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Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos
Académicos de las IES del Estado de Hidalgo.
Primera Edición: 2013
Universidad Politécnica de Francisco I. Madero
Km 2 Carretera Tepatepec - San Juan Tepa.
Francisco I. Madero, Hidalgo. México. CP 42660
ISBN 978-607-9260-05-7
México. 2013
Comité Científico y Compilación:
Luis Díaz Batalla
Susana G. Sánchez Herrera
Xochitl Tovar Jiménez
Juan Noguez Estrada
Nellybeth Rodríguez Martínez
Julia María Domínguez Soto
Gustavo Serrano Lora
Ilustración:
María del Rocío Hernández Vargas
Fernando Cruz López
Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
DIRECTORIO
Secretario de Educación Pública
Lic. Emilio Chuayffet Chemor
Subsecretario de Educación Superior
Dr. Fernando Serrano Migallón
Coordinador de Universidades Politécnicas
Dr. Gustavo Flores Fernández
Lic. José Francisco Olvera Ruiz
Gobernador del Estado de Hidalgo
Prof. Joel Guerrero Juárez
Secretario de Educación Pública
Lic. Rolando Dúran Rocha
Subsecretario de Educación Media
Superior y Superior.
Ing. Juan de Dios Nochebuena Hernández
Rector de la UPFIM.
M.C. Julio Antonio Pérez Espinosa
Secretario Académico de la UPFIM.
M.C. Susana Graciela Sánchez Herrera
Directora del Programa Educativo de Ingeniería Agroindustrial
Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Presentación
Las sociedades humanas actuales enfrentan desafíos sin precedentes,
generados como consecuencia de su propio desarrollo, la salud, la
seguridad alimentaria, la pobreza, el acceso a agua potable, la
degradación de los recursos naturales y el cambio climático, son
problemas de naturaleza global y la innovación se considera como una
herramienta indispensable para superarles de forma puntual y a costos
asequibles. El proceso de innovación, ofrece a las naciones la
posibilidad de impulsar el crecimiento económico, el empleo, mejorar
la calidad de vida, fortalecer la competitividad y diversificar su
economía. Cada elemento del sistema de innovación de un país
(empresas, gobierno y universidades), debe buscar su fortalecimiento
independiente, que permita una integración coordinada y eficiente al
proceso. Las Instituciones de Educación Superior (IES) son parte
fundamental del sistema de innovación del país y el Plan Estatal de
Desarrollo del Estado de Hidalgo 2011-2016, las considera
estratégicas para el desarrollo regional, por lo que deben fortalecerse a
través de la vinculación interinstitucional eficiente, que facilite un
mejor uso de los recursos y la capacidad instalada, que en
consecuencia les permita asociarse de mejor manera al sector
productivo, incrementando su competitividad. En este contexto se
presenta el libro “Biotecnología y Alimentos; Temas desarrollados
por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo”, un
documento generado en el marco del “1er Foro del Cuerpos
Académicos del Área de Biotecnología y Alimentos del Estado de
Hidalgo”, que pretende contribuir a la divulgación de los temas
desarrollados en las IES del estado de Hidalgo y fortalecer la
colaboración entre pares y cuerpos académicos a fin de avanzar en su
consolidación y en el fortalecimiento del sistema estatal de
innovación.
Juan de Dios Nochebuena Hernández
Encargado de Rectoría
Universidad Politécnica de Francisco I. Madero
Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
CONTENIDO
Aprovechamiento Integral de Recursos Bióticos.
Cuerpo Académico Aprovechamiento Integral de Recusos Bióticos.
Universidad Politécnica de Pachuca.
Tecnofuncionalidad y Nutrición Molecular de Compuestos Bioactivos.
Cuerpo Académico de Nutriología.
Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo.
Efecto del Contenido de Bagazo de Naranja Sobre el Índice de Expansión y Estructura
de Botanas Extrudidas de Maíz Azul Directamente Expandidas.
Cuerpo Académico de Química en Alimentos.
Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo.
Perspectiva de la Biotecnología.
Cuerpo Académico de Biotecnología Agroindustrial Sustentable.
Universidad Politécnica de Francisco I Madero.
Agua Residual y Producción Agrícola en el Valle del Mezquital.
Cuerpo Académico de Biotecnología Agroindustrial Sustentable.
Universidad Politécnica de Francisco I Madero.
Elaboración de un Pan Libre de Gluten a Base de Maíz, Arroz y Tapioca.
Cuerpo académico de Industrias Alimentarias.
Instituto Tecnológico Superior del Oriente del Estado de Hidalgo.
Comportamiento de los Parámetros Fisicoquímicos en un Sistema Acuapónico con
Restricción de Oxígeno.
Cuerpo Académico de Biotecnología Agroindustrial Sustentable.
Universidad Politécnica de Francisco I Madero.
Efecto del Estímulo de Extractos Frutales en la Germinación de Laelia speciosa (H.B.K)
Schltr.
Cuerpo Académico de Biotecnología Agroindustrial Sustentable.
Universidad Politécnica de Francisco I Madero.
Riesgos Biológicos Asociados al Consumo de Carne de Cerdo y Estrategias para
Asegurar su Inocuidad.
Cuerpo Académico de Biotecnología Agroindustrial Sustentable.
Universidad Politécnica de Francisco I Madero.
Efecto del Grado de Cocción de la Penca de Maguey (Agave salmiana) en las
Propiedades Sensoriales de la Barbacoa de Borrego Empacada al Vacío.
Cuerpo Académico de Biotecnología Agroindustrial Sustentable.
Universidad Politécnica de Francisco I Madero.
Valor Agregado en la Cadena de Producción Cunícola.
Cuerpo Académico de Biotecnología Agroindustrial Sustentable.
Universidad Politécnica de Francisco I. Madero.
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Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Aprovechamiento Integral de Recursos Bióticos.
Arana-Cuenca, A.*, Anducho-Reyes, M.A., Maqueda-Gálvez, A.P.,
Mercado-Flores, Y. y Téllez Jurado, A.
Cuerpo Académico Aprovechamiento Integral de Recusos Bióticos. Universidad
Politécnica de Pachuca. Carr. Pachuca – Ciudad Sahagún km 20, Ex Hacienda de
Santa Bárbara, CP 43830, Zempoala, Hidalgo. Tel .7715477510, e-mail:
*[email protected]
Resumen
El Cuerpo Académico Aprovechamiento Integral de Recursos Bióticos (AIRB), de
la Universidad Politécnica de Pachuca, está reconocido por el Programa de
Mejoramiento del Profesorado (PromeP) de la Secretaria de Educación Pública
(SEP) desde el año 2006 y actualmente es reconocido como Cuerpo Académico en
Consolidación (CAEC). Después de algunas modificaciones quedó conformado por
cinco integrantes que actualmente se encuentran desarrollando tres Líneas de
Generación y Aplicación del Conocimiento (LGACs): 1) Aislamiento,
caracterización y aplicación de organismos de interés biotecnológico; 2) Análisis
moleculares y bioinformático de organismos de interés biotecnológico y 3) Diseño y
desarrollo de procesos biotecnológicos para la obtención de productos con alto valor
agregado. Las investigaciones que llevan a cabo los integrantes del CA están
enfocados al aprovechamiento de residuos agroindustriales y a la obtención de
productos agrícolas amigables con el medio ambiente como el control biológico y
los biofertilizantes. En el presente trabajo se presenta los avances del grupo de
trabajo, el financiamiento obtenido en diversos proyectos de investigación así como
los productos generados, desde la fundación del CA hasta la fecha.
Palabras clave: Aprovechamiento de residuos, control biológico, biotecnología.
INTEGRANTES DEL CUERPO ACADÉMICO
El Cuerpo Académico Aprovechamiento Integral de Recursos Bióticos
(AIRB) fue creado en el año 2006 con el objetivo de desarrollar proyectos de
aprovechamiento de los recursos biotecnológicos disponibles en el estado de
Hidalgo para obtener productos, amigables con el medio ambiente, que
mejoren la calidad de vida de los productores.
En la actualidad y después de algunas modificaciones, el CA ha quedado
conformado por un grupo interdisciplinar de 5 integrantes (por orden
alfabético): Dra. Ainhoa Arana Cuenca, Dr. Alejandro Téllez Jurado, M.C.
Alma Patricia Maqueda Gálvez, Dr. Miguel Ángel Anducho Reyes y Dra.
Yuridia Mercado Flores (Tabla 1).
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Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Tabla 1. Integrantes del Cuerpo Académico.
Intregante
Grado de estudios
Perfil
PromeP
SNI
Ainhoa Arana Cuenca
Doctorado en Biología
Molecular por la Universidad
Autónoma de Madrid (España)
Si
Si (I)
Alejandro Téllez Jurado
Doctorado en Microbiología
Molecular por la Universidad
de Alcalá (España)
Si
Si (I)
Alma Patricia Maqueda Gálvez
Maestría en Biotecnología por
la Universidad de las Américas,
Puebla
Si
No
Miguel Angel Anducho Reyes
Doctorado en Ciencias
Químicobiológicas por el
Instituto Politécnico Nacional
Si
Si (C)
Yuridia Mercado Flores
Doctorado en Ciencias
Químicobiológicas por el
Instituto Politécnico Nacional
Si
Si (I)
El trabajo interdisciplinar y colaborativo entre los diferentes miembros del
CA es una de sus fortalezas y se ha visto reflejado en los proyectos que han
sido apoyados por diferentes fuentes financiadoras como CONACYT (5
proyectos de Ciencia Básica); Secretaría de Economía (1 proyecto
FINNOVA), Secretaria de Educación Pública (4 proyectos PromeP, 1
proyecto de Redes de Investigación); Estado de Hidalgo (3 proyectos
FOMIX-Hidalgo, 1 proyecto Fondo Hidalgo, 1 proyecto Fundación HidalgoProduce), SAGARPA (1 proyecto de investigación), SEMARNAT (1
proyecto de investigación), FESE (1 proyecto de Desarrollo Tecnológico en
colaboración con empresa); así como financiamiento internacional con 1
proyecto aprobado por la Comunidad Europea (FONCICYT) y 1 proyecto
apoyado por el Programa Iberomericano de Ciencia y Tecnología para el
Desarrollo (CYTED). De esta manera, el laboratorio de investigación que
comparten los investigadores del CA AIRB tiene el material y el
equipamiento necesarios para realizar estudios microbiológicos,
bioquímicos, moleculares y de ingeniería.
LÍNEAS
DE
INVESTIGACIÓN
CONOCIMIENTO
Y
GENERACIÓN
DEL
El CA AIRB, como se indicó anteriormente, tiene como objetivo desarrollar
productos y procesos biotecnológicos que ayuden a mejorar el nivel de vida
de los productores del estado con tecnologías amigables para el medio
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
ambiente. Por ello, están enfocados, principalmente, en el aprovechamiento
de residuos agrícolas para generar productos de alto valor agregado y el
desarrollo de productos con especial atención en el control biológico y los
biofertilizantes. Para ello, desarrollan tres Líneas de Generación y
Aplicación del Conocimiento (LGACs) cuyos principales resultados, hasta la
fecha, se exponen a continuación:
LGAC 1. Aislamiento, Caracterización y Aplicación de Organismos de
Interés Biotecnológico
El desarrollo de productos y procesos biotecnológicos comienza con la
selección de los organismos de interés. Para ello, el CA ha desarrollado
varios proyectos cuya finalidad ha sido el aislamiento y caracterización de
microorganismos para poder utilizarlos biotecnológicamente.
El aprovechamiento de residuos agrícolas es posible cuando se utilizan
microorganismos (en especial hongos filamentosos) con la capacidad de
degradar los componentes de la pared celular [1-3]. En este sentido, se
desarrolló un proyecto (financiado por FOMIX-Hidalgo) donde se aislaron y
caracterizaron hongos basidiomicetos (Fig. 1) con la capacidad de producir
enzimas de interés industrial como la lacasa, proteasa, lipasa, celulasa y
xilanasa [4,5] que actualmente se están aplicando en la generación de
productos de alto valor agregado.
Figura 1. Imagen de algunos de los hongos basidiomicetos colectados y aislados de
la Huasteca Hidalguense.
Por otra parte, el control biológico y la obtención de biofertilizantes son
procesos relacionados que pueden realizarse con microorganismos aislados
de suelo. Para el control biológico de enfermedades de plantas producidas
por hongos fitopatógenos (proyecto financiado por FOMIX-Hidalgo) se
cuenta con una importante colección de bacterias (con interés especial en el
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Hidalgo, Noviembre 2013
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género Bacillus) y algunas de ellas, pueden ser utilizadas como
biofertilizantes al estimular el crecimiento de las plantas de interés [6-7]. Por
su parte, también se han aislado hongos filamentosos que permiten el control
biológico de insectos plaga, siendo los chapulines uno de los principales
problemas de la región de influencia de la Universidad Politécnica de
Pachuca, por lo que se están estudiando (gracias a un proyecto financiado
por SEMARNAT) especies como Beauveria bassiana y Paecilomyces
fumosoroseus cuyo mecanismo de acción hace que su aplicación
biotecnológica sea factible [8].
En referencia a la caracterización de los organismos aislados, el CA AIRB
tiene un especial interés en el estudio de las enzimas involucradas en la
degradación de los residuos vegetales; ya sea de los hongos fitopatógenos
para entender sus factores de virulencia (apoyado por Ciencia Básica, del
CONACYT) [9,10] como de los hongos de podredumbre blanca para
entender cómo es el proceso de degradación de la madera a partir del estudio
de expresión de sus enzimas durante la fermentación sólida de los residuos
agrícolas [11].
En este sentido, se están realizando proyectos de aplicación biotecnológica
como es el uso de la proteasa para la obtención de péptidos activos del suero
lácteo para lo cual, el primer paso fue poner a punto la técnica para
concentrar las proteínas de interés si perder calidad en el proceso [12].
LGAC 2. Análisis Moleculares y Bioinformáticos de Organismos de
Interés Biotencológico
Una vez aislados los microorganismos de interés, como se describe en el
apartado anterior, es importante su identificación morfológica que debe ser
confirmada con análisis moleculares por lo que en el laboratorio se realiza
rutinariamente la identificación de bacterias y hongos de interés utilizando
los genes ribosomales como marcador molecular (26S para bacterias e ITS
para hongos). Por ello, ha sido posible la identificación de los
microorganismos anteriormente descritos [4,7].
Por otro lado, los estudios moleculares pueden ser importantes recursos de
investigación básica que nos ayuden a entender cómo ocurren los procesos
metabólicos o cómo se comportan una población de interés biotecnológico.
El CA está desarrollando dos proyectos apoyados por Ciencia BásicaCONACYT; por un lado, se está realizando un estudio poblacional del
hongo basidiomiceto Trametes versicolor para conocer su distribución y
evolución en la Sierra Madre Oriental de México; y por otro lado, se está
realizando un estudio para conocer los genes que se expresan
diferencialmente en fermentación en estado sólido y así poder, en un futuro,
tener microorganismos mejorados.
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
LGAC 3. Diseño y Desarrollo de Procesos Biotecnológicos para la
Obtención de Productos con Alto Valor Agregado
Finalmente, todos los estudios realizados por el grupo de trabajo tienen
como objetivo final su aplicación biotencnológica por lo que el diseño y
desarrollo de procesos biotecnológicos es fundamental para el CA.
Actualmente, se cuenta con tres solicitudes de patentes que están siendo
evaluadas por el IMPI. Por un lado, se plantea patentar la proteasa ácida
producida por Sporisorium reilianum ya que, sus características bioquímicas
son interesantes y puede tener múltiples aplicaciones biotecnológicas como
su utilización para la liberación de péptidos bioactivos (actividad
antipertensiva y antioxidante) del suero lácteo, que es el tenor de la segunda
patente. Finalmente, este hongo es un patógeno muy importante en el estado
de Hidalgo al infectar al maíz produciendo la enfermedad conocida como
carbón de la espiga que está afectando gravemente al cultivo. Por ello, el CA
desarrolló una metodología para combatir a este patógeno utilizando una de
las bacterias aisladas (Fig. 2) por el grupo de trabajo lo que ha sido motivo
para la presentación de la tercera patente mencionada.
Figura 2. Actividad antifúngica de la bacteria en proceso de patente contra el
patógeno de maíz Sporisorium reilianum.
Además, se están desarrollando dos proyectos de desarrollo tecnológico. Por
una parte, gracias al financiamiento de la Secretaria de Economía en su
convocatoria de FINNOVA, se está estudiando el proceso para obtener
productos de valor agregado a partir de un aprovechamiento integral de la
paja de cebada. Por otro lado, gracias a un financiamiento de la Fundación
Educación Superior – Empresa (FESE) en la convocatoria de I-D-i, se
realizará la optimización de la producción de hongo seta con la colaboración
de una asociación de productores del estado de Hidalgo.
FORMACIÓN DE REDES
Otra actividad que llevan a cabo los integrantes del grupo de trabajo es la
formación de redes de investigación de manera que, el CA actualmente
participa en dos redes con financiamiento.
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
En la Red de Biotecnología de las Universidades Politécnicas (financiada
por PromeP), iniciada por el CA AIRB, donde además participan las
universidades politécnicas de Chiapas y de Puebla siendo los objetivos de
fortalecer la Red y la generación de recursos humanos especializados así
como la de incrementar la productividad de los CA participantes.
En la otra Red que participa el CA es la denominada “Productos de valor
agregado a partir de residuos agro y forestoindustriales (PROVALOR)” la
cual es apoyada por el Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología
para el Desarrollo (CYTED) donde el CA es el coordinador nacional. Los
objetivos de esta red es la de coordinar las acciones de los diferentes grupos
de investigación y empresas iberoamericanas que estén realizando
investigación y desarrollo sobre la generación de productos químicos de alto
valor agregado a partir de residuos gro industriales.
FORMACIÓN DE RECURSOS HUMANOS
La investigación es una actividad primordial para la Universidad Politécnica
de Pachuca y para el CA AIRB, pero su razón de ser es la formación de
recursos humanos. Por ello, es importante mencionar y destacar la
participación de alumnos de licenciatura y posgrado, ya que gracias a su
trabajo ha sido posible desarrollar los proyectos que se han mencionado
anteriormente y obtener los productos de interés.
En este sentido, bajo la dirección de algún integrante del CA AIRB, mas de
25 alumnos de ingniería han terminado sus créditos para obtener el título de
Ingeniería en Biotecnología. Así mismo se han formado 4 Especialistas en
Biotecnología Ambiental; 11 Maestros en Biotecnología y 1 Doctora en
Ciencias en Biotecnología. Actualmente, varios alumnos de los diferentes
grados de estudios están desarrollando sus trabajos de investigación en
alguno de los proyectos financiados por lo que los productos del CA van en
aumento.
REFERENCIAS
[1] Téllez, A.; Maqueda A.P.; Mercado, Y.; Anducho, M.G.; Arana, A.
(2009) “Hongos de podredumbre blanca y biotecnología” Ciencia y
Desarrollo 35(229):8-13.
[2] Rivera Ríos, J.M.; Cruz Ramírez, M.G.; Cruz Madrid, L.C.; Maqueda
Gálvez, A.P.; Medina Moreno, A.; Téllez-Jurado, A.; Arana-Cuenca, A.
(2007) “Los benéficos hongos de la madera” ¿Sabías Qué…?
Divulgación del conocimiento de Hidalgo. 2:6-7.
[3] Arana, A.; Téllez, A.; González, T.; González, A.E. (2002) “Aspectos
generales de la biodegradación de la madera: aplicaciones industriales de
las lacasas” BioTecnología 7(3):40-55
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
[4] Cruz Ramírez, M.G.; Rivera-Ríos, J.M.; Téllez-Jurado, A.; Maqueda
Gálvez, A.P.; Mercado-Flores, Y.; Arana-Cuenca, A. (2012) “Screening
of thermotolerant ligninolytic fungi with laccase, lipase, and protease
activity isolated in Mexico” Journal Environmetal Managament
95:S256-S259.
[5] Téllez, A.; Mercado, Y.; Anducho, M.A.; Maqueda, A.P.; Rivera, J.M.;
Cruz, M.G.; Arana, A. “Aislamiento de hongos basidiomicetos y su
aplicación a procesos de deslignificación de residuos vegetales y al
tratamiento de efluentes de origen textil”. En: Hacia un Desarrollo
Sostenible del Sistema de Producción-Consumo de los Hongos
Comestibles y Medicinales en Latinoamérica: Avances y Perspectivas en
el Siglo XXI. Editores Martínez-Carrera, D., Curvetto, N., Sobal, P.,
Morales P. y Mora, V.M. Ed. Red Latinoamericana de Hongos
Comestibles y Medicinales: Producción, Desarrollo y Consumo.
Capitulo 30, pp. 551-562.
[6] Rojas-Olvera, A.V.; Petatán-Sagahón, I.; Téllez Jurado, A.; Arana
Cuenca, A.; Anducho Reyes, M.A.; Silva Rojas, V.; Mercado Flores Y.
(2009) “Control biológico, una herramienta amigable con el medio
ambiente para combatir enfermedades de maíz” Innova Ciencia.
COCyTEH 1:28-32.
[7] Petetán-Sagahón, I., Anducho-Reyez, M.A., Silva-Rojas, H.V., AranaCuenca, A., Téllez-Jurado, A., Cárdenas-Álvarez, I.O. y Mercado-Flores,
Y. (2011) “Isolation of bacteria with antifungal activity against the
phytopathogenic fungi Stenocarpella maydis and Stenocarpella
macrospora” International Journal Molecular Sciences 12:5522-5537.8
[8] Téllez-Jurado, A.; Cruz Ramírez, M.G.; Mercado Flores, Y.; Asaff
Torres, A.; Arana-Cuenca, A. (2009) “Mecanismos de acción y respuesta
en la relación de hongos entomopatógenos e insectos” Revista Mexicana
de Micología 30:73-80.
[9] Quintanar Gómez, S.; Arana-Cuenca, A.; Mercado Flores, Y.; Gracida
Rodríguez, J.N.; Téllez-Jurado, A. (2012) “Effect of particle size and
aeration on the biological delignification of corn straw using Trametes
sp. 44” BioResources 7(1):327-344
[10] Álvarez-Cervantes, J.; Hernández-Domínguez, E.M.; Arana-Cuenca,
A.; Díaz-Godínez, G.; Mercado-Flores, Y. (2013) ”Purification and
characterization of Xylanase SRXL1 from Sporisorium reilianum grown
in submerged and solid-state fermentation” BioResource 8(4):53095318.
[11] Mandujano-González, V.; Arana-Cuenca, A.; Anducho-Reyez, M.A.;
Téllez-Jurado, A.; González-Becerra, A.E.: Mercado-Flores, Y. (2013)
”Biochemical study of the extracellular aspartyl protease Eap1 from the
phytopathogen fungus Sporisorium reilianum” Protein Expression and
Purification 92(2):214-222.
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
[12] Tovar Jiménez, X.; Arana-Cuenca, A.; Téllez Jurado, A.; Abreu
Corona, A.; Muro Urista, C.M. (2012) “Traditional methods for whey
protein isolation and concentration: effects on nutritional properties and
biological activity” Journal of the Mexican Chemical Society, 56(4):369377
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Tecnofuncionalidad y Nutrición Molecular de
Compuestos Bioactivos.
