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UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS INGENIERÍA EN ALIMENTOS TRABAJO RECEPCIONAL TESIS Deshidratación-impregnación de placas de gelatina enriquecidas con probióticos” PRESENTA Karina Huerta Vera DIRECTOR DEL TRABAJO RECEPCIONAL Dr. Enrique Flores Andrade CODIRECTOR DEL TRABAJO RECEPCIONAL Dra. Maribel Jiménez Fernández ORIZABA, VER. MAYO, 2012

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UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS

INGENIERÍA EN ALIMENTOS

TRABAJO RECEPCIONAL

TESIS

“Deshidratación-impregnación de placas de gelatina enriquecidas

con probióticos”

PRESENTA

Karina Huerta Vera

DIRECTOR DEL TRABAJO RECEPCIONAL

Dr. Enrique Flores Andrade

CODIRECTOR DEL TRABAJO RECEPCIONAL

Dra. Maribel Jiménez Fernández

ORIZABA, VER. MAYO, 2012

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Dedicatorias

A mi madre, Magdalena Vera Carrera

Aquella mujer que me brindo su corazón desde mi primer día de vida, gracias por apoyar mis

sueños y contribuir para alcanzar mis metas, que Dios te bendiga y me conceda la dicha de

tenerte a mi lado durante mucho tiempo. Gracias por acompañarme en mi camino… necesito

una mano firme y amigable para llegar a ser un gran ser humano como tú.

A mi director de tesis, Dr. Enrique Flores Andrade

Agradezco de manera muy especial y sincera por haber dirigido este trabajo. Gracias por

todo el apoyo que me ha brindado, así como la comprensión y sus consejos, los cuales me

ayudaron a concluir esta pequeña etapa tanta importante para mí.

A mi gran amigo y hermano, Ing. Héctor Gustavo Huerta Vera

Hemos compartido el mismo vientre, algunos juguetes, sueños e ilusiones, sonrisas y lágrimas.

Ahora quiero compartir contigo este pequeño triunfo. Gracias por guiarme en la vida y ser mi

amigo. He aquí, quien desde que nació volvió tu vida un caos.

A mi gran amigo Ing. Kelvyn Baruc Sánchez Sánchez

A las Dras. Avelina Nallely Sánchez Ruiz y Occelli Vázquez Páez

Por su apoyo incondicional, pasar a mi lado los días en el laboratorio y ayudarme a trabajar,

haciendo los días más amenos compartiendo risas, lagrimas, sueños y anhelos.

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I

ÍNDICE GENERAL

ÍNDICE GENERAL............................................................................................................ I

ÍNDICE DE FIGURAS .................................................................................................... IV

ÍNDICE DE TABLAS ...................................................................................................... V

RESUMEN ....................................................................................................................... VI

1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 1

2. MARCO TEÓRICO ....................................................................................................... 3

2.1 Alimentos funcionales .............................................................................................. 3

2.2 Probióticos ................................................................................................................ 5

2.3. Beneficios del consumo de probióticos ................................................................... 6

2.3.1. Estimulación del sistema inmune ..................................................................... 7

2.3.2. Infecciones respiratorias .................................................................................. 8

2.3.3. Intolerancia a la lactosa ................................................................................... 8

2.3.4. Alergias ............................................................................................................. 8

2.3.5. Gastroenteritis .................................................................................................. 9

2.3.6. Hipertensión ..................................................................................................... 9

2.3.7. Cáncer de colon ................................................................................................ 9

2.3.8. Reducción de niveles de colesterol ................................................................. 10

2.3.9. Estrategia terapéutica para hígado graso no alcohólico ............................... 10

2.4. Características de los probióticos .......................................................................... 11

2.5. Mecanismos de acción de los probióticos ............................................................. 11

2.6. Características de los probióticos respecto a los procesos .................................... 12

2.7. Lactobacillus ......................................................................................................... 14

2.7.1. Lactobacillus subsp. bulgaricus ..................................................................... 14

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II

2.8. Encapsulación ........................................................................................................ 16

2.9. Características de la gelatina ................................................................................. 17

2.9.1.. Características de la gelatina como material de pared ................................ 18

2.10. Encapsulación de probióticos .............................................................................. 18

2.11. Deshidratación osmótica ..................................................................................... 19

2.12. Ventajas de la deshidratación osmótica ............................................................... 20

2.13. Variables de la deshidratación osmótica ............................................................. 21

2.13.1. Concentración del agente osmótico ............................................................. 21

2.13.2. Temperatura ................................................................................................ 22

2.13.3. Tiempo ......................................................................................................... 23

2.13.4. Geometría del producto a deshidratar ......................................................... 23

2.14. Obtención de alimentos funcionales mediante deshidratación osmótica ............ 23

2.14.1. Métodos combinados .................................................................................... 24

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN ................................. 26

4.HIPOTESIS Y OBJETIVOS ........................................................................................ 27

4.1 Hipótesis .................................................................................................................. 27

4.2 Objetivo General .................................................................................................... 27

4.3 Objetivos Específicos ............................................................................................. 27

5.METODOLOGIA ........................................................................................................ 28

5.1. Procedimiento del trabajo ...................................................................................... 28

5.2. Materiales ............................................................................................................. 29

5.3. Métodos ................................................................................................................ 30

5.3.1. Activación de la cepa ..................................................................................... 30

5.3.2. Determinación de la viabilidad de L. subsp. bulgaricus en el yogurt ........... 30

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III

5.3.3. Determinación de la viabilidad de L. subsp. bulgaricus en la matriz de

proteína ........................................................................................................ 30

5.3.4. Determinación del porcentaje de ácido láctico .............................................. 30

5.3.5. Determinación de pH ...................................................................................... 31

5.3.6. Elaboración de la matriz proteica ................................................................. 32

5.3.7. Determinación de humedad ............................................................................ 32

5.3.8. Deshidratación osmótica ............................................................................... 33

5.4. Metodología de calculo ........................................................................................ 33

5.4.1. Curvas de deshidratación osmótica en placas de gel .................................... 33

5.4.1. Coeficiente de difusión .................................................................................. 35

6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................ 36

6.1. Cinética de pH y ácido láctico de L. bulgaricus ................................................... 36

6.2. Análisis de pH y ácido láctico en placas de gel enriquecidas con L. bulgaricus . 37

6.3. Supervivencia de bacterias lácticas en placas de gel enriquecidas con L.

bulgaricus sometidas a deshidratación osmótica ................................................. 38

6.4. Efecto de la deshidratación osmótica en placas de gel enriquecidas con L.

bulgaricus con solución de sacarosa a 25 °C ........................................................ 39

6.5. Mecanismo de difusión de las moléculas de agua en placas de gel enriquecidas

con L. bulgaricus ................................................................................................. 44

7. CONCLUSIONES ...................................................................................................... 45

8. REFERENCIAS .......................................................................................................... 46

9. ANEXOS .................................................................................................................... 57

9.1. Comandos en MATLAB para cálculos de las cinéticas WFL y SG utilizando el

método continuo ................................................................................................... 57

9.2. Uso del programa .................................................................................................. 60

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IV

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Efecto protector de los microorganismos probióticos ................................... 12

Figura 2. Trabajo experimental de investigación ......................................................... 28

Figura 3. Esquema de determinación de la viabilidad de L. subsp. bulgaricus en el

yogurt .......................................................................................................... 31

Figura 4. Cinética de pH y ácido lácticoL. subsp. bulgaricus ..................................... 36

Figura 5. Cinéticas de perdida de agua (WFL) y ganancia de sólidos (SG) durante la

deshidratación de placas de gelatina ........................................................... 40

Figura 6. Efecto de la concentración de proteína sobre el volumen perdido durante el

tiempo de inmersión .................................................................................... 41

Figura 7. Efecto de la concentración de proteína sobre SG/M0 y WFL/M0 ............... 42

Figura 8. Efecto de la concentración de proteína sobre las etapas de

osmodeshidratación en placas de gel enriquecidas con L. bulgaricus en una

solución al 60 % de sacarosa ...................................................................... 43

Figura 9. Efecto de la concentración de proteína sobre Dw durante la deshidratación

osmótica en placas de gel en una solución al 60 % de sacarosa ................ 44

Figura 10. Pantalla del programa de MATLAB 2011 b ............................................... 60

Figura 11. Código de la cinética de la deshidratación osmótica de placas de gel

enriquecidas con L. bulgaricus (Pantalla del programa de MATLAB 2011

b) ................................................................................................................. 61

Figura 12. Forma de introducir los datos de la cinética de la deshidratación osmótica

de placas de gel enriquecidas con L. bulgaricus (Pantalla del programa de

MATLAB 2011 b) ...................................................................................... 61

Figura 13. Datos generados por el programa de la cinética de la deshidratación

osmótica de placas de gel enriquecidas con L. bulgaricus (Pantalla del

programa de MATLAB 2011 b) ................................................................. 62

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V

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Funciones y componentes funcionales de los alimentos ................................. 4

Tabla 2. Alimentos funcionales, sus componentes y sus beneficios ............................. 5

Tabla 3. Evolución histórica de la definición de probióticos ....................................... 6

Tabla 4. Productos con cepas probióticas ..................................................................... 7

Tabla 5. Características que deben tener las bacterias probióticas ............................. 11

Tabla 6. Principales mecanismos de acción de los probióticos .................................. 13

Tabla 7. Características benéficas de L. subsp.bulgaricus ......................................... 15

Tabla 8. Métodos de encapsulación ............................................................................ 16

Tabla 9. Tipos de coberturas utilizadas en microencapsulación ................................. 17

Tabla 10. Ventajas de la deshidratación osmótica ...................................................... 21

Tabla 11. Equipos y materiales .................................................................................. 29

Tabla 12. Reactivos ..................................................................................................... 29

Tabla13. Composición de las matrices de proteína ..................................................... 32

Tabla14. Valores obtenidos de pH y ácido láctico de las placas de gel antes y

después del proceso de DO ......................................................................... 37

Tabla15. Recuento de bacterias lácticas en placas de gel de gelatina con y sin

tratamiento osmótico ................................................................................... 38

Tabla16. Pará metros obtenidos con el método continuo para la deshidratación

osmótica de placas de gel enriquecidas con L.bulgaricus en una solución al

60 % de sacarosa ......................................................................................... 39

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VI

RESUMEN

Los efectos benéficos de los probióticos han motivado el desarrollo de alimentos

funcionales mediante el uso de tecnologías de procesamiento, tal como la deshidratación

osmótica (DO), que permite alterar de manera controlada las características

microestructurales de la matriz del producto alimenticio. Por ello, en este trabajo se

evaluó la cinética de deshidratación e impregnación de placas de gelatina a tres

concentraciones de proteína, 8, 12 y 16 %, con una carga microbiana de 107 ufc/g. Los

geles fueron osmodeshidratados en una solución de sacarosa al 60% p/p a 25°C,

manejando una relación 1:50 producto-solución. Posteriormente, 1g de muestra de cada

placa fue procesada para el sembrado en agar MRS en condiciones aerobias a 37°C por

72 h. Como resultado, se observó que la mayor pérdida de agua se presentó en los geles

con 8 y 12% de proteína, mientras que el gel con 16% sólo mostró una pérdida de agua

de alrededor del 30% respecto de su masa inicial. En los valores obtenidos WFL y SG de

las placas de gel de gelatina durante el proceso de DO se observó que la mayor pérdida

de agua a los 300 min, se presenta en los geles con 8 y 12 % de proteína, a diferencia del

gel con 16%, el cual mostró una pérdida de agua de alrededor del 30% de su masa

inicial. Lo anterior también se percibe en el parámetro de WFL/Mo, obtenido con el

método continuo, el cual disminuye al incrementarse el porcentaje de proteína en los

geles. Por otra parte, con respecto a la ganancia de sólidos, se observó que el gel con

menor SG fue el de 16%, mientras que el comportamiento entre los geles con 8 y 12 %

de proteína fue muy parecido. Estos resultados mostraron que el incremento de proteína

en las placas de gel dificulta la transferencia de masa durante la DO. Los cambios

estructurales que sufre el gel durante la DO, se provoca una barrera que ayuda en la

supervivencia de los microorganismos probióticos. Sin embargo, el proceso osmótico

disminuye las ufc/g en varios órdenes de magnitud.

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1. INTRODUCCIÓN

El constante deseo de las personas por mejorar su calidad de vida es el factor más importante que

ha motivado la investigación y desarrollo en el área de los alimentos funcionales. En las últimas

décadas se ha demostrado el papel que juegan ciertos componentes bioactivos que ayudan a la

prevención y tratamiento de enfermedades; como resultado de esto, la prevención de

enfermedades a base de la dieta diaria es vista cada vez más por la ciencia y la tecnología

como una opción para el desarrollo de nuevos productos diseñados para cubrir necesidades de

salud específicas.

