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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. Hidalgo, Noviembre 2013 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: *ainhoa@upp.edu.mx 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). 1 Hidalgo, Noviembre 2013 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 2 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 3 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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. 4 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. 5 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 6 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. 7 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 8 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: ernesto_alanisgarcia@hotmail.com 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 9 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. 10 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 11 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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, 12 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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 13 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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. 14 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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 -(13) y (14), con segmentos consecutivos de residuos con enlaces (14) (segmentos oligoméricos de celulosa), separados por enlaces únicos (13). 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 15 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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 -(14)/-(13), 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 16 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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 17 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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]. REFERENCIAS [1] ENSANUT. Encuesta Nacional de Salud y Nutrición 2012. Resultados Nacionales. 2012. Instituto Nacional de Salud Pública. Morelos, Méx. (Fecha de consulta: 04 de noviembre del 2013) http://ensanut.insp.mx/informes/ENSANUT2012ResultadosNacionales.p df [2] WHO. Noncommunicable Diseases Country Profiles 2011. 2011. WHO. France. (Fecha de consulta: 04 de noviembre del 2013) http://libdoc.who.int/publications/2011/9789241502283_eng.pdf [3] OMS. Prevención y control de las enfermedades no transmisibles: aplicación de la estrategia mundial. 61ª Asamblea Mundial de la Salud. 2008 OMS. 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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 24 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 25 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. Referencias [1] Altan A.; McCarthy K.L. and Maskan M. 2008. Evaluation of snack foods from barley–tomato pomace blends by extrusion processing. Journal of Food Engineering 84:231–242. 28 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo [2] Aguayo-Rojas, J.; Mora-Rochin,S.; Cuevas-Rodriguez, E.O.; SernaSaldivar, S.O.; Gutierrez-Iribe, J.A.; Reyes-Moreno, C. and MilánCarrillo, J. (2012). Phytochemicals and antioxidant capacity of tortillas obtained after lime-cooking extrusion process of whole pigmented mexican maize. Plant Foods for Human Nutrition, 67:178–185. [3] Brennan, C.S. (2005). Dietary fibre, glycaemic response, and diabetes. Molecular Nutrition and Food Research, 49, 560–570. [4] Frost, G.S.; Brynes, A.E.; Dhillo, W.S.; Bloom, S.R. and McBurney, M.I. 2003. The effects of fiber enrichment of pasta and fat content on gastric emptying, GLP-1, glucose, and insulin responses to a meal. European Journal of Clinical Nutrition, 57, 293–298. [5] Gualberto DG.; Bergman CJ.; Kazemzadeh M and Weber CW. 1997. Effect of extrusión processing on the soluble and insoluble fiber, and phytic acid contents of cereal bran. Plant Foods for Human Nutrition, 51:187-198 [6] Mendonca S.; Grossmann M.V.E and Verhé R. 2000. Corn Bran as a Fibre Source in Expanded Snacks. Lebensm.-Wiss. u.-Technol., 33:2-8 [7] Mora-Rochin, S.; Gutiérrez-Uribe, J.A.; Serna-Saldivar, S.O.; SánchezPeña, P.; Reyes-Moreno, C. and Milán-Carrillo, J. 2010. Phenolic content and antioxidant activity of tortillas produced from pigmented maize processed by conventional nixtamalization or extrusion cooking. Journal of Cereal Science 52:502–508. [8] Rzedzicki Z.; Szpryngiel B. and Sobota A. 2000. Estimation of Some Chosen Physical Properties of Extrudates Obtained From Corn Semolina and Oat Bran Mixtures. International Agrophysics, 14:233-239. [9] Yanniotis S.; Petraki A.; Soumpasi E. Effect of pectin and wheat fibers on quality attributes of extruded corn starch. Journal of Food Engineering, 80:594-599. [10] Zazueta Morales, J.J.; Martínez-Bustos F.; Jacobo Valenzuela, N; Ordorica Falomir, C.A.; Paredes-López, O. (2001). Effect of the addition of calcium hydroxide on some characteristics of extruded products from blue maize (Zea mays L) using response surface methodology. Journal of Food Science and Agriculture 81(14):1379-86. 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: xtovar@upfim.edu.mx 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 33 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 34 Hidalgo, Noviembre 2013 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 35 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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Página consultada el 28/10/2013. http://20062012.conacyt.gob.mx/registros/reniecyt/Paginas/default.aspx 37 Hidalgo, Noviembre 2013 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: ldiaz@upfim.edu.mx. 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 38 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 39 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. 40 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 41 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 42 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. REFERENCIAS. [1] Aréchiga Córdoba, E. El desagüe del valle de México, siglos XVI-XXI. Arqueología Mexicana. XII (68). 2004. [2] Aguilar Garduño, E., Gutiérrez López, A. Sistema de drenaje principal de la ciudad de México. Gaceta del IMTA. 4. 2007. 43 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo [3] Jiménez, C. B.,Christina Siebe G. C., Cifuentes G. E. El reuso intencional y no intencional del agua en el valle de Tula. 