Alanís-García, E*, Cruz-Cansino, N.S., Ramírez-Moreno, E., DelgadoOlivares, L., Manríquez-Torres, J.J., Ariza-Ortega J.A.
Área Académica de Nutrición.Cuerpo Académico de Nutriología. Instituto de
Ciencias de la Salud. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo.
Carretera Actopan-Tilcuautla, ex-Hacienda la Concepción, San Agustín Tlaxiaca,
Hidalgo, México. CP. 42086. Tel. (01-771) 71-72000. Ext. 4312. *e-mail:
[email protected]
Resumen
El CA de Nutriología está conformado por las líneas de generación y aplicación del
conocimiento (LGAC): Nutrición clínica y enfermedades crónico no transmisibles,
y Tecnofuncionalidad y nutrición molecular de compuestos bioactivos; dada el
propósito de este foro solo nos enfocaremos a desarrollar la segunda LGAC debido a
la afinidad al área de Biotecnología Alimentaria. La línea tiene como objetivo
identificar y caracterizar compuestos bioactivos, aplicando procesos tecnológicos
para mantener o mejorar la funcionalidad de un alimento mediante tecnologías
emergentes y/o convencionales, así como determinar los efectos moleculares de los
compuestos bioactivos y su relación en los procesos salud enfermedad mediante
sistemas in vivo y/o in vitro. La LGAC fortalece al PE de la Licenciatura en
Nutrición. Genera, aplica y transmite los conocimientos sobre los compuestos
bioactivos y el efecto que tienen los procesos tecnológicos de conservación sobre la
funcionalidad de alimentos frescos y procesados, denotado como
tecnofuncionalidad. Así como la implicación de estos compuestos en la dieta y su
repercusión en el binomio salud-enfermedad. Como también el papel de los
compuestos bioactivos en el proceso de expresión de genes (transcripción, síntesis y
función de proteínas) y su repercusión en el estado de salud o restablecimiento de
ésta. Propone, al entorno, nuevas alternativas de consumo de alimentos (nivel
regional) y el uso en la alimentación humana (nivel estatal). La LGAC permitirá
ejercer con mayor visión los PE, un aprendizaje activo de los estudiantes en
escenarios reales. Generando información de alternativas de alimentación para la
población.
Palabras clave: salud, compuestos bioactivos, antioxidantes, ultrasonido, -
glucanos.
INTRODUCCIÓN
En los últimos años, principalmente en México, las enfermedades asociadas
con una alimentación inadecuada han aumentado su incidencia. El sobrepeso
y la obesidad en nuestro país es alta (hasta un 73 % en población adulta), y
esta relacionada por la ingestión de dietas con alta densidad energética, bajas
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
en fibra y al consumo de bebidas azucaradas, en combinación con una escasa
actividad física, además de otros factores asociados (ENSANUT, 2012). La
prevalencia de sobrepeso y obesidad se asocia con mayor riesgo de
desarrollar enfermedades no transmisibles como diabetes, hipertensión y
enfermedad cardiovascular, siendo esta última la primera causa de muerte en
México [1,2]. El Plan de acción actual de la OMS [3], y según los resultados
encontrados en la ENSANUT 2006 [4], es prioritario en nuestro país la
disminución de estas enfermedades, reduciendo el grado de exposición de la
población a los factores de riesgo como es el sobrepeso y la obesidad, la
inactividad física, el desequilibrio energético por la alta ingesta de alimentos
y bebidas hipercalóricas, así como optar por alternativas en la alimentación
que propicien una buena salud. La industria alimentaria puede desempeñar
una función importante en la promoción de una alimentación saludable,
asegurando que todos los consumidores puedan acceder económicamente a
alimentos saludables y nutritivos con mayor disponibilidad [5].
La finalidad de someter a un alimento a un proceso de conservación, por
tecnologías convencionales y/o emergentes, es la de inhibir o retardar las
acciones deteriorantes (microbiológicas, enzimáticas, químicas y físicas), las
cuales demeritan su calidad nutricional, sensorial y funcional del alimento
fresco. El estudio del efecto que tiene los procesos tecnológicos de
conservación sobre la funcionalidad de un alimento, conocido como
Tecnofuncionalidad, permite evaluar las modificaciones que se producen a
nivel conformacional o estructural de compuestos bioactivos, lo que da como
resultando el mantenimiento o incremento de la funcionalidad que repercute
tanto en la conservación del alimento como en el binomio salud-enfermedad.
Por otro lado, se conoce que los componentes de las dietas alimenticias
tienen la capacidad de incidir en las diversas etapas del proceso propio de la
expresión de los genes (transcripción, síntesis y función de proteínas), de tal
manera que pueden ejercer una clara influencia sobre el estado saludable de
los organismos.
En nuestra LGAC se están desarrollando proyectos en los que se evalúa el
efecto de tecnologías convencionales y emergentes, de estas últimas el
Ultrasonido, sobre la conservación de algunos jugos de frutas, así como la
extracción de compuestos bioactivos, complementado con el aislamiento y
caracterización, así como la identificación y su papel en el proceso de
expresión de genes (transcripción, síntesis y función de proteínas). A
continuación se da un panorama de los proyectos de la línea que actualmente
se están realizando en los laboratorios del Centro de Investigación
Interdisciplinario del Instituto de Ciencias de la Salud.
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
ESTUDIOS DE ACTIVIDAD ANTIOXIDANTE DE TUNA Y
APLICACIÓN DE ULTRASONIDO COMO MÉTODO DE
CONSERVACIÓN
Cruz-Cansino N.S.
México es en el principal productor mundial de tuna (Opuntia ficus-indica),
con una gran variabilidad genética y se reconocen alrededor de 23
variedades de tunas comestibles, agrupando a las tunas blancas, púrpuras,
rojas, anaranjadas y amarillas. Las tunas de pulpa blanca y cáscara verde son
las de mayor consumo, su producción en el ámbito nacional corresponde a
casi el 95% de la producción total, y la producción de tuna en nuestro país
registra actualmente un volumen superior a las 400,000 toneladas [6].
En nuestro país este fruto se consume principalmente en fresco, y se ha
revalorizado en los últimos años por su contenido de fibra dietética y
antioxidantes (vitamina C, carotenoides y fenólicos) [7]. La ingesta de estos
compuestos está relacionada con la disminución de la incidencia de
enfermedades crónico no transmisibles [8]. Estudios realizados por nuestra
línea de investigación evaluó la actividad antioxidante (1,1-difenil-2picrilhidrazil secuestrante de radicales libres, la protección contra la
oxidación de una emulsión de ácido β-caroteno-linoleico, y quelación de
hierro (II )), el contenido de compuestos fenólicos totales, ácido ascórbico,
betacianina, y la betaxantina la estabilidad de los pigmentos de betacianina
en presencia de Cu (II)-dependientes de radicales hidroxilo (OH•), en 18
cultivares de tuna púrpura, roja, amarilla y blanca de seis estados mexicanos.
Los resultados arrojaron que la actividad antirradical de variedades de tuna
de color amarilla y blanca no fueron significativamente diferentes (p<0.05) y
fueron menores que en actividad antiradical a las variedades de tuna rojas y
moradas. La tuna roja del estado de Zacatecas mostró la mayor actividad
antioxidante. La actividad captadora de radicales libres de tunas rojas se
correlacionó de manera significativa (p<0,05) a la concentración de
compuestos fenólicos totales (R2=0.90) y ácido ascórbico (R2=0.86). Los 18
cultivares de tuna estudiados mostraron actividad quelante significativa de
iones ferrosos. Finalmente, las tuna roja y púrpura mostraron una gran
estabilidad cuando se expusieron a OH• [9]. Estos resultados podrían generar
el incremento del consumo de la tuna, por sus características saludables y su
alta disponibilidad en nuestro país a partir de su industrialización en forma
de jugo [10, 11], aplicando tecnologías convencionales para reducir la carga
microbiana e incrementar la vida útil.
Diversos estudios optan por el procesamiento de este fruto utilizando el
tratamiento térmico, sin embargo se ha demostrado que presenta problemas
de fermentación y sedimentación, además de la pérdida parcial de
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componentes bioactivos, nutricionales y sensoriales [12, 13]. Por lo que una
alternativa de procesamiento de la tuna es la utilización de tecnologías
emergentes como es el ultrasonido, el cual ha sido aplicado en otros jugos de
frutas [14-17]. Estudios realizados por nuestra línea sobre la aplicación
ultrasonido en jugos de tuna púrpura y blanca, en donde se evaluó el efecto
del ultrasonido (amplitudes 40, 60 y 80 % en diferentes tiempos 10, 15 y 25
min) sobre la calidad (pH, ºBrix, estabilidad física), el crecimiento
microbiano, contenido fenólico, ácido ascórbico y la actividad antioxidante,
arrojaron interesantes resultados. En el jugo de tuna púrpura, el tratamiento
con ultrasonido con tiempos de 15 y 25 min redujo significativamente la
carga microbiana, sin afectar la calidad de sus propiedades antioxidantes y el
jugo tratado a 80 % niveles de amplitud mostró un aumento de compuestos
antioxidantes [18]. Por otro lado, en el jugo de tuna blanca se encontró que
la aplicación a una mayor amplitud y tiempo de ultrasonido (más alto 60 %
y 15 min), reduce significativamente la carga microbiana. Los tratamientos >
15 min presentaron mayor contenido de sólidos solubles totales (º Brix) con
valores de 13.0 a 13.4 ° Brix. Mientras que el tratamiento 60 % 15 min, 80
% 8, 15 y 25 min mostraron mejor estabilidad física (inferior % sólidos
sedimentados) alrededor de 16.93 % -19.41 %. Una cantidad apreciable de
compuestos bioactivos se encontraron principalmente en el tratamiento al 80
% 25 min en el contenido total de fenólicos, mientras que el ácido ascórbico
fueron los tratamientos en 60 % 25 % 80 min y 10 min, finalmente la
conservación de la actividad antioxidante presente en el jugo fue
principalmente en tratamientos > 15 min en ABTS [19]. Por lo anterior, la
aplicación de la amplitud y el tiempo de ultrasonido en el jugo podrían
permitir las condiciones adecuadas de conservación para uso industrial.
Estos resultados dan la pauta a seguir con futuros estudio afín de identificar
los compuestos bioactivos presentes, así como la aplicación de estos jugos in
vivo e in vitro, para corroborar que el consumo de estos jugos permite la
prevención de enfermedades crónicas no transmisibles como son la diabetes,
hipertensión, cáncer entre otros.
ESTUDIO DE LAS CARACTERÍSTICAS NUTRICIONALES DE LOS
PRODUCTOS
DE
OPUNTIA
(FRUTO
Y
CLADODIO).
IMPORTANCIA DE SU PROCESAMIENTO.
Ramírez-Moreno E.
Las diferentes especies del género Opuntia presentan una relevante
importancia en el ámbito alimentario. Tanto la tuna como el nopal presentan
dos factores limitantes en contra de su consumo en alimentación humana. El
primero es que el consumidor es reacio al proceso de pelado y al gran
volumen de desperdicio generado; y el segundo es su carácter de “productos
de consumo étnico”. La FAO ha indicado que este tipo de alimentos,
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considerados como tradicionales de poblaciones indígenas, están siendo
desplazados por alimentos comerciales y procesados, debido a las presiones
económicas y a los procesos de la globalización. Este desplazamiento de los
alimentos tradicionales a menudo se relaciona con una disminución de la
calidad de la dieta y con problemas de salud como obesidad, diabetes e
hipertensión arterial, entre otros [20].
Por todo ello, el interés de estas plantas se ha incrementado tanto en el
ámbito nacional como internacional debido a un mayor conocimiento de los
efectos beneficiosos que los componentes del fruto y del cladodio pueden
tener en la salud.
La composición de los nopales crudos ha sido ampliamente estudiada (por su
contenido de calcio, fibra y las propiedades asociadas con los beneficios en
la salud), sin embargo, los nopales son consumidos comúnmente cocinados y
hay poca información sobre los cambios ocasionados por el procesamiento
térmico. Por ello, el efecto del tratamiento térmico en la composición
nutricional, ha sido uno de los objetivos abordados en esta línea de
investigación, de lo cual se tiene la publicación “Effect of boiling on
nutritional antioxidant and physicochemical characteristics in cladodes”
[21]. En este trabajo se encontró que los nopales presentan un alto contenido
de fibra y calcio, sin embargo se presenta una disminución de estos
componentes por el tratamiento térmico al que se somete de manera casera.
En este trabajo también se encontró pocos cambios sobre las propiedades de
hidratación relacionadas con las fisiológicas atribuidas a este alimento.
La mayoría de los trabajos realizados en estos alimentos vegetales, estudian
el contenido en nutrientes y compuestos bioactivos, sin profundizar en la
biodisponibilidad o bioaccesibilidad de los mismos. Dado que en los
alimentos se producen numerosas interacciones entre sus componentes que
modifican la disponibilidad de los mismos para el organismo humano, en la
presente línea de investigación se ha abordado el estudio de la
bioaccesibilidad intestinal in vitro de los compuestos fenólicos en las tunas y
del calcio en el nopal. Los resultados derivados de estos estudios es que en el
fruto de tuna se encontró una gran bioaccesibilidad intestinal de compuestos
fenólicos en la pulpa de tuna (85 %), mientras que en las semillas fue baja
(14 %) [22]. El nopal presentó un alto contenido de calcio sin embargo su
bioaccesibilidad es baja (11 %), inclusive después del tratamiento térmico en
donde se encontró un bajo contenido de acido oxálico, compuesto que
interacciona con el calcio impidiendo su bioaccesibilidad intestinal [23].
Actualmente, se están continuando con estudios con otras plantas opuntia
como el xoconostle del cual se ha cuantificado el alto contenido de fibra de
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estos alimentos y alto contenido de compuestos antioxidantes como
compuestos fenólicos y de ácidos grasos presentes en las semillas [24].
La realización de investigación básica y aplicada en estos productos,
orientada en obtener información sobre su potencial de utilización, permitirá
la revaloración de ambas partes de la planta Opuntia tanto de la parte
vegetativa (nopales) como de la reproductiva (tuna). Por ello, dada la
importancia que tiene esta planta en la alimentación de la población
mexicana y su potencial nutricional tanto para consumo convencional como
en forma de ingrediente para la industria alimentaria, se continua estudiando
estos productos pero desde el punto de vista de aprovechar los productos
derivados de su procesamiento como es el jugo de diferentes variedades de
tuna, utilizando tecnologías emergentes como es el ultrasonido.
ESTRÉS OXIDATIVO Y MALNUTRICIÓN.
Delgado-Olivares, L.
El termino estrés oxidativo se refiere a un estado en el que la producción de
las especies reactivas de oxígeno (ERO) se incrementa, disminuyendo la
capacidad antioxidante del organismo para inhibirlas. Este estado puede
producir diversos daños celulares e incluso la muerte celular, lo que da
origen a una amplia gama de las enfermedades de tipo infeccioso, inmune,
inflamatorio, degenerativas, crónicas no transmisibles y aquellas propias del
envejecimiento, como Alzheimer, Parkinson, cáncer, diabetes mellitus,
síndrome metabólico, hipertensión, pancreatitis, enfermedad de Werner, la
aparición de arrugas prematuras y la resequedad de la piel, solo por
mencionar algunas ya que actualmente se han reportado alrededor de cien
enfermedades relacionadas con el estés oxidativo [25].
Si bien el cuerpo humano tiene la capacidad de controlar a las ERO,
mediante los sistemas de defensa antioxidante que posee, su efectividad
puede depender de diversos factores tales como la edad, genéticos y el
estado nutricional [26]. Siendo este último de gran importancia, debido a que
es el único de los tres que puede modificado. El consumo de una dieta
desequilibrada, ya sea por falta de nutrientes o un exceso, o incluso por la
baja calidad de éstos, produce un estado de malnutrición, termino que
incluye a la desnutrición, el sobre peso y la obesidad, en donde la capacidad
de los sistemas antioxidantes del organismo se ve disminuida, haciéndolo
más susceptible al desarrollo de enfermedades físicas o mentales [27-29].
Entre los diferentes tipos de alimentos, los de origen vegetal son por
excelencia la fuente más importante de los antioxidantes exógenos [30], los
cuales ayudan a nuestro organismo a inhibir los efectos tóxicos de las ERO.
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Por ello nuestro grupo se encuentra interesado en la búsqueda de frutas y
vegetales que contengan una alta capacidad antioxidante y su efecto sobre la
reducción del estrés oxidativo producido durante la malnutrición.
Es por ello que, en nuestro grupo estamos interesados en el estudio del
efecto del daño oxidativo producido durante la malnutrición provocada en
ratas Wistar, y el uso de antioxidantes de origen vegetal en la disminución
del estrés oxidativo, como un mecanismo de prevención de enfermedades
asociadas a la desnutrición u obesidad.
Actualmente nos encontramos evaluando el daño oxidativo en cerebro
corazón e hígado de ratas neonatas a las que se les ha producido un estado de
desnutrición u obesidad intrauterina, mediante el empleo de una dieta baja en
nutrientes o rica en grasas y azúcar, respectivamente. Así como la evaluación
de la actividad antioxidante de diversas frutas y verduras.
EXTRACCIÓN Y CARACTERIZACIÓN TECNOLÓGICA
FUNCIONAL DE -GLUCANOS DE CEBADA
Y
Alanís García, E.
Debido a sus propiedades fisicoquímicas, los -glucanos son usados en la
industria de alimentos como sustitutos de grasa, estabilizantes, y agentes
espesantes. Los -glucanos también han tenido gran interés en la producción
de alimentos funcionales, debido a que se ha observado que tienen un
potencial como ingrediente en alimentos promotores de la salud. En el 2005
la Dirección de Alimentos y Medicamentos (FDA, por sus siglas en ingles),
le asigna la declaración de salud (health claim) a la cebada (entera y
productos de la molienda seca del grano de cebada) por ser fuente de fibra
soluble. Los beneficios en la salud de -glucanos de cebada, demostrados en
animales de laboratorio y en humanos, incluye la reducción de colesterol y
glucosa en sangre y la pérdida de peso por incremento de la saciedad, y
además control de enfermedades cardiacas y diabetes tipo 2 [31, 32].
Los -glucanos son fibra soluble que están localizados en las paredes de la
aleurona y en el endospermo almidonoso de los cereales, estos constituyen el
75 % y los arabinoxilanos y proteína un 20 %. Químicamente son
polisacáridos no almidonosos compuestos de unidades de glucosa (Dglucopiranosil) unidos por una mezcla de enlaces glucosídicos -(13) y (14), con segmentos consecutivos de residuos con enlaces (14)
(segmentos oligoméricos de celulosa), separados por enlaces únicos (13).
Aunque muchos de los segmentos de celulosa son trímeros y tetrámeros,
longitudes de celodextrinas están también presentes en las cadenas
poliméricas [33, 34]. Las características estructurales de los -glucanos son
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determinantes significativas de sus propiedades físicas, tales como
solubilidad, viscosidad y propiedades de gelación, así como funcionales,
incluyendo sus respuestas fisiológicas en el tracto gastrointestinal, cuando
son considerados como ingredientes en alimentos a base de cereales y otros
productos formulados. Esas características estructurales incluyes la relación
de enlaces -(14)/-(13), presencia y cantidad de fragmentos de
longitudes de celulosa, proporción de unidades de celotriosil/celotetraosil, y
peso molecular [33].
En nuestro laboratorio se han realizado estudios de cuantificación glucanos de variedades de cebada cultivadas en los estados de Hidalgo y
Puebla, obteniendo valores en el grano entero que van de1.6 -3 %, se han
obtenido extractos de de-glucanos, por combinación de pH alcalinos (7-10)
y temperaturas (40-50°C), observándose un incrementando en la pureza
(hasta 80 %) a medida que aumenta los valores de pH y temperatura, así
como una disminución en el contenido de proteína. Estas condiciones de
extracción tienen un efecto directo sobre la pureza y composición de los
extractos de -glucanos, afectando sus propiedades físicas (solubilidad,
capacidad emulgente, capacidad de retención de agua y gelación) y por ende
su respuesta fisiológica. Se ha evidenciado, en los extractos, la presencia de
proteínas (glutelinas y hordeinas) por electroforesis SDS-PAGE, lo cual
influye directamente sobre las propiedades físicas. Por otro lado, se está
evaluando la extracción de -glucanos Asistida por Ultrasonido y su efecto
sobre la composición, propiedades físicas y estructurales.
AISLAMIENTO Y CARACTERIZACIÓN
BIOACTIVOS. PROPUESTA DE ESTUDIO.
DE
COMPUESTOS
Manríquez-Torres, J.J.
En el estudio de compuestos bioactivos se cuenta con experiencia en el
aislamiento y caracterización química de metabolitos secundarios obtenidos
de fuentes naturales, así mismo, como la evaluación biológica de los
principios activos obtenidos respecto a la actividad anticancerígena,
antiinflamatoria y antioxidante, además de la determinación de la
configuración absoluta por técnicas computacionales. Lo anterior mediante
la obtención de extractos, los cuales son sometidos a separación en
cromatografía en columna, cromatografía rápida y HPLC para obtener
sustancias puras. Estas sustancias son analizadas mediante métodos físicos,
químicos y espectroscópicos, principalmente por RMN de 1H y 13C,
incluyendo experimentos APT, COSY, NOESY, HETCOR, HMQC y
HMBC. Estos experimentos son técnicas de RMN en una y en dos
dimensiones que permiten observar la naturaleza de los carbonos (APT) y el
acoplamiento entre protones (COSY, NOESY) y entre protones y carbono
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trece a uno (HETCOR, HMQC) y a dos y tres enlaces (HMBC) [35].
También se llevan a cabo estudios conformacionales por RMN de 1H y
cálculos teóricos mediante dicroísmo circular vibracional (DCV), en
aquellos compuestos que sean candidatos a este tipo de análisis. Finalmente,
estudios de actividad antiinflamatoria, anticancerígena y antioxidante, de las
sustancias que se logren obtener en forma pura, que puedan conducir a
obtener sustancias promisorias para el tratamiento y/o prevención de
enfermedades crónicas degenerativas.
Actualmente se desarrolla en colaboración con el cuerpo académico el
estudio de la composición química de los jugos de tuna y zarzamora con el
propósito de encontrar los metabolitos responsables de la actividad biológica
mostrada en estas frutas, esto mediante la separación cromatográfica del
extracto metanólico de jugo liofilizado obtenido por tres métodos,
pasteurización, ultrasonicación y finalmente el jugo sin ningún tipo de
tratamiento, así mismo se analiza si esta composición química varía
dependiendo del tipo de tratamiento realizado a los jugos.
LÍPIDOS CON ACTIVIDAD BIOLÓGICA. PROPUESTA DE
ESTUDIO.
Ariza-Ortega, J.A.