Los alimentos funcionales son aquéllos que producen un beneficio adicional para la salud más

allá que la nutrición básica. Se consideran funcionales aquellos que se demostrado

científicamente que afectan beneficiosamente una o más funciones al organismo (Szakály et al.,

2012), de manera que mejoran el estado de salud y bienestar. Entre estos alimentos destacan los

microorganismos benéficos, conocidos como “probióticos”, que abarcan géneros como

lactobacilos y bifidobacterias.

Los probióticos son microorganismos vivos que, cuando se suministran al hombre en cantidades

adecuadas, confieren un beneficio para la salud del huésped (Salminen et al., 2010), mejorando la

respuesta inmune y el balance de su microbiota intestinal, trayendo con esto múltiples beneficios.

Entre éstos podemos mencionar como ejemplos mayor movimiento intestinal, inhibición de

microorganismos patógenos y alivio a la intolerancia a la lactosa. Para los investigadores en el

área de los alimentos y salud, el énfasis en las cualidades de los probióticos, como

microorganismos que mejoran la salud y la calidad de vida, ha permitido al desarrollo de

nuevos productos.

Los principales alimentos enriquecidos con probióticos son productos lácteos como el queso,

yogurt y algunas bebidas lácteas, pero existe la necesidad de desarrollar nuevos productos

alimenticios con propiedades funcionales, los cuales contengan bacterias probióticas, en una

cantidad que puedan ejercer beneficios para el organismo. También se ha considerado la

aplicación de probióticos en alimentos no lácteos, tales como jugos y cereales.

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2

La deshidratación osmótica (DO) se ha propuesto como una tecnología para incorporar

diferentes componentes bioactivos en el interior de matrices de alimento; entre esos componentes

destacan los probióticos (Betoret et al., 2003). La DO es una operación que consiste en la

extracción de agua de un producto que se sumerge en una disolución hipertónica a un tiempo y

temperatura específicos (Ochoa y Ayala., 2005). Se ha reconocido que las altas concentraciones

en las soluciones hipertónicas disminuyen la actividad de agua, lo cual da como consecuencia

la inhibición del desarrollo microbiano y reacciones de deterioro, por ello la DO se ha

planteado como una tecnología alternativa para la conservación de alimentos (Genina, 2002).

En este trabajo se plantea la elaboración de un alimento probiótico, el cual consiste en una matriz

proteica enriquecida con L. bulgaricus y el estudio de la cinética de transferencia de masa cuando

el producto es sometido a un proceso de DO, así como su posible aplicación en el desarrollo de

alimentos enriquecidos con probióticos.

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3

2. MARCO TEÓRICO

2.1. Alimentos funcionales

La regulación en relación con los alimentos saludables se revisa y modifica, y constituye uno de

los temas de mayor dinamismo en los organismos regulatorios y en la industria alimentaria. El

concepto de desarrollar alimentos no sólo para disminuir las deficiencias nutricionales, sino más

bien para proteger la salud de la población fue desarrollado a principios de la década de 1980 en

Japón, a través del Ministerio de Salud, preocupado por los elevados gastos en salud de la

población japonesa con alta expectativa de vida, cuando se iniciaron una serie de

investigaciones, enmarcadas en un gran proyecto de gobierno, cuyo propósito fue conocer otras

funciones de los alimentos, además de la principal función nutritiva. Los FOSHU (alimentos

para uso específico en salud) son aquellos alimentos que contienen ingredientes con funciones

específicas para la salud y cuyo mensaje o alegación saludable ha sido aprobada acerca de sus

efectos fisiológicos en el cuerpo humano. Un alimento FOSHU es considerado como tal en el

sentido de que, como alimento, debe consumirse para la mantención y/o promoción de la salud, o

de uso específico por personas que desean controlar su salud. Para comercializar un alimento

categorizado como FOSHU, se requiere contar con un sólido respaldo que garantice la seguridad

del alimento y su efectividad de acuerdo a sus funciones en beneficio de la salud. Además, el

mensaje que lleve el alimento debe ser aprobado por el Ministerio de Salud, Trabajo y Bienestar

de Japón (Durán y Valenzuela, 2010). Actualmente existe una variedad de definiciones del

término alimentos funcionales, generadas por diferentes organismos, que conviene analizar para

establecer un marco conceptual que permita estudiar los efectos del consumo de estos alimentos

en el contexto de la actual situación epidemiológica de la población. Araya y Lutz (2003)

mencionan que el Consejo de Nutrición y Alimentación de la Academia de Ciencias de los

Estados Unidos los define como “alimentos modificados o que contengan un ingrediente que

demuestre una acción que incremente el bienestar del individuo o disminuya los riesgos de

enfermedades, más allá de la función tradicional de los nutrientes que contiene”. El objetivo final

de los alimentos funcionales es optimizar las funciones fisiológicas, para maximizar su

contribución al bienestar y reducir al mínimo el riesgo de enfermedades (Jiménez et al., 2010).

El aumento constante de la esperanza de vida, el deseo de las personas mayores por mejorar la

calidad de sus vidas, y el aumento del costo de la asistencia medica son las principales razones

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que explican por qué hay una creciente demanda de alimentos funcionales en el mercado

diseñados para conferir beneficios para la salud (Roberfroid, 2000; Kotilainen et al., 2006;

Chen, 2011; Szakály et al., 2012). Existen muchos componentes de los alimentos que se ha

demostrado tienen un efecto beneficioso sobre determinadas funciones del organismo, la adición

de estos componentes a un alimento, lo transforman en un alimento funcional, algunos de estos

componentes y sus funciones se muestran en la Tabla 1 (Ferrer y Dalmau, 2001). Diversos

autores reportan los beneficios de numerosos alimentos y compuestos bioactivos como la fibra

(Bautista et al., 2007; García et al., 2008), los microorganismos probióticos (Sanz et al., 2003;

Marquina y Santos, 2005), los flavonoides (Pérez, 2003; Waliszeloski K. & Blasco G. 2010), los

ácidos grasos omega-6 y omega-3 (Valenzuela y Nieto, 2003), por mencionar algunos. En la

Tabla 2 se muestran algunos alimentos funcionales, así como sus componentes y su incidencia o

relación con alguna enfermedad.

Tabla 1. Funciones y componentes funcionales de los alimentos.

Funciones Componente funcional

Crecimiento y desarrollo Calcio, Vitamina D, Vitamina C.

Metabolismo Fibra, Omega 3 y 6, Aminoácidos.

Estrés oxidativo Vitamina E, Vitamina C, Polifenoles,

Carotenos.

Sistema cardiovascular Sustitutos de la grasa, Acido fólico.

Fisiología intestinal Prebióticos, Probióticos, Simbióticos.

Funciones psicológicas y de conducta Proteínas, Tirosina, Triptófano,

Cafeína.

Fuente: modificado de Ferrer y Dalmau, 2001.

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2.2. Probióticos

Los probióticos fueron definidos en 2001 por un grupo de expertos convocado por FAO / OMS

como microorganismos vivos, que le confieren un beneficio de salud al huésped cuando se

administra en cantidades adecuadas. Lactobacillus y Bifidobacterium son los tipos más comunes

de los microorganismo utilizados como probióticos, incluyendo levaduras y ciertos bacilos

(Singh et al., 2011). Autores como Kumar y Singh (2007) reconocen que el uso de cultivos de

bacterias probióticas estimula el crecimiento de microorganismos benéficos que desplazan

potencialmente a bacterias dañinas y refuerza los mecanismos naturales de defensa del

organismo. El concepto de probiótico ha evolucionado al paso del tiempo, en la Tabla 3 se

muestra la evolución histórica de la definición de probióticos. En la actualidad se han

desarrollado diversos productos que contienen bacterias ácido lácticas, algunos de ellos se

muestran en la Tabla 4.

Tabla 2. Alimentos funcionales, sus componentes y sus beneficios.

Alimentos funcionales Componente Beneficios

Productos de avena Fibra soluble beta- glucano Reduce el colesterol.

Vegetales y frutas Vitaminas, fitoquímicos, fibra Reduce riesgo de cáncer y

enfermedades cardiacas.

Bebidas con antioxidantes Vitaminas E y C. Mejoran las funciones

cardiovasculares.

Zanahorias Beta caroteno Reduce el riesgo de cáncer.

Té verde o negro Catequinas Reduce riesgo de cáncer

gástrico, esofágico y de piel.

Brócoli Sulforano Reduce riesgo de cáncer.

Productos del tomate Licopeno Reduce riesgo de cáncer.

Lácteos fermentados Probióticos Reduce colesterol, riesgo de

cáncer, control de

enteropatógenos.

Fuente: Modificado de Silveira et al., 2003.

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2.3. Beneficios del consumo de probióticos

Se le han atribuido a los probióticos, diversos efectos benéficos, como mejorán algunas funciones

específicas del organismo o alivian ciertas enfermedades. A continuación se describen los más

sobresalientes.

Tabla 3. Evolución histórica de la definición de probióticos.

Evolución histórica de la definición de probióticos

Definición Autor y año

Bacterias específicas de la fermentación del yogurt que mejoran

el balance microbiano intestinal. Metchnikoff (1907)

Sustancias excretadas por un protozoo para estimular el

crecimiento de otro. Lilly y Stillwell (1965)

Sustancias que tienen efecto beneficioso en animales por su

contribución al balance de la flora intestinal. Parker (1974)

Alimentos suplementados con microbios vivos que benefician al

huésped animal a través de la mejora del balance microbiano

intestinal.

Fuller (1989)

Cultivos únicos o mixtos de microbios vivos que, aplicados a

humanos, afectan beneficiosamente al huésped a través de la

mejora de la flora microbiana indígena intestinal.

Huis in´t Veld y

Hvenaar (1991)

Ingredientes alimentarios microbianos vivos que son

beneficiosos para la salud (eficacia y seguridad científicamente

documentada).

Salminen (1998)

Preparaciones celulares microbianas vivas o componentes

celulares que tienen un efecto beneficioso en la salud humana. Salminen (1999)

microorganismos vivos, que le confieren un beneficio de salud

al huésped cuando se administra en cantidades adecuadas FAO/OMS (2001)

Fuente: Modificado de Barrio, 2006.

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2.3.1. Estimulación del sistema inmune

Las pruebas en sistemas in vitro, en modelos animales y en seres humanos sugieren que los

probióticos pueden mejorar tanto la respuesta inmune específica y no específica, posiblemente

por la activación de los macrófagos, lo que aumenta los niveles de citocinas, aumento de la

actividad de células asesinas naturales, y/o el aumento de los niveles de inmunoglobulinas. A

pesar de las limitadas pruebas en los seres humanos, estos resultados pueden ser particularmente

importantes para los ancianos, que podrían beneficiarse de una mayor respuesta de inmunidad.

Los efectos sobre el sistema inmunológico de los probióticos son mejorar la respuesta inmune

específica e inespecífica, inhiben el crecimiento de patógenos y la translocación, y reducir la

posibilidad de infección por un patógeno común (Salmonella, Shigella) (Jain et al., 2008; Salva et

al., 2010; Koponen et al., 2012).

Tabla 4. Productos con cepas probióticas.

Nombre Descripción Cultivo

Kéfir Leche fermentada efervescente acida y

ligeramente alcohólica.

L. lactis, L. Kéfir, L. casei, L.

acidophilus, L. bulgaricus, L.

brevis, L. cremoris

Kishk

Mezcla desecada de leche fermentada con cereal,

algunas veces sazonada o condimentada, que se

reconstituye con agua, en sopa.

S. thermophilus, L.

bulgaricus, L. plantarum, L.

casei, L. brevis

M´Bannick Bebida como el kéfir, con un agradable aroma y

refrescante sabor.

L. lactis, L. cremoris, L.

plantarum, L. casei

Actimel Bebida fermentada condimentada, consistencia

liquida, agradable sabor.

S. thermophilus, L.

bulgaricus, L. casei

Yakult Bebida fermentada condimentada, consistencia

liquida, agradable sabor. L. casei

Fuente: Sponhaak et al., 1998.

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2.3.2. Infecciones respiratorias

Como se ha mencionado, todos los probióticos inducen una respuesta inmune, estudios recientes

han demostrado efectos positivos de los probióticos en el sistema respiratorio, especialmente en

la prevención y reducción de la severidad de las infecciones respiratorias, debido a un aumento

en la secreción de las células de la mucosa bronquial (Perdigon et al., 1999).

