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INSTITUCIONES
ENRIQUE FERNÁNDEZ FASSNACHT
DIRECTOR GENERAL
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
JOSÉ MANUEL PIÑA GUTIÉRREZ
RECTOR
UNIVERSIDAD JUÁREZ AUTÓNOMA DE TABASCO
JESÚS ANTONIO MOGUEL INZUNZA
DIRECTOR GENERAL
INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE LOS RÍOS
EDITOR FACUNDO JOAQUÍN MÁRQUEZ ROCHA, CRPL-IPN
COMPILADORES Y COMITÉ EDITORIAL JORGE VÍCTOR HUGO MENDIOLA CAMPUZANO, DAMR-UJAT
DAVID JESÚS JIMÉNEZ RODRÍGUEZ, CRPL-IPN CELINA JOSELIN RUÍZ RODRÍGUEZ, CRPL-IPN
SÁNCHEZ RAMOS CARLOS ALFREDO, CRPL-IPN LILIANA ISABEL GONZÁLEZ PÉREZ, CRPL-IPN
DISEÑO MAURICIO RAMOS LÓPEZ
CENTRO REGIONAL DE PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA,
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL (CRPL-IPN)
DIVISIÓN ACADÉMICA MULTIDISCIPLINARIA DE LOS RIOS UNIVERSIDAD JUÁREZ AUTÓNOMA DE TABASCO
(DAMR-UJAT)
INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE LOS RÍOS (ITSR)
CONTENIDO
Capítulo 1. Evaluación del diagrama de Ishikawa por medio del algoritmo difuso DEMATEL
9
Capítulo 2. Efectos de sitio y su influencia en los espectros de diseño sísmico
22
Capítulo 3. Plan de manejo de los residuos peligrosos en el área de química de la DACB-UJAT
42
Capítulo 4. Análisis benchmarking energético en un hotel de categoría 4 estrellas ubicado en la región climática cálido-húmedo de México
57
Capítulo 5. La producción más limpia en la industria alimenticia (embutidos) en la Ciudad de México
79
Capítulo 6. Caracterización de granos de arroz rojo recolectados en campos comerciales de arroz (Oryza sativa L.).
96
Capítulo 7 Actividad antioxidante in vitro de hidrolizados proteicos de semilla de chan (Hyptis suaveolens L. Poit)
114
Capítulo 8. Actividad hipoglucemiante e hipolipídica de fructanos de agave Tequilana weber
154
Capítulo 9. Efecto de la mezcla de harinas de chapulín y maíz sobre las propiedades funcionales de botanas extrudidas
169
Capítulo 10. Determinación de la calidad microbiológica de queso de poro
182
Capítulo 11. Propuesta de elaboración y estandarización de queso tipo poro con leche pasteurizada
197
Capítulo 12. Resistencia a antibióticos de bacterias ácido lácticas del queso de poro tradicional
217
AVANCES DE INVESTIGACIÓN PARA EL SECTOR TECNOLÓGICO,
AMBIENTAL Y ALIMENTARIO. 1ª Edición.
ISBN: 978-607-97080-1-6
D.R. © Instituto Tecnológico Superior de los Ríos. Km. 3, Carretera Balancán-
Villahermosa, Balancán, Tabasco, C.P. 86930.
30 de agosto de 2017
Son propiedad y responsabilidad de los autores:
El contenido de cada capítulo es responsabilidad de los autores. La información
puede ser reproducida parcial o totalmente por cualquier medio, electrónico o
impreso y cada capítulo de éste libro debe ser citado correctamente.
Como citar:
Autor o autores, iniciando por el apellido paterno del primer autor (2017). Título del
capítulo, No. del capítulo. En.: Avances de investigación para el sector tecnológico,
ambiental y alimentario. Márquez Rocha F. J., (Editor). Instituto Tecnológico
Superior de los Ríos (Editorial). pp. xx-xx
PREFACIO
Al igual que en otras regiones del país, los estados de la frontera sur recientemente
están marcando un ritmo acelerado en la generación del conocimiento y su
aplicación a problemas reales del entorno. Dentro de estos avances, existen áreas
tecnológicas que son prioritarias para la región sureste y otras que tienen un
potencial real de desarrollo. Si bien es cierto que, el desarrollo de ciencia y
tecnología ha crecido en la región sureste de la república, aún no se cuenta con
mecanismos bien establecidos para la difusión de los avances científicos y
tecnológicos. Es por eso que, en un esfuerzo por fomentar estos mecanismos, se
estructura este libro, el cual puede presentarse como una iniciativa para difundir
actividades de investigación científica y tecnológica realizadas por Instituciones de
Educación Superior, no solo de la región sureste, sino de otras regiones del país e
internacional.
En la región sureste, especialmente en el Estado de Tabasco, se han creado dos
áreas principales que han aparecido de forma natural, ingeniería en sistemas y la
biotecnología aplicada a la agroindustria, que abordan temas de punta y con
aplicación inmediata en la industria. Los trabajos presentados en este libro además
de tener importancia en la región se han realizado bajo la conducción de la
generación del conocimiento mediante el método científico.
La situación económica actual a consecuencia de la baja en la producción de
hidrocarburos en la zona, es solo un reto que nos permite preparar a las nuevas
generaciones para diversificar el conocimiento y fortalecer el ya obtenido,
esperando nuevos cambios en una mejora de la demanda de recursos humanos
capacitados en alto nivel de temas como ingenierías, sistemas, control,
agroindustria, pesquerías, acuacultura, nuevas fuentes de energía, sustentabilidad
y cambio climático.
Por otro lado, la colaboración de diversas y diferentes disciplinas, tiene como
objetivo vincular e integrar diferentes ramas del conocimiento en búsqueda de un
fin común.
Este concepto multidisciplinario además, tiene como otro objetivo crear grupos de
trabajo en conjunto para resolver problemas tecnológicos y científicos con un
panorama más amplio y t con mayor viabilidad, desde la perspectiva tecnológica.
Históricamente, en el inicio de la investigación científica y desarrollo tecnológico,
cada especialidad se trabajaba de manera particular, sin tener una relación directa
entre las disciplinas, es decir, los grandes científicos trabajaban de forma aislada y
la comunicación era lenta. En el siglo pasado, da inicio a la conjunción de algunas
disciplinas como la microbiología y la medicina, como la física y la trayectoria de
proyectiles, como la química y la energía nuclear. Actualmente la interacción de una
y varias especialidades en un sólo tema es normal y a veces necesario, como es el
caso de la energía, ciencias económicas, ambiente, tecnología, sustentabilidad, las
cuales ya no se pueden ver de forma aislada.
El crecimiento significativo de la globalización encamina los esfuerzos
multidisciplinarios a resolver problemas cotidianos, una sola disciplina daría
parcialmente una solución, la solución completa está dada en términos de las
diferentes disciplinas que coadyuven a resolver cierto problema.
Este trabajo surge como una necesidad para que las nuevas generaciones del
conocimiento puedan de manera natural converger en más de una disciplina y más
importante interaccionar, de tal manera que, los problemas modernos se vean de
una forma global y poder así tener una mejor respuesta a los problemas modernos.
FJMR
AVANCES DE INVESTIGACIÓN PARA EL SECTOR TECNOLÓGICO, AMBIENTAL Y ALIMENTARIO. ISBN: 978-607-97080-1-6
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Evaluación del diagrama de Ishikawa por medio del algoritmo difuso DEMATEL
Daniel Armando Aguirre Ibarra1*, Alejandra Vela Aceves1, Rosa Idalia Sánchez
Hernández2, Rosa Karen Delgado Herrera3
1Instituto Tecnológico Superior de Irapuato, Carretera Irapuato-Silao km. 12.5, Irapuato,
Guanajuato, C.P. 36821, 2CINVESTAV, Unidad Irapuato, 3Instituto Tecnológico Superior de Guanajuato. Correo: [email protected]
RESUMEN
El diagrama de Ishikawa es una herramienta utilizada por los grupos de mejora continua, pero cuenta con la particular desventaja de crear aproximaciones divergentes a la solución del problema, por lo tanto, la primera causa a explorar se decide por una decisión basada en especulaciones. La presente investigación tiene como objetivo realizar una evaluación de las causas por medio de la metodología difusa Decision Making Trial and Evaluation Laboratory (DEMATEL) la cual es útil para la evaluación de ambigüedades inherentes a estudios de correlación donde se cuenta con la partición de varios evaluadores. Se crea un programa en Matlab que da solución al algoritmo DEMATEL y se hace una prueba con resultados previamente conocidos para evaluar el funcionamiento del programa. Además, se analiza un caso presentado en una fábrica de transformadores ubicada en la ciudad de Guanajuato y con la aplicación del método DEMATEL se crea una jerarquización de las causas identificadas en el diagrama de Ishikawa. Lo más relevante de la presente investigación es la identificación del método DEMATEL como complemento de evaluación y toma de decisiones al utilizar el diagrama de Ishikawa. PALABRAS CLAVE: Ingeniería industrial, matlab, toma de decisiones INTRODUCCIÓN
El sistema de gestión de calidad de la ISO 9001:2015 está basado en 7 principios
(International Organization for Standardization, 2015). El principio 5 indica: “La
mejora continua del desempeño global de una organización debería ser un objetivo
permanente de ésta”. La aplicación de tal principio requiere del conocimiento de
métodos y herramientas para solucionar problemas y lograr la mejora continua. Una
de estas herramientas es el diagrama de Ishikawa. El diagrama de Ishikawa también
conocido como diagrama de causa-efecto, es una herramienta sencilla pero útil al
momento de trabajar bajo un enfoque de mejora continua. Es importante tener en
cuenta que el 95% de los problemas en una organización pueden ser resueltos
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utilizando herramientas sencillas para su análisis y solución (Stefanovic et al., 2014).