Los aceites que se extraen de semillas, frutas oleaginosas y organismos
marinos, son los principales productos que se utilizan para aplicaciones
nutricionales, en los últimos años ha habido un creciente uso de estos aceites
para la producción de biocombustibles y materias primas químicas. Sin
embargo, hay una necesidad de desarrollar fuentes sostenibles de ácidos
grasos que sean importantes en la nutrición. Los aceites vegetales y de
origen marino pueden proporcionar fuentes renovables de ácidos grasos de
gran valor nutricional para la industria relacionada con la salud y la química.
El valor y la aplicación de un aceite están determinados en gran medida por
su composición de ácidos grasos, existe una gran diversidad de ácidos grasos
presentes en la naturaleza, muchas de las cuales tienen un uso potencial en la
industria.
Los lípidos se dividen en simples y compuestos, los primeros están formados
por triacilglicéridos, que contienen C, H y O, como son las grasas y los
aceites, los segundos presentan otros elementos como N, P, S u otra
biomolécula como algún tipo de azúcar. La estructura de los ácidos grasos
unidos al glicerol es un factor determinante para las grasas y los aceites
dando como resultado una gama completa en cuanto a propiedades físicas y
químicas de los mismos [36]. La mayoría de los aceites vegetales que se
consumen como alimento contienen cinco ácidos grasos característicos, que
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Hidalgo, Noviembre 2013
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nutricionalmente son importantes y estos ácidos grasos son palmítico
“C16:0”, esteárico “C18:0”, oleico “C18:1 o ω-9”, linoleico “C18:2 o ω-9,
12” y α-linolenico “C18:3 o ω-9, 12, 15” [37].
En México, el sobrepeso y la obesidad son causa del 90 % de los casos de
diabetes mellitus tipo 2, y de otras enfermedades crónicas no trasmisibles
relacionadas con la hipertensión arterial, enfermedad coronaria y vascular
cerebral, entre otras [38]. Por lo anterior, el consumo de los triacilglicéridos
de semillas, frutas oleaginosas y de origen marino puede evitar o disminuir
esas enfermedades debido a que los ácidos grasos ω-9 y ω-6 están asociados
al ácido linolénico (C18:3) que es el precursor de los ácidos grasos ω-3
(ácido estearidónico C18:4, ácido araquidónico C20:4 y el ácido
eicosapentaenoico C20:5). El ácido eicosapentaenoico es el precursor del
ácido docosahexaenoico (C22:6), prostaglandinas, tromboxanos y
leucotrienos, estos compuestos están relacionados con importantes funciones
biológicas, tales como la activación de plaquetas y leucocitos, estimulan el
proceso de coagulación, son extremadamente potentes constrictores de la
musculatura lisa y aumenta la permeabilidad vascular [39].
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21
Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Efecto del Contenido de Bagazo de Naranja Sobre el
Índice de Expansión y Estructura de Botanas
Extrudidas de Maíz Azul Directamente Expandidas.
Navarro-Cortez, R.O.*, Gómez-Aldapa, C.A., Medrano-Roldan, H.,
Aguilar-Palazuelos, E., Delgado-Licon, E., Castro-Rosas, J., RománGutiérrez, A. D.
Cuerpo Académico de Quimica en Alimentos. Universidad Autónoma del Estado de
Hidalgo. Instituto de Ciencias Básicas e Ingeniería, Ciudad Universitaria, Carretera
Pachuca-Tulancingo km, 4.5, CP. 42184, Mineral de la Reforma Hgo., e-mail:
[email protected].
Resumen
El objetivo del presente estudio de investigación fue evaluar el efecto de la adición
de bagazo de naranja sobre las propiedades fisicoquímicas y estructurales de botanas
obtenidas por extrusión con dos tipos de maíz azul (cristalino y harinoso). Las
respuestas evaluadas fueron el índice de expansión (EI), densidad aparente (BD),
fuerza de penetración (PF), microscopia electrónica de barrido (MEB). Los
resultados obtenidos muestran que la adición de bagazo de naranja disminuye el IE,
y que los productos con mayor cantidad de bagazo de naranja (BN) presentan
mayor cantidad de burbujas de aire pero de menor tamaño. La adición de bagazo de
naranja afecta negativamente el índice de expansión, sin embargo es posible generar
una botana a partir de maíz azul y bagazo de naranja por extrusión
Palabras clave: botanas, maíz azul, cristalinidad
Introducción
La extrusión de harinas y otros productos con almidón en su estructura
(ejemplo: cereales) es ampliamente utilizada en la industria alimentaria para
producir alimentos botana (Case and others 1992). Siendo el maíz una de las
materias primas ampliamente utilizadas; el maíz blanco y amarillo son los
preferidos debido a que son bien conocidos por granjeros y productores
industriales, sin embargo dentro de los maíces existen algunas variedades
pigmentadas que son menos conocidas fuera de las regiones de donde se
producen (Zazueta-Morales etal., 2001). Diversos estudios científicos sobre
el maíz azul se han enfocado en el desarrollo de harinas precocidas por
extrusión y la evaluación de su capacidad antioxidante como las
investigaciones realizadas por Mora-Rochín et al. (2011) y Aguayo-Rojas
(2012); pocos son los estudios en los cuales se haya utilizado el maíz azul
para elaborar botanas. Zazueta-Morales et al. (2001) reportando que el maíz
azul ofrece buenas características tecnológicas para ser empleado en la
elaboración de botanas extrudidas directamente expandidas. Sin embargo los
alimentos elaborados con cereales poseen un elevado contenido glucémico
(Brennan, 2005), diversos estudios se han enfocado en disminuir el índice
glucémico a través de la incorporación de fibras dietarias (Frost et al., 2003).
Los beneficios a la salud asociado con la fibra ha resultado que en la
actualidad prácticamente en todas las categorías de productos alimenticios
22
Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
sea incorporada, incluyendo algunos productos que son elaborados usando el
proceso de extrusión (Gualberto et al., 1997). La fibras utilizadas
típicamente en alimentos son las de trigo, maíz, arroz entre otras,
recientemente fuentes de fibras novedosas se han descubierto y utilizado.
Una de estas fuentes son los subproductos de diferentes tipos de
procesamiento de alimentos. En particular los subproductos obtenidos del
procesamiento de frutas y vegetales están ganando atención y son fuentes
económicas de ingredientes funcionales saludables. Tales subproductos
pueden ser descritos como residuos después del procesamiento de frutas y
vegetales, estos residuos incluyen cáscara, semillas, piel y tallos.
Actualmente estos subproductos son destinados a bajo costo a productores
de ganado, en algunos otros casos son desechados al medio ambiente o
incinerados produciendo efectos adversos al medio ambiente (Angulo et al.,
2012).
Investigaciones referentes a la cáscara de naranja reportaron que contiene
57% en peso seco de fibra de la cual el 47.6% es fibra insoluble y el 9.41 es
fibra soluble, por lo que podría tener un efecto positivo sobre la salud (Cahu
and Huang, 2003). El objetivo del presente estudio de investigación fue
desarrollar una botana extrudida directamente expandida con maíz azul y
bagazo de naranja, así como evaluar las propiedades fisicoquímicas y
estructurales de dichos productos al incrementar el contenido de bagazo de
naranja.
Materias primas
Se utilizaron dos tipos de maíz azul (Zea mays L.), harinoso y cristalino, los
cuales fueron obtenidos de un mercado local del Estado de Hidalgo, México,
el bagazo de naranja fue obtenido de un establecimiento que se dedica a la
venta de jugos en fresco, en la Ciudad de Pachuca de Soto, Hidalgo, México.
Obtención de las harinas
Los maíces fueron sometidos a molienda por separado en un molino de
cuchillas utilizándose una malla con una abertura de 1mm. El bagazo de
naranja primero fue cortado en cuadros de aproximadamente 1cm y
deshidratados a 67°C por 12 horas en un horno thermolyne 9000, una vez
transcurrido este tiempo se molieron utilizando una licuadora Oster y
tamizaron utilizando una malla No. 120. Una vez obtenida la harina de
bagazo de naranja se mezcló a diferentes concentraciones (0, 10 y 25%) por
separado con el maíz harinoso y cristalino. A las diferentes mezclas se les
realizó un analisis químico proximal de acuerdo a la metodología de la
AOAC para lípidos (923.05), proteínas (979.09), fibra (7.054) y cenizas
(923.03), el contenido de carbohidratos se calculó por diferencia.
23
Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Proceso de extrusión
El contenido de humedad de las diferentes mezclas se midió utilizando una
termobalanza (A&D company, modelo ML-50, Japón). Una vez obtenido el
contenido de humedad de las mezclas, se adiciono agua para obtener el
contenido de humedad deseado de 16%, las mezclas al 16% de humedad
fueron alimentadas a una velocidad de 30rpm a un extrusor de laboratorio de
un solo tornillo (Brabender Instruments Inc., model 20DN/8-235-00, CW,
Duisburg, Germany). El barril consta de tres zonas de calentamiento, el cual
mantuvo un perfil de calentamiento constante a 80, 120 y 170 °C para las
zonas 1, 2 y 3 respectivamente. La velocidad de tornillo se mantuvo
constante para todas las mezclas a 170 rpm. Los productos resultantes
fueron analizados en función de sus características físicoquímicas.
Caracterización de los productos extrudidos
Los productos extrudidos expandidos fueron cortados en piezas de 3cm de
largo, a los cuales se les determinó su composición química proximal de
acuerdo a los métodos de la AOAC.
El índice de expansión fue calculado para 20 muestras dividiendo el
diámetro promedio de los extrudidos entre el diámetro interno del dado de
salida.
La fuerza requerida para penetrar los productos expandidos fueron medidos
con un instron (Instrón, modelo 3342). Las muestras extrudidas fueron
colocadas sobre una plataforma y penetradas con una probeta cilíndrica con
punta plana. La velocidad de descenso fue de 2 mm.s-1, con una máxima
penetración en el producto de 3 mm. 30 mediciones fueron tomadas por
tratamiento y los valores se reportaron en Newtons (N).
Las muestras de los productos extrudidos fueron analizados con un
microscopio electrónico de barrido a alto vacío con una resolución de 20x
(JEOL, JSM6300, Japan) equipado con un detector de electrones secundarios
(Thermo-Ora).
Diseño experimental
El diseño experimental utilizado fue un diseño factorial 2x3 en donde se
evaluó el efecto de dos factores: Tipo de maíz (harinoso y cristalino) y
concentración de bagazo de naranja (0, 10 y 25) tabla 1. Los datos se
analizaron utilizando la comparación de medias de Fisher (p<0.05) con el
paquete estadístico Statistica 7.0. (StatSoft, Inc, Oklahoma, USA).
Tabla 1. Diseño experimental factorial 2x3
Tipo de maíz azul
Concentración de bagazo de
naranja (%)
Harinoso
0
10
25
Cristalino
0
10
25
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Resultados
En la tabla 2, se presentan los resultados de la composición química
proximal de los extrudidos de maíz azul harinoso y cristalino a las diferentes
concentraciones de bagazo de naranja, mostrando que los productos
extrudidos presentan un contenido de carbohidratos entre 88.5 y 90.3%, en
lo que respecta al contenido de proteína se observa que los productos
obtenidos con el maíz azul harinoso no presentan cambios entre todos los
tratamientos permaneciendo prácticamente constantes y que no se ve
afectado por la incorporación de bagazo de naranja, por otro lado los
productos obtenidos con maíz azul cristalino presentan una disminución en
el contenido de proteína de 8.2, 5.1 y 4.4 para 0%, 10% y 25% de bagazo de
naranja respectivamente. Mientras que el contenido de lípidos incrementa de
0 a 10% de bagazo de naranja y disminuye cuando se agrega 25% de bagazo
de naranja tanto para el maíz azul harinoso como para el cristalino el
contenido de fibra cruda se incrementa conforme se incrementa el contenido
de bagazo de naranja, esto debido principalmente por que el bagazo de
naranja está compuesto por fibra insoluble como lignina, celulosa y
hemicelulosa. El contenido de cenizas de igual manera incrementa esto
debido principalmente a que el bagazo de naranja en su composición
contiene minerales que son los que incrementan el valor de cenizas.
Tabla 2. Composición química proximal de los productos extrudidos de maíz
azul harinoso y cristalino con diferentes concentraciones de bagazo de
naranja.
Proteína
Carbohidratos
Grasa
Fibra
Cenizas
0%
Bagazo de
Naranja
6.3±0.06
90.1±0.75
1.9±0.16
0.4±0.02
1.3±0.01
10%
Bagazo de
naranja
6.1±0.36
90.1±1.02
2.1±0.03
0.5±0.02
1.3±0.03
Maíz harinoso
25%
0%
Bagazo de
Bagazo de
naranja
naranja
6.1±0.24
8.2±0.53
89.2±0.95
88.5±0.04
1.6±0.03
1.8±0.33
1.3±0.03
0.3±0.02
1.8±.02
1.1±0.02
Maíz Cristalino
10%
25%
Bagazo de
Bagazo de
naranja
naranja
5.1±0.03
4.4±0.02
90.3±0.76
89.3±0.86
2.2±0.03
2.0±0.13
1.0.±0.03
2.6±0.79
1.9±0.03
1.7±0.05
En la Fig. 1, se presentan los resultados obtenidos para el índice de
expansión de los productos extrudidos a base de maíz azul tanto harinoso
como cristalino a las diferentes concentraciones de bagazo de naranja. Los
valores obtenidos del índice de expansión varían entre 1.54 y 2.95. La
tendencia general del índice de expansión, es que disminuye conforme
incrementa la concentración de bagazo de naranja independientemente del
maíz utilizado, la disminución en el índice de expansión, puede deberse a un
efecto de dilución de algunos componentes, ya que al incrementar el
contenido de bagazo de naranja disminuye principalmente el contenido de
almidón en la mezcla, lo que trae como consecuencia una probable
disminución en las propiedades viscoelásticas de las mezclas al agregar
bagazo de naranja reduciendo la capacidad de resistir la presión interna
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
ejercida por el vapor de agua generado a la salida del extrusor. La reducción
en el índice de expansión conforme incrementa el contenido de bagazo de
naranja concuerda con lo reportado por diversos autores que elaboraron
botanas con fibra de fuentes como salvado de maíz, salvado de avena y
bagazo de tomate entre otros (Mendonca et al., 2000; Rzedzicki et al., 2000;
Altan et al., 2008).
Los productos que presentaron la menor fuerza de penetración fueron los
obtenidos sin la adición de bagazo de naranja con valores de 7.96±1.009 N
para el maíz azul harinoso y 7.99±1.56 N para el maíz azul cristalino. Los
productos que requirieron mayor fuerza de penetración fueron los obtenidos
con la adición de 25% de bagazo de naranja tanto para el maíz azul harinoso
como para el cristalino (Fig. 2).
3.5
a
a
3.0
b
2.5
b
c
IE
2.0
d
1.5
1.0
Maíz harinoso
Maíz cristalino
0.5
0.0
0%
10%
25%
Concentración bagazo de naranja
Figura 1. Índice de expansión de los productos extrudidos de maíz azul
harinoso y cristalino a diferentes concentraciones de bagazo de naranja (0,
10 y 25%).
Estos resultados son similares a lo reportado por Altán, et al., (2008) en
botanas elaboradas a partir de harina de cebada y bagazo de tomate y por
Rzedzicki et al., (2000) en botanas directamente expandidas obtenidas a
partir de semolina de maíz y salvado de avena. La fuerza de penetración esta
inversamente relacionada con el índice de expansión. La FP, refleja la
resistencia de los alveolos a romperse, dependiendo del número de ellos por
unidad de volumen y de su resistencia y la formación de estructuras de tipo
pared celular que se van adelgazando conforme se incrementa el IE de los
productos (Pérez-Navarrete y otros 2006).
26
Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
30
d
25
c
FP (N)
20
b,c
15
a, b
10
a
a
5
Maíz harinoso
Maíz cristalino
0
0%
10%
25%
Concentración bagazo de naranja
Figura 2. Fuerza de penetración de los productos extrudidos de maíz azul
harinoso y cristalino a 0, 10 y 25% de bagazo de naranja.
Las micrografías tomadas transversalmente de los productos extrudidos a
diferentes concentraciones de bagazo de naranja se presentan en la Fig. 3,
observando cambios en la estructura del producto conforme se incrementa el
bagazo de naranja. Los productos obtenidos sin bagazo de naranja presentan
estructuras de tipo pared celular grandes, delgadas y en menor cantidad, que
las que presentan los productos con adición de bagazo de naranja; dichas
cavidades son formadas por la evaporación de agua una vez que la masa sale
del dado del extrusor. Los extrudidos obtenidos con 25% de bagazo de
naranja son productos más compactos y con más poros, estos resultados
concuerdan con lo reportado por Yanniotis et al., (2007) para productos
extrudidos con fibra de trigo, pectina y almidón de trigo. De igual manera se
observa que mientras mayor sea la cantidad de bagazo de naranja las
estructuras formadas son más heterogéneas y rugosas, que las obtenidas sin
la adición de bagazo de naranja. Esto puede deberse a que la fibra
interrumpe la fase continua formada por almidón impidiendo una estructura
más homogénea.
27
Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
a
b
c
d
e
f
Figura 3. Micrografías de los productos extrudidos de maíz azul harinoso y
cristalino a diferentes concentraciones de bagazo de naranja. (A) Extrudido
de maíz azul harinoso sin bagazo de naranja. (B) Extrudido de maíz azul
harinoso y 10% de bagazo de naranja. (C) Extrudido de maíz azul harinoso
y 25% de bagazo de naranja. (d) Extrudido de maíz azul cristalino sin
bagazo de naranja. (e) Extrudido de maíz azul cristalino y 10% de bagazo
de naranja. (f) Extrudido de maíz azul cristalino y 25% de bagazo de
naranja.
Conclusiones
El maíz azul harinoso y cristalino son aptos para obtener productos
extrudidos directamente expandidos con adición de bagazo de naranja. La
elaboración de productos extrudidos utilizando materias primas con fibra
conlleva a un impacto negativo sobre el IE y FP, lo cual repercutirá en la
aceptación del producto por el consumidor, sin embrago nutricionalmente
será un producto con beneficios a la salud.
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
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29
Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Perspectiva de la Biotecnología.
Tovar-Jiménez, X.,* Noguez-Estrada, J. Sanchez-Herrera, SG.
*
Ingenieria Agroindustrial/Laboratorio de Microbiología, Universidad Politecnica
de Francisco I. Madero. Domicilio conocido, Tepatepec, Hidalgo, México. CP.
42660. Tel. 01 738 724 04 52, e-mail: [email protected]
Resumen
La biotecnología se ha constituido en una herramienta de importancia para apoyar
los procesos de selección de materiales en los programas de mejoramiento genético
de muchas especies, las posibilidades que tienen las nuevas biotécnicas para obtener
productos industrializados de segunda, tercera, cuarta y hasta quinta transformación
a partir de los productos agrícolas y la biomasa en general, es otra parte de esta
ciencia. El presente trabajo describe cuáles son los principales campos de aplicación
biotecnológica y un panorama general sobre la biotecnología en México.
Palabras clave: Agroindustria, Biotecnología, Productos biotecnológicos.
UNA VISIÓN GENERAL DE LA BIOTECNOLOGÍA
La biotecnología se puede considerar como una tecnología de punta que se
ha desarrollado aceleradamente en los últimos tiempos, y se define como la
ciencia que involucra varias disciplinas y ciencias como biología,
bioquímica, genética, virología, agronomía, ingeniería, química, medicina,
veterinaria, entre otras [1]. En términos generales es el uso de organismos
vivos o de compuestos obtenidos a partir de otros organismos vivos para
obtener productos de alto valor para el hombre, asimismo, para fabricar o
modificar un producto o un servicio [2].
Esta ciencia ha sido utilizada por el hombre desde los comienzos de la
historia en actividades tales como la preparación del pan y bebidas
alcohólicas como la cerveza y el vino o en la elaboración de productos
lácteos como el queso y yogurt ya que implican el uso de bacterias o
levaduras con el fin de convertir un producto natural como leche o jugo de
uvas, en un producto de fermentación con características aceptables para los
consumidores como el yogurt o el vino [4].
La Biotecnología al tener un impacto potencial, la investigación en ciencias
biológicas está efectuando avances vertiginosos y los resultados no
solamente afectan una amplitud de sectores sino que también facilitan enlace
entre ellos. Los campos prioritarios que desde el punto de vista tecnológico
son susceptibles de desarrollo en nuestro país son: alimentos y forrajes,
productividad agrícola, agropecuaria, contaminación, energía, salud,
minerales y petróleo. Por ejemplo, resultados exitosos en fermentaciones de
30
Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
desechos agrícolas, afectan tanto la economía del sector energético como la
de agroindustria y adicionalmente ejercer un efecto ambiental favorable. En
la Tabla 1 se señalan actividades industriales en las que se aplica
biotecnología [5].
En el caso de la agricultura y agroindustria, en particular, la biotecnología
claramente ofrece la posibilidad de un nuevo crecimiento de la productividad
de la agricultura primaria, mediante la superación de limitaciones biológicas
básicas de plantas y animales a través de la manipulación de su base
genética. De esta forma, pueden superarse los topes de aumento de la
productividad de los principales cultivos que se han venido alcanzando en
los últimos años, debido al agotamiento del potencial genético explotable
mediante tecnologías tradicionales [6]. Un ejemplo sencillo en esta área es el
compostaje, el cual aumenta la fertilidad del suelo permitiendo que
microorganismos del suelo descompongan residuos orgánicos [4].
INVESTIGACIÓN BIOTECNOLÓGICA EN MÉXICO
México en la década de los 60s fue pionero en el desarrollo de biotecnología
tradicional, es decir, en el empleo y purificación de enzimas, en el desarrollo
de proteínas, entre otros. Sin embargo, hoy en día la biotecnología es la
ciencia con más desarrollo en el país. Se sabe que el 11.77% de los
investigadores del país pertenecen al área de biotecnología y ciencias
agropecuarias, según el Sistema Nacional de Investigadores (SNI) y existen
más de 140 entidades, de las cuales 98 tienen alguna actividad relacionada
con esta área [7]. Pero el desarrollo de este sector ha recaído, sobre todo, en
el Gobierno, ya que la inversión de la iniciativa privada es mínima. No
obstante, el Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional Autónoma
de México (UNAM), el Centro de Investigación y Estudios Avanzados del
Instituto Politécnico Nacional (CINVESTAV), el Departamento de
Biotecnología del Centro de Investigación Científica de Yucatán (CICY), el
Área Académica de Química en Alimentos de la Universidad Autónoma de
Hidalgo (UAEH) y el Área de Biotecnología de la Universidad Politécnica
de Pachuca (UPP) son algunos ejemplos de los centros de investigación que
realizan trabajos de primer nivel.