2.3.3. Intolerancia a la lactosa

Algunas cepas de bacterias lácticas, como S. thermophilus, L. bulgaricus y otros lactobacilos

presentes en productos lácteos fermentados, pueden aliviar los síntomas de intolerancia a la

lactosa. Debido a que esta afecta a casi el 70% de la población mundial, el consumo de estos

productos puede ser una buena manera de incorporar los productos lácteos y sus nutrientes en la

dieta de los individuos intolerantes a la lactosa (Bertazzoni et al., 2004; Sierra et al., 2006).

Amores et al. (2004) afirman que S. thermophilus se ha usado mayormente como probiótico por

su capacidad de fermentar la lactosa, la aportación de la lactasa a partir de cultivos bacterianos se

basa en intentar mejorar la digestión de la lactosa en los pacientes con intolerancia a esta.

2.3.4. Alergias

En los últimos años, los países industrializados han experimentado un significativo aumento de

las enfermedades alérgicas. Los factores responsables de este aumento es que probablemente se

deterioró la maduración de la función inmune en los primeros años de vida. Los probióticos

pueden ejercer un efecto beneficioso sobre la alergia mediante la mejora de la función barrera de

la mucosa. Además, el consumo de probióticos en niños pequeños puede afectar

beneficiosamente el desarrollo del sistema inmunológico. Los probióticos como Lactobacillus

GG puede ser útil para aliviar algunos de los síntomas de las alergias alimentarias, tales como los

relacionados con la proteína de la leche. El consumo de probióticos, por lo tanto, puede ser un

medio para la prevención primaria de la alergia en personas susceptibles (Marzotto et al., 2006;

Mennickent y Green, 2009; Aureli et al., 2011).

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2.3.5. Gastroenteritis

Un número de estudios han encontrado que el consumo de probióticos puede ser útil en el

tratamiento de muchos tipos de diarrea, incluyendo diarrea asociada a antibióticos en adultos,

diarrea del viajero, y las enfermedades diarreicas en los niños pequeños causadas por rotavirus.

Las especies más comunes de probióticos que han sido estudiadas son Lactobacillus GG,

Lactobacillus casei, Bifidobacterium bifidum y S. thermophilus. Dado que la diarrea es una causa

importante de muerte en el mundo infantil y puede ser incapacitante en los adultos, el uso

generalizado de los probióticos podría ser un importante medios no invasivos para prevenir y

tratar estas enfermedades, especialmente en los países en desarrollo (Guandalini et al., 2000;

Hamilton, 2003; Meier et al., 2003).

2.3.6. Hipertensión

Evidencia preliminar sugiere que los productos alimenticios derivados de bacterias probióticas

podría contribuir a controlar la presión arterial (Parvez et al., 2006). Este efecto antihipertensivo

fue estudiado por Ramchandran y Shah (2011) quienes han documentado sus estudios en ratas.

Dos tripéptidos, valina-prolina-prolina e isoleucina-prolina-prolina, aislados de la fermentación

de un medio a base de leche por Saccharomyces cereviseae y Lactobacillus helveticus se han

identificado como los componentes activos. Estos tripéptidos funcionan como inhibidores de la

enzima conversor y reducen la presión arterial.

2.3.7. Cáncer de colon

Los mecanismos por los cuales las bacterias del ácido láctico pueden inhibir el cáncer de colon

incluyen: una alteración de las actividades metabólicas de la microflora intestinal, una alteración

de las condiciones físico-químicas en el colon, la unión y la degradación de los carcinógenos

potenciales, alteraciones cuantitativas y/o cualitativas de la microflora intestinal incriminados en

la producción de supuestos promotores carcinógenos (por ejemplo, el ácido biliar que

metabolizan las bacterias), la producción de compuestos anti-tumorigénicos o anti-mutagénicos,

una mejora la respuesta inmune del huésped (Hirayama y Rafter, 2000; Rafter, 2003; Commane

et al., 2005; Zhu et al., 2011).

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2.3.8. Reducción de niveles de colesterol

Los altos índices de colesterol son un factor de riesgo para enfermedades cardiovasculares, la

principal causa de muerte en muchos países. La modificación de la dieta podría ser una manera

de reducir el nivel de colesterol sérico. Numerosos estudios han informado de que las bacterias

ácido lácticas (BAL) o bebidas de leches fermentadas muestran efectos hipolipemiantes por el

colesterol, inhibiendo biosíntesis y la disminución de lipoproteínas de baja densidad (LDL) en

estudios humanos, de ratón y de cerdos (Rao et al., 1981; Taranto et al., 1998; Pia et al., 2005).

Wang et al. (2010) realizaron estudios en ratas, a las que alimentaron con una dieta que contenía

0.5% de colesterol, a estas ratas se les suministró leche de soya fermentada con L. plantarum y L.

paracasei, y se demostró la reducción de los niveles de LDL (58-69%). Por otra parte Taranto et

al (1998) estudiaron la administración de L. reuteri CRL 1098 (104 UFC/día) a ratones con

hipercolesterolemia durante siete días, sus niveles de colesterol disminuyeron en un 38%,

originando concentraciones séricas de colesterol a las del grupo control. Esta dosis de L. reuteri

causo una reducción de un 40 % en los triglicéridos y un aumento del 20 % en el cociente de

LDL/HDL, sin modificar la flora normal del bazo y el hígado.

2.3.9. Estrategia terapéutica para hígado graso no alcohólico

La enfermedad de hígado graso no alcohólico (NAFLD) es actualmente muy frecuente, tanto en

adultos como en niños. El hígado graso no alcohólico se caracteriza por almacenamiento anormal

de lípidos en los hepatocitos (esteatosis hepática) y la progresión inflamatoria a esteatohepatitis

no alcohólica. La microbiota intestinal ha sido considerada como un regulador de la homeostasis

energética y la deposición de grasa ectópica, sugiriendo sus implicaciones en enfermedades

metabólicas. Aunque los mecanismos moleculares de los probióticos no han sido completamente

aclarados, muchos de sus efectos han demostrado ser beneficiosos en hígado graso no alcohólico,

incluyendo la modulación de la microbiota intestinal, una producción de sustancias

antibacterianas, una mejoría de la función de barrera del epitelio intestinal y una reducción de la

inflamación. Los efectos inmunomoduladores provocados por los probióticos no pueden ser

ignorados debido a la estrecha relación anatómica y funcional entre el intestino y el hígado

(Iacono et al., 2011).

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2.4. Características de los probióticos

A pesar de las propiedades benéficas que poseen los probióticos, estos deben poseer ciertas

características para considerarlos como microorganismos benéficos. A continuación en la Tabla

5, se muestran las características que deben tener las bacterias probióticas. Un mayor reto

asociado con la aplicación de bacterias probióticas en el desarrollo de alimentos funcionales es la

capacidad para resistir el ácido gástrico y las sales biliares. Para que estos puedan ejercer sus

efectos benéficos sobre el organismo, los probióticos deben tener la capacidad de crecer y

proliferar en el intestino humano (Fuller, 1992; Nakasawa y Hosono 1992).

Tabla 5. Características que deben tener las bacterias probióticas.

1. Seguridad biológica: no deben causar infecciones de órganos o de sistemas.

2. Capacidad de ser toleradas por el sistema inmunitario del organismo huésped, debe ser

preferiblemente de proveniencia intestinal.

3. Capacidad de resistir la acción de los ácidos gástricos y de las sales biliares, para que

puedan llegar vivas en grandes cantidades al intestino.

4. Capacidad de adherirse a la superficie de la mucosa intestinal y de colonizar el segmento

gastrointestinal.

5. Sinergia con la microflora endógena normal.

6. Efecto barrera: capacidad de producir sustancias que tengan una acción trófica sobre el

epitelio de la mucosa intestinal.

7. Capacidad de potenciar las defensas inmunitarias del huésped.

Fuente: modificado de Cabrera y Fadragas, 2005.

2.5. Mecanismos de acción de los probióticos

Los probióticos estimulan las funciones protectoras del sistema digestivo, son también conocidos

como bioterapéuticos, bioprotectores o bioprofilácticos, estos tienen una gran variedad de

aplicaciones, pero principalmente se utilizan para prevenir las infecciones entéricas y

gastrointestinales. El efecto protector de estos microorganismos se realiza mediante dos

mecanismos: el antagonismo que impide la multiplicación de patógenos y la producción de

toxinas que imposibilitan su acción patogénica. Este antagonismo está dado por la competencia

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por los nutrientes o los sitios de adhesión (Figura 1). Mediante la inmuno-modulación protegen al

huésped de las infecciones, induciendo a un aumento de la activación de las células

mononucleares y de los linfocitos (Germán et al., 2001; Cagigas y Blanco, 2002).

Figura 1. Efecto protector de los microorganismos probióticos.

La respuesta inespecífica, consiste en una serie de mecanismos que pueden eliminar los

patógenos del organismo o bloquear su entrada de forma inespecífica. El segundo constituye la

denominada respuesta inmune combinada o específica, que es inducible y requiere la presencia

de una serie de células que reaccionan específicamente con el antígeno inductor y que son los

linfocitos. La denominación de respuesta combinada se debe a que en ella intervienen dos

elementos: la respuesta humoral, mediada por anticuerpos y la respuesta celular, mediada

principalmente por linfocitos T (Bernstein et al., 1998; Fernández et al., 2002). Entre los

mecanismos más significativos que se han propuesto destacan los mencionados en la Tabla 6.

2.6. Características de los probióticos respecto a los procesos

La investigación de probióticos durante los últimos 20 años ha resultado una valiosa fuente de

datos relacionados con la salud y efectos de bienestar. Sin embargo, la documentación de los

beneficios probióticos sigue siendo un reto, sobre todo en los alimentos funcionales. Las

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aplicaciones actuales de los probióticos en una creciente variedad de matrices de alimentos,

deben considerar la optimización de procesos y el diseño de productos que tomen en cuenta la

viabilidad celular y la función probiótica por completo. Además de proporcionar valor añadido a

los alimentos, los probióticos necesitan ser rentables al producirlos, lo que implica una

estabilidad durante el procesamiento y la vida útil. Se debe tener en cuenta que la inclusión de

probióticos en los alimentos requiere, cada vez más, diversas modificaciones de los procesos que

pueden asumir el riesgo de la modulación de la funcionalidad probiótica, como se sugiere hasta

ahora principalmente por ensayos in vitro. La aplicación de microorganismos probióticos en los

productos alimenticios requiere una evaluación minuciosa de seguridad. Por lo tanto, la

investigación y el desarrollo en el área de los probióticos debería dedicar un mayor tiempo de

estudio en el desarrollo y validación de técnicas que permitan ofrecer a la industria alimenticia

opciones para el desarrollo de nuevos productos (Gitton et al., 2005; Muller et al., 2009; Jankovic

et al., 2010).

Tabla 6. Principales mecanismos de acción de los probióticos.

Acción Mecanismo Ejemplo

Prevención de la

colonización por

microorganismos patógenos.

Bloqueo de receptores

específicos (adherencia) y

competencia por nutrientes.

L. rhamnosus GG, L.

plantarum S. boulardii

Inmunomoduladora Regulacion de la respuesta

inmunitaria humoral y celular

L. rhamnosus GG,

L.acidophilus,

Bifidobacterium ssp., L.

reuteri

Actividad antimicrobiana

Producción de sustancias con

acción antimicrobiana (H202,

bacteriocinas, ácidos

orgánicos)

L. rhamnosus GG, S. boulardii

Actividad enzimática

Disminución en la actividad

de enzimas asociadas con la

síntesis de lactosa,

procarcinógenos, etc.

S. thermophylus, Lactobacillus

spp., Bifidobacterium spp.

Fuente: Fons et al., 2000.

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2.7. Lactobacillus

Los Lactobacillus son microorganismos en forma de bastones delgados y largos conocidos desde

hace siglos por promover la salud y prevenir enfermedades. El género Lactobacillus es bien

caracterizado en el grupo de las bacterias ácido lácticas (BAL), que son todos los organismos

gram-positivos que producen ácido láctico por fermentación (Giraffa et al., 2010). De acuerdo

con Claesson et al. (2008) está compuesto por 100 especies reconocidas, el género Lactobacillus

representa el grupo más grande dentro de la familia Lactobacillaceae. Hay dos grupos de

especies dependiendo de la capacidad de fermentar los azúcares: especies homofermentativas,

convierten los azúcares en ácido láctico, y las especies heterofermentativas, convierten los

azúcares en ácido láctico, ácido acético, etanol y CO2. Debido a que el principal catabolito es el

ácido láctico, los lactobacilos prefieren condiciones relativamente ácidas (pH 5.5 a 6.5). Las

bacterias pertenecientes al género Lactobacillus se pueden encontrar en una variedad de nichos

ecológicos, tales como plantas, animales, leche cruda e insectos. La capacidad de colonizar tal

variedad de hábitats es una consecuencia directa de la gama de versatilidad metabólica de este

grupo de BAL. Debido a sus atributos potenciales terapéuticos y profilácticos, los Lactobacillus

también se han propuesto como probióticos. Efectos clínicamente comprobados para la salud se

han reportado para los lactobacilos, como reducción del colesterol, prevención de la diarrea, la

mejora de síntomas de intolerancia de la lactosa, efectos anticancerígenos y efectos

inmunomoduladores, todos los cuales se consideran aspectos funcionales de los probiótico

(McFarland, 2000; Andersson et al, 2001; Giraffa et al., 2010; Pagnini et al., 2010).