La implementación del diagrama de Ishikawa es un proceso sistemático (ver Figura
1) que consta de 7 etapas (Ilie et al., 2010), además, existen principios que deben
regular la elaboración del diagrama: selección, clasificación y conexiones lógicas.
Figura 1: Sistematización de Ishikawa
El diagrama de Ishikawa es una herramienta ampliamente utilizada en diversos
ramos; se ha trabajado en seguridad de aeropuertos combinando la herramienta
con el uso de matrices de responsabilidades (Parayitam et al., 2009) logrando
resultados óptimos por medio de la visualización de interdependencias. Dentro de
las diversas aplicaciones está el sector médico (Cohen, 2002), en el análisis de
causas de infecciones (Frankel et al., 2005); en el campo de la seguridad como un
análisis para los factores involucrados en la prevención de accidentes (Chang et al.,
2006), dentro de las ciencias de la computación se utiliza la herramienta
ampliamente durante el desarrollo de software (Bjornson et al., 2009) y en el sector
de negocios se utiliza la herramienta para el análisis de las estrategias de mercadeo
(Mazur, 1998). En el sector de la logística, el diagrama de Ishikawa ha sido utilizado
en el análisis de un marco referencial de los riesgos en la cadena de suministros
1-Identificación del problema
2-Formalización del problema
3-Identificación de causas principales y
secundarias
4-Establecimiento de criterios prioritarios
5-Alimentación de datos en el
diagrama 6-Análisis del
diagrama
¿El diagrama es
aceptado?
7-Aceptación del diagrama
Si No
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(Desai et al., 2015). Otra aplicación que se la ha dado a tal herramienta es el análisis
de la mejora de calidad en los programas de ciencia y tecnología (Li et al., 2011)
Como se ha expuesto brevemente, el diagrama de Ishikawa es una herramienta
ampliamente utilizada, sin embargo, existen dos problemas cruciales que tienen que
ser considerados en este proceso:
La subjetividad en la evaluación del experto.
El componente difuso en la lingüística.
Debido a lo anterior, una desventaja del diagrama es que puede otorgar
aproximaciones divergentes (Fishbone Diagrams, 2016) lo que conlleva a un gasto
de energía improductivo a causa de la especulación. Por tal razón, el presente
trabajo de investigación tiene como objetivo evaluar el diagrama de Ishikawa con
una herramienta objetiva.
Un problema identificado es la dificultad de trabajar con datos subjetivos, que
parecen inmedibles. Todo puede ser medido, no importa que tan difuso parezca
(Hubbard, 2014), se considerará una medición si la información obtenida nos brinda
más información de la que se conocía.
Partiendo del estado del arte en cuanto a decisiones multicriterio se encuentra el
grupo de los análisis difusos (Figueroa et al., 2005) los cuales fueron introducidos
por Zadeh en 1965 (Zadeh, 1965; Weymark, 1981; Wilie, 2000).
Las mediciones difusas pueden clasificarse en dos tipos de acuerdo a su uso:
pueden representar conceptos imprecisos, aunque bien definidos o conceptos con
percepciones vagas debido a las variables lingüísticas (Figueroa, 2005)
El método DEMATEL (Decision-Making Trial and Evaluation Laboratory) fue
desarrollado con el propósito del estudio de la problemática de grupos complejos y
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entrelazados y tiene las características de un enfoque basado en procesos (Chiesa
et al., 1996).
El método ha sido ampliamente aceptado como una de las mejores herramientas
para resolver la relación causa-efecto entre los criterios de evaluación (Chiu et al.,
2006; Yang et al., 2011) o para derivar la interrelación entre factores (Tzeng et al.,
2007).
Existen variaciones del método DEMATEL que lo hacen una herramienta más
completa y con mayor impacto. El método puede utilizarse como una herramienta
de evaluación difusa (Akyuz et al., 2015) o en combinación con la teoría D-number
(Whu, 2008).
El propósito de las herramientas de toma de decisiones, es ser una ayuda para las
personas de acuerdo a su propio entendimiento (Saaty, 2005), por lo que el
algoritmo DEMATEL es un auxilio para contar con un marco referencial que reduce
los conceptos intangibles por medio de la asignación de una ponderación. El
proceso del método DEMATEL consiste en una serie de 6 etapas (ver Cuadro 1).
Cuadro 1. Etapas del método DEMATEL
Etapas Ecuación correspondiente
1- Reunir la opinión de expertos y calcular la media de la matriz Z.
Ver ecuación (1)
2- Se calcula la relación normalizada inicial Ver ecuación (2)
3- Deducir la matriz total de relación T Ver ecuación (4)
4- Calcular las sumas de filas y columnas de la matriz T Ver ecuaciones (5) y (6)
5- Establecer un valor umbral (α) Ver ecuación (7)
6- Construir un diagrama de relación de causa-efecto
𝑍𝑖𝑗 =1
𝑚∑ 𝑋𝑘𝑖𝑗𝑚
𝑖=1 (1)
𝐷 = 𝜆 ∗ 𝑍 (2)
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𝜆 = 𝑚í𝑛 [1
max 1≤𝑖≤𝑛 ∑ |𝑧𝑖𝑗|𝑛𝑗=1
,1
max 1≤𝑗≤𝑛 ∑ |𝑧𝑖𝑗|𝑛𝑖=1
] (3)
𝑇 = 𝐷(𝐼 − 𝐷)−1 (4)
𝑟 = (∑ 𝑡𝑖𝑗𝑛𝑗=1 )
𝑛𝑥1 (5)
𝑐 = (∑ 𝑡𝑖𝑗𝑛𝑗=1 )
′
𝑛𝑥1 (6)
𝛼 =∑ ∑ [𝑡𝑖𝑗]𝑛
𝑗=1𝑛𝑖=1
𝑁 (7)
Con el valor de umbral se obtiene el diagrama de impacto mediante el mapeo del
conjunto de datos (r+c, r-c) donde el eje horizontal es r+c y el eje vertical r-c. Este
valor también puede ser referido al promedio de los valores contenidos en la matriz
T (Whu, 2008) que permiten la visualización completa de la interrelación y se puede
identificar cuáles factores son los más importantes debido a su influencia en el resto
de los factores (Shieh et al., 2013).
MATERIALES Y MÉTODOS
La evaluación del diagrama de Ishikawa por medio del método DEMATEL se llevó
a cabo en un proyecto de mejora continua en una empresa de transformadores
ubicada en la ciudad de Guanajuato.
Un grupo de 3 expertos elaboró el diagrama de Ishikawa clasificando 4 categorías
(clasificadas como Ci) y dentro de cada categoría 3 factores (Si), por lo que el
método DEMATEL se utilizó para evaluar la correlación entre los factores (ver
Cuadro 2) identificados en el diagrama de Ishikawa.
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La problemática identificada fue el faltante de material en proceso, lo que podría
traer consigo diferentes consecuencias como:
Los costos de agotamiento de existencias, que se ocasionan cuando la
empresa no puede satisfacer por completo el pedido de un cliente.
Incumplimiento del programa de producción.
Cuadro 2. Categorías establecidas.
Categoría
C1 Mano de obra
C2 Material
C3 Método
C4 Base de datos
Los factores identificados (ver Cuadro 3) se evaluaron de forma individual por cada
experto, por lo cual, cada experto llenó los valores de correlación en una matriz de
tamaño 12x12. Los valores de referencia para el llenado de las matrices son pre-
establecidos por el método DEMATEL (ver Cuadro 4) e indican el impacto de
influencia que tiene el factor i (renglones) en el factor j (columna).
Cuadro 3. Factores identificados.
S1 Falta de compromiso
S4 Material incorrecto
S7 Instructivos inadecuados
S10 Falta de verificación
S2 Reporte de material faltante fuera de tiempo
S5 Material dañado
S8 Demora en la solicitud
S11 Error en el manejo de SAP
S3 Falta de comunicación
S6 Falta de información en el material
S9 Falta de inspección S12 Fallas en la red
Para facilitar el cálculo se programó el algoritmo DEMATEL en el software Matlab
versión 2013 (ver Cuadro 5), debido a que es un software técnico diseñado para la
ingeniería y las ciencias que ofrece un lenguaje de programación con la posibilidad
de realizar y manipular gráficas (Butt, 2007). Además, a diferencia de programas
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como C++ o FORTRAN; MATLAB está integrado con una biblioteca formada por
subrutinas relacionadas con el cómputo numérico y librerías específicas (toolboxes)
que son funciones especializadas (Bhat et al., 2007).
Cuadro 4. Valores de influencia.
Puntuación
0 Sin influencia
1 Baja influencia
2 Influencia media
3 Alta influencia
4 Muy alta influencia
Cuadro 5. Fragmento del algoritmo en Matlab.
Algoritmo Pseudoalgoritmo
>>for i=1:k
A(:,:,i)=zeros(m,n);
for f=1:n
for c=1:m
if f =c
A(f,c,i)=menu(´Puntuación´)
end
end
end
end
Se construye un ciclo for,
donde se forman las
matrices y al mismo tiempo
el usuario hace el llenado de
la matriz utilizando el cuadro
menú declarado dentro del
ciclo.
El algoritmo programado en Matlab se aplicó a la tesis presentada por Detcharat
Sumrit y Pongpun Anuntavoranich en 2013, para validar el correcto funcionamiento
del programa. Como producto final se obtuvo una representación visual del mapa
de relaciones de influencia, que de acuerdo a (Büyüközan et al., 2010) es una
herramienta para que los administradores organicen sus propias acciones.
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RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La evaluación del diagrama de Ishikawa en el programa elaborado en Matlab se
muestra en el Cuadro 6 donde se identifica si el factor es causa o efecto.
Cuadro 6. Fragmento del algoritmo en Matlab.