En la zona noroeste existe un excelente nivel de biotecnología marina,
mientras la rama farmacéutica ha cosechado importantes logros en el centro
y norte del país, como el descubrimiento del DSPA en el Instituto de
Biotecnología (IBT) de la UNAM, el cual es un anticoagulante derivado de
la saliva del murciélago, que ha sido patentado por el laboratorio alemán
31
Hidalgo, Noviembre 2013
Fermentaciones
Química del
etanol
Etileno
Acetaldehído
Acetona
Butanol
Butadieno
Etanol
Acetona
Butanol
Biogas
Bioferticidas
Ácido cítrico
Nucleótidos
Enzimas
Biopolímeros
Antibióticos
Vitaminas
Enzimas
Aminoácidos
Nucleótidos
Esteroides
Alcaloides
Reactivos de
diagnostico
Isoglucosa
Jarabe de
glucosa
Ingeniería
enzimática
Etanol
Interferón
Vacunas
Productos de la
sangre
Anticuerpos
Monoclonales
Proteína de
clones
Organismos
Unicelulares
Agricultura
Recombinación
genética o
ingeniería
genética
Energía
Salud
Ingeniería
química
Industrias
alimentarias
Tecnología
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Schering tras firmar un convenio con el IBT por un 1.2 millones de euros a
favor de la universidad [8].
Tabla 1. Principales productos de la bioindustría.
32
Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
En general la Biotecnología mexicana ha incursionado en el desarrollo de
procesos
como:
biofermentación,
bioenergéticos
alternativos,
biofertilizantes, conservación de recursos fitogenéticos, manejo postcosecha, aumento de la vida de anaquel de frutas y verduras, mejoramiento
genético, cultivo de tejidos, entre otros, sin embargo, la rama de
biotecnología que ha registrado la mayor actividad y ha polarizado la
discusión sobre el tema ha sido la agrícola. El sector agropecuario representó
el 3.6 % del producto interno bruto mexicano en el 2010 y más del 20% de la
población depende directamente de esta actividad, especialmente las clases
más desprotegidas: los campesinos y los indígenas [9]. Básicamente los
estudios en el tema se dirigen principalmente a la resistencia de
enfermedades, mapeo genético de algunas especies, así como el
mejoramiento asistido por marcadores moleculares. El objetivo de estas
investigaciones es incrementar la eficiencia de los sistemas de producción
con especial énfasis en algunas características económicamente importantes
[10]. Mediante el Programa de Modernización Sustentable de la Agricultura
Tradicional (MasAgro) se trabaja bajo una técnica de biotecnología
tradicional para incrementar la producción de maíz y trigo en los próximos
10 años. Asimismo, en el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y
Trigo (CIMMYT) se preservan y ordenan más de 27 000 muestras de maíz y
150 000 de trigo, con el objetivo de mantener un inventario de las variedades
que existen en el país para su investigación, misma que se compartirá a
escala internacional [11].
Actualmente en el mercado de diferentes partes del mundo se encuentran
productos biotecnológicos como nuevas variedades de flores (nuevos colores
y/o mayor vida postcosecha), maíz, algodón, soya y canola tolerantes a la
aplicación de herbicidas, resistentes a plagas y a sequias, cultivo de papaya
con resistencia a virus, cultivos con mejores características sensoriales y
funcionales y biocombustibles de segunda generación [12].
RETOS DE LA BIOTECNOLOGÍA: SAGARPA
Durante el Seminario de Actualización Periodística: “Los Grandes Temas de
la Agricultura Mundial” que se llevó a cabo el 3 de Noviembre del 2011 y
fue coordinado por SAGARPA y el Instituto Interamericano de Cooperación
para la Agricultura (IICA), se mencionó que la investigación y el desarrollo
en materia de Biotecnología Agrícola debe centrar en las necesidades de los
pequeños agricultores y productores, siendo este el principal reto de esta
ciencia. También se indicó que se debe elaborar una política nacional sobre
el papel de la biotecnología en el desarrollo agrícola, mejorar las estrategias
de comunicación y participación efectiva sobre todo, de la sociedad, para
estimular y fomentar la participación en los procesos de toma de decisiones
sobre el desarrollo y uso de la biotecnología, así como el intercambio
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
tecnológico con otros países para avanzar y obtener mejores resultados con
el usos de estas [13].
Por su parte, el Secretario Ejecutivo de la Comisión Intersecretarial de
Bioseguridad de lo Organismo Genéticamente Modificados (CIBIOGEM),
Reynaldo Ariel Álvarez Morales, comentó que México cuenta con una
legislación que regula el uso e investigación en materia de biotecnología,
mediante la Ley de Bioseguridad y el Reglamento de la Ley de Bioseguridad
de Organismos Genéticamente Modificados. Mediante estas normatividades
se controla el uso de los Organismo Genéticamente Modificados (OGM’s)
para la investigación comercial, experimental y programas piloto. Asimismo,
CIBIOGEM participa con las secretarías de Agricultura, Medio Ambiente y
Recursos Naturales, Hacienda y Crédito Público, Economía, Salud y el
CONACYT, lo que permite coordinar políticas públicas para garantizar la
bioseguridad en el uso de los OGM’s [14].
EL APOYO A LA BIOTECNOLOGIA EN MÉXICO
El principal organismo público de apoyo a la ciencia y tecnología en México
lo constituye el Concejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT)
organismo dependiente de la Secretaria de Educación.
CONACyT fue creado por disposición del H. Congreso de la Unión el 29 de
diciembre de 1970, como un organismo público descentralizado de la
Administración Pública Federal, integrante del Sector Educativo, con
personalidad jurídica y patrimonio propio. También es responsable de
elaborar las políticas de ciencia y tecnología en México. Desde su creación
hasta 1999 se presentaron dos reformas y una ley para coordinar y promover
el desarrollo científico y tecnológico y el 5 de junio del 2002 se promulgó
una nueva Ley de Ciencia y Tecnología [15].
Tiene como visión impulsar y fortalecer el desarrollo científico y
modernización tecnológica de México mediante la formación de recursos
humanos de alto nivel, la promoción y el sostenimiento de proyectos
específicos de investigación y la difusión de la información científico
tecnológico. Su meta es consolidar un Sistema Nacional de Ciencia y
Tecnología que responda a las demandas prioritarias del país, que dé
solución a problemas y necesidades específicos, y que contribuya a elevar el
nivel de vida y el bienestar de la población; para ello se requiere: Contar con
una política de Estado en la materia, incrementar la capacidad científica y
tecnológica del país y elevar la calidad, la competitividad y la innovación de
las empresas [15].
Entre las áreas que resultan estratégicas para la solución de los problemas
más urgentes del país son: las tecnologías de información y las
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Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
comunicaciones, la biotecnología, los materiales avanzados, el diseño y los
procesos de manufactura, la infraestructura y el desarrollo urbano y rural,
incluyendo sus aspectos sociales y económicos [15].
Las innovaciones en estas áreas se orientarán a atender a la población menos
favorecida. Reciben también especial atención las acciones relacionadas con
la atención a mujeres, personas con discapacidad, grupos indígenas y
migrantes [15].
A través de los fondos sectoriales, mixtos, de cooperaciones internacionales
e institucionales se coordinan esfuerzos con un efecto multiplicador en la
generación del conocimiento, la innovación, el desarrollo tecnológico y la
formación de recursos humanos, así como en el fortalecimiento de la
capacidad científica tecnológica. Los investigadores, académicos,
empresarios, universidades y centros de investigación pueden recurrir a las
convocatorias de los diferentes fondos para presentar propuestas que
contribuyan a resolver problemas y necesidades, que divulguen el
conocimiento en campos pertinentes a los mismos y/o que den valor
agregado a partir de conocimientos científicos y tecnológicos.
CONACyT - RENIECYT
El Registro Nacional de Instituciones y Empresas Científicas y Tecnológicas
(RENIECYT) es un instrumento de apoyo a la investigación científica, el
desarrollo tecnológico y la innovación del país a cargo del CONACyT a
través del cual identifica a las instituciones, centros, organismos, empresas y
personas físicas o morales de los sectores público, social y privado que
llevan a cabo actividades relacionadas con la investigación y el desarrollo de
la ciencia y la tecnología en México [16].
RENIECYT constituye una base de datos sobre las empresas, instituciones y
personas inscritas, esta se publica (con las reservas de la información
identificada como confidencial) en el Sistema Integrado de Información
Científica y Tecnológica respecto a su conformación por grupos y entidad
federativa se puede consultar aquí [16].
Las instituciones, centros, organismos, empresas y personas físicas o
morales de los sectores público, social y privado podrán participar en los
programas de apoyo y estímulo que derivan de los ordenamientos federales
sujetos al cumplimiento de los requisitos y condiciones que se establezcan
para cada caso en la normatividad [16]. El gobierno federal ofrece diversos
estímulos fiscales por disposición de ley a las empresas que inviertan en
investigación y desarrollo, de manera que se puede recuperar hasta el 30%
de la inversión anual aplicada al desarrollo de nuevos productos, procesos o
servicios durante el ejercicio fiscal, facilidades, estímulos y apoyos
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
económicos y esquemas de financiamiento derivados de los Fondos y
Programas que operan en CONACyT.
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Biotecnológicos Modernos. 2da ed Organización Mundial de la salud y
Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
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Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Agua Residual y Producción Agrícola en el Valle del
Mezquital.
Diaz Batalla L.,* Domínguez Soto, J. M.
*
Ingenieria Agroindustrial/Cuerpo Académico de Biotecnología Agroindustrial
Sustentable. Universidad Politécnica de Francisco I Madero. Domicilio Conocido,
Tepatepec, Hidalgo. México. CP. 42660. e-mail: [email protected].
Resumen
El uso del agua residual proveniente del valle de México, ha impulsado las
actividades productivas del valle del Mezquital, particularmente la agricultura. Sin
embargo, también han incrementado la incidencia de enfermedades y los largos
periodos y altas laminas de uso del agua residual han impactado al suelo y los
acuíferos comprometiendo la sustentabilidad del sistema. El riesgo ecológico y
sanitario que representa la utilización de aguas residuales para la producción
agrícola, que se ha mantenido a lo largo de un siglo en el valle del Mezquital, en la
actualidad compromete la sustentabilidad agrícola y acota a lo productores de la
región a la obtención de productos de baja calidad sanitaria, de baja remuneración
que ponen en riesgo a la población regional y al consumidor final.
Palabras clave: Agua residual, agricultura, inocuidad, valle del Mezquital.
ANTECEDENTES
La actual ciudad de México fue erigida en 1325 como la gran Tenochtitlan,
la zona elegida por nuestros antepasados prehispánicos es una cuenca
cerrada a la que denominaron Anáhuac (tierra al borde del agua), un valle
rodeado por los lagos de Zumpango, Xaltocan, Texcoco, Xochimilco y
Chalco. Durante la conquista, la ciudad prehispánica cayó a manos de
Hernán Cortez en 1521 y sobre ella se fundó la capital novohispana en 1535.
Dadas las características hidrológicas de la región, denominada actualmente
como valle de México, las inundaciones recurrentes han condicionado el
desarrollo de los asentamientos humanos y forzaron en 1607 a la creación de
un sistema artificial de desagüe, que evolucionaría para enviar el agua
pluvial y residual de la ciudad capital, hacia el valle del Mezquital a través
del rio Tula [1].
El agua residual en este valle semiárido (100 km al norte de la ciudad de
México), se convertiría en un preciado recurso que trasformaría a la
agricultura, en la principal actividad económica y eje de desarrollo de la
región. Al finalizar la revolución mexicana, el valle cumplía las condiciones
agrícolas para que el gobierno adquiriera la hacienda de “El Mexe” a los
señores Requena y en ella creará, con el propósito de impulsar la actividad
agrícola y el desarrollo social, una de las primeras Escuelas Centrales
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Agrícolas en el país, que años después, se fusionaría con la Escuela Normal
Rural de Actopan para formar la Escuela Regional Campesina de “El Mexe”,
más tarde se convertiría en la Escuela Normal Rural “Luis Villareal” y que
actualmente alberga a la Universidad Politécnica de Francisco I Madero [2].
Después de varias modificaciones al sistema de distribución del agua, para
evitar inundaciones en la región del valle de Anáhuac y de propuestas sobre
proyectos de desagüe, en 1607 el virrey Luis de Velasco comenzó la magna
obra del desagüe del Valle de México propuesta por el astrólogo,
cosmógrafo y escritor Enrico Martínez. En su idea Enrico Martínez
planteaba que las aguas del lago de México se vaciarían por medio de una
zanja que uniría el lago de Xaltocan al lago de Zumpango, y las de éste, por
medio de un tajo abierto en Nochistongo, al río Tula, que las llevaría hacia el
Golfo de México [1-2].
La obra parcialmente completa se terminó con éxito en once meses, pero por
problemas de construcción, de estabilidad de los taludes y de ingeniería
básica, la obra no funcionó correctamente, la falta de revestimiento en la
galería del túnel ocasionó varios derrumbes que lo dejaron inservible por
muchos años. En 1789 se retomó el proyecto, y en lugar de reparar el túnel
se realizó un tajo a cielo abierto que sirvió durante algún tiempo para librar a
la ciudad de las inundaciones, pero pronto comenzó a ser insuficiente. Los
problemas de salud que ocasionaban las inundaciones eran ya demasiado
graves, por lo que en 1856 se aprobó el proyecto del ingeniero Francisco de
Garay. En la propuesta de Garay, se retoman ideas de Humboldt para la
construcción del Gran Canal. Las obras fueron iniciadas en 1858, y se vieron
constantemente interrumpidas por la falta de recursos económicos y
conflictos políticos. En 1886, durante el Porfiriato se continúa la obra del
Gran Canal que en 1900 fue inaugurada por Porfirio Díaz. Actualmente, la
Zona Metropolitana del Valle de México cuenta con tres salidas artificiales
de desague; el Emisor Poniente (Tajo de Nochistongo), el Gran Canal de
Desagüe (Túneles de Tequisquiac) y el Emisor Central [1-2].
AGUA RESIDUAL EN EL VALLE DEL MEZQUITAL
La disponibilidad de agua residual en el valle del Mezquital, mejoró la
economía de la región permitiendo una agricultura de riego de altos
rendimientos en cultivos de maíz, alfalfa, avena, cebada, frijol, trigo y
algunas hortalizas y estimulando la actividad industrial. En 1920 se
construyó la presa Requena y en 1936 el sistema fue complementado con las
presas Taxhimay y Endhó. Con el aumento del volumen de agua residual
generado en la ciudad de México, se incrementó la superficie de riego de
14,000 ha en 1926, a 28,000 en 1950 y a 42,460 en 1965, hasta alcanzar en
la actualidad mas 85,000 hectáreas en tres Distritos de Riego 03 (Tula), 100
(Alfajayucan) y 25 (Ixmiquilpan) que reciben en conjunto un promedio de
50 m3/s, conforman uno de los sistemas agrícolas irrigados con agua residual
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
más grande del mundo, que genera el 50% del PIB agropecuario del estado
de Hidalgo [3].
El agua proveniente de la ciudad de México, es una mezcla de agua pluvial y
residual (urbana e industrial) que presenta una alta carga de contaminantes
orgánicos, inorgánicos y microbianos. La utilización de esta agua en la
agricultura y los más de 100 años de practicarla de la misma forma, han
impulsado las actividades productivas del “valle del Mezquital”, permitiendo
la disponibilidad de agua todo el año, incrementado significativamente los
rendimientos de algunos cultivos, elevado el nivel del los acuíferos e
incrementado la cantidad de materia orgánica en los suelos. Sin embargo,
también han comprometido la sustentabilidad del ambiente y de los sistemas
productivos, incrementado la incidencia de enfermedades infecciosas como
la ascariasis y la diarrea, contaminado suelos y cultivos con sodio, metales
pesados y compuestos orgánicos y a los acuíferos con nitratos [3].
Agua superficial. Durante su recorrido superficial a través del valle del
Mezquital, la calidad del agua residual mejora debido a procesos de
degradación biológica, fotólisis, oxidación, precipitación y dilución. Esta
depuración natural semejante a un tratamiento de nivel secundario, reduce
significativamente la concentración de materia orgánica biodegradable,
coliformes fecales, fosfatos, detergentes y nitrógeno amoniacal, mientras que
la concentración de oxigeno disuelto y los nitratos aumentan [3-4].
Suelo. La irrigación con agua residual aumenta el contenido de materia
orgánica, fósforo y nitrógeno disponible en la capa arable del suelo que
beneficia su productividad. Sin embargo, también aumenta la cantidad de
sodio, particularmente en los suelos con problemas de drenaje. En suelos con
más de 60 años de irrigación con agua residual, se presenta acumulación de
metales como el cadmio, níquel y plomo. El agua residual aporta
nutrimentos y materia orgánica al suelo, pero largos periodos de esta práctica
elevan la presencia de sales y metales pesados que ponen en riesgo la
sustentabilidad de los suelos y la actividad agrícola en la región [3-5].
Cultivos. La fertilidad del suelo relacionada con la cantidad de nitrógeno,
fósforo y materia orgánica (que ayuda a limitar la movilidad y efecto del
sodio y los metales) permite obtener en la región rendimientos por arriba de
la media nacional en cultivos con irrigación restringida. En regiones con más
de 65 años de irrigación con aguas residuales, ha aumentado el contenido de
sodio en alfalfa y el de cadmio en alfalfa, trigo y maíz, mientras que el
contenido de calcio en alfalfa ha disminuido. La practica de irrigación sin
restricción es decir la producción de hortalizas con agua residual, no esta
permitida aunque se practica, generando productos de baja calidad sanitaria
y mercado reducido [3-4].
Acuífero. Los 52 m3/s de agua residual que se distribuyen por canales sin
revestir y se utilizan en elevadas láminas de riego, han resultado en la
recarga del acuífero y en la formación de nuevos depósitos y manantiales.
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Dicha infiltración de 25 m3/s que equivale a 13 veces la recarga natural, ha
elevado los niveles piezométricos del agua del subsuelo y ha sido motivo de
estudios que han evaluado la viabilidad de ser utilizada en el abasto de agua
para la ciudad de México. Durante el proceso de infiltración, sucede una
depuración de la mayoría de los contamínenles con una eficiencia semejante
a la de una planta de tratamiento avanzado. Sin embargo, esto no es valido
para algunos componentes inorgánicos como la dureza y los nitratos que
aumentan su concertación en el acuífero comprometiendo la salud de la
población que la usa como abasto de agua potable en la región y su
explotación en el futuro [4].
Salud. Considerando el sistema de transporte y retención del agua residual
para su uso en la agricultura, es posible identificar en la región 4 zonas con
diferentes niveles de riesgo de incidencia de enfermedades infecciosas. Estas
zonas están configuradas por los tiempos de retención del agua desde su
emisión hasta su uso, existiendo así una primer zonas de uso de agua
residual cruda con mayor carga de agentes infecciosos (coliformes y huevos
de helminto) y mayor incidencia de diarrea y ascariasis, una segunda zonas
donde el agua que se recibe ha sido retenida en un reservorio (presa Endho)
y donde la carga de agentes infecciosos e incidencia es mas baja que en la
primera zona, una tercera zona es la que recibe agua que ha sido retenida en
dos reservorios (presa Endho y Rojo Gómez) y donde la incidencia de
enfermedades es menor que las dos zonas anteriores y una cuarta zona en
donde no se usa agua residual y que puede ser utilizada como testigo o
control del impacto del agua residual. Por otra parte, empieza a ser de interés
el riesgo de agentes tóxicos no infecciosos como los metales pesados,
nitratos y compuestos orgánicos en el agua del acuífero y en los cultivos.
Los niveles de metales parecen estar aun por debajo de los niveles de riesgo
en los cultivos, mientras que el efecto de los nitratos y de compuestos
orgánicos en el acuífero y los alimentos es poco conocido y empieza a ser
estudiado, estudios que deben considerar no solo los efectos agudos de la
intoxicación sino también los efectos crónicos y de susceptibilidad
individual [3].
En resumen, el uso del agua residual ha impulsado las actividades
productivas del valle del Mezquital, particularmente la agricultura. Sin
embargo, también han incrementado la incidencia de enfermedades
infecciosas en la población y los largos periodos y altas laminas de uso del
agua residual han impactado al suelo y los acuíferos comprometiendo la
sustentabilidad del sistema. El riesgo ecológico y sanitario que representa la
utilización de aguas residuales para la producción agrícola, que se ha
mantenido a lo largo de un siglo en el valle del Mezquital, en la actualidad
compromete la sustentabilidad agrícola y acota a lo productores de la región
a la obtención de productos de baja calidad sanitaria, de baja remuneración
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
que ponen en riesgo a la población regional y al consumidor final que
incluye a gran parte de los pobladores del centro de la republica.
ASPECTOS DE INOCUIDAD ALIMENTARIA
Según el Codex Aimentarius [6], las personas tiene el derecho de consumir
alimentos seguros, como consecuencia de la falta de seguridad en la
inocuidad de los alientos pueden presentarse enfermedades transmitidas por
alimentos que pueden ser fatales, los brotes de este tipo de enfermedad,
pueden dañar o inhibir la comercialización y el turismo, generando pérdida
de empleos y oportunidades de desarrollo y calidad de vida. Por otra parte la
baja calidad sanitaria de productos sin control de producción, incrementa las
perdidas por deterioro y es una barrera a la aceptación del consumidor.
La introducción de productos agropecuarios en el mercado nacional e
internacional trae consigo un importante beneficio social y económico, pero
también facilita la dispersión de enfermedades. En atención a este fenómeno
de globalización del mercado de productos agropecuarios, se han
desarrollado aspectos regulatorios que incluyen técnicas seguras de
producción, transporte, almacenamiento, distribución y procesamiento, en
las que el control efectivo de la higiene para evitar daños a la salud y
pérdidas económicas es clave. Todos los involucrados en la cadena
productivas deben considerarlas e intégralas en sus prácticas cotidianas. En
la producción primaria se deben aplicar las “Buenas Prácticas Agrícolas”,
que pueden generalizarse en tres grande áreas: a) control de la
contaminación por agua, aire, suelo, desechos animales, fertilizantes,
pesticidas y fármacos; b) control de la sanidad de plantas y animales; c)
protección de las fuentes alimentarias de contaminación fecal [6].
Dado el contexto del Codex Alimentarius, es claro que el sistema agrícola
irrigado con agua residual del valle del Mezquital, está lejos de cumplir las
“Buenas Prácticas Agrícolas”, por lo que su producción agrícola esta acotada
al mercado regional y a productos de baja calidad sanitaria que dificulta el
desarrollo de la agroindustria, esta barrera puede ser superada con la
implementación de un esquema que integre el tratamiento del agua residual,
empleada en las actividades agrícolas y de transformación.
OPCIÓN DE TRATAMIENTO
El tratamiento del agua residual, tradicionalmente involucra la aireación
mecánica del sistema para proporcionar oxigeno a los consorcios
microbianos que consumirán los contaminantes orgánicos. Esta operación
energéticamente costosa, puede representar hasta el 70% del costo
energético total del proceso, limitando su utilización en regiones de reducida
solvencia económica. Las microalgas incluyen a los organismos eucariontes,
autótrofos, fotosintéticos que no pueden verse a simple vista y cuyo
metabolismo energético utiliza nutrimentos inorgánicos y dióxido de carbón
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
para liberar oxigeno como desecho, que puede proveer eficientemente las
necesidades de bacterias aerobias en la degradación de nutrientes [7].
