el valle del mezquital

Díaz-Batalla L., Hernández-Martínez V., Aguilar-Arteaga K., Lopez-Molina A., Conde-Mejía C.

39 producción y transFormación de cambarellus montezumae

y tenebrio molitor para su uso como ingredientes alternos en alimentos

Cerón-Ortiz A.N., Ángeles-Monroy M.A., Montufar-Serrano E., Limón-Mendoza M.A.

52caracterización de residuos agrícolas modiFicados químicamente para su aplicación en biotecnología

Castañeda-Cisnero,Y. E., Guzmán-Ortiz, F. A., Téllez-Jurado, A., Román-Gutiérrez, A. D.

65evaluación Física de diez variedades de cebada para la

producción de maltas de acuerdo a la norma nmx-FF-043-scFi-2003

Barrera-Hernández M, Guzmán-Orti F.A., Roldán-Rojas J.H., Román-Gutiérrez, A. D.

80

226

producción de hidrógeno por métodos biológicos: revisión

F. Pineda Muñoz M. A. Lizardi Jiménez A. Arana Cuenca S. A. Medina Moreno y A. Jiménez González

93Fermentación sólida: ventaJas y aplicaciones

biotecnológicas

Callejas-Hernández F, Téllez-Jurado A, Muro-Urista C, Arana-Cuenca A

109eFecto del almacenamiento a diFerentes humedades

relativas en la permeabilidad al vapor de agua de películas de harinas adicionadas con montmorillonita-na.

Rodríguez-Marín M. L., Castro-Rosas J., Gómez-Aldapa C.A. , Falfán Cortés R.N.

118utilización del almidón de amaranto (amaranthus

hipochondriacus) en la tecnología de secado por aspersión

Falfán-Cortés, RN., Martínez-Bustos, F., Gaytán-Martínez, M., Gómez-Aldapa CA

128análisis Fisicoquímico y determinación de actividad

antioxidante del capulín (prunus serotina)Castañeda-Ovando A., Martínez-Torres E., Contreras-López E.,

Jaimez-Ordaz J., Añorve-Morga J., González-Olivarez L.G149

cólera y su agente etiológico

Rangel-Vargas Esmeralda, Castro-Rosas Javier, Gómez-Aldapa Carlos Alberto, Falfán Cortés Reyna Nallely y Rodríguez Marín

María Luisa159

producción de alimentos vegetales en la agroindustria alimentaria: una perspectiva sociocultural

Hernández-Martínez V., López-Molina A., Aguilar-Arteaga K., Sánchez-Herrera S.G., Díaz-Batallas L.

178

227

seguridad de procesos en la agroindustria

López-Molina A., Hernández-Martínez V., Aguilar-Arteaga K., Sánchez-Herrera S.G., Díaz-Batalla L.

187evaluación Farmacológica del alcaloide erisodina

Sánchez- Herrera S.G., , Noguez-Estrada J, Rodríguez-Martínez N., Diaz-Batalla L, Soto-Hernández M.R., Garín-Aguilar M.E

195diseño, síntesis y aplicación de materiales magnéticos para el desarrollo de nuevos métodos de análisis de

alimentos. análisis de aditivos alimenticios

Aguilar-Arteaga K., Arteaga-Olguín I., Pérez-Moreno F., Castañe-da-Ovando A. , López-Molina A., Hernández-Martínez V.

201eFecto del mucílago del nopal (opuntia ficus índica) de dos edades Fisiológicas como agente coagulante-Floculante en

agua residual

Rodríguez-Martínez N., Sánchez-Herrera S.G., Noguez-Estrada J. , Díaz-Batalla L, Acosta-Percastegui A.

210recirculación del agua posterior al curtido como

método para reducir el impacto ambiental y los costos de producción

Noguez-Estrada J., Rodríguez-Martínez N., Díaz Batalla L., Sánchez-Herrera SG.

217

biotecnología y alimentos en hidalgo

Líneas de investigación en desarrollo,

coordinado por Luis Díaz Batalla y otros,

se terminó de imprimir el día 25 de marzo

de 2016 en la Ciudad de México, con un

tiraje de 100 ejemplares en offset digital.