S1 Receptor S4 Causa S7 Receptor S10 Receptor
S2 Causa S5 Causa S8 Causa S11 Causa
S3 Receptor S6 Receptor S9 Receptor S12 Receptor
La clasificación anterior se determinó de acuerdo a los valores ri_cj y rri_cj. Por
ejemplo, el factor S1 obtuvo valores 5.7246 y -1.09 respectivamente. El criterio se
aplica en aquellos valores positivos de ri-cj, ya que tienen una influencia sobre otros,
con una prioridad más alta y se llama causa (Zhou et al., 2016) Los valores
negativos de ri-cj reciben más influencia de otros y se llama receptores. Por otro
lado, el valor de ri+cj indica el grado de relación entre cada causa con otras, y las
causas que tienen un valor mayor de ri+cj tienen mayor relación con otras causas y
viceversa. El valor α=0.2136.
Con los resultados obtenidos se elabora una estrategia de acción para lograr la
mejora, se encontró que existe una relación entre las causas y que al momento de
resolver una causa no solo se abona a solucionar el problema, sino que se eliminan
las otras causas debido a la correlación existente. A partir de la información
presentada en el Cuadro 6, se considera la priorización de los factores, de mayor a
menor importancia son: S10>S11>S1>S9>S2>S4>S7>S6>S8>S5>S12>S3.
Se determinó que el factor de mayor importancia es: Falta de consulta o verificación
(S10), ya que el valor r+c fue igual a 6.0210. El factor de menor importancia es: Falta
de comunicación (S3), ya que obtuvo un valor r+c igual a 3.6923
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El grupo etiquetado como “causa” representa la afectación directamente a otros, en
este análisis los factores causa son:
S2 = 1.2585
S5 = 1.2422
S9 = 1.1684
S4 = 1.0350
S11 = 0.3977
El grupo etiquetado como “receptor” representa el grupo de efectos y en gran
medida están influenciado por los otros factores, son:
S3 = -1.7469
S1 = -1.0900
S10 = -0.9792
S9 = -0.6819
S7 = -0.3606
S6 = -0.2328
S12 = -0.0102
Los grupos anteriores se determinaron a partir de los valores r-c con signo positivo
y negativo respectivamente.
Tomando en cuenta los resultados arrojados por el programa, se considera que la
falta de consulta o verificación es el factor de mayor importancia. Es decir, que el
reporte de material faltante fuera de tiempo es causa de que no se tiene una correcta
consulta en el sistema SAP y no se tiene una verificación del material a solicitar.
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CONCLUSIONES
La relación del método DEMATEL y el diagrama de Ishikawa se reflejan como un
objetivo cumplido, porque nos permite visualizar la combinación de ambas
herramientas con el fin de facilitar el análisis de las relaciones eliminando la
subjetividad al momento de la toma de decisiones. Se espera que disminuya la
energía invertida debido a que se disminuye la especulación y se logra una
estrategia de acción, lo que se puede considerar un grado de innovación tecnológica
(Christensen, 1995). Aún se debe trabajar en la validación de la combinación de las
herramientas ya mencionadas, realizando diversas pruebas en el sector industrial
ya que con los resultados obtenidos en el presente trabajo de investigación se
puede afirmar que el método DEMATEL es una herramienta aceptable para ser
usada en la evaluación de un diagrama de Ishikawa. El método DEMATEL ofrece
un acercamiento confiable a la toma de decisiones.
El algoritmo programado en Matlab quedó validado y es útil para evaluar el método
DEMATEL sin necesidad de realizar nuevamente la programación, solo se requiere
la siguiente información: número de participantes, número de factores y las matrices
de evaluación de los participantes.
Se utilizó Matlab debido a que en su lenguaje ya se encuentran los operadores
matriciales, por lo que se facilitó la programación. La programación en Matlab facilitó
los cálculos del algoritmo, pero tiene la desventaja del lenguaje en sí, por lo que se
recomienda trabajar en un algoritmo en lenguaje de Visual Basic que pueda ser
utilizado en una hoja de cálculo, lo cual haría más accesible el uso de la herramienta.
En futuras investigaciones se recomienda trabajar el método involucrando más
variables de decisión y la combinación de problemas.
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Efectos de sitio y su influencia en los espectros de diseño sísmico
Eduardo Reinoso Angulo.¹, Adán Raúl De la cruz Vera2*
¹Universidad Nacional Autónoma de México-Circuito escolar, Ciudad Universitaria. Delegación
Coyoacán. México. 04510, CDMX, 2Instituto Tecnológico Superior de los Ríos, Carretera Balancán
– Villahermosa, km 3, Balancan, Tabasco. Correo: [email protected]
RESUMEN
Se presentan los resultados de la estimación de efectos de sitio, los cuales fueron utilizados para determinar los espectros de diseño sísmico presentados en este trabajo. Los efectos de sitio fueron obtenidos a partir del estudio de vibración ambiental, elaboración de modelos unidimensionales a partir del estudio de mecánica de suelos e interpolaciones de datos de estaciones acelerométricas cercanas al sitio de estudio. Posteriormente dichos resultados se analizaron e interpretaron de manera exhaustiva, con el fin de determinar cuáles o cual de los estudios ya mencionados describía de manera más detallada la frecuencia dominante en nuestro sitio de estudio. Posteriormente se relacionaron de manera técnica las frecuencias dominantes del efecto de sitio con nuestro Espectro de Peligro Uniforme (EPU) y por consecuencia obtuvimos un Espectro de Respuesta (ER), el cual se parametriza considerando la incertidumbre de la estructura, generando así un Espectro de Diseño Sísmico (EDS) en el sitio. PALABRAS CLAVE: Vibración, Espectro, Incertidumbre. INTRODUCCIÓN.
En el ámbito del diseño estructural es muy común que se utilicen espectros de
diseño sísmico con la intención de asignar la seguridad adecuada a su edificación.
Los parámetros que rigen a dichos espectros de diseño sísmico por lo general son
a0, C, Ta, Tb, Tc, r, etc (Sociedad Mexicana de Ingeniería Sísmica ,2000), los cuales
están estipulados en las normativas de construcción de cada país.
En la Ciudad de México se pueden obtener estos parámetros a través de las Normas
Técnicas Complementarias, Reglamento de Construcciones del Distrito Federal
(RCDF-004), los cuales son diferentes para cada tipo de zona (I , II , IIIa , IIIb , IIIc ,
IIId) respectivamente, existen varias similitudes de los parámetros en función de su
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zona.
Los espectros de diseño sísmico basados en el RCDF-004 tienden por lo general a
ser muy robustos, ya que son el resultado de la envolvente de grandes zonas.
Dicho lo anterior, las aceleraciones de un suelo blando en particular se pueden
contemplar con mayor seguridad si se toman en cuenta los efectos de sitio, ya que
estos nos indican si las frecuencias se amplifican o se atenúan al llegar a la
superficie.
El objetivo de este trabajo es determinar la influencia de los efectos de sitio en los
espectros de diseño sísmico, ya que de estos depende el comportamiento espectral
de un sitio en particular.
MATERIALES Y MÉTODOS.
Inicialmente se presenta un EPU que depende esencialmente de la aceleraciones
de un sitio firme (roca) (Reyes, C. ,1999), para la Ciudad de México ese sitio firme
hace referencia a Ciudad Universitaria (CU), posteriormente se realizaron los
estudios especializados de vibración ambiental, modelo geotécnico y función Z, con
la intensión de determinar los efectos de sitio. Dichos estudios dieron resultados
muy parecidos en función de su frecuencia (4.5 Hz) a excepción de la función Z, ya
que sus resultados no fueron coherentes con la zona en estudio al ser un área que
cuenta con una limitada interpolación acelerométrica. Posteriormente se determinó
la función de transferencia que mejor describía al área de interés, se procedió a
realizar una convolución con el EPU, dicho procedimiento nos arrojó un ER en sitio,
con la intención de transformarlo en un Espectro de Respuesta con Incertidumbre
(ERI) para que por último se parametrizara y de esa forma se obtuviera el espectro
de diseño sísmico (Mena, Ulises, Pérez-Rocha, L.E. y Avilés, J. ,2006).
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Zona de estudio.
El sitio de estudio se ubica en la Delegación Benito Juárez, México, Ciudad de
México “CDMX”, con coordenadas 19.368575, -99.172896. (Figura 1).
Figura 1. Ubicación del sitio en estudio.
Ubicación de los puntos de estudio.
La distribución de los puntos a estudiar se realizó de manera estratégica dentro de
la zona de estudio, dichos puntos suman en su totalidad 4, los cuales generan una
muy buena descripción de las propiedades dinámica del suelo, al realizar el
procesado de la vibración ambiental (Figura 2).
Sitio de
estudio.
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Figura 2. Ubicación de los puntos en estudio dentro de la zona referenciada.
Registros de vibración ambiental.
El levantamiento de los registros de vibración ambiental, se realizó el día 21 de julio
del 2016 por personal altamente calificado pertenecientes al grupo ERN (Evaluación
de Riesgos Naturales), el cual utilizó acelerómetros y sismómetros digitales SARA
modelo SL-06 y BASALTO de la marca Kinemetrics.
La ubicación del equipo se realizó respetando las posiciones mencionadas
anteriormente para cada punto de estudio, el cual se referencio al Norte-Sur en base
a su componente longitudinal (Figura 3).
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Figura 3. Puntos del estudio de vibración ambiental.
La duración de los registros de vibración ambiental se realizó durante un tiempo
definido de 2 horas para cada punto respectivamente, con la finalidad de obtener
las frecuencias predominantes para este sitio en particular, además de registrar los
tiempos de registros también se registraron sus coordenadas (Latitud N, Longitud
W). En la tabla 1 se muestran las características generales de cada punto.
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Tabla 1. Tabla de los registro de vibración ambiental.
Puntos Códigos el
registro Componentes Tiempo de inicio Coordenadas
(registros) (Horas de inicio) Latitud N. Longitud W.