El tratamiento de agua residual con microalgas, permite de forma paralela al
saneamiento del agua residual, obtener biomasa utilizable en la obtención de
biocombustibles y alimentos. El metabolismo fotosintético de las algas, al
remover CO2 y protones del medio, causa un importante incremento en el
pH, abatiendo la carga de microorganismos patógenos. Un sistema en el que
se utilizan microalgas, reduce la emisión de gases de efecto invernadero,
remueve metales, es de bajo costo energético, produce oxigeno y biomasa de
alto valor industrial [7].
La implementación del saneamiento del agua residual del valle del
Mezquital con microalgas (Chlorella), en un sistema continuo con u tiempo
de retención de 96 horas, permite abatir la carga de coliformes y reducir la
DQO en un 80%, mientras que la biomasa de la microalga obtenida durante
el tratamiento del agua, presenta un contenido de proteína y extracto etéreo
del 23% y 14% respectivamente (Figura 1) [8].
Figura 1. Agua residual en tratamiento con microalgas.
Dadas las condiciones del sistema de producción agrícola irrigado con agua
residual del valle del Mezquital y la necesidad de implementar el
saneamiento apropiado al agua residual, que contribuya a dar respuesta a la
problemática ambiental, productiva y de salud regional, el uso de microalgas
en el tratamiento, de forma preliminar, ofrece un sistema seguro, rentable y
sustentable y la biomasa obtenida puede ser un recurso importante en la
agroindustria regional.
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Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
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2013. Universidad Tecnológica del Valle del Mezquital. 2013.
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Elaboración de un Pan Libre de Gluten a Base de
Maíz, Arroz y Tapioca.
Hernández-Sandoval, M.*, Mendoza-Mendoza, B., Gómez-Hernández,
E.
*
Cuerpo académico de Industrias Alimentarias, Instituto Tecnológico Superior
del Oriente del Estado de Hidalgo. Carr. Apan-Tepeapulco, km. 3.5, Col. Las
Peñitas, Apan, Hidalgo, México, CP.43900. Tel.748 91 23489/90, ext. 118,
e-mail: [email protected],
Resumen
Se elaboró un pan libre de gluten a base de harina de maíz, arroz y tapioca, se
probaron cuatro formulaciones de las cuales la F-4 resultó ser la mejor por tener
mejor volumen, ser menos compacta y presentar menos gránulos en la miga. En el
análisis proximal del pan se obtuvo: 8.22, 27.5, 2.3, 0.21 y 30.03 % de proteína,
grasa, fibra cruda, cenizas y humedad respectivamente. Para el estudio de vida de
anaquel se utilizaron dos tipos de empaques (celofán y polietileno) determinando
coliformes totales, mesófilos aerobios, hongos y levaduras; se encontró que con el
polietileno la concentración de coliformes totales y mesófilos aerobios (UFC/g) a los
30 días de almacenamiento, se redujo en 1 y 2 unidades logarítmicas
respectivamente, en comparación con los panes envasados en celofán. Se realizó una
evaluación sensorial mediante una prueba de preferencia con una escala hedónica
verbal, esta evaluación indicó que de un total de 100 jueces no entrenados
encuestados, el 67% dijo que le gusta el pan mientras que solo el 3% manifestó que
le disgustaba mucho.
Palabras clave: Aerobios, coliformes, gluten, mesófilos, tapioca.
INTRODUCCIÓN
El pan en sus múltiples formas es un alimento ampliamente consumido por
la humanidad. Tradicionalmente, se elabora de harina de trigo, pero también
muchos otros tipos de cereales pueden molerse para obtener una harina [1].
La modificación y mejora de la digestibilidad de las antiguas semillas
silvestres de los primeros trigos, mediante la cocción o el horneado,
representó un paso crucial en la evolución de la producción de los alimentos
por el hombre [2]. El gluten se forma durante el proceso de masado,
mediante la hidratación de las proteínas presentes en la harina (trigo, avena,
cebada y centeno), confieren a la masa las propiedades de elasticidad y
esponjosidad, sin embargo los consumidores pueden manifestar cierta
intolerancia al gluten; esta intolerancia es conocida como la enfermedad
celiaca [3].
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Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Las personas que tienen esta enfermedad deben llevar una dieta
completamente libre de cereales libres de gluten y los productos elaborados a
partir de ellos [4]. Se calcula que una de cada cien personas en México
padece la enfermedad celiaca, sin embargo un alto porcentaje desconoce la
sintomatología que ésta enfermedad presenta, por lo que en el presente
trabajo se pretende utilizar cereales libres de gluten como son maíz y arroz,
así como la tapioca (almidón de yuca), para la elaboración de un pan y así
dar una alternativa de consumo para este sector de la población.
MATERIALES Y MÉTODOS

Obtención de las materias primas
La tapioca fue adquirida en forma de esferas de almidón, el maíz se
consiguió en granos; se molieron utilizando una licuadora industrial y
posteriormente fueron tamizados (Tamiz No. 8), el harina de arroz que se
utilizó fue de una marca comercial. Así mismo de acuerdo a lo reportado por
Román, (2009), se utilizaron agua de arroz y almendras.
Para elaborar la pasta se utilizaron como materias primas la harina de arroz,
fécula de maíz, de una marca comercial y goma guar.

Elaboración del pan
De acuerdo con lo reportado por Joseph, (1999), se establecieron las
diferentes formulaciones a utilizar, la cuales se muestran en la tabla 1.

Análisis bromatológicos del pan
Se determinó humedad por diferencia de peso (NOM-116-SSA1-1994),
proteínas por el método Kjeldahl (NMX-F-068-S-1980), grasa por Soxhlet
(NMX-F-089-S-1978), fibra cruda (NMX-F-090-S-1978) y cenizas (NMXF-066-S-1978).
Tabla 1. Formulaciones establecidas para la elaboración de pan libre de
gluten a base de maíz, arroz y tapioca.
INGREDIENTE
(%)
F-1
F-2
F-3
F-4
Tapioca
21.9
21.9
21.9
10.3
Harina de arroz
18.3
18.3
18.3
20.3
Harina de maíz
14.6
14.6
14.6
20.3
3.7
5.5
1.9
---
Agua
almendras
de
46
Hidalgo, Noviembre 2013
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Agua de arroz
3.7
1.9
5.5
16.9
Levadura
0.5
0.5
0.5
0.7
Saborizante
natural
0.7
0.7
0.7
1.0
Azúcar
36.6
36.6
36.6
30.5

Determinación de vida de anaquel
Inmediatamente después del horneado los panes se dejaron enfriar de 3 a 5
minutos a temperatura ambiente, posteriormente fueron envasados,
utilizando dos tipos de bolsas (celofán y polietileno), se sellaron con calor y
almacenaron a temperatura ambiente (20-23°C) durante un mes. Se tomaron
muestras cada tercer día para realizar pruebas microbiológicas, determinando
Mesófilos aerobios, coliformes totales, hongos y levaduras.

Evaluación sensorial
Se realizó una prueba sensorial de preferencia con 100 jueces no entrenados
utilizando una escala hedónica verbal de 5 puntos, en la figura 1 se muestra
un ejemplo de la ficha de cata utilizada.
Figura 1. Ficha de cata para la prueba de preferencia del pan libre de
gluten.
47
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
Análisis de estadístico
Los resultados obtenidos fueron analizados con una ANOVA, siendo el
factor considerado, el tipo de empaque. Y se realizó una comparación de
medias por Tukey con un nivel de significancia de 0.05. Estas pruebas
fueron realizadas con el paquete estadístico Sigma Plot 12.0.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La formulación cuatro (F-4) fue la mejor debido a que fue más esponjosa,
menos compacta y con menor cantidad de gránulos en la miga, esto
posiblemente a la menor cantidad de tapioca presente. Sin embargo estos
resultados deberán ser sustentados por un análisis de perfil de textura; en la
figura 2 se muestra una foto del pan obtenido, donde puede verse el aumento
en el volumen del pan en la formulación cuatro.
En la tabla 2 se muestran los resultados del análisis bromatológico, en donde
se realiza una comparación de la composición proximal de los resultados con
lo reportado para un pan de maíz [7] y un pan de malanga con trigo [8]. Los
resultados muestran que el pankenami contiene menos proteína que los
panes de referencia, sin embargo contiene más humedad, lo cual podría
influir en la textura y sabor, haciéndolo más agradable al consumidor,
además existe una gran diferencia entre el contenido de grasa, haciendo esto
una área de oportunidad para trabajar en la formulación, de tal forma que se
reduzca el contenido de grasa presente en el pan; ya que, el consumidor
podría percibir al pan como poco saludable por el alto contenido en grasa.
Tabla 2. Resultados del análisis bromatológico, comparado con pan de maíz
y pan de malanga-trigo.
*Pankenami
Pan
de
maíz
Pan de
malangatrigo
Proteínas
8.22a
9.6b
9.04b
Grasa
27.5a
4.39b
0.54c
Fibra cruda
2.3a
3.29b
1.54c
Cenizas
0.71a
1.22a
1.61b
Humedad
30.03a
12.6b
17.31c
Determinación
(%)
*Pankenami: pan de maíz, arroz, y tapioca, elaborado en el presente trabajo.
abc medias en la misma fila con diferente letra son significativamente diferentes
(P<0.05).
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a
c
b
Figura 2. Pan elaborado a base de maíz, arroz y tapioca, libre de gluten se
presentan tres formulaciones.
a) Formulación 2, b) formulación 3 y c)
b
formulación 4.
Para la determinación de la vida de anaquel se evaluaron tres muestras de
pan determinando coliformes totales, mesófilos aerobios, hongos y
levaduras; los resultados se muestran en la tabla 3.
Se puede observar que el crecimiento de coliformes totales fue menor en
ambos casos en comparación con mesófilos aerobios, hongos y levaduras,
los mesófilos fueron los que presentaron mayor crecimiento en ambos casos.
Tabla 3. Resultados de análisis microbiológico para las muestras de pan
libre de gluten almacenadas en celofán y polietileno.
Parámetro
Días de almacenamiento
0
MA
HyL
CT
3
6
9
12
15
18
21
24
27
CE
<10a
2.37a
2.73a
3.85a
3.9a
5.97a
6.81a
7.97a
9.94a
9.98a
PE
<10a
2.15a
3.34b
2.8b
3.44b
4.94b
5.49b
5.97b
6.58b
7.77b
CE
<10a
0.2a
0.36a
1.81a
2.12a
2.74a
3.66a
4.73a
5.17a
6.99a
PE
<10a
0a
0.49a
0.72b
1.13b
1.86b
3.99a
4.98b
6.14b
7.0a
CE
<10a
1.12a
1.35a
1.94a
2.24a
2.74a
3.98a
4.08a
4.56a
5.74a
PE
<10a
1.06a
1.46a
1.93a
3.26b
2.76a
3.99a
4.12a
4.57a
4.96b
ab: media en la misma fila con diferente letra, son significativamente diferentes
(P<0.05). MA: Mesófilos aerobios, H y L; Hongos y levaduras, CT: Coliformes
Totales CE: Celofán, PE: Polietileno
La norma NOM-274-SSA1-2008, establece el límite máximo permitido
de Mesófilos aerobios (5000 UFC/g), de acuerdo a estos datos podemos
decir que el pan envasado con celofán tiene una vida de anaquel hasta
por 10 días, sin embargo, utilizando polietileno se logra alargar hasta 15
días (Figura 3).
49
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Esto se debe a las diferencias de permeabilidad a gases (vapor de agua,
oxigeno) que estos materiales contienen. Estas diferencias hacen al
polietileno una mejor barrera al vapor de agua y oxígeno, evitando así la
proliferación de las bacterias.
12
CELOFÁN
10
Log UFC/g
8
6
a
4
2
0
-2
0
5
10
15
20
25
30
20
25
30
Días de almacenamiento
10
8
Mesófilos aerobios
Hongos y levaduras
Coliformes
Polietileno
Log UFC/g
6
b
4
2
0
-2
0
5
10
15
Días de almacenamiento
Mesófilos aerobios
Hongos y Levaduras
Coliformes totales
Figura 3. Desarrollo de los resultados de análisis microbiológicos para las
muestras almacenadas en a) celofán, b) polietileno
En las muestras envasadas con polietileno se pudo observar una disminución
en la concentración de bacterias de 1 y 2 unidades logarítmicas para hongos
y levaduras y mesófilos aerobios respectivamente (Figura 3), lo cual
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significa que el polietileno es un material de empaque más eficiente para
conservar el pan en las condiciones de experimentadas.
En los resultados de la evaluación sensorial (Figura 4) encontramos que 67%
de los jueces manifestaron que les gustaba el pan, lo cual representa más de
la mitad del total de los encuestados, sólo el 3% dijeron que el pan les
disgustaba mucho. Por lo tanto podemos decir que este pan se encuentra
dentro de agrado de los consumidores.
PRUEBA DE PREFERENCIA
3%
me disgusta mucho
12%
Me disgusta
18%
61%
6%
ni me gusta ni me
disguta
Me gusta
Me gusta mucho
Figura 4. Resultados de la prueba de preferencia del pan libre de gluten a
100 jueces no entrenados
CONCLUSIÓN
Se logró obtener un pan libre de gluten que cuenta con las características
organolépticas del agrado del consumidor, como lo mostró la prueba
sensorial. La formulación que cumple con esto es la F4, debido que es más
esponjosa, y suave.
La vida de anaquel del pan es de 15 días según lo establecido en la norma
oficial mexicana para productos de panificación. Esto se cumple si se utiliza
un empaque a base de polietileno.
REFERENCIAS
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Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
[4] Daris., I., Herrera, X. Instituto de nutrición e higiene de los alimentos,
manejo nutricional de la enfermedad celiaca. Revista Cubana de
Pediatría, 2006: 78-90.
[5] Roman, D. Alternativas vegetales de la leche. Unión vegetariana
España. 2009, pp. 30-40.
[6] Joseph, S. Enciclopedia “Arte y secretos de la resposteria”. España, Ed.
Egedsa, 1999.
[7] Ahmed, M.S., Mohie, M.K., Nefisa, A. H. Effecto of wheat flour
Supplemented with barely and/or Corn Flour on balady bread quality.
PolishJournal of Fod and Nutrition Sciences. 2013, 63:11-18
[8] Mongi, R. J., Ndabikunze, B. K., Chove, B. E., Mamiro, P.,
Ruhembe, C. C., Ntwenya, J. G. Proximate compotition, bread
characteristics and sensory evaluation of cocoyam-wheat
composite breads. African Journal of Food, Agriculture, Nutrition
and Depelopment. 2001, 11:5587-5599.
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Comportamiento de los Parámetros Fisicoquímicos en un
Sistema Acuapónico con Restricción de Oxígeno.
Rodríguez-Martínez, N.,* Jiménez- González, A.,1 Tovar-Jiménez, X1
*
Ingenieria en Agrotecnología, Universidad Politecnica de Francisco I. Madero.
Carretera San Juan Tepa- Tepatepe km 2, Francisco I. Madero, Hidalgo. CP.42670.
Tel 738 72 4 11 71, [email protected]
1
Ingenieria en AgroIndustrial, Universidad Politecnica de Francisco I. Madero.
Resumen
En el presente trabajo se evaluaron los parámetros fisicoquímicos: oxígeno disuelto,
potencial de hidrógeno, conductividad eléctrica y temperatura del sistema
acuapónico con restricción de oxígeno con la finalidad de determinar el impacto en
cultivos de lechuga (Lactuca sativa L.) y el efecto en peces de agua dulce Ciprinus
carpio communis (carpas). En relación a la concentración de oxígeno en el estanque
se registraron valores promedio en el mes de Febrero de 21.4 mgL -1, disminuyendo
considerablemente para Marzo (12.01 mgL-1) con incremento en Abril
(19.76 mgL-1), estos datos son superiores al intervalo reportado para el óptimo
crecimiento y desarrollo de la carpa (> 3 a 5 mg L-1). Los valores promedio de pH
para los meses Febrero, Marzo y Abril fueron: 7.6, 7.9 y 8.4, respectivamente. En
cuanto a la temperatura del sistema acuapónico fueron: 23.44 °C, 19.16 °C y
23.5 °C, para los meses antes mencionados. Sin embargo, se presentaron eventos
climatológicos tardíos como la presencia de heladas en el mes de Marzo afectando a
las plantas provocando marchitez permanente, los peces bajo estas condiciones no se
vieron afectados ya que toleran hasta 8 °C. Bajo las condiciones de altos niveles de
oxígeno disuelto se registró solo el 4% de mortalidad en peces. Lo antes mencionado
sugiere que el sistema acuapónico con restricción de oxígeno es una alternativa
viable para minimizar el impacto en los altos costos de energía eléctrica en sistemas
acuapónicos tradicionales donde la oxigenación suministrada es continua.
Palabras clave: Acuaponia, Carpas, sistema, oxígeno disuelto.
INTRODUCCIÓN
En México la explotación psícola corresponde generalmente a los litorales
donde el abastecimiento de agua para las especies se da de manera natural y
requiere de un mínimo de infraestructura, esto implica el forzoso traslado del
producto hacia el destino final de consumo encareciéndolo, pues su
movilidad requiere equipo necesario por referirse a un producto perecedero.
La explotación de peces en granjas es restringida por que se requiere
abastecimiento permanente de agua para garantizar la oxigenación constante
y agua en grandes cantidades, la cual no se siempre está disponible [1]. La
hidroponía es una actividad preponderantemente realizada en ambientes
controlados con monitoreo constante del estado nutrimental de las plantas,
53
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Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
garantizando la producción del cultivo, sin embargo, este tipo de explotación
agrícola ha ido en decremento debido a los altos costos de fertilización y la
disponibilidad de agua de calidad, utilizando de manera preferente la
potabilizada ya que estas tecnologías no hacen uso de captación de agua de
lluvia o del tratamiento de agua, si así fuera se requiere para esto proveer a
dicho sistema de un proceso de depuración de agua o filtrado que permita la
remoción de los elementos contaminantes [2].
Acuaponía es el nombre que se da a la integración de la acuacultura y de la
hidroponía. La acuaponía es el cultivo de peces y plantas en un sistema de
recirculación cerrado [3-5]., cuyo fundamento es atacar problemas como la
escases del agua y el abastecimiento de cultivos innocuos, sin embargo, esta
técnica sigue siendo un reto, pues aunado a los problemas anteriores este
proceso requiere de una recirculación continua de agua a través del sistema
que a la larga no responde a las necesidades que la explotación requiere,
pues el proceso se encarece por el uso de energía eléctrica. El presente
trabajo se realizó con la finalidad de evaluar los parámetros fisicoquímicos
de un sistema acuapónico bajo restricción de oxígeno así como el efecto en
la dinámica de crecimiento de los peces y del cultivo de lechuga.
ANTECEDENTES
Masser [4] menciona que un sistema acuapónico es adecuado cuando el
diseño y funcionamiento reduce en un 90% los requerimientos de agua
necesaria para un cultivo normal de peces, es decir, utiliza una décima parte
de agua, ocasionando que se aumente el rendimiento de los peces y cultivos,
por lo tanto se disminuyen los costos de producción sin la necesidad de
contar con grandes extensiones de tierra, además de ahorrar hasta 45% en
fertilizantes en una producción de hortalizas, ya que el agua de un sistema de
producción de peces proporcionan el 80% de los 16 elementos que necesitan
las plantas para su desarrollo. Sin embargo, para garantizar este rendimiento,
se deben cuidar factores externos como la temperatura del estanque, debido a
que esta modifica el biorritmo y el crecimiento, de manera común en clima
templado, las fases de actividad y pasividad alternan en la alimentación con
una secuencia regular que está asociada a los cambios de temperatura. Los
peces crecen rápido en los períodos donde muestran actividad, este período
activo se evidencia durante la primavera, el verano y el otoño temprano,
cuando la temperatura del agua se mantiene por encima de los 12 a 14 ºC.
No existe crecimiento durante los períodos de pasividad alimentaria y a
veces inclusive, puede producirse alguna pérdida de peso [6].
La Carpa común tiene una gran capacidad de adaptación y tolera un amplio
rango de condiciones ambientales [7-8], como la temperatura , la cual
resisten en un intervalo de 8ºC a 39ºC con un óptimo de 25º a 30º C [7]. Por
54
Hidalgo, Noviembre 2013
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otra parte, el pH es otro factor que se debe de cuidar en la acuapónia,
Timmons et al. [9] y Billard [7] mencionan que las carpas toleran valores de
pH de 5 a 9 con un óptimo de 6 a 8. De igual manera, las carpas resisten una
dureza de agua >100 mg de calcio por litro de agua, y una alcalinidad de
50 a 300 mgL-1 [3, 6, 10].
El oxígeno disuelto es un gas de baja solubilidad en el agua, requerido para
la vida acuática aerobia y está en función de la temperatura, de la presión
atmosférica y de la concentración de sales. La solubilidad del oxígeno
atmosférico en aguas dulces oscila entre 7 mgL-1 a 35 °C y 16.6 mgL-1 a
0°C. La baja disponibilidad de oxígeno disuelto limita la capacidad
autopurificadora de los cuerpos de agua y hace necesario el tratamiento de
las aguas [11]. Horvâth et al., [12], reportan que la concentración de oxígeno
disuelto óptimo para la carpa es 3-5 mgL-1.
Por otra parte, el cultivo de lechuga es de estación fría que requiere una
temperatura media del aire de 10-20 °C, por tal motivo, las noches frescas
son esenciales para una lechuga de buena calidad [13]. Los suelos preferidos
por la lechuga son los ligeros, arenoso-limosos, con buen drenaje, situando
el pH óptimo entre 6,7 y 7,4 [13]. Así mismo, se ha encontrado que las
aplicaciones de agua frecuente y ligera son más efectivas para obtener altos
rendimientos y una producción de calidad, lo cual se puede realizar por
medio de sistemas de riego que incluyen el riego en surco, superficie, goteo
y aspersión, sin embargo, el sistema por goteo es el más eficiente [13].
OBJETIVO
Evaluar el efecto de la restricción de oxígeno sobre los principales
parámetros fisicoquímicos en un sistema acuapónico y su efecto en el
crecimiento de plantas de lechuga (Lactuca sativa L.) y peces (Ciprinus
carpio communis)
METODOLOGÍA
El presente trabajo se realizó en las instalaciones de la Universidad
Politécnica de Francisco I. Madero, cuya ubicación geográfica es: Latitud
norte de 20° 11’ 28” y 99° 00’ 9” longitud oeste, con una altitud de
1960 msnm. El sistema acuapónico fue construido mediante la excavación
de dos tanques cubiertos de plástico para invernadero; uno usado como
criadero y otro como aclarador, ambos conectados entre sí, permitiendo el
paso de agua del estanque a través de un tubo hacia el aclarador con agua ya
decantada, ambos estanques cubrieron una área de 3.5 m3 y 2.5 m3
respectivamente, el sistema hidropónico se construyó con tubos de PVC
sanitario de 4” conectados entre sí con una separación de 30 cm entre planta
y planta y 60 cm entre surco y surco, formando un área experimental de
12 m2. Los tubos se rellenaron de tezontle molido usado como sustrato para
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la lechuga variedad romana y bola. Diariamente, en dos momentos (8:00 h y
18:00 h) se llevó a cabo el riego mediante una bomba de ½ HP, permitiendo
que el agua del estanque aclarador pasara a través del sistema hidropónico y
una vez recorrido este, el agua fluyó al estanque de los peces para que por
decantación regresara al aclarador. Se sembraron 50 carpas (Ciprinus carpio
communis) las cuales tenían una identificación en aleta dorsal, el peso
promedio de estas fue de 15.6 g, se alimentaron con producto comercial dos
veces al día después del rebombeo. Una vez madurado el sistema se
monitorearon las variables fisicoquímicas con una sonda multiparamétrica
HI 769828 en el estanque como: Oxígeno disuelto, temperatura, pH, sólidos
totales, durante en un lapso de tres meses, así como las variables
agronómicas: altura de planta, diámetro de tallo, número de hojas. Se
realizaron tres evaluaciones en los meses Febrero, Marzo y Abril de las
condiciones de los peces (peso y tamaño).