2.7.1. Lactobacillus subsp. bulgaricus

Lactobacillus subsp. bulgaricus es una bacteria ácido láctica, que se utiliza como cultivo

iniciador en la producción de los más populares tipos de leche fermentada. Lactobacillus subsp.

bulgaricus y Streptococcus thermophilus se utilizan con frecuencia juntos en la fabricación

de yogur y se sabe que tienen una relación simbiótica. El crecimiento de S. thermophilus es

promovido por aminoácidos que son producidos por Lactobacillus subsp. bulgaricus en la etapa

temprana de la fermentación de leche. L. bulgaricus parece desempeñar varias funciones

importantes, lo que incluye mecanismos en la reducción de las infecciones intestinales mediante

la excreción de productos metabólicos finales, tales como ácidos que cambian el pH del tracto

gastrointestinal. Además, L. bulgaricus excreta antibióticos naturales, que pueden tener un

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amplio efecto de funciones inmunoestimulantes. Otros mecanismos útiles incluyen el bloqueo de

sitios de adhesión de patógenos dentro de la capa mucosa del intestino (Tamine y Robinson,

1988; Suzuki et al., 1989; Hartley y Donariaz, 1993; Ober y Broadbent, 1993., Kawai et al.,

1999; Fonseca, 2003; Michael et al., 2010). En la Tabla 7 se muestran algunos de los efectos

benéficos que se le confieren al Lactobacillus subsp. bulgaricus.

Tabla 7. Características benéficas de L. delbreuckii subsp. bulgaricus.

Efectos benéficos de L. delbreuckii subsp. bulgaricus

Estimulación del sistema inmunológico

Reducción de enzimas fecales

Antitumoral

Prevención de la "diarrea del viajero"

Fuente: Modificado de Silva y Verdalet (2003).

Efectos clínicamente comprobados para la salud se han reportado para los lactobacilos, como

reducción del colesterol, prevención de la diarrea, la mejora de síntomas de intolerancia de la

lactosa, efectos anticancerígenos y efectos inmunomoduladores, todos los cuales se consideran

aspectos funcionales (McFarland, 2000; Andersson et al, 2001; Pagnini et al., 2010). Una gran

variedad de estudios han demostrado el potencial probiótico de diferentes lactobacilos (Guarner y

Schaafsma, 1998; Ouwehand et al., 2002; Lee et al., 2011). A pesar de que ha habido una larga

historia de consumo seguro de los lactobacilos probióticos en los alimentos tradicionales, se

deben examinar varios criterios antes de utilizarlos como agentes probióticos en la industria de

productos alimenticios. Los Lactobacilos probióticos deben ser resistentes al ácido gástrico y el

ácido biliar, y también colonizar el intestino para residir en el tracto gastrointestinal (Jacobsen et

al., 1999), es por ello que en la actualidad se han desarrollado diversas técnicas como la

microencapsulación que permiten aislar a los microorganismos mediante una cubierta, evitando

así su exposición a las condiciones adversas del entorno y permitiendo, la administración de

probióticos en un amplio rango de productos (Villena et al., 2010).

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2.8. Encapsulación

Existen diversos conceptos de microencapsulación, Yañéz et al. (2002) la define como un

proceso mediante el cual ciertas sustancias bioactivas (sabores, vitaminas, probióticos, aceites

esenciales, etc.) son introducidas en una matriz o sistema pared con el objetivo de impedir su

pérdida, para protegerlos de la reacción con otros compuestos presentes en el alimento o para

impedir que sufran reacciones de oxidación debido a la luz o al oxígeno.

Una ventaja adicional es que un compuesto encapsulado se liberara gradualmente del compuesto

que lo ha englobado o atrapado y se obtienen productos alimenticios con mejores características

sensoriales y nutricionales. Para realizar la encapsulación de compuestos hay numerosas técnicas,

y se ha sugerido que podrían identificarse más de 200 métodos en la literatura (Brazel, 1999). Sin

embargo, algunos autores clasifican a los métodos de encapsulación en tres grupos, los cuales se

muestran en la Tabla 8.

Tabla 8. Métodos de encapsulación.

Métodos de encapsulación

Procesos físicos Procesos fisicoquímicos Procesos químicos

Secado por aspersión

Extrusión

Recubrimiento por

aspersión

Coacervación simple

Coacervación compleja

Atrapamiento en

liposomas

Polimerización

interfacial

Inclusión molecular

Fuente: Modificado de Parras, 2010.

La selección del método estará en función del presupuesto, los costos, las propiedades del

material a encapsular, el tamaño deseado de las microcápsulas, la aplicación y de los mecanismos

de liberación (Brazel, 1999; Popplewell, 2001). En la Tabla 9 se muestran los diferentes tipos de

coberturas utilizadas en microencapsulación.

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Tabla 9. Tipos de coberturas utilizadas en microencapsulación.

Tipo de cobertura Cobertura especifica

Gomas Goma arábiga, agar, alginato de sodio, carragenina.

Carbohidratos Almidón, dextranos, sacarosa, jarabe de maíz.

Celulosas Carboximetil-celulosa, metilcelulosa, etilcelulosa, nitrocelulosa,

acetilcelulosa.

Lípidos Ceras, parafinas, tristearina, acido esteárico, monoglicéridos,

diglicéridos, aceites, grasas.

Proteínas Gluten, caseína, grenetina, albúmina.

Materiales inorgánicos Sulfato de calcio, silicatos.

Fuente: Yañéz et al., 2002.

2.9. Características de la gelatina

La grenetina es una proteína derivada de las fibras de colágena encontrada en el tejido conectivo.

Las principales fuentes del tejido conectivo utilizadas en la producción de gelatina son los

huesos, la piel desmineralizada y el cuero. Estos materiales ricos en colágena se trata en acido o

álcali (Gómez et al., 2011; Yan et al., 2011). Este tratamiento preliminar elimina las impurezas y

facilita la conversión de la colágena en grenetina. La conversión se efectúa calentando el tejido

ya tratado en agua hasta que los enlaces cruzados que mantienen las tres cadenas de grenetina en

la hélice de colágena se rompan. Las moléculas de grenetina así formadas se dispersan en agua

caliente. Se evapora cierta humedad y el sol coloidal concentrado se enfría, permitiéndose que se

gelifique en una capa delgada, la cual luego se seca. El producto seco se vende para su uso ya sea

granulado o pulverizado. La proporción mínima para lograr la gelificación es de 1%, pero se

obtiene una gelatina muy blanda, por lo que se acostumbra aumentar la proporción a 3% como

mínimo, 4% en promedio y 5% como máximo para que el gel no quede muy duro; la grenetina

solida tiene 94% de proteínas (Calixto, 1995). Shahidi y Han (1993) afirman que la gelatina es la

proteína más usada para la encapsulación de ingredientes alimenticios, esto debido a que es un

material económico, disponible comercialmente y no toxico.

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2.9.1. Características de la gelatina como material de pared

La microencapsulación es un proceso en el cual las células son retenidas dentro de una matriz

para reducir la lesión celular o la pérdida de células viables. Las técnicas de encapsulación

aplicadas a los probióticos incluyen el uso de diversos materiales poliméricos que sirvan de

recubrimiento y protejan a los microorganismos de la degradación por las acciones del medio

externo (Krasaekoopt et al., 2003; Champagne et al., 2011). La gelatina es una proteína y es

considerada un gel termorreversible, el cual ha sido utilizado para la encapsulación de

probióticos, solos o en combinación con otros compuestos. Debido a su naturaleza anfótera,

proporciona polisacáridos aniónicos, tales como la goma gelan. Estos hidrocoloides son miscibles

en un pH superior a 6, ya que ambos llevan cargas negativas netas y se repelen uno del otro. Sin

embargo, la carga neta de la gelatina se vuelve positiva cuando el pH se ajusta por debajo del

punto isoeléctrico y esto provoca la formación de una fuerte interacción con la carga negativa de

la goma gelan (Anal y Singh, 2007; Burgain et al., 2011).

2.10. Encapsulación de probióticos

Los probióticos son microorganismos vivos que administrados en cantidades adecuadas confieren

beneficios en la salud del hospedador, mejorando una o más funciones del organismo. Es por

esto que la utilización de los probióticos como potenciadores de la salud es una de las áreas más

prometedoras dentro de la investigación en diversos campos como el alimentario o el

farmacéutico. Sin embargo, el principal problema que se presenta a la hora de incorporar

bacterias probióticas en un producto, es la escasa resistencia de estos microorganismos a los

procesos tecnológicos y a diferentes condiciones ambientales, como el pH, el oxígeno o la

temperatura. En este sentido, el objetivo de la microencapsulación de probióticos es proteger a

los microorganismos sensibles a la degradación por las reacciones con un medio externo,

permitiendo, la administración de los probióticos en un amplio rango de productos (Heidebach et

al., 2009; Villena et al., 2010).

Las aplicaciones actuales han propuesto enriquecer una gran variedad de matrices con probióticos

(Alzamora et al., 2005; Jancovic et al., 2010; Champagne et al., 2011). El uso de probióticos

microencapsulados es una alternativa prometedora (Vargas et al., 2004), es por ello que existe la

necesidad de ampliar las aplicaciones de estos microorganismos, por lo que se debe considerar

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una macroencapsulación con películas de biopolímeros de diversos materiales naturales, como el

almidón, la celulosa y la proteína. Generalmente las proteínas como la gelatina son superiores a

los polisacáridos en su capacidad para formar películas con mayores propiedades mecánicas y de

barrera (Cuq et al., 1998) y que podría ser un recurso alternativo en aplicaciones de

macroencapsulación, ya que son abundantes, renovables y biodegradables (Guerrero et al., 2011).

Este tipo de efectos de barrera que poseen las proteínas, en combinación con tecnologías que

permitan alterar de manera controlada las características estructurales de la matriz del producto

alimenticio, nos permitirán desarrollar productos en forma de nuevas matrices en las que se puede

incorporar compuestos bioactivos.

2.11. Deshidratación osmótica

La deshidratación osmótica (DO) es una operación que ha tenido gran aceptación debido a que se

utiliza como un proceso previo al proceso de elaboración de productos, debido a sus bajos costos

de energía requeridos, así como las temperaturas mínimas de operación empleadas (20 a 50°C) lo

cual evita el daño de productos termolábiles, reduce el daño de las propiedades texturales,

estructurales y sensoriales del alimento, obteniendo productos de alta calidad (Rastogi et al.,

2002; Ochoa y Ayala, 2005). Esta técnica ha sido aplicada en diversos productos vegetales como

plátano (Rastogi et al., 1996), piña (Ramallo et al., 2004), arándano (Sunji y Raghavan, 2004),

entre otros.

La DO es un método no térmico de deshidratación mediante el cual se logran obtener productos

de humedad intermedia con muy buena calidad organoléptica (Barat et al., 2001; Valera et al.,

2005). Genina, (2002) describe el proceso de DO como una operación que consiste en sumergir

los alimentos en soluciones hipertónicas con el objetivo de producir dos efectos principales: flujo

de agua desde el producto hacia la solución hipertónica y flujo de solutos hacia el interior del

alimento. En algunos casos se puede presentar la salida de solutos como son los ácidos orgánicos.

Este fenómeno, aunque es poco importante por el bajo flujo de sólidos perdidos, puede modificar

sustancialmente algunas propiedades del producto como son las organolépticas. Se han

identificado dos etapas en el proceso de DO. En la primera, denominada deshidratación, la

pérdida de agua es mayor que la ganancia de sólidos y en una segunda etapa, llamada

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impregnación, donde se obtiene una ganancia de sólidos mayor a la pérdida de agua. En esta

segunda etapa, la masa total del sólido aumenta con el tiempo.

Por otra parte, García et al. (2010) explica que la DO es un proceso basado en la tendencia a

alcanzar el equilibrio entre la presión osmótica dentro de las células biológicas y la solución

osmótica circundante, la cual tiene una presión osmótica alta debido a la gran concentración del

agente osmótico soluble.