P1
PA001 V 10h07m0000s-
19°22'6.95"N 99°10'23.85"W PA002 N
12h08m0000s PA003 E
P2
PB001 E 12h20m0000s-
19°22'6.76"N 99°10'23.30"W PB002 N
2h20m0000s PB003 V
P3
PC001 V 2h40m0000s-
19°22'6.76"N 99°10'21.70"W PC002 N
4h40m0000s PC003 E
P4
PD001 V 5h00m0000s-
19°22'7.16"N 99°10'22.66"W PD002 N
7h00h0000s PD003 E
Los datos que nos dieron los equipos fueron los registros de las vibraciones
ambientales (Figura 4).
Con la información obtenida a partir de los registros, se inició el trabajo del filtrado
(Zúñiga, R. ,1994), utilizando un intervalo de 0.10 a 50 Hz (RIIS ,Red
Interuniversitaria de Instrumentación Sísmica, 2001) y los que no cumplieron con
dicho intervalo se despreciaron, esto se realizó con la intención de capturar las
señales de las microtrepidaciones (Bendat, J. S. y Piersol, A. G. ,1980), y
microsismos (origen antropogenicos y movimiento de placa tectónica) propias del
suelo (Kanai, K and Tanaka ,1954),. Posteriormente se aplicó la metodología de
cocientes espectral H/V, (Figura 5), para cada punto de estudio, el cual nos arrojó
funciones de transferencia (razón espectral).(Nakamura.1989).
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Figura 4. Registro de los acelerómetros y sismómetros.
Registro del punto 1.
Registro del punto 2.
Registro del punto 3.
Registro del punto 4.
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Figura 5. Funciones de transferencia “cocientes espectrales”.
Para cumplir con la metodología establecida, fue necesario determinar el promedio
de las funciones de transferencia (Figura 6), para obtener una sola grafica que
describiera en su totalidad la zona de estudio.
P-2 P-1
P-3 P-4
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Figura 6. Promedio de las funciones de transferencia, obtenidas a partir del estudio de vibración ambiental.
En la Figura 6 se representa con claridad la frecuencia predominante en la zona de
interés, la cual corresponde a 5.5 Hz, el cual es un resultado razonable.
Estudio de mecánica de suelos.
Para determinar el modelo geotécnico fue necesario realizar un estudio de mecánica
de suelos, con la intención de obtener el perfil estratigráfico que nos represente las
propiedades del suelo. Dicho estudio consistió en 2 sondeos mixtos dentro del
perímetro en estudio (Figura 7), los cuales fueron distribuidos de manera ingenieril
con la intención de cubrir toda el área a estudiar.
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Figura 7. Ubicación de los sondeos dentro del área de interés.
Trabajo de campo.
Como se mencionó anteriormente el estudio de mecánica de suelos se referencio a
la exploración del sub-suelo en base a 2 sondeos mixtos, SM-1 y SM-2, a 35.25 m
y 35.05 m de profundidad, obteniendo muestras representativas alteradas a cada
60 cm y midiendo simultáneamente el índice de resistencia a la penetración
estándar de más de 50 golpes para penetrar los 30 cm intermedios del
penetrómetro, con la obtención de muestras inalteradas por medio de Tubos Shelby
(Figura 8).
En todos los casos en que la resistencia a la penetración estándar fue mayor de 50
golpes, se avanzó con broca tricónica hasta completar 60 cm de perforación.
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Figura 8. Tubo Shelby para recuperación de muestras inalteradas.
Estratigrafía.
En base a los trabajos de campo y laboratorio realizados se obtuvo la información
necesaria para describir al subsuelo a través de un perfil estratigráfico, el cual
cuenta con la información necesaria para realizar el modelo geotécnico (Seed, H.
B. and Idriss, I. M. ,1970).
Modelo geotécnico.
El modelo geotécnico se realizó en base a la información obtenida a través del perfil
estratigráfico, dicha información fue extraída en base a la experiencia y a
investigaciones referenciadas, con la intensión de describir de manera realista al
suelo a través de un modelo geotécnico (Humar, J.L,1990).
La información que se definió suficiente (Tabla 2) para construir el modelo
geotécnico fue procesada a través de una aplicación MODELO GEOTÉCNICO
HASKEL, la cual es acreditada por ERN (Evaluación de Riesgos Naturales), con la
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cual se obtiene resultados muy representativos (Gutiérrez, C and S K Singh ,1992).
Tabla 2. Datos utilizados en el modelo geotécnico.
Estrato Profundidad VS(m/s) Densidad(ton/m3) Amort. Espesor.
1 5.7 173.19 1.3 0.05 5.7
2 10 208.15 1.5 0.05 4.3
3 45 613.57 1.7 0.05 35
Semi-espacio. 46 700 2.1 0.01 1
Los resultados obtenidos a través del modelo geotécnico (Figura 9) muestran
claramente la frecuencia predominante (5.5 Hz) en nuestra zona de estudio, este
resultado es lo suficientemente aceptable, ya que describe de manera confiable a
nuestro sitio de interés (Bendat, J. S. y Piersol, A. G. ,1976).
Figura 9. Función de transferencia, obtenida a partir del modelo geotécnico.
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Movimiento fuerte.
La función de transferencia Z se determinó a través de la metodología de
interpolaciones acelerométricas, este procedimiento consiste caracterizar los sitios
donde no hay estaciones acelerométricas (Rosenblueth, E., Ordaz M., Sánchez-
Sesma, F.J. y Singh S.K. ,1989). Los resultados son funciones de transferencia
promedio entre el sitio en cuestión y un sitio de referencia, que en este caso es
Ciudad Universitaria (CU) (Ordaz, M. y Reinoso, E. ,1987). (Figura 10).
Figura 10. Función de transferencia, obtenida a partir de la función Z.
Para la obtención de la función de transferencia, se utilizó la aplicación “GuuVB.Net
(Z)”que fue elaborada por ERN, Evaluación de Riesgos Naturales (Figura 11), el
cual genera funciones de transferencia empíricas (FTE) (Udwadia, F. E. and
Trifunac, M. D. ,1973) obtenidas en las estaciones acelerométricas , siendo estas
normalizadas respecto a los periodos dominantes del terreno para posteriormente
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ser interpoladas para obtener una FTE en un sitio arbitrario (Kausel E, Whitman R
V, Morray J P y Elsabe F ,1978) con la intensión de ser normalizada con respecto
al periodo dominante del sitio seleccionado (Ordaz, M., Arboleda, J. y Singh,
S.K.,1995).
Figura 11. Zonificación pertenecientes a la función Z.
En la figura 11 se encuentra la función de transferencia que indico la función Z, la
cual no corresponde a las frecuencias obtenidas a través del estudio de vibración
ambiental y del modelo geotécnico (Durán, R. ,1996), por tal motivo se utilizaron los
resultados de la función de transferencia obtenida a través del modelo geotécnico.
Zona de
estudio
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RESULTADO Y DISCUSIÓN.
Espectro de diseño sísmico.
Para la construcción del Espectro de Respuesta con un Tr=250 años, se utilizó el
EPU (Espectro de Peligro Uniforme) (Ordaz, M., Miranda, E. y Avilés, J. ,2000) y la
función de transferencia obtenida a través del modelo geotécnico, dichos resultados
fueron multiplicados en el dominio de la frecuencia y posteriormente el resultado
obtenido se transformó a Espectro de Respuesta (Miranda, Eduardo ,1991) (Figura
12).
Figura 12. Espectro de respuesta.
La figura 12 muestra claramente un resultado preliminar espectral, al cual se le
contemplaron una serie de valores que representan la incertidumbre (Lermo, J. y
F.J.Chávez-García ,1994), para posteriormente ser parametrizado, con la intensión
de que el espectro de diseño cubra en su totalidad al espectro con incertidumbre y
al espectro de respuesta (Ordaz, M., Miranda, E., Reinoso, E., y Pérez-Rocha, L.E.
,2000) (Figura 13)
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Figura 13. Espectros de diseño sísmico.
Los parámetros utilizados en el espectro de diseño sísmico (Tabla 1.3), fueron
realizados con la intensión de cubrir al espectro de diseño con incertidumbre
(Miranda, Eduardo ,1996), el cual presenta condiciones más favorables para el
diseñador y con la misma seguridad (Bard, P.Y., A.M. Duval, B. Lebrun, C. Lachet,
J. Riepl., and D. Hatzfeld ,1997).
Tabla 3. Parámetros del espectro de diseño sísmico.
Espectro propuesto, Tr=250 años.
a0 C Ta Tb Tc k r
0.1 0.4342 0.1 0.26 3 1.52 0.38
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Figura 14 Espectro de diseño sísmico en sitio y espectros de diseño sísmico basados en el RCDF-
04.
CONCLUSIÓN.
En la figura 14 se muestra con claridad el espectro de diseño sísmico, el cual es
inferior al realizado en base al RCDF-04.
En el EDS propuesto (Línea roja) se puede observar que la meseta es menor en
comparación con el ED propuestos por el RCDF.
El espectro de las NTC-004 Apéndice A, no se muestra, ya que dicho espectro solo
puede ser generado cuando se tiene un periodo dominante del suelo mayor a 0.5
(T>0.5).
La construcción de los EDS en sitio muestra claramente el nivel de optimización que
existe, ya que se elimina la sobreestimación contemplada en el RCDF-04.
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Plan de manejo de los residuos peligrosos en el área de química de la DACB-UJAT.
Carlos Mario Morales Bautista1,*, Maricela de Jesús Alor Chávez1 y Dora María
Frías Márquez2.
1 Área de Química. División Académica de Ciencias Básicas. Universidad Juárez Autónoma de Tabasco. Carretera Cunduacán-Jalpa Kilometro 1 Colonia La Esmeralda CP. 86690 Cunduacán, Tabasco, 2Secretaría de Servicios Académicos. Universidad Juárez Autónoma de Tabasco. Av.