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Universidad Tecnológica del Valle del Mezquital. 2013. 44 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: mhernandez@itesa.edu.mx, 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]. 45 Hidalgo, Noviembre 2013 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 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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). 48 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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 50 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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 [1] Cauvin, S.P. Fabricación del pan. Zaragoza España. Ed. Acribia, 1998. [2] John, S. Cereales España, Ed. Acribia, 1998. [3] Cueto, E. Enfermedad celiaca: rápida sospecha, diagnóstico oportuno, tratamiento adecuado y casi un modo de ser. Intramedic, 2004. 51 Hidalgo, Noviembre 2013 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. 52 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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, nrodriguez@upfim.edu.mx 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 Hidalgo, Noviembre 2013 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 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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 55 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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). 56 Hidalgo, Noviembre 2013 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 57 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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 [1] SAGARPA, 2012. Página consultada 11/11/13. http://www.conapesca.sagarpa.gob.mx/wb/cona/cona_antecedentes [2] SAGARPA, 2007. Página consultada 11/11/13. http://www.sagarpa.gob.mx/desarrolloRural/Documents/fichasaapt/Hidr oponia%20R%C3%BAstica.pdf 58 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo [3] Masser, M. 2002. Hydroponics integration with aquaculture. 1ra Ed. Alabama, USA, pp. 23. 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E-mail:ssanchez@upfim.edu.mx 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 60 Hidalgo, Noviembre 2013 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 61 Hidalgo, Noviembre 2013 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. 62 Hidalgo, Noviembre 2013 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. 63 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. 64 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo REFERENCIAS [1] Arditti, J. 1992. Fundamentals of orchid biology. Departament of Developemental and Cell Biology. Ed John Willey and Sons. USA. 691 p. [2] Soto, A. M.A; Hágsater E. 1990. Algunas ideas acerca de la conservación de las orquídeas mexicanas y un listado terminal de los taxa amenazados. En: Áreas Naturales Protegidas en México y especies en Extinción. J.L. Camarillo y Rivera, F. (Eds) UNAM 155-172. [3] Soto A, M.A. 1988. Listado actual de las orquídeas de México. Orquídea (Méx) 11:233-276. [4] Arditti, J. 1967. Factors affecting the germination of orchids seeds. Bot. Rev. 33: 1-97. [5] Moreno, M.E. 1984. Análisis Físico y Biológico de semillas agrícolas. Instituto de Biología. UNAM. 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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: ldiaz@upfim.edu.mx. 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 66 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 67 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 68 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. 69 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]. 70 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, 71 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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, 72 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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 73 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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 74 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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. 75 Hidalgo, Noviembre 2013 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. 76 Hidalgo, Noviembre 2013 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 [1] FAO. 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Tel. 01 738 724 04 52, e-mail: jnoguez@upfim.edu.mx 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. 79 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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 80 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 81 Hidalgo, Noviembre 2013 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 [ 1 ] Almela, E., Jordán, M. J.; Martínez, C.; Sotomayor, J. A.; Bedia, M. y Bañón S. El flavor de la carne cocinada de cordero. EUROCARNE. (178) ( 2009). pp. 1-11. [ 2 ] Arbiza Aguirre, S.I. y De Lucas Trón, J.. 2008. Factores que determinan el consumo de carne ovina en México. (9/06/13). http://www.borrego.com.mx/archivo/n51/f51factores.php [ 3 ]Ruíz, J. Cocina al vacío y a temperaturas controladas. Sociedad Española de Bioquímica y Biología Molecular. (166) (2010). pp. 11-14. 82 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo [ 4 ]SIAP. 2012. 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Tel. 01 738 724 04 52, e-mail: xtovar@upfim.edu.mx 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 84 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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 85 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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 86 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo 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. 87 Hidalgo, Noviembre 2013 Biotecnología y Alimentos; Temas Desarrollados por los Cuerpos Académicos de las IES del Estado de Hidalgo REFERENCIAS [1] Sagarpa, 2013. SAGARPA busca fomentar la producción de conejo a nivel nacional. Fecha de consulta: 30/10/13. http://www.sagarpa.gob.mx/Delegaciones/aguascalientes/boletines/2013/oct ubre/Documents/B0332013.pdf [2] Zavaleta-Beckler P, Olivares-Orozco LJ, Montiel-Salero D, ChimalHernández A $ Scheinvar L. Fertilización orgánica en Xoconostle (Opuntia joconostle y O. matudae). Agrociencia. 35(6) 2001. pp. 609-614. [3] OMS. 2012. Organización Mundial de la Salud. 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