De acuerdo a los efectos observados en los procesos de deshidratación osmótica con relación al

contenido de sólidos en los frutos, no se considera que esta operación constituya por sí misma un

proceso de conservación, sino una etapa de pretratamiento en operaciones como son el secado o

la congelación. Al combinar los procesos de DO y secado, la velocidad de rehidratación de los

productos normalmente disminuye con relación a la de aquellos expuestos exclusivamente a un

proceso de secado de tipo convectivo. La deshidratación osmótica, como tratamiento preliminar a

la conservación de alimentos por congelación, permite trabajar con temperaturas de proceso no

tan bajas, disminuir el consumo de energía, aumentar la velocidad de proceso, así como modificar

la estructura y características sensoriales del producto. Todo lo anterior es resultado de la

disminución del contenido de agua. Por otro lado, al reducir el contenido de agua se reduce

también el volumen del producto, el volumen del empaque y, como consecuencia, los costos de

distribución (Genina, 2002; Duque et al., 2007).

2.12. Ventajas de la deshidratación osmótica

La deshidratación o secado se realiza para aumentar la vida útil de los alimentos, así como

disminuir los costos de transporte y el almacenamiento, para suplir las necesidades de materia

prima seca como ingrediente para otros productos y el desarrollo de nuevos productos atractivos

a los consumidores. El proceso de deshidratación generalmente se realiza por medio de un secado

térmico utilizando técnicas como secado con aire, al sol y al vacío, microondas y fritura, pero con

la consecuente modificación de las propiedades organolépticas del alimento y su degradación por

descomposición térmica, oxidación o pardeamiento enzimático (Ochoa y Ayala, 2005). La

deshidratación osmótica es una tecnología promisoria en cuanto a que conserva mejor la calidad

de los alimentos en comparación con los tratamientos de secado convencionales. Esta mejora, no

solo se ve reflejada en una mejor apariencia y calidad sensorial general, sino también, en sus

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ventajas nutricionales (Simpson et al., 2007). El proceso de DO tiene grandes ventajas las cuales

se mencionan en la Tabla 10.

Tabla 10. Ventajas de la deshidratación osmótica.

Lograr un producto de mejor color, textura y sabor que en el secado térmico.

Inhibir la transferencia de oxígeno a la fruta por la presencia de azúcar sobre la

superficie, reduciendo el pardeamiento enzimático.

Aumentar la vida útil de los productos y evitar la pérdida de su naturaleza crujiente ya

que se reduce la difusividad del agua en el proceso de sorción.

Retardar la perdida de volátiles durante el secado térmico.

La DO requiere menor energía que otros tipos de secado, ya que la eliminación de agua

se hace sin cambio de fase.

Es posible introducir solutos y especies tales como agentes conservantes, nutrientes,

saborizantes o mejoradores de textura como componentes activos a través de la

disolución osmótica.

Los productos secados por DO adquieren las propiedades mecánicas necesarias sin

cambios sustanciales en la superficie, permitiendo un eficiente post-tratamiento.

Modificado: Ochoa y Ayala, (2005).

2.13. Variables que afectan el proceso de deshidratación osmótica

Una gran variedad de autores describen las variables que afectan el proceso de DO (Azuara et al.,

1992; Reyes et al., 2005; Corzo y Centeno, 2003). La tasa de renovación del agua depende de

muchos factores, tales como la concentración y la temperatura de la solución osmótica, tiempo de

contacto, el nivel de agitación en la solución, el tamaño y la forma de los alimentos, la relación de

solución a la alimentación y el nivel de vacío, si se aplica (Rastogi et al., 1996).

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2.13.1. Concentración del agente osmótico

Se ha reportado el uso de diferentes agentes osmóticos, pero, las soluciones concentradas de

sacarosa han proporcionado una mayor velocidad de deshidratación. La fuerza impulsora en la

DO es la diferencia de presiones osmóticas entre el producto y la solución concentrada en la cual

está inmerso. La presión osmótica es proporcional a la concentración de la solución, por lo que

una mayor concentración en la solución osmótica traerá como consecuencia una mayor velocidad

de deshidratación. Panagiotou et al. (1999) encontraron que a medida que se incrementó la

concentración del agente osmótico durante la DO de banana, manzana y kiwi aumentó la

ganancia de sólidos. Sin embargo, Heng et al. (1990) explicó que el uso de soluciones altamente

concentradas puede reducir la ganancia de sólidos, probablemente a la formación de una capa de

azúcar en el producto, actuando como una barrera. De acuerdo a lo que explicó Heng et al.

(1990) se podría considerar el proceso de DO como una técnica que permita la protección de

compuestos bioactivos como los probióticos dentro de una matriz de gel de gelatina u otros

biopolímeros, debido a la formación de una barrera de azúcar en el producto.

2.13.2. Temperatura

Es bien sabido que el incremento de la temperatura en el proceso de DO favorece la transferencia

de masa, sin embargo, algunos autores como Lazarides y Mavroudis (1996) afirman que a partir

de los 50°C se comienzan a observar ciertos efectos que afectan la calidad del producto, tales

como la suavización de los tejidos de las paredes vegetales, la pérdida de aroma y reacciones de

oscurecimiento. Por otra parte, a bajas temperaturas la transferencia de masa se ve afectada por el

incremento de la viscosidad de la solución osmótica. La temperatura de DO es una variable a

tener en cuenta en los estudios cinéticos, pues aunque temperaturas elevadas pudieran acelerar el

proceso, la pérdida de calidad del producto no compensaría la reducción de tiempo de proceso

(Vega et al., 2005). La DO a temperatura suave, puede ser una tecnología adecuada para el

procesamiento de frutas, ya que ayuda a mantener el aroma y sabor, y otras propiedades

sensoriales en el producto (Giraldo et al., 2005). La temperatura de DO es una variable muy

importante que se debe considerar cuando se trabaja en conjunto con matrices que contenga

microorganismos vivos como los probióticos, ya que estos son altamente sensibles a los

procesos tecnológicos y a diferentes condiciones ambientales, como la temperatura, el pH, el

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oxígeno, etc. Por lo que para este tipo de procesos se deben considerar las temperaturas óptimas

de crecimiento de las bacterias acido lácticas, evitando con ello la muerte de células viables.

2.13.3. Tiempo

El tiempo es un factor muy relevante en el proceso de DO, debido a que los cambios más

importantes de la deshidratación se observan relativamente durante las dos primeras horas, que es

cuando toma lugar la transferencia de masa y el equilibrio se alcanza a tiempos prolongados

(Lazarides, 1995; Arreola y Rosas, 2007).

2.13.4. Geometría del producto a deshidratar

Este es un factor muy importante en la DO ya que si el producto a deshidratar es de gran tamaño

o espesor, la deshidratación será lenta, debido a que será una gran masa de agua que deberá

retirarse, mientras que si el producto es pequeño y delgado la deshidratación será más rápida. Es

importante considerar la forma geométrica que tenga mayor contacto de superficie con la

solución osmótica, lo que conlleva a una mayor pérdida de agua (Rastogi et al., 2002; Corcho y

Bracho, 2006; Espinoza et al., 2006; Khin et al., 2006). En este caso es necesario considerar que

la forma geométrica del producto que se desea osmodeshidratar, posea una superficie amplia que

permita un mayor contacto con la solución osmótica; tal es el caso de los geles de proteína como

las gomitas, las cuales se ven favorecidas durante el proceso de DO, el cual es relativamente

rápido.

2.14. Obtención de alimentos funcionales mediante deshidratación osmótica

Actualmente existe la necesidad de desarrollar e investigar alternativas tecnológicas de

aprovechamiento y preservación de ciertos tipos de alimentos, la idea es obtener tecnologías

relativamente sencillas con bajos costos de inversión y adecuadas a necesidades. Con los

recientes avances en ciencia y tecnología de alimentos, la industria de los alimentos puede ahora

proporcionar métodos cada vez más sofisticados para el control y la alteración de la estructura

física y química de la composición de un producto alimenticio (Chen, 2011). Los nuevos

alimentos pueden mejorar funciones fisiológicas y reducir los riesgos de enfermedades (Hardy,

2000; Kwak y Jukes, 2001), de tal manera que mejoran el bienestar físico y mental de las

personas (Menrad, 2003). Por ello, de acuerdo a los efectos observados en los procesos de

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deshidratación osmótica, se considera como un proceso de conservación, de pretratamiento en

operaciones como son el secado o la congelación (Genina, 2002). Por otra parte, dentro de las

aplicaciones tecnológicas que se le ha dado a la DO es introducir solutos y especies tales como

agentes conservantes, nutrientes, saborizantes o mejoradores de textura como componentes

activos a través de la disolución osmótica (Ochoa y Ayala, 2005). Más recientemente algunos

autores han estudiado la impregnación de betacaroteno en placas de manzana (Vázquez et al., ),

mientras Boret et al. (2003) investigaron la impregnación de S. cerevesiae y L. casei y L. spp.

rhamnosus, mostrando que es posible introducir células microbianas en la matriz del tejido

estructural de manzana fresca, con un contenido microbiano que va desde 106 hasta 10

7 ufc/g, lo

cual corresponde a los valores medios generalmente en que se encuentran los productos lácteos

comerciales. Es probable observar un efecto similar al de Boret et al (2003) en una matriz de

geles de gelatina impregnada con probióticos, debido a que la proteína le confiere al

microorganismo una protección al formar una barrera, evitando la posible degradación de células

viables, además de analizar su posible aplicación en el desarrollo de alimentos enriquecidos con

probióticos. La producción de alimentos con probióticos en forma seca, proporciona una vida útil

más larga que los productos líquidos, el reto es la pérdida de viabilidad debido a la eliminación

de agua, la exposición al oxígeno, y la alta temperatura con el tiempo durante el secado. Además,

la estabilidad en el período de vida útil, que es dictada por los parámetros físicos de la matriz

como producto final y las condiciones de almacenamiento, tiene que ser asegurada. En la mayoría

de los casos la pérdida de viabilidad durante el almacenamiento es más drástico que durante el

procesamiento. La estabilidad a lo largo del proceso de almacenamiento se puede mejorar

mediante el uso de agentes protectores y materiales de encapsulación (Weinbreck et al., 2010;

Muller et al. ). El uso de agentes protectores es una estrategia bien conocida para aumentar la

tolerancia de secado de las cepas.

2.14.1. Métodos combinados

Los métodos combinados son técnicas de conservación que pueden considerarse para el

procesamiento mínimo de alimentos. El efecto sinérgico de factores de conservación, permite

preservar el alimento con una mayor calidad que si se utiliza una sola técnica. Los métodos

combinados, o tecnología de barreras, reducen el crecimiento microbiano en alimentos al

combinar factores de conservación tales como la disminución del pH, la inclusión de agentes

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antimicrobianos y el calentamiento moderado. La deshidratación osmótica es uno de los métodos

utilizados en la conservación de frutas y hortalizas; ha venido siendo investigada como

pretratamiento para el estudio de métodos combinados que conducen a la preservación de

alimentos en el que las características organolépticas, tales como textura, sabor y color, son

similares a la de los productos frescos, sin comprometer su integridad.

La DO es un método utilizado en el procesamiento de frutas y vegetales para conservar productos

mínimamente procesados o con humedades intermedias (Duque et al., 2007). En los últimos años

la actividad de agua (aw) se ha utilizado como indicador de estabilidad en el control de calidad en

los alimentos frente a los procesos de deterioro, entre los cuales los microbiológicos son los más

rápidos y frecuentes (Alcala y Gómez, 1990). El agua es uno de los componentes mayoritario de

los alimentos, y controla muchos de los cambios fisicoquímicos y bioquímicos. La DO se

propone como una tecnología alternativa para la conservación de alimentos, debido a que se ha

empleado como un proceso para la preservación de estos, el cual consiste en la eliminación de la

totalidad del agua libre de un sólido, permitiendo la reducción de las reacciones químicas e

inhibiendo el crecimiento microbiano, y por ende, prolongando la vida útil de los alimentos

(García et al., 2010).