Universidad s/n, Zona de la Cultura, Colonia Magisterial, Villahermosa, Centro, Tabasco, México. C.P. 86040. [email protected]
RESUMEN La preservación del medio ambiente también incluye a las instituciones de educación superior ya que forman parte de las competencias a desarrollar en sus recursos humanos hacia el desarrollo sustentable. En materia de residuos, cada laboratorio debe de contar con un plan de manejo, el cual permite reducir los efectos negativos que estos ocasionan a los ecosistemas y con ello evitar la exposición del ser humano a fin de prevenir los efectos nocivos sobre la salud. La educación ambiental tiene como base crear conciencia en una comunidad, en el caso de los estudiantes de química, tomar responsabilidad de los residuos que se generan. Tomando como referencia las NOM-052-SEMARNAT 2005 y la NOM-054-SEMARNAT-1995, se realizó el diagnóstico de generación de residuos peligrosos en los laboratorios de docencia en la División Académica de Ciencias Básicas de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco (DACB-UJAT) y se identificaron cuatro tipos con mayor volumen de generación: sólidos, acuosos, orgánicos y orgánicos halogenados. Conforme a lo anterior se planteó un plan de manejo integral de los mismos y algunas medidas de prevención que permitan la administración de estos y su disposición final dando cumplimiento a la normativa vigente en la materia ambiental. PALABRAS CLAVE: Diagnóstico, normas ambientales, salud. INTRODUCCIÓN
Un residuo peligroso o RP son aquellos que posean alguna de las características
de corrosividad, reactividad, explosividad, toxicidad, inflamabilidad, o que
contengan agentes infecciosos que les confieran peligrosidad, así como envases,
recipientes, embalajes y suelos que hayan sido contaminados cuando se transfieran
a otro sitio (DOF, 2003; Neveu et al, 2007). La preocupación por la salud pública y
la estrecha relación que tiene con la exposición a los RP ha obligó a las autoridades
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ambientales a crear nuevas estrategias de prevención de contaminación hacia los
ecosistemas (Díaz et al, 2000).
Los daños que se pueden ocasionar al medio ambiente y a la salud humana, y por
tanto a los trabajadores por la incorrecta gestión de los residuos peligrosos, son de
una enorme importancia (Ortiz et al, 1987; Ramírez et al, 2003). Para el manejo
adecuado de los residuos, es necesaria una infraestructura que facilite tomar las
acciones necesarias sobre el almacenamiento y disposición final de los mismos
(Berón & Decisión, 1983; Marañón et al, 2008). En este sentido, un plan de manejo
de los residuos abarca los procesos de generación, de manipulación, de
acondicionamiento, de almacenamiento, de transporte, de nuevo almacenamiento
y de destino o tratamiento final, todo ello sin causar impactos negativos ni al medio
ambiente ni a los seres vivos, y de ser posible, con un costo económico (de Dios et
al, 2011; Martínez, 2015).
Un plan de manejo es un instrumento cuyo objetivo es minimizar la generación y
maximizar la valorización de residuos sólidos urbanos, residuos de manejo especial
y residuos peligrosos específicos, bajo criterios de eficiencia ambiental, tecnológica,
económica y social, con fundamento en el Diagnóstico Básico para la Gestión
Integral de Residuos, diseñado bajo los principios de responsabilidad compartida y
manejo integral, que considera el conjunto de acciones, procedimientos y medios
viables e involucra a productores, importadores, exportadores, distribuidores,
comerciantes, consumidores, usuarios de subproductos y grandes generadores de
residuos, según corresponda, así como a los tres niveles de gobierno (Díaz-Barriga,
1996; Köfalusi et al, 2006; Campechano et al, 2013).
De los diversos residuos, los que requieren especial atención son los considerados
como peligrosos, generados, en los laboratorios químicos y empresas del mismo
giro, entre ellas se encuentran los centros de investigación y universidades públicas.
En el caso de las instrucciones privadas la separación, almacenamiento y
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disposición final está fuertemente regulada, el reglamento en materia de residuos
de la Ley General de Equilibrio Ecológico y de Protección al Ambiente (LGEEPA)
estipula que: “no está permitido verter al alcantarillado municipal, aguas nacionales,
suelo y aire materiales o productos de uso doméstico, industrial, sanitario, tóxico,
peligroso o radiactivo, sin antes cumplir con los límites máximos permisibles que
marque las normas competentes, debido a esto, deben emplearse los mecanismos
preparados para la recolección” (SEMARNAT, 2015; García, 2014). El no cumplir
con lo marcado en la legislación, suele terminar en elevadas sanciones económicas
(Carrizales et al, 1999; Micheli et al, 2002). En caso contrario, la mayoría de los
laboratorios de docencia e investigación de las instituciones de educación superior
del estado de Tabasco no cuentan con un plan de manejo o gestión integral de sus
residuos lo que conlleva la exposición de la comunidad universitaria a residuos que
pueden afectar la salud (Laines et al, 2008; Mendoza et al, 2011).
En este ámbito, los laboratorios de docencia de química de la División Académica
de Ciencias Básicas de la UJAT (DACB-UJAT) hasta 2013 se atendía una matrícula
de 100 estudiantes de licenciaturas en química, sin embargo, este mismo año se
ofertó la licenciatura en químico fármaco biólogo incrementándose la matricula has
450 estudiantes (Castellanos, 2014). Se observó que los RP de las reacciones
realizadas en las prácticas diarias eran vertidos en el drenaje y en los recipientes
destinados como contenedores de residuos sólidos urbanos (RSU). También se
observó que los recipientes vacíos de reactivos no eran almacenados por
compatibilidad. El problema radica básicamente en que debido a que la unidad
Chontalpa (como son conocidas las tres divisiones División Académica de
Ingeniería y Arquitectura, División Académica de Informática y Sistemas y la DACB)
no cuenta con drenaje público y todo lo vertido en las tarjas de los laboratorios es
descargado a fosas sépticas o suelo de esta forma se está incumpliendo con la
normativa en materia de aguas residuales, también la unidad ha funcionado con
pozo profundo por más de 25 años lo que agrava más la situación de exposición a
los RP y los riesgos a la salud que esto representa.
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Debido a lo anterior, se propuso establecer un plan de manejo que incluyera los
mecanismos de almacenamiento, manejo y disposición final de los Residuos
Peligrosos así como la correcta operación de los laboratorios de docencia y de
investigación de la DACB, en un primer plano fue necesario realizar un diagnóstico
para determinar qué tipo de residuos y estimar cuanto se generaban de cada uno
de ellos, todo lo anterior con base en la NOM 052 SEMARNAT 2005 y la NOM 054
SEMARNAT-1993 y posteriormente se te propuso algunas mejoras.
MATERIAL Y MÉTODOS
De acuerdo a la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente
define como materiales peligrosos a “los elementos, sustancias, compuestos,
residuos o mezclas de ellos que, independientemente de su estado físico
representen un riesgo para el ambiente, la salud o los recursos naturales, por sus
características corrosivas, reactivas, explosivas, tóxicas, inflamables o biológico
infecciosas como las sustancias químicas, líquidas o sólidas, resultantes de la
actividad de los laboratorios que sean motivo de desecho y que supongan un riesgo
para el entorno” (Jiménez, 2001).
Lo anterior manifiesta que los residuos son parte del ciclo de vida de los materiales,
y que ambos son peligrosos por que poseen las mismas características por lo tanto:
El manejo inadecuado de los materiales y residuos peligrosos conlleva a impactos
ambientales importantes al suelo, aire y agua, así como riesgos a la salud (Garfias
y Ayala & Barojas, 1995; Ugalde, 2002; Segura et al, 2003).
Debido a que la DACB no cuenta con conexión al alcantarillado municipal, las
descargas son destinadas a fosas sépticas con más de 20 años de operación. Se
encontró que la cuenta con tres laboratorios de docencia y cuatro de investigación,
los primeros están destinados a prácticas de todos los semestres de ambas
licenciaturas y los segundos al desarrollo de tesis de licenciatura y posgrados en el
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área de sólidos, materiales, orgánica y ambiental. El tiempo de operación de los
laboratorios es de 8 hrs a 16 hrs, por lo que el gasto del recurso agua es alto.
Los residuos generados en las prácticas diarias de la DACB-UJAT son llevados
directamente a los contenedores de los sólidos urbanos o vertidos al drenaje. No se
cuenta con un diagnóstico de los residuos que se generan pero existe una bitácora
de los reactivos que se manejan en las prácticas (Ugalde, 2008). Díaz-Barriga
(1996) y Carrizales et al. (1999) mencionan que algunos de los residuos generados
en los laboratorios de química son considerados como peligrosos. Debido a la
necesidad de saber la cantidad y el cómo realizar el manejo de los RP se realizó el
diagnóstico de la generación de los residuos peligrosos durante un semestre del
periodo Agosto 2014-Enero 2015 y se propuso un plan de manejo de aquellas
sustancias químicas o materiales provenientes de los laboratorios.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El horario de atención dentro de los laboratorios es de 8 am a 6 pm y se realizan
promedio 12 prácticas por semana. Estas prácticas se revisaron y se pudieron
identificar los reactivos y productos de reacción, posteriormente estos se clasificaron
orientados en la NOM-052-SEMARNAT-2005 y el Anexo I de la NOM-054-
SEMARNAT-1993. Por su naturaleza, compatibilidad y reactividad química, los
residuos se pudieron agrupar en seis categorías, que fueron:
Grupo I: Halogenados.
Se entiende por tales, los residuos líquidos orgánicos que contienen más del 2% de
algún halogenuro. Se trata de productos muy tóxicos e irritantes y, en algún caso,
cancerígenos. Se incluyen en este grupo también las mezclas de disolventes
halogenados y no halogenados, siempre que el contenido en halógenos de la
mezcla sea superior al 2%.
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Grupo II: No Halogenados.