RESULTADOS Y DISCUSIONES
La cantidad promedio de oxígeno disuelto monitoreado en el mes de Febrero
fue de 21.42 mgL-1, para el mes de Marzo fue de 12.01 mgL-1 y 19.76 mgL-1
en Abril, lo cual, lo cual difiere con Horvâth et al. [9], quienes reportan que
el nivel óptimo de oxígeno en el estanque corresponde a un valor entre
3 y 5 mgL-1, si se considera el mayor valor reportado, las condiciones del
estanque con restricción de oxígeno supera en 428.4% para el mes de
Febrero, 240.2% para Marzo y 395.2% en Abril, este incremento sugeriría la
muerte inmediata de los peces, sin embargo, solo existió la mortandad de un
4% (ver Fig. 1).
En relación al pH, la tendencia creciente sugiere que la relación de este
parámetro es directamente proporcional con el incremento del oxígeno
disuelto, ya que en el promedio de los meses muestreados no se observan
tendencias decrecientes (pH: 7.6, 7.94 y 8.4), los resultados obtenidos no
excede el valor indicado por Billard [7], (pH: 5 a 9 y óptimo de 6 a 8).
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Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
25.00
8.60
8.40
20.00
OD (mg l -1)
8.20
15.00
8.00
pH
7.80
10.00
7.60
5.00
7.40
0.00
7.20
Febrero
Marzo
Meses
Abril
O.D. (mg l-1)
Fig. 1. Comportamiento del oxígeno disuelto y el pH en el estanque
muestreado en diferentes periodos.
En lo que respecta a la temperatura y la relación entre la concentración de
oxígeno disuelto en el estanque de carpas, la Fig. 2 muestra que para los
meses de Febrero y Abril la temperatura promedio registro valores de
23.44 °C y 23.5 °C, respectivamente y una concentración de oxígeno
disuelto de 21.41 mgL-1y 19.76 mgL-1, correspondientemente, lo que
concuerda con Romero [8] quien menciona que la concentración del oxígeno
disuelto está en función de la temperatura, de la presión atmosférica y de la
concentración de sales, razón por la cual se puede decir que en el mes de
Marzo al bajar la temperatura, la concentración de oxígeno registra valores
inferiores a los obtenidos en los meses de Febrero y Abril.
Por otra parte, la evaluación de los parámetros de crecimiento y peso de los
peces, presentaron un peso final promedio de 126 g, lo que refiere un
incremento de 110 g promedio. Cabe mencionar que el muestreo solo se
realizó durante tres meses, lo cual, no representa el ciclo de vida de la
especie.
En cuanto al cultivo de lechuga se refiere, solo se muestrearon 32 días
(3 mediciones) ya que se presentó una helada tardía en el mes de Marzo y
siniestró el cultivo, sin embargo, los datos tomados antes del fenómeno
climático, coinciden con el tamaño correspondiente a su edad fisiológica lo
que indica que el sistema acuapónico es factible de implementar para el
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OD (mg l -1)
cultivo de lechuga, registrándose una altura promedio de 24.9 cm en la
lechuga variedad orejona y 19.2 cm en la lechuga variedad romana.
25.00
25.00
20.00
20.00
15.00
15.00
T °C
10.00
10.00
5.00
5.00
0.00
0.00
Febrero
Marzo
Meses
Abril
O.D. (mg L-1)
T°C
Fig. 2. Comportamiento del oxígeno disuelto y la temperatura en diferentes
periodos.
CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos del sistema acuapónico con restricción de oxígeno
indicaron que es una alternativa viable para minimizar el impacto en los
altos costos de energía eléctrica en sistemas acuapónicos tradicionales donde
la oxigenación suministrada es continua.
PERSPECTIVAS DEL TRABAJO
Debido a las condiciones climatológicas es necesario realizar de nuevo el
trabajo para garantizar la confiabilidad de los datos, asimismo, se realizará
dicho experimento en otra época del año.
REFERENCIAS
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2012.
Página
consultada
11/11/13.
http://www.conapesca.sagarpa.gob.mx/wb/cona/cona_antecedentes
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Página
consultada
11/11/13.
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oponia%20R%C3%BAstica.pdf
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Thermal Biology. 29. pp. 265–270.
[7] Timmons M. Ebeling J, Mheaton F, Summerfelt S. & Vinvi B.
Recirculation aquaculture Sistem. 2002. 2 ed. pp.213
[8] Romero, 2005. Tratamiento de aguas residuales por lagunas de
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[9] Horvath L, Tomas G. & Seagrave C. 2002.Carp and pond fish
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hortalizas. España: Acribia.
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Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Efecto del Estímulo de Extractos Frutales en la
Germinación de Laelia speciosa (H.B.K) Schltr.
Sánchez- Herrera S*., Díaz-Batalla Luis, Tóvar Jimenez X.
Cuerpo Académico de Biotecnología Agroindustrial Sustentable.
Universidad Politécnica de Francisco I. Madero. Km 2 carretera TepatepecSan Juan Tepa. Francisco I. Madero. Hidalgo. CP:42660.
E-mail:[email protected]
Resumen
Laelia speciosa es una especie epífita endémica de México, perenne y con flores
llamativas color rosa-lila, es depredada debido a sus fines ornamentales y se
encuentra dentro de la categoría de vulnerable según el libro rojo de la Unión
Internacional para la conservación dela naturaleza y recursos naturales (IUCN). Las
semillas en condiciones naturales presentan un bajo porcentaje de germinación en un
largo periodo de tiempo, en condiciones asimbióticas in vitro el tiempo se reduce y
el porcentaje de germinación aumenta debido a la fuente de carbohidratos que
contiene. Las semillas de las orquídeas fueron colectadas en el municipio de
Ajacuba Hidalgo; se sembraron en un medio de cultivo semisólido MurashigeSkoog suplementado con un extracto frutal. Se evalúo el porcentaje de germinación
y se cuantifico el índice de desarrollo para conocer el efecto del medio sobre el
desarrollo de las semillas. El porcentaje de germinación vario entre 92 y 100%. Las
semillas después de 98 días llegaron a formar plántulas con una hoja.
Palabras clave: Carbohidratos, Medio MS, Orquídea.
INTRODUCCIÓN
La familia de las Orchidaceae comprende aproximadamente 35 mil especies
y cerca de 900 géneros, ésta considerada como uno de los grupos de
fanerógamas más numerosas [1]. Es también de las familias más
ampliamente distribuidas ya que pueden encontrarse en diversos hábitats
exceptuando a los polos. Es también uno de los taxa más vulnerable, debido
principalmente a su belleza, la cual eleva su valor hortícola y comercial,
razón por la cual generalmente son extraídas de su ambiente natural, así
como por la destrucción delos hábitats donde se desarrolla [2]. En nuestro
país se conocen un poco más de 1000 especies de orquídeas de las cuales el
35% son endémicas [3]. Los frutos de las orquídeas son tripartitas que se
desarrollan a partir del ovario inmediatamente después de efectuada la
polinización. Estas capsulas requieren de un año para su maduración.
La estructura y el tamaño de las semillas es una de las más notables
características de las orquídeas, pesan entre 0.3 y 14 mg, miden usualmente
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Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
de 0.25 a 1.2 mm de largo y entre 0.09 y 0.27 mm de ancho. Poseen un
pequeño embrión alargado suspendido dentro de una membrana transparente
o a veces pigmentada. Contiene un suspensor de células alargadas y
elongadas en la parte posterior del embrión [4]. Estas semillas no poseen
cotiledones y consisten principalmente en un embrión indiferenciado cuando
está maduro y carece de reservas nutricionales suficientes para su
germinación. Por ello, es necesaria una fuente de nutrición externa hasta que
se desarrollen lo suficiente para sobrevivir.
La fuente de carbono y energía como lo son los carbohidratos, son el
estímulo disparador de las respuesta morfogénicas para la germinación tanto
en condiciones naturales como in vitro. En la naturaleza el estímulo inductor
depende de la simbiosis establecida por un hongo que generalmente es del
género Rhizoctonia; mientras que la germinación en el laboratorio depende
de la adición de carbohidratos a un medio de cultivo basado en sales
minerales.
Se conoce que la falta de éste estimulo ocasiona la suspensión del desarrollo
del embrión aun cuando éste de halla iniciado su germinación y existe
clorofila en el tejido; mientras que el estímulo continuo provocara la
culminación del proceso de germinación, que ésta establecido para la
formación de una plántula con hojas y raíces. De acuerdo a lo anterior el
objetivo del trabajo fue determinar el efecto que poseen las semillas al ser
expuestos a una fuente de carbohidratos de origen frutal.
METODOLOGIA
La recolecta del material biológico se llevó a cabo en el Municipio de
Ajacuba en la localidad de Vicente Guerrero. Se localizaron las orquídeas
dentro de los patios de las casas, sobre árboles de mezquite y posteriormente
se llevó a cabo la recolecta de los frutos de aproximadamente 7 meses de
edad, los cuales presentaron una coloración verde intensa, de tamaño regular
y sin presencia de plagas y además que se encontraran cerrados, de este
modo se obtuvo el lote para cada fruto.
El transporte de los frutos al laboratorio se realizó en bolsas de papel y se
almacenaron dentro de frascos limpios y secos cubiertos con una malla de
nylon, éstos se guardaron dentro de un desecador con cloruro de calcio
anhidro, de ésta forma se tenían semillas disponibles por largos periodos de
tiempo.
La prueba de viabilidad ser realizo mediante el método bioquímico de
tetrazolio (2,4,5, trifeniltetrazolio) desarrollado por Läkon en 1949 de
acuerdo a [5].
Se colocaron semillas de dos frutos pequeños en sobres de papel filtro (2 cm
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Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
x 2 cm), los cuales se sumergieron en etanol al 70% durante 5 minutos,
posteriormente fueron transferidos a una solución de hipoclorito de sodio
con 0.6% de cloro disponible, durante 10 minutos de acuerdo a [6], con el fin
de permitir una mayor permeabilidad de la testa y lograr una buena tinción
del embrión.
Se realizaron enjuagues y se colocaron 24 horas en una solución de
tetrazolio al 1%, después se observaron bajo el microscopio y se tomaron al
azar 4 lotes de 50 semillas, de las cuales se contabilizaron las teñidas para
calcular el porcentaje de viabilidad mediante un rango de tolerancia máxima
[5].
Se empleó el medio de cultivo (MS), añadiendo 3 g litro-1 de sacarosa, 4 g
litro-1 de extracto de manzana, 4 g plátano y 4 g de jitomate los cuales se
licuaron con 10 ml litro-1 de agua de coco, adicionándole al medio de cultivo
y se ajustó el pH a 5.6 por último se agregó 5 g litro-1 de agar-agar. Para su
esterilización, se introdujeron en la autoclave los frascos con el medio con
tapas de plástico durante 20 minutos a una presión de 15 atm y a 120 °C. Se
colocaron 15 ml de medio en cada frasco.
Previo a la siembra se colocaron 50 semillas dentro de sobres de papel filtro
(2 cm x 2 cm), las cuales fueron desinfestadas en una solución de etanol al
70% y con hipoclorito de sodio al 0.6% de cloro disponible, posteriormente
se enjuagaron con agua destilada.
Se colocó un sobre de semillas en cada frasco con medio de cultivo haciendo
un total de 45 réplicas para cada tratamiento dentro de la campana de flujo
laminar.
Después de la siembra los frascos se colocaron en una sala de incubación a
una temperatura constante y un fotoperiodo de 16 horas luz, manteniéndolos
hasta 98 días en el medio cultivo.
Para seguir el desarrollo del embrión cada 7 días se observaron y contaron
las semillas o plántulas en cada tratamiento y se le asignó un valor a cada
etapa de desarrollo del embrión.
El índice de desarrollo se calculó para cada repetición registrando la
frecuencia de cada valor expresado como un porcentaje del número total de
individuos evaluado. Estos porcentajes fueron multiplicados por el valor de
sus respectivas etapas asignadas, finalmente fueron sumados y el total se
consideró como el valor del índice de desarrollo.
Se observó el desarrollo morfológico de las semillas determinando el
porcentaje de plántulas con raíces verdaderas hasta el final del cultivo.
A los resultados de la germinación y el índice de desarrollo se le aplico un
análisis de varianza para establecer las diferencias significativas entre las
concentraciones y establecer la respuesta morfogénica del embrión a la
exposición de la pulpa de mango.
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Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
RESULTADOS
Los resultados de la prueba de viabilidad mostraron que el porcentaje de
tinción de los embriones fue entre el 86% y 90% (ver Tabla 1), la coloración
varió entre un rojo intenso hasta anaranjado, lo que concuerda con los
reportes de [7], quienes mencionan que los embriones viables de las semillas
de orquídeas se tiñen en las coloraciones arriba mencionadas.
La prueba de viabilidad fue aceptada ya que la variación entre repeticiones
no excede los rangos de tolerancia máxima permitidos [5].
Tabla 1. Viabilidad de semillas de Laelia speciosa mediante la prueba de
tetrazolio.
Lote7 % de germinación
1
2
3
4
86
90
86
88
Promedio
87
Variación Tolerancia
4
13
Germinación.
Los criterios de germinación en orquídeas varían de acuerdo a diferentes
autores, sin embargo para esta investigación se consideró como el inicio de
la germinación cuando el embrión se hinchaba y rompía la testa, sin importar
si presentan o no una coloración verde.
Los porcentajes de germinación de las semillas estimuladas con el extracto
de frutas variaron durante los primeros 35 días alcanzando un porcentaje de
92% de germinación y alcanzó el 100% de germinación a los 42 días de edad
sobre el medio.
Indice de Desarrollo:
Durante esta investigación se estableció el tiempo en que suceden los
cambios morfológicos del embrión por efecto de los extractos frutales en el
medio de cultivo. Se observó que a los 7 dias después de la siembra el indice
de desarrollo fue de 150, lo que indica que el 50% de las semillas se
encontraban en estadio 2 de desarrollo, es decir hinchadas pero sin haber
diferenciación morfogénica.
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
A los 35 días de la siembra, las semillas alcanzaron un índice de desarrollo
de 250, ésto indica que las semillas alcanzaron la etapa de protocormo.
Después de 42 días sobre el medio de cultivo, las semillas alcanzaron un
índice de 350 lo cual muestra que la mitad de la semillas estaba en etapa de
plátula con una hoja.
A los de 98 dias después de iniciada la siembra se alcanzo un índice de
desarrollo de 400, en donde todas alcanzaron al etapa de plántula con una
hoja (ver Fig. 1).
Fig. 1. Desarrollo de las semillas a los 98 días sobre el medio MS
suplementado con extractos frutales.
El crecimiento de las plántulas bajo condiciones in vitro es normalmente
soportado por una fuente exógena de azúcares En orquídeas diversos autores
confirman que solo las series D de azúcares son útiles durante la
germinación [8]. Sin embargo, las semillas de orquídea germinan más rápido
sobre azúcares simples como la sacarosa, glucosa y fructosa, éstos además
de ser una fuente de carbono y energía para el embrión son el estímulo
disparador de su desarrollo morfogénico durante su germinación [9].
Conclusiones
La viabilidad promedio de los embriones de las semillas de Laelia speciosa
fue del 87%, mientras que la germinación fue alta 92-100%.
El estadio máximo alcanzado a los 98 días fue de plántula con dos hojas.
Una fuente exógena de fuente de carbono como lo son los extractos de frutas
son una buena alternativa para poder germinar semillas de Laelia speciosa.
Se recomienda establecer el tiempo mínimo de exposición a una fuente de
carbono para poder estimular un mayor desarrollo de las plántulas.
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
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Developemental and Cell Biology. Ed John Willey and Sons. USA. 691 p.
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germinación de las semillas, el desarrollo y el crecimiento de plántulas de
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Laelia speciosa durante la germinación asimbiótica in vitro. In V Encuentro
latinoamericano de Orquideología. Octubre 19-25.
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Riesgos Biológicos Asociados al Consumo de Carne de
Cerdo y Estrategias Para Asegurar su Inocuidad.
Diaz-Batalla, L.,* Noguez-Estrada, J., Sanchez-Herrera, S. G.
*
Ingenieria Agroindustrial/Cuerpo Académico de Biotecnologia Agroindustrial
Sustentable. Universidad Politécnica de Francisco I Madero. Domicilio Conocido,
Tepatepec, Hidalgo. México. CP. 42660. e-mail: [email protected].
Resumen
La producción de carne roja a nivel mundial se estima en cerca 190 millones de
toneladas, más del 50% de estas es carne de cerdo, especie que se produce solo para
este propósito. En México el consumo nacional aparente anual de carne de cerdo y
derivados, se estima en cerca de 1,790,000 toneladas, el 63% de las cuales son de
producción nacional y el restante 37% de importación. El 40% de la producción
nacional se relaciona con Rastros Tipo Inspección Federal (TIF) y el restante 60%
con rastros y mataderos de bajo, medio, alto y muy alto riesgo sanitario. A pesar de
que en Hidalgo, se ha definido a la cadena de producción de carne de cerdo, como
un área de oportunidad para sustituir importaciones y promover exportaciones, no se
cuanta con un rastro TIF y ha sido considerado dentro de los estados con un sistema
de producción de carne de alto riesgo sanitario, por lo que la mejora de la inocuidad
en la cadena productiva se considera estratégica para detonar el sector. Para la
elaboración de sus medidas nacionales de inocuidad, los países Miembros de la
OMC deben basarse en las normas y directrices internacionales adoptadas por la
Comisión Mixta FAO/OMS del Codex Alimentarius.
Palabras clave: Inocuidad, carne de cerdo, riesgos biológicos, APPCC.
CONTEXTO INTERNACIONAL DE LA INOCUIDAD
Todos los países necesitan contar con programas de control de alimentos
para garantizar que los suministros nacionales y de intercambio internacional
sean inocuos, de buena calidad y estén disponibles en cantidades adecuadas
y precios asequibles, para asegurar que todos los grupos de la población
puedan gozar de un estado de salud aceptable, que les permita su desarrollo
y evite las pérdidas de alimentos por deterioro. El control de alimentos
incluye todas las actividades que se lleven a cabo para asegurar la calidad, la
inocuidad y la presentación honesta del alimento en todas las etapas, desde la
producción primaria, procesamiento, almacenamiento, transporte,
comercialización y consumo regional o internacional [1]. La Organización
Mundial de Comercio (OMC) en la Ronda Uruguay, abordó la liberalización
del comercio de productos agrícolas, generando dos acuerdos
internacionales; el acuerdo sobre la aplicación de medidas sanitarias y
fitosanitarias (MFS) y el acuerdo sobre obstáculos técnicos al comercio
(OTC). Ambos acuerdos serán aplicados por los Estados Miembros de la
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
OMC, y sus términos generales son válidos para aquéllos que no son Estados
Miembros. Los acuerdos confirman el derecho de los Estados Miembros de
la OMC a aplicar las medidas necesarias para proteger la vida y la salud de
las personas, los animales y las plantas. Tales medidas no habrán de
aplicarse de forma que constituyan un medio de discriminación arbitraria e
injustificable entre países, o como restricciones encubiertas al comercio
internacional. Para la elaboración de sus medidas nacionales, los Miembros
de la OMC deben basarse en las normas y directrices internacionales
adoptadas por la Comisión Mixta FAO/OMS del Codex Alimentarius, sin
perjuicio de que cada miembro pueda adoptar medidas más estrictas, si
existe una justificación científica para ello, o cuando el grado de protección
provisto por la norma del Codex no sea compatible con el que se aplica
generalmente en el país en cuestión por considerarlo más apropiado [1].
Estados Unidos, Canadá y México firmaron el Tratado de Libre Comercio
del América del Norte (TLCAN), creando uno de los mercados más
importantes del mundo y también firmaron el acuerdo sobre la aplicación de
medidas sanitarias y fitosanitarias (MFS) de la OMC. Sin embargo, existen
grandes diferencias en los estándares sanitarios, productivos, de salud y
ambientales entre estas naciones [2]. Los sistemas de gestión y regulación de
la inocuidad alimentaria y salud animal de EU y Canadá están considerados
como los mejores a nivel mundial, según la OCED, estos dos países se
encuentran entre los seis mejores sistemas de seguridad e inocuidad
alimentaria junto con Dinamarca, Australia, Reino Unido y Japón, mientras
que México no fue considerado entre los primeros 17 [3]. A pesar de que el
80 % de las exportaciones asociadas con el sector agrícola y alimentos de
México, se dirigen a Estados Unidos, la heterogeneidad en los estándares,
sistemas de salud e inspección son un problema pendiente que afecta y limita
el mercado y la movilidad internacional de materias primas y productos.
Cuando los estándares internos para el mercado de alimentos de un país, son
menores a los estándares de la misma nación para importar el mismo
producto, los países que han firmado el acuerdo MFS de la OMC, están
obligados a permitir importaciones con estándares menores, afectando
directamente su sistema productivo y mercado interno [2]. Por otra parte, el
desarrollo de estándares privados por parte de grandes compañías con
requerimientos específicos, está generando más heterogeneidad y el Sistema
de Certificación de Seguridad Alimentaria 22000 (FSSC 22000) está
ganando aceptación en el mercado internacional [2].
En el Codex Alimentarius, las normativas de Estados Unidos, Canadá y
México y en el FSSC 22000, la estrategia para el desarrollo de programas de
control y gestión de la inocuidad alimentaria es el sistema de Análisis de
Peligros y Puntos Críticos de Control (APPCC o HACCP), un sistema de
carácter preventivo que identifica y describe los peligros de naturaleza
química, física o biológica en los alimentos que pueden poner el riesgo la
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
salud del consumidor. En México la aplicación del sistema APPCC es
obligatorio en las plantas de sacrificio de animales, procesamiento y almacén
de carnes y productos cárnicos Tipo Inspección Federal (TIF) y está
regulado por la SAGARPA, aunque este esquema representa un porcentaje
menor en el sistema productivo mexicano y se asocia frecuentemente a
iniciativas de exportación [2].
IMPORTANCIA DEL MERCADO DE LA CARNE DE CERDO
La producción de carne roja a nivel mundial se estima en cerca 190 millones
de toneladas, más del 50% de estas son de carne de cerdo (especie que se
produce solo para este propósito). Su alta eficiencia de conversión, puede
permitir obtener un kilogramo de cerdo en pie, usando cerca de tres
kilogramos de alimento, mientras que para obtener un kilogramo de res en
pie, se requieren más de 5 kilogramos de alimento [4].