Debido a que la DO es un método utilizado para conservar productos mínimamente procesados,

además de que permite introducir solutos como componentes activos a través de la disolución

osmótica, se podría considerar como una técnica de impregnación de probióticos. Para ello es

necesario realizar estudios sobre el comportamiento de los probióticos ante el estrés osmótico y

explorar la utilización de la DO como un método que permita el desarrollo de alimentos

impregnados con microorganismos vivos, tomando en cuenta los criterios funcionales y

tecnológicos. Desde un punto de vista tecnológico, es importante que el probiótico sea capaz de

crecer a altas densidades de células en la fermentación, y sobrevivir durante el proceso de

conservación, siendo viable durante el almacenamiento y a las condiciones adversas del tracto

gastrointestinal (Ramón, 2006; Ampatzoglou et al., 2010)

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3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN

Actualmente los desórdenes gastrointestinales como la intolerancia a la lactosa, las infecciones

intestinales e incluso problemas graves como el cáncer de colon, han permitido el desarrollo de

nuevos alimentos funcionales, dentro de los cuales están los elaborados con bacterias ácido

lácticas como el L. bulgaricus, que son la especie más utilizada en la industria láctea, debido a las

propiedades de sabor y textura que le confieren al yogurt. Es útil en la producción de

exopolisacáridos, los cuales confieren propiedades antitumorales, antiulcerosas,

inmunomoduladora y reducción de la actividad de colesterol.

En México existen numerosos alimentos tradicionales que pueden ser enriquecidos con

probióticos. Tal es el caso de las gomitas, que son matrices proteicas con azúcar y ácidos

orgánicos, muy conocidas por su gran variedad de colores y sabores, así como la diversidad de

formas y figuras atractivas, como los famosos “panditas” y “lombrices”. Por lo tanto, es necesario

investigar como la concentración de proteína afecta el desarrollo de L. bulgaricus y evaluar la

transferencia de masa cuando el producto se somete a un proceso de DO, discutiendo los efectos

posteriores de esta operación respecto al contenido de células viables en la matriz proteica, para

determinar su posible aplicación en el desarrollo de alimentos enriquecidos con probióticos, y así

poder ofrecer a la industria alimentaria nuevas alternativas que permitan la innovación y

desarrollo de productos tradicionales, convirtiéndolos en alimentos funcionales.

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4. HIPÓTESIS Y OBJETIVOS

4.1. Hipótesis

La concentración de proteína y los cambios estructurales que sufre el gel durante la

deshidratación osmótica provocan una barrera que ayuda en la supervivencia de los

microorganismos probióticos y, que a la vez, afecta la transferencia de sólidos y agua.

4.2. Objetivo General

Enriquecer geles de gelatina con L. bulgaricus y analizar el efecto de la concentración de proteína

y deshidratación osmótica sobre la viabilidad del probiótico.

4.3. Objetivos específicos

Determinar la cinética de fermentación de Lactobacillus bulgaricus.

Determinar la concentración inicial de Lactobacillus bulgaricus para inmovilizarlo en la

matriz de proteína.

Evaluar crecimiento del Lactobacillus bulgaricus en la matriz proteica a diferentes

concentraciones de proteína, antes y después del proceso de deshidratación osmótica.

Evaluar el contenido de ácido láctico dentro de la matriz proteica a diferentes

concentraciones de proteína, antes y después de la deshidratación osmótica.

Evaluar la cinética de pérdida de agua en la matriz proteica a diferentes concentraciones

de proteína, sometida a deshidratación osmótica.

Evaluar la cinética de ganancia de sólidos en la matriz de proteica a diferentes

concentraciones de proteína, sometida a deshidratación osmótica.

Determinar el coeficiente de difusión de la matriz de proteica a diferentes concentraciones

de proteína, en el proceso de deshidratación osmótica.

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5. METODOLOGÍA

5.1. Procedimiento del trabajo experimental

En la Figura 2 se esquematiza el trabajo experimental de investigación que se realizó.

Lactobacillus subsp. bulgaricus

activado en leche descremada al 10 % de solidos totales

Activación del microorganismo

Recuento de células viables

Incubación durante 5 horas a 25 °C

Deshidratación osmótica durante 5

horas a 25 °C.

Después del proceso:

Recuento de células viables.

Determinación de pH

Determinación de ácido láctico

Cinética de fermentación

de L. subsp bulgaricus

Elaboración de la matriz proteica en forma de placa a diferentes concentraciones de

proteína (8, 12 y 16 %) p/p. 20 % de solidos totales, 2. 5 % de grasa, 10 % de inoculo.

Análisis de transferencia de masa

Cinetica de SG/M0

Cinetica de WFL/M0

Coeficientes de difusión

Velocidad de secado

Efecto del proceso sobre el probiótico.

Figura 2. Esquema de trabajo experimental.

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5.2. Materiales

Cepa liofilizada de L. subsp. bulgaricus obtenido de un proveedor local YO 40, Altecsa, S.A. de

C. V. En las Tablas 11 y 12 se muestran los materiales empleados para la realización de la

metodología.

Tabla 11. Equipos y materiales

Equipos y materiales Marca

Balanza analítica VELAB

Incubadora IMPERIAL

Estufa de convección de aire NOVATECH

Baño maría NOVATECH

Potenciómetro DENVER

Tornillo micrométrico SURTEK

Termómetro LAUKA

Vernier SURTEK

Tabla 12. Reactivos

Reactivos Marca

Agar MRS BD DIFCO

Alcohol 96 ° Equate

Hipoclorito de sodio IQUISA

Benzal Galenox

Hidróxido de sodio Farma Química

Cloruro de sodio S/M

Fenolftaleína S/M

Proteína colágena Wilson

Leche descremada en polvo Svelty, Nestlé

Leche entera en polvo Nido, Nestlé

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5.3. Métodos

5.3.1. Activación de la cepa

Para la activación de la cepa se utilizó leche descremada en polvo al 10 % de solidos totales, la

cual fue homogenizada a 70°C y se pasteurizó a 8 °C por 30 minutos, posteriormente se sometió

a choque térmico a 45°C. Una vez alcanzada la temperatura de 37°C se inoculó. La leche

inoculada se incubó a 37°C por 24 horas, posteriormente se mantuvo en refrigeración a 5 °C

hasta su uso. Para la cinética de fermentación se determinó la concentración de ácido láctico y

pH, haciendo la medición de ambos parámetros a las 2, 4, 6, 8, 10 y 24 horas.

5.3.2. Determinación de la viabilidad de L. subsp. bulgaricus en el yogurt

Se colocó 1 mL de la muestra y se realizaron diluciones de 10-1

a 10-6

con solución salina

isotónica. Se utilizó 0.1 mL de las diluciones anteriores para la siembra en placa en agar MRS por

duplicado y se incubo en condiciones aerobias por 72 horas a 37 °C (Figura 3). El conteo de

colonias fue mediante un análisis de imagen el cual consistió en tomar una foto de la placa con

fondo negro, posteriormente se realizó el conteo mediante computadora para así conocer el

número total de ufc/mL.

5.3.3. Determinación de la viabilidad de L. subsp. bulgaricus en la matriz proteica

Se colocó 1 g de muestra de la matriz proteica, en un tubo de ensaye con 9 ml de solución salina

isotónica estéril a 37 °C con agitación continua hasta disolución completa. Se tomó 1 ml y se

realizaron diluciones de 10-1

a 10-6

con solución salina isotónica estéril. Se utilizó 0.1 mL de las

diluciones anteriores para la siembra en placa en agar MRS por duplicado, se incubó en

condiciones aerobias por 72 horas a 37 °C para así conocer el número total de ufc/g.

5.3.4. Determinación del porcentaje de ácido láctico

La acidez se determinó por medio de un análisis volumétrico de titulación empleando como

solución valorante hidróxido de sodio 0.1 N y fenolftaleína como indicador para poner en

evidencia el vire final de la valoración.

Para calcular el porcentaje de ácido láctico la ecuación matemática utilizada es la descrita por

Chacón (2006), la cual se muestra a continuación.

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Figura 3. Esquema de determinación de la viabilidad de L. subsp. bulgaricus en el yogurt.

5.3.5. Determinación de pH

Se realizó mediante la medición electrométrica de la actividad de los iones hidrógeno presentes

en la muestra del producto. Para esto se utilizó un potenciómetro marca DENVER. El método

utilizado es el que se describe en la Norma Mexicana NMX-F-317-S-1978 donde se especifica

que se debe realizar la calibración del potenciómetro con las soluciones de pH 4, pH 7 y pH 10, la

muestra líquida se mezcla cuidadosamente hasta su homogenización, se ajusta la temperatura a

(1)

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32

20 °C ± 0.5 °C, se sumerge el electrodo en la muestra de manera que la muestra lo cubra

perfectamente y el valor del pH de la muestra se lee directamente en la escala del potenciómetro.

Para la determinación de pH en la matriz proteica, la muestra sólida se coloca en un mortero y se

le añade de 10 a 20 mL de agua destilada recientemente hervida por cada 100 g de producto, con

el objetivo de formar una pasta uniforme, se ajusta la temperatura a 20 °C ± 0.5 °C, se sumerge el

electrodo en la muestra de manera que lo cubra perfectamente, el valor del pH de la muestra se

lee directamente en la escala del potenciómetro.

5.3.6. Elaboración de la matriz proteica

Para la elaboración de las matrices proteicas se prepararon tres disoluciones acuosas de acuerdo a

la Tabla 13. Se utilizó proteína colágena (Bloom 280, Wilson M.R.), leche entera (Svelty, Nestlé)

y descremada en polvo (Nido, Nestlé) y agua destilada. Las dispersiones fueron calentadas hasta

75°C por 5 min hasta completa disolución. Posteriormente, se inoculó al 10 % de inóculo

previamente reactivado.

Tabla 13. Composición de las matrices de proteína.

Un molde de plástico fue utilizado para obtener las placas de gel con un diámetro y grosor de 50

y 5 mm, respectivamente.

5.3.7. Determinación de humedad

Se realizó la determinación de humedad en la matriz proteica de acuerdo al método descrito en la

Norma Oficial Mexica NOM-116-SSA1-1994, mediante diferencia de pesos. Se pesó una

cantidad de muestra conveniente en la capsula previamente tarada, colocada en la estufa a una

temperatura de 103 °C durante 3 horas, una vez terminado el proceso la capsula fue transferida al

Componentes % (p/p)

Proteína 8 12 16

Leche en polvo con 2.5% de

grasa 20 20 20

Inóculo 10 10 10

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desecador, se dejó enfriar y posteriormente se pesó. Para calcular el porcentaje de humedad de la

muestra se utilizó la ecuación 2.

donde: M1= Peso de la cápsula (g). M2= Peso de la cápsula con la muestra húmeda (g).

M3 = Peso de la cápsula con la muestra seca (g).

5.3.8. Deshidratación osmótica

Se preparó una solución de sacarosa a una concentración de 60 % p/p y se manejó una relación

producto solución de 1:50. Las placas de gel fueron deshidratadas osmóticamente 25 °C. Las

matrices proteicas, obtenidas a los diferentes tiempos de secado, se enjuagaron con agua

destilada para eliminar el exceso de agente osmótico, se escurrieron y se les midio el espesor y

diámetro, con un vernier digital y un tornillo micrométrico. La masa fue medida a los 60, 120,

180, 240 y 300 min de acuerdo al método continuo descrito por Azuara et al. (1992).

5.4. Metodología de cálculo

5.4.1. Curvas de deshidratación osmótica en placas de gel

Las constantes s1, WFL∞, SG∞, fueron obtenidas mediante el diseño de un programa, el cual fue

desarrollado en MATLAB, el código de este se muestra en el Anexo A.

Las cinéticas de agua perdida y sólidos ganados durante la deshidratación osmótica de placas de

gel, se determinaron con el siguiente modelo (Azuara et al., 1992):

ts1

WFLtsWFL

1

1

(3)

ts1

SGtsSG

2

2

(4)

(2)

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donde WFL = fracción de agua perdida por el alimento al tiempo t, SG = fracción de sólidos

ganados por el alimento al tiempo t, SG∞ = fracción de sólidos ganados por el alimento en el

equilibrio, WFL∞ = fracción de agua perdida por el alimento en el equilibrio, s1 = constante

relacionada con la velocidad de pérdida de agua, s2 = constante relacionada con la velocidad de

entrada de sólidos solubles al alimento.

El peso perdido (ML) durante la osmodeshidratación es igual al agua perdida (WFL) menos los

sólidos ganados (SG).

ML = WFL – SG (5)

De acuerdo al método continuo (Azuara et al., 1998), al graficar t/ML vs t, se obtiene una línea

recta con pendiente p e intersección b, de donde se deducen las siguientes ecuaciones:

mWFL

SG1

p/1WFL

(6)

mWFL

SG1WFL

)b/1(s1

(7)

1SG

WFL

)p/1(SG

m

(8)

1SG

WFLSG

)b/1(s

m

2 (9)

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El subíndice “m” significa que WFL y SG son determinados en el último punto del experimento,

usando las siguientes ecuaciones (Beristain et al., 1990):

o

ftoo

o M

XMXM

M

WFL (10)

o

ffoo

o M

1XM1XM

M

SG (11)

donde WFL = peso de agua perdida por el alimento al tiempo t, SG = peso de sólidos ganados por

el alimento al tiempo t, MO = peso inicial del alimento al tiempo 0, Mt = peso del alimento al

tiempo t, XO = humedad inicial del tiempo (base humeda), Xf = humedad final del alimento (base

húmeda) al tiempo t.