Se clasifican aquí los residuos líquidos orgánicos inflamables que contengan menos
de un 2% en halógenos. Son productos inflamables y tóxicos y, entre ellos, se
pueden citar los alcoholes, aldehídos, amidas, cetonas, ésteres, glicoles,
hidrocarburos alifáticos, hidrocarburos aromáticos y nitrilos. Es importante, dentro
de este grupo, evitar mezclas de disolventes que sean inmiscibles ya que la
aparición de fases diferentes dificulta el tratamiento posterior.
Grupo III: Acuosos.
Este grupo corresponde a los residuos de soluciones acuosas de productos
orgánicos e inorgánicos. Se trata de un grupo muy amplio y por eso es necesario
establecer divisiones y subdivisiones, tal como se indica a continuación. Estas
subdivisiones son necesarias ya sea para evitar reacciones de incompatibilidad, o
por requerimiento de su tratamiento posterior: soluciones acuosas inorgánicas;
soluciones acuosas básicas (hidróxido sódico, hidróxido potásico); soluciones
acuosas de metales pesados (níquel, plata, cadmio, selenio, fijadores); soluciones
acuosas de cromo VI; otras soluciones acuosas inorgánicas (reveladores, sulfatos,
fosfatos, cloruros); soluciones acuosas orgánicas o de alta DQO; soluciones
acuosas de colorantes; soluciones de fijadores (formol y glutaldehído); mezclas
agua/disolvente (solventes de cromatografía, metanol/agua).
Grupo IV: Ácidos.
Corresponden a este grupo los residuos líquidos de ácidos inorgánicos y sus
soluciones acuosas concentradas (más del 10% en volumen). Debe tenerse en
cuenta que su mezcla, en función de la composición y la concentración, puede
producir alguna reacción química peligrosa con desprendimiento de gases tóxicos
e incremento de temperatura. Para evitar este riesgo, antes de hacer mezclas de
ácidos concentrados en un mismo envase, debe realizarse una prueba con
pequeñas cantidades y, si no se observa reacción alguna, llevar a cabo la mezcla.
En caso contrario, los ácidos se recogerán por separado.
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Grupo V: Sólidos.
Se clasifican en este grupo los residuos en estado sólido de naturaleza orgánica e
inorgánica y el material desechable contaminado con productos químicos. No
pertenecen a este grupo los reactivos puros caducados en estado sólido (grupo VI).
Se establecieron los siguientes subgrupos de clasificación dentro del grupo de
sólidos:
a) Sólidos orgánicos. A este grupo pertenecen los productos químicos de
naturaleza orgánica o los contaminados con productos químicos orgánicos,
por ejemplo, carbón activado o gel de sílice impregnados con disolventes
orgánicos.
b) Sólidos inorgánicos. A este grupo pertenecen los productos químicos de
naturaleza inorgánica.
c) Material desechable contaminado. A este grupo pertenece el material
contaminado con productos químicos.
Grupo VI: Especiales.
A este grupo pertenecen los productos químicos, sólidos o líquidos, que, por su
elevada peligrosidad, no deben ser incluidos en ninguno de los otros grupos, así
como los reactivos puros obsoletos o caducados. Estos productos no deben
mezclarse entre sí ni con residuos de los otros grupos. Es éste apartado se deben
de incluir los residuos no identificados.
La cuantificación de los residuos peligrosos se basó en cada uno de los grupos
anteriores y se realizó durante veinte días y no a cinco que son como generalmente
se hacen los muestreos, esto se debió a que las prácticas no son el mismo número
ni las mismas cada semana (Lladó-Verdejo et al, 2004).
Para estimar la generación percápita se siguieron los siguientes pasos:
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a) En cada laboratorio se colocaron seis bidones de 20 L (12 en total y que
anteriormente se empleaban como contenedores de agua destilada) uno
para cada tipo de residuo, los cuales se etiquetaron con la leyenda
correspondiente.
b) Se instruyó a los docentes responsables de cada una de las asignaturas y a
los técnicos académicos sobre la deposición de los residuos en los mismos
y se implementó una bitácora de generación para cada laboratorio.
c) Transcurridos los 20 días, los residuos fueron pesados en una balanza
industrial de la empresa denominada Servicios Anticontaminación de
Tabasco (SATAB) por la Secretaria de Medio Ambiente y Recursos Naturales
(SEMARNAT) la cual dio disposición final a los mismos
Diagnóstico de generación percápita
En el tabla 1 muestra la cuantificación de residuos peligrosos para los laboratorios
de docencia en la DACB-UJAT.
Tabla 1. Generación de RP en los laboratorios de docencia de la DACB-UJAT (20 días)
Grupo Cantidad (kg)
I 94.5
II 81
III 49.5
IV 27
V 22.5
VI 22.5
Total 297
Considerando que 297 son para 20 días y que el tiempo efectivo de clases
semestrales en ciclo largo a largo del año fue de 180 días y que en 2014 solo
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atendieron a 450 estudiantes, se clasifico a la DACB como un pequeño generador
con 2673 kg/año (DOF, 2003).
Con la apertura de la licenciatura en Químico Farmacéutico Biólogo (QFB) en
septiembre del 2013 el número de estudiantes que usan los laboratorios de
docencia aumento por lo que un diagnostico preliminar en 2013 colocaba a la
División Académica como pequeño generador ya que solo se atendía una matrícula
de 100 estudiantes con una generación percápita de 1624 kg/año (Campechano et
a, 2014). En el tabla 2 se hacen las comparativas de los años muestreados, el
promedio de alumnos que utilizan los laboratorios y la generación percápita
encontrada.
Tabla 2. Residuos peligrosos generados según el año y el promedio del número de alumnos que utilizan los laboratorios de química.
Año Número de alumnos Generación percápita (kg/año)
2013 100 1624
2014 450 2673
2015 548
2016 711
Debido a que el plan de estudios de QFB es anual, y tanto esta carrera con la
licenciatura en química tienen egresos con un mínimo de tres años y medio, se
espera que la matrícula y la generación de RP sea de manera creciente hasta 2018
(figura 1).
Considerando este índice de crecimiento se realizó la proyección de la generación
de RP hasta 2018 (figura 2).
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Figura 1. Tendencia de crecimiento de matrícula de alumnos en el área de química
Figura 2. Proyección de generación percápita según el número de alumnos del área de química.
Los datos presentados en la figura 2 establecen que si no se consideran medidas
de usos en los laboratorios la DACB puede llegar a ser un gran generador por lo
y = 193.03x - 388410R² = 0.9793
0
200
400
600
800
1000
1200
2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
Nú
mer
o d
e al
um
no
s en
lab
ora
tori
os
Año
y = 1455.9e0.0014x
R² = 0.9916
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
0 200 400 600 800 1000 1200
Gen
erac
ióp
n p
ercá
pit
a (k
g/añ
o)
Número de alumnos
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que estaría obligado a dar gestión a sus residuos y no un plan de manejo como se
propone en este trabajo.
Cabe destacar que los residuos especiales ocupan el mayor porcentaje de
generación, esto se debió a que la mayoría de ellos eran reactivos caducos o
productos de reacción existentes los cuales no estaban etiquetados o identificados.
Lo que hace necesario la implementación de plan de compra de acuerdo al tipo y
número de prácticas, así como etiquetar los reactivos caducos y la habilitación de
un almacén temporal o sitio de transferencia de RP.
Por otro lado, los residuos orgánicos suman un total de 35%, los cuales son
empleados en extracciones continuas y no continuas. Del total el 19% representa a
los orgánicos halogenados considerados como cancerígenos, las normas
ambientales han ido restringiendo su uso, por lo que es necesario buscar
alternativas de reducción o sustitución de los mismos.
Los RP acuosos son productos que representan los residuos de reacciones de
neutralización con colorantes y restos de mezclas etanol-agua empleadas en
cromatografía, constituyen un mínimo de generación. Los residuos sólidos
representan recipientes y bolsas vacías que contenían reactivos químicos.
El plan de manejo de reactivos y residuos peligrosos generados en los laboratorios
de docencia se propuso de la siguiente manera:
1. Programa continuo de capacitación del personal académico en el manejo de
residuos peligrosos.
2. Rutas alternas para la disposición final de los residuos peligrosos.
3. Se colocaron seis bidones de 20 L en cada laboratorio, con las indicaciones
necesarias para el almacenaje de los residuos. Una vez llenos, estos son
vaciados en tanques de mayor volumen para almacenar lo generado en todos
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los laboratorios para su posterior disposición final contratando a una empresa
certificada.
4. Implementación de reacciones químicas en microescala (química verde)
5. En el caso de los ácidos y los sólidos se implementó un almacén temporal
ordenado por compatibilidad química, el cual servirá como banco de reactivos
que pueden reutilizase.
6. Se dividieron los reactivos químicos en sólidos y líquidos posteriormente se
ordenaron de acuerdo a la compatibilidad química e la NOM-018-STPS-
2000.
7. Capación a cada técnico académico de laboratorio en el adecuado control de
insumos y residuos mediante una bitácora y con ello se estime
semestralmente el tiempo de arancel y la disponibilidad de cada uno de ellos.
De este modo se tienen las bases para crear los mecanismos que permitan
limitar la compra de reactivos
8. La disposición final por una empresa autorizada a los residuos que lo
requieran e implementar su costo en el PFI.
9. Para establecer la generación percápita en los laboratorios de investigación
se implementó una bitácora de generación de residuos peligrosos para que
se clasifiquen y se establezca el plan de manejo de los mismos.
CONCLUSIONES
La revisión de prácticas de los laboratorios de docencia demuestra que se generan
residuos peligrosos clasificados en seis grupos, de los cuales, los recipientes no
etiquetados y los orgánicos halogenados son los de mayor porcentaje de
generación. El diagnostico de generación del 2014 y la proyección de 2016 clasifica
a la DACB-UJAT como pequeño generador. Se implementaron medidas de
prevención, almacenamiento y disposición final de los residuos peligrosos como
parte del plan de manejo. Se establecieron medidas a largo plazo para desarrollar
un plan de manejo que incluya toda la DACB-UJAT.