La producción de carne de cerdo tiene una tendencia de crecimiento anual
del 1.5%, un poco mayor que el resto de las carnes, en gran medida debido a
la demanda de las economías en desarrollo. Los ocho principales países
exportadores son Dinamarca, Estados Unidos, Alemania, Canadá, Holanda,
España, Bélgica y Brasil, mientras que los principales importadores son
Italia, Japón, Rusia, Reino Unido, México, Corea del Sur y China. China
produce cerca del 45% de la carne de cerdo y es el principal consumidor y el
segundo productor es Estados Unidos con cerca del 9%. México no destaca
dentro de los primeros 10 productores o exportadores pero si dentro de los
primeros ocho importadores de carne de cerdo. El mercado de carne de cerdo
es el más importante a nivel internacional, comúnmente se comercializa
refrigerado y es utilizado para productos procesados [4].
El consumo de carne de cerdo en México ocupa el tercer lugar (25%),
después de la carne de res (27%) y de pollo (44%). El consumo nacional
aparente anual de carne de cerdo y derivados, se estima en cerca de
1,790,000 toneladas (15 kg per cápita), el 63% de las cuales son de
producción nacional y el restante 37% de importación principalmente de
Estados Unidos. Los principales estados productores de carne de cerdo son
Sonora (19.4%), Jalisco (18.8%), Guanajuato (8%), Puebla (8.5%), Yucatán
(7.5%) y Veracruz (6%). Cerca de 70 mil toneladas de carne de cerdo y
derivados se producen para exportación, el 85% de estas tiene como destino
Japón. El 40% de la producción nacional se relaciona con Rastros Tipo
Inspección Federal y el restante 60% con rastros y mataderos de bajo, medio,
alto y muy alto riesgo sanitario [5].
El faenado de cerdos en México se realiza en dos tipos de establecimientos,
en rastros (faenan diaria de al menos 28 animales de ganado mayor o 56 de
ganado menor o 1,000 aves) o matadero (de menor capacidad que la descrita
para rastro). Cerca del 90% del faenado se realiza en rastros y el restante en
mataderos. Anualmente el sacrificio de cerdos en establecimientos con alto
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
y muy alto riesgo sanitario, produce cerca de 70,000 toneladas de carne de
cerdo, que dado su consumo per cápita, podría afectar a más de 3.5 millones
de personas. El 70% de los establecimientos de alto y muy alto riesgo, se
asocian al servicio de poblaciones con menos de 100,000 habitantes, es decir
a regiones suburbanas o rurales, mientras que los establecimientos de bajo
riesgo se asocian a zonas urbanas. La distribución geográfica de los
establecimientos según su nivel de riesgo, permite agrupar a los estados de la
república mexicana, de forma general, en 4 categorías: 1) de riesgo bajo;
Aguascalientes, Coahuila, Durango Nuevo León, Sonora, Yucatán y
Zacatecas, 2) de riesgo medio; Baja California Norte, Chiapas, Chihuahua,
Jalisco, Nayarit, Puebla, Querétaro, Quintana Roo, San Luis Potosí y
Veracruz, 3) de riesgo alto; Baja California Sur, Colima, Estado de México,
Guanajuato, Michoacán, Morelia, Oaxaca, Tabasco, Tamaulipas y Tlaxcala,
4) de riesgo muy alto; Campeche, Guerrero e Hidalgo [6].
En el estado de Hidalgo, que pertenece a la región clasificada como de
riesgo sanitario muy alto, la producción de carne de cerdo en canal, en 2012,
fue de 13,287 toneladas, que representó el 1.07% de la producción nacional
(1,238,625 toneladas). La contribución del estado a la producción nacional
en 2007, 2008, 2009, 2010 y 2011, fue del 1.92%, 1.66%, 1.36%, 1.17% y
1.14% respectivamente, manifestando una clara tendencia a la baja, a pesar
de que la cadena productiva ha sido clasificada como de alta prioridad
estratégica para el estado, según la Agenda de Innovación Tecnológica del
estado de Hidalgo 2011 [7] y la SAGARPA le ha considerado como
oportunidad de mercado en el estado de Hidalgo para sustituir importaciones
y promover exportaciones [8]. La principal barrera para detonar el mercado
de la carne de cerdo en el estado, es la baja calidad sanitaria que compromete
la inocuidad del producto a lo largo de la cadena productiva. En el estado se
encuentran registrados 30 establecimientos para el faenado de ganado, pero
ninguno de ellos es Tipo Inspección Federal, es decir ninguno aplica el
sistema de Análisis de Peligros y Puntos Críticos de Control (APPCC o
HACCP) establecido en el Codex Alimentarius, lo cual coloca a la población
en una posición sanitaria vulnerable y condiciona al mercado interno a las
tendencias del mercado internacional.
RIESGOS BIOLÓGICOS ASOCIADOS AL CONSUMO DE CARNE
DE CERDO
Los Principios Generales de Higiene de los Alimentos emplean el término
“inocuidad de los alimentos”, para referirse a la seguridad de que el alimento
no provoque alguna enfermedad o perjuicio a los consumidores. La
inocuidad de un alimento puede ponerse en riesgo por peligros de naturaleza
física, química o biológica. Se presentan los peligros biológicos (parásitos y
bacterias) asociados al consumo de carne de cerdo.
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Parásitos. A lo largo de la historia del hombre, los más importantes riesgos
asociados al consumo de la carne de cerdo han sido parásitos (Taenia,
Trichinella y Toxoplasma). Aun que en países desarrollados estos riesgos
han sido prácticamente eliminados, en algunos lugares del mundo (países en
desarrollo), dada su prevalencia aun son importantes.
Taenia solium. La FAO estima que más de 50 millones de personas en el
mundo presentan teniasis y anualmente se presentan cerca de 50,000 muertes
atribuibles a neurocisticercosis. Es una enfermedad endémica de México,
Centro y Sudamérica, Africa, Asia e India, considerada a nivel mundial
como la enfermedad infecciosa neurológica más importante y el problema de
salud prevenible más lamentable asociado al consumo de carne de cerdo. En
México el 3% de la población es afectada por la enfermedad [9]. El riesgo se
asocia a migrantes infectados de regiones endémicas y a sistemas de
porcicultura sin control sanitario. El simple estabulado y confinamiento de
animales y las apropiadas prácticas de defecación y manejo de residuos en
las granjas puede reducir marcadamente la prevalencia de la enfermedad
[10].
Trichinella spiralis. La Trichinellosis, es una enfermedad parasitaria causada
por el nematodo T. spiralis que afecta a mamíferos silvestres y domésticos,
esta se trasmite de modo accidental al hombre por ingestión de carne o
productos cárnicos crudos o insuficientemente cocinados, procedentes de
animales infectados. La incidencia de la enfermedad que en México no está
bien establecida, pero algunos estudios en poblaciones pequeñas, han
encontrado seropositivos del 3%, asociado principalmente a menores de
edad [11]. La principal fuente de infección para el hombre es el cerdo. La
porcicultura estabulada, las buenas prácticas de alimentación, el control de
fauna nociva y el adecuado cocimiento de la carne pueden eliminar el riesgo
de infección e incidencia de la enfermedad [10].
Toxoplasma gondii. La toxoplasmosis ocasionada por el parásito protozoario
T. gondii es una zoonosis parasitaria que afecta al 30% de la población
mundial. En México se han reportado incidencias del 13% en la zona norte
del país, y un máximo de hasta el 64% en ciudades costeras, en 2005 se
reportó que dos de cada 1000 recién nacidos presentan toxoplasmosis
congénita. T. gondii es un parasito que infecta a todas las especies animales
de sangre caliente incluyendo al humano, pero tiene como huésped definitivo
a los félidos. En los huéspedes intermediarios como el hombre y el cerdo,
pueden infectarse mediante el consumo de quistes esporulados del ambiente
o de quistes tisulares (carne mal cocida) presentes en los tejidos de otros
huéspedes intermediarios. La modernización y tecnificación de la
porcicultura incluyendo buenas prácticas de alimentación, el control de
fauna nociva (incluyendo de forma particular a los gatos) pueden reducir de
forma importante el riesgo de infección de cerdos por T. gondii [10].
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Bacterias. Taenia, Trichinella y Toxoplasma son parásitos que
evolucionaron en gran medida debido al comportamiento carnívoro de otros
organismos. Su presencia en la carne puede ser evitada aplicando buenas
prácticas de sanidad pecuaria. Los riesgos de tipo bacteriano son diferentes a
los anteriores, debido en gran medida a que los patógenos bacterianos
humanos, como Salmonella, Campylobacter, Listeria y Yersinia, tienen su
nicho ecológico en el tracto gastrointestinal de animales sanos, incluyendo
el cerdo [10]. Como musculo, la carne de un animal sano es estéril. Las
diferentes etapas del proceso de obtención de carne, producen de manera
inevitable, una contaminación microbiana por transferencia de bacterias
desde la piel, intestino, equipos o personas a la superficie de la canal. Dichos
cambios microbianos pueden quedar reflejados de 4-5 log10 ufc/cm2 en el
recuento de coliformes y mesofilos aerobios. La carne tiene una actividad de
agua mayor a 0.99 y un pH entre 5 y 7, que dan las condiciones apropiadas
para la supervivencia y desarrollo de los microorganismos que puedan
contaminarla [12].
La carne de cerdo como fuente de patógenos bacterianos humanos, puede
clasificarse en; a) una fuente conocida del patógeno, pero hay otras fuentes
más importantes (Campylobacter y Listeria); b) no es la principal fuente del
patógeno, pero es importante (Salmonella); c) es incuestionablemente la
fuente más importante del patógeno (Yersinia) [13-14].
Yersinia enterocolitica. Cerca de 90% de las enfermedades causadas por
yersinia, son de origen alimentario y la carne de cerdo está considerada
como una fuente importante. Las fuentes de Y. enterocolitica incluyen el
tracto gastrointestinal de animales de sangre caliente, agua y suelo. Su
comportamiento psicrotrofo (capacidad de multiplicarse a temperaturas de
refrigeración) lo convierten en un microorganismo particularmente
importante. Dentro de las piaras que dan positivo a yersinia, se repite el
serotipo entre sus miembros, lo que sugiere una fuente de contaminación
común (agua, suelo o alimento) o la infección de animal a animal [15]. En
este sentido, los porcicultores y la industria de los cárnicos, puede
categorizar las piaras por métodos serológicos o microbiológicos, como
estrategia para la obtención de animales libres de yersinia y para reducir el
riesgo para los consumidores [16].
Salmonella. Infección por Salmonella es una de las causas de enfermedad
entérica en humanos más reportadas. Del 5 al 25% de las salmonelosis
reportadas a nivel mundial se relacionan directamente con la cadena
productiva de la carne de cerdo [15]. Todos los elementos en contacto con la
piara pueden ser fuente de patógenos, los alimentos y los animales recién
integrados, son dos de los más importantes. Al hacer pruebas de tipo
serológico, las positividad de las pruebas se relacionan con sistemas de
producción sin control de la limpieza de instalaciones, de recolección de
desechos y excretas, de las plagas y fauna nociva, del aislamiento,
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interacción y origen de las piaras y sus miembros, de los visitantes y de la
higiene de los cuidadores, además de que pruebas positivas para salmonella,
se correlacionan con un efecto negativo en la ganancia de peso de los
animales [17]. En las unidades de matanza o rastros, es posible aislar
salmonella del equipamiento y de las canales en proporciones crecientes a lo
largo del día y de la evolución de las actividades, de tal forma que la
probabilidad de recobrar una muestra positiva para salmonella en las
instalaciones, puede ser hasta cuatro veces mayor al final de la jornada que
al inicio de está [17].
Campylobacter. Se encuentra en el tracto gastrointestinal de la mayoría de
los animales silvestres y domésticos incluyendo al cerdo. Las moscas y otros
insectos han sido implicados en su transmisión y las aves domesticas se han
caracterizado como los principales reservorios [18]. Los alimentos de origen
animal contaminados con C. jejuni es la principal fuente de infección para
humanos. El agua y el suelo, pueden ser contaminados a partir de excretas de
organismos portadores, aunque no sobrevive bien fuera de sus nichos
biológicos. Temperaturas de refrigeración no permiten las condiciones de
viabilidad del organismo. La especie más frecuentemente asociada con el
cerdo es Campylobacter coli. La mayor fuente de contaminación ocurre
durante el sangrado y eviscerado [19].
Listeria monocytogenes. Bacteria que se encuentra ampliamente distribuida
en el ambiente, ha sido aislada del suelo, agua, vegetación y materia fecal.
También se ha aislado de alimentos entre los que destacan los lácteos,
vegetales y cárnicos. La carne de cerdo cruda y procesada, ha sido
relacionada con brotes de listeriosis. Dada su amplia distribución y su
capacidad de desarrollarse a temperaturas de refrigeración, las planta
procesadoras tienen un riesgo constante de contaminación. Listeria ha sido
aislada de heces y piel de cerdos sanos. Los canales pueden ser
contaminados durante la evisceración. Se ha reportado que es más probable
encontrar muestras positivas en carne molida que en tejidos después de la
evisceración, lo que se ha relacionado con contaminación del equipo y
proliferación en refrigeración. La principal fuente de contaminación es el
ambiente de procesamiento, donde pueden sobrevivir largos periodos de
tiempo. Listeria puede alojarse en el equipo y formar biopelículas. Los
productos procesados pueden contaminarse con ingredientes, superficies y
equipo mal saneadas (o sin rotación de sanitizante) y personal [20].
ESTRATEGIAS PARA ASEGURAR LA INOCUIDAD DE LA CARNE
DE CERDO
El proceso que convierte el musculo en carne comercial para consumo
humano, puede realizarse en un rastro o matadero e involucra de forma
general; el transporte, recepción del animal, estabulación y reposo, sacrificio
(aturdido y sangrado), escaldado, depilado, chamuscado, flagelado,
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eviscerado, lavado y enfriamiento. Durante estas etapas, se produce de
manera inevitable una contaminación microbiana de la superficie del animal
por transferencia de bacterias desde la piel, intestino, equipos o personas a la
superficie de la canal, que pueden reflejarse en recuentos de coliformes y
mesófilos aerobios de 4-5 log10 ufc/cm2 [21]. Los procesos relacionados con
la cadena productiva de la carne de cerdo deben cumplir con los principios
de higiene que aseguren su inocuidad. Los objetivos de estos principios son;
prevenir la contaminación microbiana, minimizar el crecimiento microbiano
y reducir o eliminar la carga microbiana. Los esquemas que aplicados
correctamente pueden ayudar a alcanzar estos objetivos son las Buenas
Prácticas de Higiene (BPH) y el Análisis de Peligros y Puntos Críticos de
Control (APPCC), ambos establecidos y documentados internacionalmente
en las directrices del Codex Alimentarius [21].
Buenas prácticas de higiene
Las BPH se aplican de forma genérica a todos los establecimientos
asociados con el procesamiento de alimentos, tienen la intención de
establecer y mantener aceptables estándares de higiene, describiendo los
requerimientos del proceso y las practicas del personal para asegurar la
sanidad del alimento [22].
Producción primaria. Los productores y la autoridad competente deben
establecer mecanismos que revisen, regulen y documenten periódicamente el
estatus de salud del ganado destinado a la obtención de carne para consumo
humano, estos deben considerar la información epidemiológica, el uso de
fármacos y un sistema de identificación de animales. Debe mantenerse un
registro de las características, tipo y origen de alimentos utilizados, con
particular atención a su calidad sanitaria y a su composición respecto a
sustancias que constituyan un riesgo para la salud. Debe prevenirse o
minimizarse los riesgos por contacto con otros animales o plantas y con
potenciales vehículos de contaminantes como el agua y aire. Las
instalaciones y sistema de alimentación deben prevenir y asegurar la
reducción de peligros y tener un programa de saneamiento. Debe existir un
sistema de deposición y manejo de desechos y cadáveres. Riesgos por
sustancias químicas deben abatirse a través de sistemas de manejo y
almacenamiento adecuados que eviten la contaminación del ambiente, agua
y alimentos [22].
Transporte de animales. Debe realizarse en unidades de ventilación
adecuada, que faciliten su saneamiento, eviten la contaminación fecal, y las
condiciones de estrés, que permita la identificación de animales y su carga y
descarga adecuadas sin daños.
Presentación en el rastro. Solo animales sanos, limpios y claramente
identificados pueden ser presentados para el sacrificio, lo cual debe ser
verificado a través de un sistema de inspección antemorten por personal
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calificado. Las instalaciones de recepción deben minimizar la contaminación
cruzada y el estrés de los animales por interacción con otros individuos y por
elementos abióticos.
Instalaciones y equipo en el rastro. El rastro debe localizarse en un lugar
estratégico que minimice los riesgos asociados a la cadena productiva, las
instalaciones y el equipo debe estar diseñado y construido para minimizar la
contaminación y facilitar su saneamiento. Las instalaciones para la estancia
de animales debe estar protedida de agentes ambientales que estresen al
animal, que facilite la inspección, de fácil limpieza y drenaje, con abasto de
agua potable y físicamente separadas del área de matanza y de almacen de
alimentos. Deben existir áreas especiales para individuos aislados por
condiciones sospechosas de sanidad. El área de aturdido, matanza y
sangrado debe estar fisicamente aislada del resto de las instalaciones para
minimizar la contaminación cruzada y debe existir un proceso de inspección
postmortem que regule las condiciones del cadaver. Áreas de escaldado,
rasurado y chamuzcado deben estar separadas en bloque. Las áreas y equipo
de eviserado deben ser diseñadas y construidas para minimizar la
contaminación cruzada y facilitar el saneamiento durante el procesamiento.
El piso debe permitir el flujo continuo de escurrimientos y ninguno de los
accesos a esta área, debe estar directamente comunicada al exterior [22].
Deben existir áreas adecuadamente diseñadas para el enfriado y congelación
de la carne de forma aislada y controlada. El sistema de drenaje y
disposición de desechos, no debe representar un riesgo de contaminación
para el producto, el agua potable y el ambiente de procesamiento. Todo el
equipamiento utilizado en el proceso de obtención de la carne, debe estar
diseñado para evitar la contaminación cruzada entre líneas y etapas de
procesamiento. Deben existir las condiciones para el saneamiento de manos
y equipo y sistemas de regulación de la ventilación que evite el exceso de
calor, condensaciones de humedad, olores y contaminación entre áreas.
Las instalaciones de almacenamiento, tratamiento y distribución de agua
potable debe ser adecuadas para permitir el monitoreo de su calidad y el fácil
acceso. Debe existir un sistema de manejo que distinga y separe el agua
potable de la no potable, sin riesgo de contaminación entre ellas. Deben
existir instalaciones apropiadamente diseñadas y aisladas para el servicio de
higiene de los trabajadores (vestidores, duchas, sanitarios y comedores). Los
trabajadores deben mantener los estándares operacionales de limpieza y el
adecuado comportamiento de vestimenta, traslados y manipulación de
equipo. Cada trabajador debe tener un registro de salud y ninguno debe
laborar con síntomas de enfermedad infecciosa o lesiones [22].
Saneamiento en rastro. Las instalaciones y el equipamiento deben contar con
el mantenimiento y saneamiento periódico adecuados, los cuales deben estar
establecidos en un programa documentado, con el propósito de reducir al
mínimo el riesgo de contaminación de la carne. El programa de
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Hidalgo, Noviembre 2013
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mantenimiento debe asegurar el correcto estado y funcionamiento del
equipo, instalaciones y sistemas de servicios. El programa de saneamiento
debe contener los Programas Operativos Estandar de Saneamiento (POES),
en los cuales debe establecer a detalle, las operaciones de limpieza y
saneamiento, el personal responsable de ejecutarlo, la frecuencia, las
condiciones, la etapa en la que se desarrolla y el monitoreo y registro de su
eficiencia. Además de los programas de mantenimiento y saneamiento, debe
existir un programa de control de plagas documentado y con medios de
verificación en donde se evidencie el tratamiento con las estrategias y
agentes químicos adecuados por áreas y equipos [21, 22].
Capacitación. Todas las personas empleadas en operaciones relacionadas
directa o indirectamente con el procesamiento de la carne, deben recibir
capacitación, y/o instrucción, a un nivel apropiado para las operaciones que
hayan de realizar.
Análisis de Peligros y Puntos Críticos de Control (APPCC).
El APPCC es un procedimiento de carácter sistemático, científico,
preventivo y específico para producto y establecimiento, reconocido
internacionalmente para abordar los peligros biológicos, químicos y físicos
que puedan surgir a lo largo de la cadena alimentaria y que puedan poner en
riesgo la inocuidad del alimento y la salud del consumidor. En caso de que
un peligro potencial ocurra, este puede ser detectado, limitado y eliminado
en alguna etapa del proceso. Un sistema APPCC no puede implementarse en
condiciones en las que la estructura, el equipo o los procedimientos no
cumplen con las BPH y debe considerarse como un sistema dinámico,
susceptible de cambios que requiere de una visión multidisciplinaria y el
compromiso de la dirección [1].
El APPCC se desarrolla sobre siete principios básicos [1]:
Principio 1; Realizar un análisis de peligros. Identificar, justificar y
documentar los peligros potenciales (parásitos, bacterias, químicos)
asociados a la producción de alimentos en todas las fases, desde la
producción primaria, la elaboración, transformación y distribución hasta el
lugar de consumo.
Principio 2; Determinar los puntos críticos de control (PCC). Determinar
los puntos, procedimientos o etapas del proceso (escaldado, chamuscado,
refrigerado) que pueden controlarse y monitorearse con el fin de eliminar el
o los peligros identificados, o en su defecto, reducir al mínimo la posibilidad
de que ocurran.
Principio 3; Establecer un límite o límites críticos. Establecer límites críticos
a un indicador (temperatura, tiempo, pH) del punto crítico o etapa del
proceso, que al ser monitoreado de información acerca del estatus del punto
crítico y permita asegurar su control.
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Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Principio 4; Establecer un sistema de vigilancia del control de los puntos
críticos. Establecer un sistema para vigilar y registrar el control de los puntos
críticos mediante pruebas y observaciones programadas.
Principio 5; Establecer las medidas correctoras. Cuando el límite critico en
un PCC sale de los valores establecidos o fuera de control, deben
establecerse las medidas o acciones que han de adoptarse para corregir tal
desviación.
Principio 6; Establecer procedimientos de verificación para confirmar que el
sistema de APPCC funciona eficazmente.
Principio 7; Establecer un sistema de documentación sobre todos los
procedimientos y los registros apropiados para estos principios y su
aplicación.
Para implementar los siete principios APPCC adecuadamente, se han
identificado doce pasos ordenados en secuencia lógica
Paso 1. Formación de un equipo multidisciplinario de APPCC.
Paso 2. Descripción del producto; formulación, características, orígenes y
método de obtención de materias primas e ingredientes, condiciones de
procesamiento, almacenamiento y distribución (temperaturas, tiempos, pH).
Paso 3. Identificación del uso al que ha de destinarse el producto; sectores
de la población consumidora, particularmente grupos vulnerables.