5.4.2. Coeficiente de difusión

Para calcular la variación del coeficiente de difusión durante la deshidratación osmótica de una

muestra en forma de placa, se utilizó la siguiente expresión (Azuara et al., 1992b):

2

ts1

ls

4

tD

1

1

(13)

donde l = mitad del espesor de la placa, t = tiempo de osmodeshidratación, s1 = constante

relacionada con la velocidad de pérdida de agua y con la velocidad de entrada de sólidos solubles

al alimento.

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6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

6.1. Cinética de pH y ácido láctico de L. bulgaricus

La preparación del inoculó utilizado en la elaboración de las placas de gelatina fue obtenida

mediante fermentación “acido-láctica”. Para la cinética de fermentación se determinó la

concentración de ácido láctico y pH, haciendo la medición de ambos parámetros a las 2, 4, 6, 8,

10 y 24 horas (Figura 4).

Figura 4. Cinética de pH y ácido láctico de Lactobacillus bulgaricus.

Chacón (2006), afirma que la acidez de la leche se genera principalmente por la presencia de

fosfatos, caseínas y dióxido de carbono, que constituyen parte de sus componentes principales.

Este parámetro se modifica especialmente a través de un proceso de fermentación atribuible

principalmente a las bacterias acido lácticas como el L. bulgaricus, el cual fermenta la lactosa

produciendo ácido láctico y como consecuencia disminuye el pH de la leche, lo cual le confiere

cierta textura, además de aumentar su viscosidad y proporcionarle un sabor especifico. En la

Figura 4 se observa como el pH del yogurt inicia en 6. 58 y el porcentaje de ácido láctico en 2. 16

%, conforme transcurre el tiempo de fermentación estos parámetros se modifican hasta alcanzar

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un pH de 4. 458 y una acidez de 6.552 %. Los resultados concuerdan con Michael et al., (2010)

quienes evaluaron la viabilidad de L. bulgaricus.

De acuerdo con los resultados obtenidos se decidió utilizar como inoculo a la leche fermentada

por 24 horas a 37°C, debido a que tanto el pH como el porcentaje de ácido láctico han alcanzado

el punto óptimo.

6.2. Análisis de pH y ácido láctico en las placas de gel enriquecidas con L. bulgaricus.

Se analizó el cambio de pH y la producción de ácido láctico en las placas de gel enriquecidas con

L. bulgaricus y con un tratamiento osmótico por 300 minutos. En la Tabla 14 se observa que

sobre el porcentaje de ácido láctico existe un efecto de interacción entre la concentración de

proteína y el que se haya sometido la placa a deshidratación osmótica. Por otra parte, también se

muestran los resultados de los geles que fueron sometidos a incubación dentro de una bolsa de

plástico, la cual se colocó en un baño maría.

Tabla 14. Valores obtenidos de pH y ácido láctico de las placas de gelatina con y sin tratamiento

osmótico.

Incubación por 300 minutos

Concentración

de proteína

Sin tratamiento

osmótico

Con tratamiento

osmótico

pH Ácido

láctico

pH Ácido

láctico

8 %

6.06 0.56 % 6.16 0.57 %

12 % 6.00 0.58 % 6.04 0.68 %

16 % 5.96 0.61 % 5.93 0.85 %

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De manera horizontal, se aprecia que independientemente de la concentración proteína, el

proceso osmótico estimula la producción de ácido láctico. Por otra parte, de forma vertical, la

concentración de la proteína también provoca un aumento en el porcentaje de ácido láctico. Lo

anterior se puede explicar si se considera que el organismo probiótico está sometido a un estrés

como resultado de los cambios drásticos que ocurren dentro de la placa de gelatina. La salida de

agua (WFL), ganancia de solidos (SG) y cambios microestructurales (encogimiento de la placa),

afectan la homeostasis del probiótico (estrés osmótico) que para sobrevivir elevan su

metabolismo produciendo una acelerada producción de ácido láctico y modificación del pH.

6.3. Supervivencia de bacterias lácticas en placas gel enriquecidas con L. bulgaricus

sometidas deshidratación osmótica.

El recuento de bacterias lácticas en este trabajo de investigación se realizó para todas las muestras

antes y después del proceso de DO. Los resultados se muestran en la Tabla 15 y son expresados

en ufc /g.La viabilidad de las bacterias de las placas de gel resultó afectada en mayor grado por el

proceso de DO.

Tabla 15. Recuento de bacterias lácticas en placas de gel antes y después del proceso de DO.

Placas de gel con Lactobacillus bulgaricus

Concentración

de proteína

Inmediatamente

después de elaborar

las placas

Sin tratamiento

osmótico (Incubada

300 minutos)

Con tratamiento

osmótico

8 % 3.6 x 107 1.4 x 10

7 1.0 x 10

7

12 % 2.0 x 107 1.3 x 10

7 2.7 x 10

6

16 % 1.1 x 107 2.2 x 10

6 1.1 x 10

6

La Tabla 15 muestra las ufc/g en las placas de gelatina, analizadas inmediatamente después de

elaborar el gel, placas sin deshidratación osmótica pero incubadas en agua por 300 minutos a

25°C y placas osmodeshidratadas durante 300 minutos a 25°C. en la tabla se aprecia como es el

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efecto de la concentración de proteína, proceso osmótico y tiempo de procesamiento sobre la

viabilidad del microorganismo probiótico. De manera vertical se aprecia que al aumentar el

porcentaje de proteína, las ufc/g disminuyen hasta un orden de magnitud. Un efecto similar se

observa de forma horizontal al considerar el tiempo de inmersión y el tratamiento osmótico. Las

placas de gelatina osmodeshidratadas, adquieren una textura similar a las gomitas de dulce

producidas comercialmente, pero las obtenidas en esta investigación pueden contener probióticos

del orden de 107

ufc/g, que de acuerdo con Roble et al., (2010) poseen la carga microbiana que

confiere el efecto benéfico en el organismo humano (entre 107 a 10

9 ufc/g).

6.4. Efecto de la deshidratación osmótica en placas de gel enriquecidas con L. bulgaricus

con solución de sacarosa a 25 °C.

Se osmodeshidrataron placas de gel a diferentes concentraciones de proteína enriquecidas con L.

bulgaricus en una solución de sacarosa al 60% (p/p), manteniendo una relación placa de gel-

solución 1:50.Las constantes s1, WFL∞, SG∞, r y ufc/g y se muestran en la Tabla 16, las cuales

fueron obtenidas con el método continuo a una temperatura de 25°C.

Tabla 16. Parámetros obtenidos con el método continuo para la deshidratación osmótica de placas

de gel de gelatina enriquecidas con L. bulgaricus en una solución al 60 % de sacarosa.

Se aprecia que los valores de R2 son mayores de 0.99 lo que indica un excelente ajuste del

método continuo. Para las placas de gel, se observa que la tendencia general es que conforme

aumenta la concentración de proteína disminuye la ganancia de sólidos (SG∞), excepto al 12% de

Proteína (%)

8 12 16

ufc/g 1.0 x 107

2.7 x 106 1.1 x 10

6

s1 (min-1

) 0.0115 0.0102 0.0073

WFL/Mo 0.5729 0.5552 0.43651

SG/Mo 0.1384 0.1612 0.0977

R2 0.9999 0.9986 0.9978

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proteína, al igual que la pérdida de agua (WFL∞). Además, la constante s1 disminuye conforme

aumenta la concentración de proteína.

La Figura 5 muestra la WFL y SG de las placas de gel de gelatina durante el tiempo de inmersión

de las muestras en la solución osmótica. Se puede observar que la mayor pérdida de agua a los

300 min se presentó en los geles con 8 y 12 % de proteína, a diferencia del gel con 16% el cual

mostró una pérdida de alrededor del 30% respecto de su masa inicial.

Figura 5. Cinéticas de pérdida de agua (WFL, símbolos oscuros) y ganancia de sólido

(SG, símbolos claros) durante la DO de las placas de gelatina.

Gómez et al. (2011) menciona que la gelatina forma geles resistentes térmicamente estables, y

con una estructura interna en forma de red. Esto explica que WFL∞ en placas de gel sean más

elevadas mientras contengan menor cantidad de proteína, las moléculas de agua poseen mayor

movilidad dentro del gel, y este al someterse al proceso osmótico presenta una mayor pérdida de

agua (Figura 5).

Durante el proceso de DO, el agua se difunde espontáneamente hacia afuera del alimento, por lo

que las placas tienden a reducir su tamaño. Las diferencias estructurales y el efecto de la

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concentración de proteína se pueden observar en Figura 6, donde se observa que el menor

volumen perdido corresponde a las placas de gelatinas con 16% de proteína. En cambio, para las

placas con 8 y 12% de proteína, al final de los 300 min de inmersión, el volumen perdido

sobrepasa el 50% respecto de su volumen inicial. Esto se debe a que las moléculas de agua se

encuentran menos ligadas a la estructura del gel provocando que se pierda agua con mayor

velocidad (s1, Tabla 15), lo que indica que el volumen de agua que ha salido de la muestra es

principalmente agua que no forma parte significativa de su estructura, además la ganancia de

sólidos genera un efecto de reforzamiento estructural que compensa la pérdida de volumen. En el

caso de la placa al 16% de proteína, el menor volumen perdido es producto de su densa estructura

proteica y no a la ganancia de sólidos.

Figura 6. Efecto de la concentración de proteína sobre el volumen perdido durante el

tiempo de inmersión.

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Figura 7. Efecto de la concentración de proteína sobre SG∞/M0 y WFL∞/M0.

La Figura 7 muestra el efecto de la concentración de proteína sobre WFL∞/M0 y SG∞/M0 de los

distintos geles. La figura indica que el gel con 12 % de proteína, cuando alcanza el equilibrio

(t=∞), presenta la máxima ganancia de solidos solubles. A este respecto, se espera que en todas

las concentraciones de proteína WFL siempre sea mayor que SG, por lo que el contraflujo de

agua del alimento a la solución represento un obstáculo para la ganancia de sólidos. No obstante,

la barrera principal para SG es la formación de una capa interna en el gel, producto de los

cambios microestructurales producidos por el proceso osmótico. Por lo tanto, es probable que la

menor SG al 8% de proteína se deba al contraflujo de agua y la capa interna superficial que se

produce por la alteración de la microestructura. Al 12% de proteína, la alteración de la estructura

crea una capa con suficientes espacios o poros que permiten alojar más moléculas de sacarosa,

observándose como un máximo en SG∞/M0.

Rastogi et al.(2002) dice que la transferencia de masa durante el tratamiento osmótico se produce

a través de las membranas semipermeables de las células biológicas presentes en los materiales,

el estado de estas puede cambiar de ser parcialmente permeable a totalmente, esto puede conducir

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a cambios significativos en la estructura de la muestra, como la reducción de tamaño causado por

la pérdida de agua durante tratamiento osmótico.

Figura 8. Efecto de la concentración de proteína sobre las etapas de osmodeshidratación en placas

de gel enriquecidas con L. bulgaricus en una solución al 60% de sacarosa.

Azuara et al. (2002) reporto que al grafcar Xt/X0 vs Vt/V0 se observan tres pendientes, las cuales

están relacionados con la plasmólisis, balance entre la salida de agua y ganancia de sólidos y, por

último, seguido por un colapso. En la Figura 8 se muestra las etapas de la DO de las placas y se

observa que prácticamente existen dos pendientes. Esto es debido a que las placas de gel no

poseen estructura celular, por lo que no se observa la pendiente correspondiente a plasmólisis. En

cambio, la primera pendiente (alto contenido de humedad Xt/X0) se debe a los primeros minutos

de la osmodeshidratación del gel, donde se pierde el agua que se encuentra menos ligada a la

estructura, por lo que el contenido de humedad disminuye (Etapa 1) llegando a un punto donde

(Etapa 2) se crea una barrera interna que controla la salida de agua y entrada de sólidos, la cual

converge en una línea para las placas de gelatina.

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6.5. Mecanismo de difusión de las moléculas de agua en placas gel enriquecidas con L.

bulgaricus.

La difusión del agua en los alimentos depende del contenido de humedad, temperatura, así como

de la estructura del material. En la Figura 9 se puede observar el efecto de la concentración de

proteína sobre el coeficiente de difusión del agua en las placas de gel enriquecidas con L.

bulgaricus.