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Con lo anterior se espera un manejo adecuado de los residuos desde su generación
hasta su disposición, cumpliendo así con la normativa, permitiendo reducir los daños
que se pueden ocasionar al medio ambiente y a la salud humana que se exponga
a ellos.
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Análisis de benchmarking energético en un hotel de categoría 4 estrellas ubicado en la región climática cálido-húmedo de México Carlos A. Sánchez Ramos, David J. Jiménez Rodríguez, Celina J. Ruiz Rodríguez
y *Facundo J. Márquez Rocha
Centro Regional para la Producción más Limpia, Instituto Politécnico Nacional, Edif. FINTAB, Parque Industrial Tabasco Business Center, Carr. Reforma–Dos Bocas Km 17+920, Pechucalco 2ª
Sección, C.P. 86691, Cunduacán, Tabasco. Correo: [email protected]
RESUMEN
El objetivo fue determinar los indicadores energéticos de un hotel de categoría cuatro estrellas del Estado de Tabasco, y compararlos con indicadores del mismo sector, para identificar los potenciales de mejora en el desempeño a través de herramientas como el benchmarking. Los datos que se evaluaron en este estudio se obtuvieron mediante la realización de un Diagnostico de Eficiencia Energética (DEE) Tipo 1 del hotel bajo estudio, para compararlo con los resultados obtenidos en el estudio de benchmarking de la SENER/GIZ (2013). Se encontró que el consumo de energía eléctrica por climatización del hotel bajo estudio es del 72%, porcentaje similar a la obtenida en el estudio de benchmarking de la SENER/GIZ (2013). En cuanto a los indicadores energéticos del hotel, se obtuvieron dos indicadores, el primero fue de 12,370 kWh/habitación año, el cual se encuentra fuera de los rangos de excelente eficiencia, y el segundo fue de 1,031 kWh/habitación mes, el cual es un 61.7 % menor al de los hoteles de su misma región. Por lo que se concluyó que el hotel bajo estudio opera eficientemente y que la tecnología utilizada en la climatización de sus instalaciones tiene una eficiencia energética elevada. PALABRAS CLAVES: Eficiencia, energética, hotel INTRODUCCIÓN
Reducir el impacto mundial causado por el sector productivo es una preocupación
mundial que en la actualidad ha despertado el compromiso de muchos gobiernos
para direccionar sus leyes en función del desarrollo sostenible (Salazar, et al.,
2012).
Actualmente, el mundo se enfrenta ante el reto de combatir el cambio climático, que
requiere una transformación en nuestros patrones de producción y uso de la energía
AVANCES DE INVESTIGACIÓN PARA EL SECTOR TECNOLÓGICO, AMBIENTAL Y ALIMENTARIO. ISBN: 978-607-97080-1-6
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(SENER/AIE, 2011). Este hecho representa una oportunidad de transformación
para el sector energético nacional, con la finalidad de establecer un nuevo estándar
de competitividad del sector que permita garantizar el abasto de energía hacia el
futuro (ENE 2014-2028).
Por ello, una de las prioridades de la Reforma Energética es contar con directrices
en materia de eficiencia energética, que propicien un consumo eficiente y
sustentable de la energía en áreas de oportunidad en diversos sectores, tal como
transporte, edificaciones e industria, y proyectos enfocados a realizar estudios y/o
consultorías en materia de eficiencia y transición energética, así como reducción de
emisiones de Gases de efecto Invernadero (GEI), (ENE 2014-2028).
En México, de acuerdo con Muñoz (2013), aproximadamente el 23% del consumo
de energía del país corresponde al sector relacionado con las edificaciones; y el 9%
de las emisiones de bióxido de carbono asociadas al consumo de energía
pertenecen a este mismo campo. Entre otros recursos, los establecimientos
hoteleros utilizan una notable cantidad de energía para suministrar los servicios y el
confort que ofrece a sus clientes (AVEN, 2007). La eficiencia energética como
afirma Cicone (2007) es una medida fundamental para mantener un crecimiento
saludable en las empresas a través de instalaciones más eficientes. También nos
permite dar respuesta a cuatro grandes retos del sector energético mundial: el
cambio climático, la calidad y seguridad del suministro, la evolución de los mercados
y la disponibilidad de las fuentes de energía (FENERCOM, 2007).
En este contexto, el sector hotelero es un sector estratégico para la implementación
de medidas que aseguren una edificación sustentable (SENER/GIZ, 2013). Es un
sector en franca expansión en el mundo que muestra un horizonte claro de
posibilidades de crecimiento para los próximos años, lo que eleva la importancia de
su papel como motor de desarrollo para las economías. Para México representa
una de las principales fuente de divisas y de empleo (PROSECTUR 2013-2018). El
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porcentaje de la ocupación hotelera durante el primer trimestre de 2017 fue de 62%
(SECTUR, 2017).
De acuerdo con la Cuenta Satélite de Turismo de México (INEGI, 2016), la
participación del sector en el Producto Interno Bruto (PIB) del país durante el 2015
fue del 8.7%; y tuvo un crecimiento del 10% en la generación de empleos directos
en el periodo de 2012 a junio de 2016, equivalente a 355 mil empleos directos.
Asimismo, con datos preliminares del 2015, el turismo nacional registró 83.2
millones de llegadas a hotel, 8.5 millones más respecto a 2012 (4to Informe de
Gobierno de EPN). Sin embargo, el sector turismo tiene un alto consumo de energía,
derivado del uso de combustibles de origen fósil; esto ocasiona que sus emisiones
de CO2 contribuyan al efecto invernadero en la atmósfera (CMM, 2014). Disminuir
el consumo de energía en el sector hotelero no siempre requiere de grandes
inversiones de acuerdo con Russell (2003), una gran cantidad de los ahorros de
energía se puede obtener de las prácticas aplicadas en el día a día en la forma de
operación y uso de equipos. La energía es algo que se puede gestionar, al hacerlo,
se obtiene reducción de costos y el incremento de la competitividad (CONUEE/GIZ,
2016).
Es por esto la importancia de asociar los insumos energéticos con valores de
producción y así determinar indicadores que nos permitan conocer y dar
seguimiento sobre la cantidad de energía utilizada en el sector hotelero. Por lo que
el presente estudio consistió en determinar los indicadores energéticos de un hotel
de categoría cuatro estrellas del Estado de Tabasco y su comparativa con respecto
a otros indicadores a nivel nacional, para identificar los potenciales de mejora en el
desempeño a través de herramientas como el benchmarking.
MATERIALES Y METODOS
El presente estudio se realizó en un hotel de cuatro estrellas ubicado en la ciudad
de Villahermosa, Municipio de Centro, Tabasco, localización geográfica que
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pertenece a la región climática cálido-húmedo, con abundantes lluvias de junio a
septiembre, en un rango de temperatura entre 24ºC a 28°C, y una precipitación
pluvial que fluctúa entre los 1,500 a 3,000 milímetros al año (INEGI, 2009).
Los datos que se presentan en este estudio se obtuvieron mediante la realización
de un Diagnostico de Eficiencia Energética (DEE) Tipo 1, realizado de acuerdo a la
“Guía para elaborar un diagnóstico energético en inmuebles” y a la “Guía para el
uso eficiente de la energía en hoteles”, ambas establecidas por la Comisión
Nacional para el Uso Eficiente de la Energía (CONUEE). La elaboración de un DEE
incluye un conjunto de técnicas para determinar el grado de eficiencia con la que es
utilizada la energía (FIDE/CNEE, 2010) en los procesos y equipos consumidores
de energía en el hotel, y a partir de éste, se detectaron oportunidades de mejora en
las instalaciones eléctricas y procesos correspondientes. El DEE, debe considerar
los factores como la relación consumo-producción, o sea, indicadores energéticos
que reflejen los verdaderos costos energéticos por unidad de producción (Campos,
2007).
La eficiencia energética puede definirse según Sorrell & Dimitropoulos (2008) como
la relación entra las salidas (unidades de producción) y la energía de entrada,
mientras que ICRA (2004) dice que eficiencia energética significa utilizar menos
energía para alcanzar una misma producción además de identificar los desperdicios
de energía y tomar las acciones necesarias para eliminarlos, sin perjudicar la calidad
de la unidad de producción.
Recopilación de información
En este primer punto de la metodología se elaboró la estrategia de trabajo para
analizar los principales consumidores de energía eléctrica y térmica de la instalación
a evaluar. Por tanto, se solicitó a la gerencia del hotel la información energética de
sus instalaciones: factura y/o recibos de consumos energéticos (electricidad, agua
y combustibles) de por lo menos un año, y los registros de ocupación del hotel
AVANCES DE INVESTIGACIÓN PARA EL SECTOR TECNOLÓGICO, AMBIENTAL Y ALIMENTARIO. ISBN: 978-607-97080-1-6
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(número de huéspedes y cuartos ocupados), durante el mismo periodo.
Adicionalmente, se solicitó información general de la empresa, tal como: número de
empleados, turnos de trabajo y días de operación al año.
También, se solicitaron las especificaciones técnicas de los sistemas consumidores
de energía (iluminación, bombeo, ventilación, calefacción, etc.), tal como: tipo de
tecnología, antigüedad promedio, capacidad, potencias, formas y tiempos de
operación, costos de operación, tipos de combustibles utilizados; y consumos
energéticos por áreas (habitacionales, de descanso, de alimentación y recreación,
etc.).
Con la información anterior, se procedió a identificar preliminarmente las áreas de
oportunidad de ahorro de energía; asimismo, se preparó un plan de trabajo para
visitar las instalaciones del hotel y recolectar información adicional de los sistemas
de mayor consumo de energía.