Paso 4. Elaboración de un diagrama de flujo que cubrar todas las fases de la
operación.
Paso 5. Verificación in situ del diagrama de flujo.
Paso 6. Enumeración justificada de todos los posibles peligros relacionados
con cada etapa del proceso (producción primaria, procesamiento,
distribución y consumo). (Principio 1) y que medidas deben aplicarse para
mantenerlos bajo control.
Paso 7. Determinación de los puntos críticos de control (PCC) (Principio 2).
Fase o etapa del proceso en el que se identifica un peligro y no existe
ninguna medida de control posterior, por lo que la etapa debe monitorearse y
adaptarse para el control del riesgo y mantener la inocuidad. Es posible que
haya más de un PCC al que se aplican medidas de control para hacer frente a
un peligro específico.
Paso 8. Establecimiento de límites críticos para cada PCC (Principio 3).
Para cada punto crítico de control, deberán especificarse y validarse, si es
posible, límites críticos. Estos se definen en función de la naturaleza del
proceso y normalmente son medibles y son controlables en márgenes
específicos como la temperatura, tiempo, nivel de humedad, pH, aw y cloro.
Paso 9. Establecimiento de un sistema de vigilancia para cada PCC (véase
el Principio 4). Mediante los procedimientos de vigilancia deberá detectarse
una pérdida de control en el PCC.
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Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Paso 10. Establecimiento de medidas correctoras (véase el Principio 5).
Con el fin de hacer frente a las desviaciones que puedan producirse, deberán
formularse medidas correctoras para cada PCC del sistema de APPCC.
Paso 11. Establecimiento de procedimientos de verificación (véase el
Principio 6). Para determinar si el sistema de APPCC funciona eficazmente.
Paso 12. Establecimiento de un sistema de documentación y registro (véase
el Principio 7). Deberán documentarse los procedimientos del sistema de
APPCC, y el sistema de documentación y registro deberá ajustarse a la
naturaleza y magnitud de la operación en cuestión.
Control del proceso. La producción de carne segura para el consumo
humano requiere de atención detallada en el diseño, implementación,
monitoreo y revisión del proceso, por lo que se debe establecer un sistema de
control, verificado por la autoridad correspondiente, que describa y
documente de forma clara, cada etapa de obtención de la carne, los objetivos,
criterios, actividades de verificación y las acciones preventivas y correctivas
con la verificación de la autoridad correspondiente. Este sistema de control
debe estar establecido y basado en los lineamientos de las BPH, los
Procedimientos Operativos Estándar de Saneamiento y el Análisis de
Peligros y Puntos críticos de Control.
La cadena de producción de carne de cerdo en el estado de Hidalgo, debe
considerar que el primer valor agregado asegurar la inocuidad del producto y
en consecuencia fortalecer su sistema productivo en atención al desarrollo de
detonación de mercado de la carne de cerdo en el estado.
REFERENCIAS
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Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Efecto del Grado de Cocción de la Penca de Maguey
(Agave salmiana) en las Propiedades Sensoriales de la
Barbacoa de Borrego Empacada al Vacío.
Noguez-Estrada, J.,* Sánchez-Herrera, SG., Serrano-Lora, G., 1TovarJiménez, X. J.,
*
Ingeniería Agroindustrial/Taller de cárnicos, Universidad
Politécnica de Francisco I Madero. Domicilio conocido, Tepatepec,
Hidalgo, México. CP. 42660. Tel. 01 738 724 04 52, e-mail:
[email protected]
Resumen
En la región del Valle del mezquital, el consumo de barbacoa de borrego es
considerada como platillo típico usándose en su preparación pencas de
maguey, el cual proporciona el sabor característico y ésta relacionado con el
grado de cocción, por tales motivos, se evaluó el efecto del tiempo de
cocción de la penca de maguey, con la finalidad de determinar cómo influye
en las características sensoriales de la barbacoa empacada al vacío. Para
llevar a cabo esto se utilizó carne de cordero (40 Kg peso vivo) tomando un
tercio medio de la canal (costillar) la cual se mantuvo 48 h en congelación y
se descongeló a 4°C durante 2 h. El tamaño de la muestra de carne fue de
1519.8g, y se cortó con una sierra electica. La composición de cada muestra
fue de 253.3 g de carne, 20% de penca de maguey y 2% de cloruro de sodio.
Para la pre-cocción de los trozos de penca y las muestras, se utilizó un horno
eléctrico. La penca de maguey se pre- coció por 5, 10, 15, 20 y 25 min a
175°C y el testigo no fue sometido a cocción. Las muestras se empacaron al
vacío y la cocción se realizó a 205°C por 60 minutos, enfriando a 4°C por 12
h. Para realizar el análisis sensorial, las muestras fueron recalentadas en el
horno eléctrico por 20 minutos. Las variables medidas fueron sabor, olor,
textura y color, con cinco posibles respuestas (me gusta mucho, me gusta,
me gusta poco, ni me gusta ni me disgusta y no me gusta). La prueba
sensorial se realizó con 30 panelistas no entrenados. Los resultados del
análisis sensorial mostraron que los panelistas prefirieron el sabor y olor de
la barbacoa con penca pre-cocida 20 min, mientras que a 25 min evaluaron
mejor textura y color, las características sensoriales de la barbacoa con penca
de maguey sin cocción fue la menos preferida. De los resultados obtenidos
se puede inferir que el grado de cocción de la penca, influye en las
características sensoriales del producto evaluado.
Palabras clave: Alto vacío, Barbacoa, Cocción, Penca de maguey.
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INTRODUCCIÓN
La actividad ovina en el estado de Hidalgo ha tomado gran importancia
gracias a la participación de los productores y a los apoyos otorgados por los
gobiernos Estatal y Federal. En el 2012 hidalgo registró una producción de
14 520 toneladas de carne ovina, ocupando el segundo lugar nacional con un
precio de venta por kilogramo en pie de 29.66 pesos [ 4 ].
En términos promedios aproximados la carne de ovino cruda contiene el
75% de humedad, 20% de proteínas, 3% de grasa con un aporte calórico de
105 Kilocalorias. Las proteínas de alto valor biológico contienen todos los
aminoácidos esenciales, siendo fácilmente digestibles y lo que es de suma
importancia muy resistente a su degradación por las distintas formas de
cocción. La grasa es el componente más variable y su contenido depende en
gran parte del corte que se consuma y el grado de gordura del animal. Los
triglicéridos son los componentes más importantes y una de las fuentes
energéticas más necesarias para el organismo. También en menores
proporciones existen otras grasas como los fosfolípidos, constituyentes de
las membranas celulares, colesteroles, vitaminas liposolubles y otros
residuos grasos [ 2 ].
Mantener el alimento aislado del contacto con cualquier fuente de
microorganismos tras el tratamiento térmico, alargar la vida útil del producto
sin afectar de manera significativa las propiedades sensoriales del producto.
Además, la ausencia de oxigeno contribuye a que la conservación sea
efectiva desde el punto de vista químico, ya que en esas condiciones la
oxidación de los lípidos, proteínas o pigmentos, se ve sensiblemente
retardada, alargándose así, el periodo de formación de compuestos con
aromas a rancio o la decoloración del alimento. Las temperaturas
recomendadas para cocinar la carne suele oscilar entre los 58 y 65oC,
temperaturas más bajas puede representar un riesgo sanitario que debe ser
debidamente evaluado y controlado [ 3 ]. Así por ejemplo, temperaturas
menores de 60°C cocinadas por 12 a 14 horas, no destruyen los poros de los
microorganismos del género Clostridium [ 3 ].
El método de cocinado determina que predomine o no el sabor a tostado
sobre el sabor típico a carne cocida. Los métodos de cocinado de la carne se
pueden clasificar en secos (asado), donde se aplican temperaturas de 150°C200°C, y húmedos, cuya temperatura oscila de 70°C (cocción a vacío) y
cocción a presión a 110°C. El músculo recomendado para analizar el sabor
de la carne de cordero es el longissimus dorsi-lumborum [ 1 ].
En la región Valle del Mezquital, el consumo de barbacoa de borrego es muy
común, considerándose como platillo típico, usándose en su preparación
pencas de maguey el cual transfiere el sabor característico de la barbacoa, sin
embargo el costo de elaboración y el daño ecológico son cada vez más altos
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Hidalgo, Noviembre 2013
Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
comercializándose en la actualidad la penca de maguey en 7 pesos cada una
y utilizándose por borrego hasta 20 pencas. Además la venta de barbacoa sin
el manejo y empaque adecuado, no garantiza la inocuidad del producto ni
alarga la vida de anaquel por lo que deberá comercializarse en el menor
tiempo.
El propósito de este estudio fue evaluar el efecto del grado de cocción de
penca de maguey (Agave salmiana) en las propiedades sensoriales y costo de
producción de la barbacoa de borrego empacada al vacío.
METODOLOGÍA
El presente trabajo se realizó en la Universidad Politécnica de Francisco I
Madero. Se utilizó carne de cordero (40 Kg peso vivo) tomando un tercio
medio de la canal (costillar) la cual se mantuvo 48 h en un congelador tipo
Torrey y se descongeló a 4°C durante 2 h. El tamaño de la muestra de carne
fue de 1519.8 g, y se cortó con una sierra electica. La composición de cada
muestra fue de 253.3 g de carne, 20% de penca de maguey y 2% de cloruro
de sodio, calculado sobre el peso de la carne. Para la cocción de los trozos de
penca y las muestras, se utilizó un horno eléctrico (General Electric, 120V60Hz, modelo 16922017). La penca de maguey se pre- coció por 5, 10, 15,
20 y 25 minutos a 175oC y el testigo no fue sometida a cocción. Las
muestras se empacaron al vacío (empacadora Torrey Modelo EV-20ECO) y
la cocción se realizó a 205ºC por 60 minutos, enfriando a 4oC por 12 h. Para
realizar el análisis sensorial, las muestras fueron recalentadas en el horno por
20 minutos a 100oC. Las variables medidas fueron sabor, olor, textura y
color, con cinco posibles respuestas (me gusta mucho, me gusta, me gusta
poco, ni me gusta ni me disgusta y no me gusta). La prueba sensorial se
realizó con 30 panelistas no entrenados (estudiantes y maestros).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Fig. 1. Grafica descriptiva de la percepción sensorial de la barbacoa de
borrego empacada al alto vacío
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Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo
Los resultados del análisis sensorial mostraron que los panelistas prefirieron
el sabor y olor de la barbacoa con penca pre-cosida 20 minutos (ver Fig. 1),
mientras que a 25 minutos evaluaron mejor textura y color, las
características sensoriales de la barbacoa con penca de maguey sin cocción
fue la menos preferida.
Zamora [ 5 ], evaluaron el efecto de cocción del maguey Agave salmiana
para la elaboración de mezcal, y mencionan una diferencia significativa en
la concentración de fructuosa y glucosa conforme avanza la cocción, siendo
aun mucho mayor el incremento registrado en la fructosa, razón por el cual
probablemente los consumidores evaluaron mejor el sabor y olor en
comparación a la penca sin cocción.
El uso de pencas sin previa cocción y el desconocimiento de las BPM
durante la manipulación de la carne durante la preparación para su cocción,
puede incrementar el riesgo de contaminación principalmente por
microorganismos que habitan en el ambiente.
Con la cocción en empaque al vació, se buscaría además aumentar la
capacidad de retención de agua de la carne y reducir en consecuencia la
perdida de peso generada por la cocción por lo que en futuros trabajos es
recomendable evaluar el efecto de la incorporación de aditivo
convencionales como el cloruro de sodio y poli fosfatos alcalinos en la carne
destinada a la elaboración de barbacoa, así como su impacto económico en
términos de costos de producción.
CONCLUSIONES
El grado de cocción de la penca influye en las características sensoriales del
producto evaluado.
PERSPECTIVAS DEL TRABAJO
Es necesario realizar pruebas adicionales para estandarizar la proporción de
la penca de maguey, determinar el costo de producción por cada kilogramo
de carne empacada y cocinada al vacío, así como un estudio de mercado para
evaluar el impacto del ante el consumidor.
REFERENCIAS
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Valor Agregado en la Cadena de Producción Cunícola.
Tovar-Jiménez, X.,* Sánchez-Herrera SG, Rodríguez-Martínez N, NoguezEstrada, J.
*
Ingenieria Agroindustrial/Laboratorio de Microbiología, Universidad Politecnica
de Francisco I. Madero. Domicilio conocido, Tepatepec, Hidalgo, México. CP.
42660. Tel. 01 738 724 04 52, e-mail: [email protected]
Resumen
Con el propósito de reforzar el aprovechamiento integral del Sector Cunícola en el
Estado de Hidalgo se planteó el proyecto de investigación Generación de valor
agregado en la cadena de producción cunícola que surge como respuesta al interés
actual del gobierno en mejorar las cadenas productivas en México al no generar los
recursos económicos deseados.
Palabras clave: Biofertilizantes, Cunícola, Carne marinada.
INTRODUCCIÓN
La cunicultura es una actividad pecuaria que hasta el momento no ha
teniendo un gran auge en nuestro país, sin embargo, es una actividad que por
su facilidad en el manejo de la especie y por el tiempo reducido para la
recuperación de las inversiones, es viable. Hasta el momento ha motivado a
un gran número de pequeños y medianos productores del medio rural para
incursionar la explotación de esta especie y por otra parte, los cunicultores
ya establecidos están en busca de grupos de apoyo que les permita acrecentar
sus niveles productivos y diversificar la comercialización de sus productos
dándoles un valor agregado. De igual manera, Francisco Gurria Treviño,
Coordinador General de Ganadería de la Secretaria de Agricultura,
Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA), al
inaugurar el IX Encuentro Nacional de Cunicultura en Aguascalientes el 17
de Octubre del 2013, remarcó que la Cunicultura en el país será una gran
oportunidad para aquellas personas que habitan en zonas marginadas, ya que
es una actividad que no requiere de mucha inversión y que puede traer
beneficios económicos, principalmente para aquellas mujeres que desean
emprender dicha actividad [1].
En México la explotación cunícola está encaminada a la producción de carne
y piel, para lo cual se utilizan conejos de las razas California, Nueva Zelanda
y Chinchilla, que cuando llegan a la madurez alcanzan en promedio un peso
de 3 a 5 kg. Principalmente los productores cunícolas se encuentran en los
estados de Hidalgo, México, Puebla, Tlaxcala, Michoacán, Querétaro,
Guanajuato, Jalisco, San Luis Potosí, Aguascalientes, Morelos, Veracruz y
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Distrito federal, entre otros. Asimismo, existen aproximadamente 10,000
productores, con un inventario de 203,125 vientres cunícolas y producen
7,700 toneladas anuales de conejo, en las razas Nueva Zelanda Blanco y
California, y para la peletería las razas Chinchilla, Mariposa, Satinado Rojo,
Azteca Negro y la línea FES-Cuautitlán, de igual manera la cunicultura
mexicana está constituida en un 80% por unidades de producción de
traspatio, 15% semi-industrial y 5% industrial y se cuenta también con cinco
Comités Sistema Producto Estatales, con representación en las entidades de
Hidalgo, Tlaxcala, México, Puebla y el Distrito Federal [1].
A parte de la piel como subproducto de la cunicultura se encuentra las
excretas las cuales pueden ser empleadas para la elaboración de
biofertilizantes, hasta el momento existen pocos estudios relacionados con
este tema, por ejemplo, Zavaleta-Beckler et al., [2] evaluaron el efecto de la
fertilización orgánica sobre la producción de frutos de Xoconostle en
Opuntia joconostle cv Burro, y O. matudae cv Rosa y cv Blanco con la
agregación de guano de murciélago, encontrando que el inicio de la
producción se presentó un año antes de la producción cultivado de manera
tradicional y se alcanzó dos cosechas en un solo ciclo de producción.
Por otra parte, la obesidad en niños y adultos es el principal problema de
Salud Pública en México [3], una alternativa a esta problemática es
promover el consumo de carne de conejo debido a su bajo contenido en
grasa. La composición química media de la carne de conejo es 75% agua en
la que están disueltos compuestos de bajo peso molecular como hidratos de
carbono (1%, principalmente glucógeno), aminoácidos y ácido láctico los
cuales pueden ser utilizados como nutrientes por los microorganismos, de
igual manera presenta 18.5% de proteína, 3% de lípidos, 1.5% de
compuestos nitrogenados no proteicos y 1% de compuestos inorgánicos [4].
En general, el valor del pH24 (pH a las 24 h post-mortem) se ve afectado por
el contenido de glucógeno del musculo y este, a su vez por el estrés previo al
sacrificio. Bajas concentraciones de glucógeno dan lugar a carnes con un pH
elevado y a alteraciones como la denominada carne DFC (seca, dura y
oscura), siendo más susceptibles a alteración microbiológica por una
temprana utilización de los aminoácidos y al crecimiento de los
microorganismos alterantes y patógenos sensibles a la acidez. En algunas
especies animales como ovino y conejo el pH24 de la carne aproximado es de
6 [5].
Por sus características, la carne es un buen sustrato para la multiplicación de
microorganismos, especialmente bacterias, tanto alterantes como patógenas.
La carne incluso en condiciones higiénicas adecuadas, presenta una
contaminación superficial de 102-104 UFC/mL. Dependiendo de la
temperatura y composición de gases en la atmosfera durante el
almacenamiento, se presentan diversos grupos microbianos responsables de
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los cambios sensoriales asociados con la alteración [6], siendo uno de los
problemas que enfrentan los cunicultores (limitada vida de anaquel) lo que
obliga a una distribución rápida del producto en el mercado mexicano [7].
El deterioro de la carne de conejo en refrigeración se debe a la actividad de
enzimas endógenas y a la actividad de microorganismos que contaminan
durante el proceso de sacrificio y despiece. Cuando el producto se distribuye
a temperaturas entre 3-4°C, la carne tiene una vida de anaquel entre 6 y 8
días [7] desarrollándose una flora mixta compuesta principalmente por
Pseudomonas, levaduras, Brochothrix thermosphacta, bacterias lácticas,
enterobacterias (Rodríguez-Calleja et al., 2005) y hongos como
Cladosporium, Sporotrichum, Geotrichum, Thamnidium, Mucor,
Penicillium, Alternaria y Monilia [8]. El desarrollo de estos
microorganismos genera olores y sabores de putrefacción resultado de la
degradación de proteínas y lípidos.
En la actualidad los consumidores demandan alimentos más naturales lo que
ha llevado a la búsqueda de antimicrobianos naturales como lo es el
Xoconostle (Opuntia jaconostle), el cual presenta actividad antioxidante,
anticáncer, antidiabética y antimicrobiana debido a que es una fuente rica en
compuestos fenólicos solubles, ácido ascórbico y betalainas [9]. El ácido
ascórbico penetra la membrana celular al citoplasma microbiano inhibiendo
su desarrollo por la acidificación intracelular [10]. Asimismo, el marinado
además de mejorar el sabor y textura (tenderness) de los músculos más
duros, aumenta la conservación del producto por efecto de la sal y vinagre
[11,12].
LINEA DE GENERACIÓN DEL CONOCIMIENTO
Tecnología y manejo sustentable de productos de origen cunícola.
OBJETIVO GENERAL DE LA LINEA DE GENERACIÓN
Incrementar y fortalecer el valor agregado en la cadena de producción
cunícola en el Estado de Hidalgo.
ETAPAS DEL PROYECTO
El proyecto ésta planteado en 3 partes: Primero, el empleo de excretas
tratadas por medio de una lombri-composta para la producción de un
biofertilizante; segundo, la obtención de carne marinada y tercero, el
aprovechamiento de la piel de conejo, obtención de piel curtida.
PRINCIPAL LOGRO
Hasta el momento se tienen resultados en cuanto a la Segunda etapa del
proyecto, para lo cual se evalúo el Efecto de la concentración de Xoconostle
y tiempo de marinado de la carne de conejo sobre las características
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microbiológicas. Dichos resultados se presentaron en el 1er Congreso
Nacional de Agrotecnología y fueron publicados en el libro titulado
Agrotecnología Mexicana con ISBN: 978-607-9260-03-3.
RESULTADOS DEL PRINCIPAL LOGRO
El recuento total de bacterias en la carne de conejo sin marinar (control) fue
de 3.15±0.25 Log UFC/g y coliformes totales 2 Log UFC/g lo cual indicó
que la carga microbiana es baja infiriendo que la manipulación de la canal
durante el proceso de sacrificio y manejo de la muestra se realizó
adecuadamente, de igual forma Hui et al., [13] mencionan que la carga
microbiana es baja cuando los recuentos microbianos iniciales son menores a
3 Log UFC/g. La presencia de microorganismos en la carne quizás se debió
al intento de descontaminación de la canal en el taller por medio del lavado
con agua, aunque es cierto que se trata de un método físico que se usa para
reducir la carga microbiana, puede provocar la formación de aerosoles y por
consecuencia la diseminación de la microflora, de igual forma, se puede
contaminar con microflora proveniente del animal, de los operarios,
instalaciones y equipos [14]. Bajo las condiciones evaluadas solo se presentó
microflora en el tratamiento 1 (Recuento total de bacterias: 1.25 UFC/g) y 7
[Cuadro 1] (Recuento total de bacterias: 3 Log UFC/g y Coliformes totales:
2 Log UFC/g, respectivamente). Se sabe que los coliformes son indicadores
de la higiene durante el proceso, sin embargo, algunos investigadores
afirman que el registro de 2 Log UFC/g es típico para la carne fresca que se
ha procesado y se ha manejado de manera aceptable [15] . El valor de pH 24
de la carne fue de 5.98, lo cual coincide con lo reportado por RodríguezCalleja et al., [5], mientras que en la salsa el pH vario de 4.3 a 5.2 para las
diferentes concentraciones empleadas de Xoconostle. Los coliformes se
desarrollan a un pH óptimo de 7 a 7.5 y un pH mínimo y máximo de 4 y 8.5,
respectivamente, lo que se podría considerarse como un factor importante
para la disminución de la carga microbiana, aunado a la presencia de
vinagre, cloruro de sodio y ajo en la salsa (potentes antimicrobianos), al
tiempo de marinado, y a la presencia de ácido ascórbico del Xoconostle el
cual penetra la membrana celular al citoplasma microbiano inhibiendo su
desarrollo por la acidificación intracelular [10].
Como perspectiva del trabajo se plantea la determinación de la actividad
antimicrobiana del Xoconostle contra bacterias Salmonella, Listeria
monocytogenes,
Pseudomonas,
bacterias
lácticas,
Brochothrix
thermosphacta, hongos y levaduras.
CONCLUSIÓN DEL PRINCIPAL LOGRO
Bajo las condiciones de trabajo empleadas, las concentraciones de
Xoconostle y tiempo de marinado presentaron efecto antimicrobiano en la
carne de conejo empacado al vacío y almacenado en refrigeración.
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REFERENCIAS
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nacional.
Fecha
de
consulta:
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http://www.sagarpa.gob.mx/Delegaciones/aguascalientes/boletines/2013/oct
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Agradecimiento al apoyo del COCyTEH a través del proyecto
FOMIX Hidalgo 2012 (192649)
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