Figura 9. Efecto de la concentración de proteína sobre Dw, durante la deshidratación osmótica en

placas de manzana en una solución al 60% de sacarosa.

Existe una zona de alto contenido de humedad en la cual los coeficientes de difusión son

elevados. Después de esa zona, la disminución del contenido de humedad hace que Dw disminuya

casi de forma constante. Además, se puede observar que Dw es dependiente de la concentración

de proteína en la matriz de gel. Dw del gel es mayor conforme disminuye la concentración de

proteína, debido a la estructura de red abierta del gel y su alto contenido en agua hace que Dw sea

mayor.

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7. CONCLUSIONES

La concentración de proteína tuvo efecto sobre las cinéticas de pérdida de agua y ganancia de

sólidos, ya que su aumento disminuye en mayor proporción la ganancia de sólidos y la pérdida de

agua en las placas de gel enriquecidas con L. bulgaricus.

Las gráficas de encogimiento (Vt/V0) contra contenido de humedad (X/X0) mostraron que la

reducción en el tamaño de la placa se ve afectada por la concentración de proteína, esto se debe a

que a menor concentración de proteína las moléculas de agua se encuentran menos ligadas a la

estructura del gel provocando que se pierda agua con mayor velocidad.

Los coeficientes de difusión del agua en las placas de gel fueron afectados por la concentración

de proteína y el contenido de humedad, lo que indicó que el proceso de difusión fue controlado

de forma entrópica, debido a que mostró que al incrementar la concentración de proteína se crea

una barrera física que dificulta la difusión de las moléculas de agua del interior de la placa hacia

la solución osmótica, y de igual forma se afecta la impregnación de los sólidos solubles.

Debido al incremento en la concentración de proteína, los cambios estructurales que sufre el gel

durante la DO, se genera una barrera entrópica, la cual no ayuda en la supervivencia de los

microorganismos probióticos y, aunque existe disminución en las ufc/g, el efecto probiótico en el

organismo humano puede ser factible.

La aplicación de la deshidratación osmótica a placas de gel enriquecidas con probióticos, aún

puede mejorarse para alcanzar una mayor cantidad de células viables y así aumentar su potencial

en el desarrollo de alimentos funcionales.

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57

9. ANEXO

9.1.Comandos en MATLAB para cálculos de las cinéticas de WFL y SG utilizando el método

continuo.

function

[Datos1,ML,t_ML,I,P,WFL_Mo,SG_Mo,WFL_Mo_SG_Mo,SG_inf,WFL_inf,S1,S2,WFL,SG]=

Cinetica_DO()

Código del programa desarrollado en MATLAB 2011b

clc

format long

fprintf('::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::\n');

fprintf(':::::::::: CINETICAS DE DESHIDRATACION OSMOTICA ::::::::::\n');

fprintf('::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::\n\n');

fprintf(' UNIVERSIDAD VERACRUZANA \n');

fprintf(' FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS - ORIZABA \n');

fprintf(' INGENIERIA EN ALIMENTOS \n');

fprintf(' ALUMNA: KARINA HUERTA VERA \n');

fprintf(' ASESOR: DR. ENRIQUE FLORES ANDRADE \n\n');

fprintf(':::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::\n');

fprintf(':::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::\n\n');

fprintf('Todos los datos se deben introducir en columnas.\n\n');

No_M = input('Numero de matrices a analizar: ');

No_R = input('Numero de replicas por matriz: ');

No_D = input('Numero de datos experimentales: ');

fprintf('\n:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::\n');

fprintf(':::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::\n\n');

Datos1 = zeros(No_D,No_R*No_M)

Humedad = zeros(2,No_R);

C = 0;

for M=1:No_M

C = C + 1;

fprintf('Tiempos de la matriz %2.0f:\n',M);

Datos1(:,C) = input('');

fprintf('Humedad inicial y final de la matriz %2.0f:\n',M);

Humedad(:,C) = input('');

for R=1:No_R

C = C + 1;

fprintf('Masa de matriz %2.0f de replica %2.0f:\n',M,R);

Datos1(:,C) = input('');

end

end

%Extraccion de las columnas de masa de cada replica de cada matriz

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Masa = zeros(No_D,No_M*No_R);

a = 1;

c = 0;

for M=1:No_M

a = a + 1;

for b=1:No_R

c = c + 1;

Masa(:,c) = Datos1(:,a);

a = a + 1;

end

end

ML = ML1(Masa);

[t_ML,t] = t_ML1(Datos1,ML);

%:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

%::::::::::::: AJUSTE POLINOMIAL :::::::::::::::

%:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

P = zeros(No_M*No_R,2);

a = 0;

b = 0;

for c=1:No_M

a = a + 1;

b = b + 3;

for d=a:b

P(d,:) = polyfit(t,t_ML(:,d),1);

end

a = a + 2;

end

%Interseccion

I = P(:,2)';

%Pendiente

P = P(:,1)';

%:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

%::::::::::::: CALCULO WFL Y SG ::::::::::::::::

%:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

%WFL/Mo

WFL_Mo = zeros(1,No_M*No_R);

for b=1:No_M

for a=1:(No_M*No_R)

WFL_Mo(1,a) = ((Masa(1,a)*Humedad(2,b))-(Masa(No_D,a)*Humedad(1,b)))/Masa(1,a);

end

end

%SG/Mo

SG_Mo = zeros(1,No_M*No_R);

for b=1:No_M

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59

for a=1:(No_M*No_R)

SG_Mo(1,a) = ((Masa(1,a)*(Humedad(2,b)-1))-(Masa(No_D,a)*(Humedad(1,b)-

1)))/Masa(1,a);

end

end

%WFL/MG/SG/MG = WFL/SG

WFL_Mo_SG_Mo = WFL_Mo.*SG_Mo.^-1;

%SG?

SG_inf = zeros(1,No_M*No_R);

for a=1:(No_M*No_R)

SG_inf(:,a) = (1/P(:,a))/(WFL_Mo_SG_Mo(:,a)-1);

end

%WFL?

WFL_inf = zeros(1,No_M*No_R);

for a=1:(No_M*No_R)

WFL_inf(:,a) = (1/P(:,a))/(1-(SG_Mo(:,a)/WFL_Mo(:,a)));

end

%S2

S2 = zeros(1,No_M*No_R);

for a=1:(No_M*No_R)

S2(:,a) = (1/I(:,a))/(SG_inf(:,a)*(WFL_Mo_SG_Mo(:,a)-1));

end

%S1

S1 = zeros(1,No_M*No_R);

for a=1:(No_M*No_R)

S1(:,a) = (1/I(:,a))/(WFL_inf(:,a)*(1-(1/WFL_Mo_SG_Mo(:,a))));

end

%WFL

WFL = zeros(No_D-1,No_M*No_R);

for a=1:No_M*No_R

for b=2:No_D;

WFL(b,a) = (S1(:,a)*Datos1(b,1)*WFL_inf(:,a))/(1+S1(:,a)*Datos1(b,1));

end

end

%SG

SG = zeros(No_D-1,No_M*No_R);

for a=1:No_M*No_R

for b=2:No_D;

SG(b,a) = (S2(:,a)*Datos1(b,1)*SG_inf(:,a))/(1+S2(:,a)*Datos1(b,1));

end

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60

end

%:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

%::::::::::: SECCION COMPLEMENTARIA ::::::::::::

%:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

function ML = ML1(Masa)

[r,c] = size(Masa);

ML = zeros(r-1,c);

for a=1:c

for b=2:r

ML(b-1,a) = (Masa(1,a)-Masa(b,a))/Masa(1,a);

end

end

9.2.Uso del programa

1. Iniciar MATLAB 2011b. En la ventana “Currect folder” dirigirse a la ubicación del archivo

Cinetica_DO y abrirlo.

Figura 10. Pantalla del programa MATLAB 2011b.

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Figura 11. Código de la cinética de deshidratación osmótica de placas de gel enriquecidas con L.

bulgaricus (Pantalla del programa MATLAB 2011b).

2. Copiar la primera línea de código, a excepción de la palabra “function”. Cerrar el código y

pegar el texto copiado en la sección “Command Window”.

Figura 12. Forma de introducir los datos de la cinética de deshidratación osmótica de placas de

gel enriquecidas con L. bulgaricus (Pantalla del programa MATLAB 2011b).

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3. Al Pulsar enter el programa se ejecuta, primeramente muestra información de interés acerca

del programa, posteriormente nos permite introducir nuestros datos experimentales. El programa

está diseñado para trabajar con distintos números de matrices así como el número de réplicas. Los

datos experimentales deben ser introducidos en filas.

Figura 13. Datos que genera el programa de la cinética de deshidratación osmótica de placas de

gel enriquecidas con L. bulgaricus (Pantalla del programa MATLAB 2011b).

4. En la siguiente figura se muestra los resultados generados por MATLAB 2011b para la Matriz

A.

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[Datos1,ML,t_ML,I,P,WFL_Mo,SG_Mo,WFL_Mo_SG_Mo,SG_inf,WFL_inf,S1,S2,

WFL,SG]=Cinetica_DO()

:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

:::::::::::: CINETICAS DE DESHIDRATACION OSMOTICA :::::::::::::

:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS - ORIZABA

INGENIERIA EN ALIMENTOS

ALUMNA: KARINA HUERTA VERA

ASESOR: DR. ENRIQUE FLORES ANDRADE

:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

Numero de matrices a analizar: 1

Numero de replicas por matriz: 3

Numero de datos experimentales: 6

:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

:::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::

Tiempos de la matriz 1:

[0;60;120;180;240;300];

Humedad inicial y final de la matriz 1:

[0.345700000000000;0.670500000000000];

Masa de matriz 1 de replica 1:

[12.291100000000000;10.507700000000000;9.704900000000000;9.15340000

0000000;8.746900000000000;8.559500000000000];

Masa de matriz 1 de replica 2:

[12.120700000000000;10.334200000000000;9.415500000000000;8.94150000

0000000;8.524200000000000;8.370400000000000];

Masa de matriz 1 de replica 3:

[13.684800000000000;11.844400000000000;10.863200000000000;10.361900

000000000;9.879100000000000;9.649300000000000];

Datos1 =

1.0e+02 *

0 0.122911000000000 0.121207000000000

0.136848000000000

0.600000000000000 0.105077000000000 0.103342000000000

0.118444000000000

1.200000000000000 0.097049000000000 0.094155000000000

0.108632000000000

1.800000000000000 0.091534000000000 0.089415000000000

0.103619000000000

2.400000000000000 0.087469000000000 0.085242000000000

0.098791000000000

3.000000000000000 0.085595000000000 0.083704000000000

0.096493000000000

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ML =

0.145096858702639 0.147392477332167 0.134484976031802

0.210412412233242 0.223188429711155 0.206184964339998

0.255282277420247 0.262295081967213 0.242816847889629

0.288354988568965 0.296723786579983 0.278096866596516

0.303601793167414 0.309412822691759 0.294889220156670

t_ML =

1.0e+03 *

0.413516877873724 0.407076406381192 0.446146489893502

0.570308560822829 0.537662280053231 0.582001701162461

0.705101826178411 0.686250000000000 0.741299467332752

0.832307431860505 0.808833032114556 0.863008644927346

0.988136456211813 0.969578433725302 1.017331185726676

I =

1.0e+02 *

2.785028222753005 2.630275884299925 3.029445971791774

P =

2.352063379523087 2.326958011249241 2.372293892385387

WFL_Mo =

0.429755139897975 0.431764012804541 0.426743203408161

SG_Mo =

0.126153346730561 0.122351190112782 0.131853983251491

WFL_Mo_SG_Mo =

3.406609107373488 3.528890993267369 3.236483213360459

SG_inf =

0.176662927910943 0.169934416092438 0.188480257518662

WFL_inf =

0.601821539156684 0.599680030394754 0.610013189509007

S1 =

0.008445384360228 0.008846821069755 0.007830784620273

S2 =

0.008445384360228 0.008846821069755 0.007830784620273

WFL =

0 0 0

0.202397415049796 0.207939501757497 0.194995056694627

0.302920301018743 0.308801760655531 0.295523821112982

0.363019500477420 0.368360171798602 0.356847490787380

0.402996642148345 0.407674102090204 0.398158057767720

0.431508280160283 0.435566065292441 0.427878129057896

SG =

0 0 0

0.059413160908809 0.058924886644052 0.060249055483950

0.088921355949845 0.087506743972733 0.091310166508214

0.106563297706120 0.104384117418583 0.110257791331741

0.118298469077674 0.115524708149951 0.123021820760291

0.126667975855022 0.123428597291172 0.132204649568884