Mediciones y censos en las instalaciones
En esta etapa se realizaron mediciones eléctricas continuas en el transformador o
interruptor general, para determinar el comportamiento de la carga eléctrica (kW), y
mediciones puntuales en los equipos de mayor consumo energético, para obtener
el perfil de carga general del hotel. Adicionalmente, se hizo un levantamiento del
censo de cargas de equipos eléctricos, censo de los sistemas de iluminación y se
midieron los niveles de iluminación en cada una de las áreas del hotel. Finalmente,
se registró el perfil termográfico de las áreas donde se determinó la existencia de
equipos con pérdidas o ganancias de calor.
Las mediciones se realizan con ayuda de los siguientes equipos:
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Analizador de la calidad de la energía trifásico (AEMC 8335), que mide,
calcula y registra en memoria los principales parámetros eléctricos en
sistemas monofásicos y trifásicos.
Amperímetro de gancho (EXTECH MA-410), que mide la intensidad de
corriente eléctrica, sin abrir o interrumpir el circuito.
Luxómetros (LUTRON YK-10LX), para medir niveles de iluminación.
Cámara termográfica (FLIR E60), para obtener el perfil termográfico de los
sistemas consumidores de energía.
Termómetro infrarrojo (FLUKE 62 MAX+), que mide la temperatura a
distancia de los equipos y sistemas consumidores de energía.
Análisis de información y desarrollo de oportunidades
Esta etapa se analizó el comportamiento histórico del consumo de energía eléctrica
y su relación con la ocupación del hotel, para determinar los indicadores energéticos
actuales y evaluar el funcionamiento de los sistemas y equipos de mayor consumo
de energía.
La evaluación y control de la eficiencia energética requiere de los indicadores
energéticos los cuales reflejan los resultados alcanzados a nivel energético (IEA,
2015) y permite evaluar oportunidades de mejora y dar seguimiento a las medidas
que se implementen para mejorar la eficiencia energética de la instalación y con ello
reducir el consumo de energía.
De manera consecuente, se evaluaron los potenciales de ahorro de energía,
primero por la aplicación de medidas administrativas y prácticas operacionales.
Segundo por prácticas eficientes y programas de mantenimiento. Además, se
detectaron aquellas actividades que por ajuste a los sistemas y equipos, y/o por la
aplicación de alternativas tecnológicas, aprovecharían adecuadamente la energía.
Finalmente, con la información generada en las actividades anteriores, se
seleccionaron y desarrollaron las medidas de ahorro y uso eficiente de energía
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viables, las cuales se evaluaron técnica, económica y ambientalmente; y se
determinó una cartera de proyectos especificando medidas, acciones, montos de
inversión y tiempos de recuperación.
Es necesario mencionar que este artículo se limita a evaluar y comparar los
indicadores energéticos eléctricos obtenidos derivado del DEE en el hotel bajo
estudio.
RESULTADOS Y DISCUSION
Derivado del diagnóstico de eficiencia energética realizado, donde se utilizó la
metodología mencionada anteriormente se obtuvo la distribución de las cargas
eléctricas y el consumo de energía en el hotel. Cabe destacar que para el análisis
de las facturaciones se tomaron como base los registros del año 2014. El hotel
poseen la tarifa Horaria en Media tensión (HM) donde los parámetros de demanda
y consumo de energía se agrupan en tres periodos de horarios: base, intermedio y
punta; se factura de manera mensual, donde los conceptos que se cobran son
demanda facturable (agrupación de las demandas por periodo mediante formula),
consumo total (suma de consumo de energía por periodos) y bonificación o
penalización por factor de potencia.
En el año 2014 el hotel consumió 1,088, 531 kWh, y tuvo en promedio una demanda
facturable de energía de 201 kW con un factor de potencia promedio de 93.4 %,
esto le permitió tener bonificaciones por buen factor de potencia. En la Figura 1 se
observa la distribución de las cargas eléctricas del hotel:
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Figura 1. Distribución de las cargas eléctricas del hotel bajo estudio.
Según el estudio “Diseño de benchmarking energético del sector hotelero”
(SENER/GIZ, 2013), para la región climática cálido-húmedo del país se tiene la
siguiente distribución general de cargas eléctricas:
Figura 2. Distribución de cargas eléctricas en hoteles de la región climática cálido-húmedo (SENER/GIZ, 2013).
En la Figura 2 se aprecia que los equipos de aire acondicionado siempre son la
mayor cantidad de carga instalada en los hoteles de la región climática cálido-
húmedo del país, en donde la distribución de cargas del hotel que estamos
analizando, el 55% corresponde a sistemas de aire acondicionado; vemos que es
mucho menor al valor obtenido en el estudio de benchmarking de la SENER/GIZ
9.65%54.92%
12.71%
1.26% 2.37%
19.10%
Iluminación
Aire acondicionado
Fuerza (motores)
Equipo de cómputo (Solocomputadoras y PCs)
Equipos de refrigeración
Contactos (misceláneos)/otrascargas
1.19%
84.37%
10.60%
0.27%
1.23%
2.33%
Iluminación
Aire acondicionado
Fuerza (motores)
Equipo de cómputo (Solocomputadoras y PCs)
Equipos de refrigeración
Contactos (misceláneos)/otrascargas
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(2013) para hoteles de la misma zona el cual es 85%, esto puede ser por variaciones
en el tamaño del hotel, ya que es posible que utilicen equipos de mayor capacidad,
y por el tipo de tecnología en aire acondicionado instalado.
Respecto al consumo de energía eléctrica por equipos del hotel, se obtuvo la Fig. 3
con la distribución según el consumo de energía:
Figura 3. Distribución del consumo de energía eléctrica del hotel bajo estudio.
Según el estudio de benchmarking de la SENER/GIZ (2013) la distribución del
consumo de energía por equipos en los hoteles que entrevistaron se observan en
la Figura 4.
Figura 4. Distribución del consumo de energía eléctrica en los hoteles encuestados (SENER/GIZ, 2013).
7.86%
72.53%
8.03%
1.57%4.10% 5.91%
Iluminación
Aire acondicionado
Fuerza (motores)
Equipo de cómputo (Solocomputadoras y PCs)
Equipos de refrigeración
Contactos (misceláneos)/otrascargas
1%
75%
9%
3%
5%
7%
Iluminación
Aire acondicionado
Fuerza (motores)
Equipo de cómputo (Solocomputadoras y PCs)
Equipos de refrigeración
Contactos(misceláneos)/otras cargas
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Cabe destacar que no se pudo comparar el hotel bajo estudio con la distribución de
hoteles en la región climática cálido-húmedo, ya que no están disponibles los datos
específicos en el estudio de benchmarking de la SENER/GIZ (2013), por esta razón
se comparó con la distribución del consumo de energía que obtuvieron al agrupar
el total de hoteles.
En la distribución de cargas eléctricas por consumo de energía que se obtuvo del
hotel, la aportación de los equipos de aire acondicionado es del 73%, en la
distribución obtenida en el estudio de benchmarking de la SENER/GIZ (2013), para
este mismo tipo de carga, se obtuvo una aportación al consumo total de energía del
75%. La distribución del consumo de energía eléctrica del hotel bajo estudio es
similar a la obtenida en el estudio de benchmarking de la SENER/GIZ (2013).
El consumo de energía eléctrica por climatización en los hoteles ubicados en zonas
cálidas siempre va a ser mayor al de otras cargas, ya que por las condiciones
ambientales son una necesidad para mantener un ambiente de confort térmico
(Nikolaos, 2011), esto impacta directamente en los costos de energía eléctrica por
operación de estos equipos.
En el caso del hotel bajo estudio, el confort térmico de los ocupantes es prioridad,
ya que el modo de operación del sistema de aire acondicionado es permanente las
24 horas del día en las zonas de habitaciones e inclusive en los pasillos y áreas
principales, esto sin lugar a dudas causa que tengan consumos energéticos
elevados, pero en realidad son compensados por el tipo de tecnología que utilizan
para climatizar, en ese hotel operan equipos VRF (caudal variable de refrigerante)
con compresores de tipo inverter (variador de velocidad), los cuales son de alta
eficiencia (INECC, 2012).
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Para poder evaluar y controlar la eficiencia energética (PTS, 2006) y a su vez dar
seguimiento a los ahorros energéticos que se obtienen en caso de la
implementación de proyectos o medidas es necesario conocer y dar seguimiento a
indicadores energéticos (Carretero, 2012), estos valores se obtienen al relacionar
un parámetro energético con alguna variable de producción que para el caso de
hoteles podría ser el número de habitaciones ocupadas en cierto periodo. Para el
caso del hotel analizado, los indicadores que se obtuvieron se basaron en datos del
año 2014 (Tabla 1).
Tabla 1. Indicadores energéticos eléctricos del hotel bajo estudio.
Año Mes Número de
habitaciones
Consumo de electricidad
(kWh)
Importe de electricidad
Indicador mensual consumo (kWh/número de
habitaciones)
Indicador mensual costo
($kWh/número de habitaciones)
Indicador mensual consumo
(kWh/número de habitaciones
ocupadas)
Indicador mensual costo
($kWh/número de habitaciones
ocupadas)
2014
Enero 1452 72,660 $ 145,161 826 $ 1,650 50 $ 100
Febrero 1716 79,590 $ 163,569 904 $ 1,859 46 $ 95
Marzo 1848 98,000 $ 193,438 1114 $ 2,198 53 $ 105
Abril 2323 105,350 $ 204,516 1197 $ 2,324 45 $ 88
Mayo 1531 73,430 $ 190,261 834 $ 2,162 48 $ 124
Junio 2349 105,420 $ 198,235 1198 $ 2,253 45 $ 84
Julio 2587 113,577 $ 213,132 1291 $ 2,422 44 $ 82
Agosto 2402 107,505 $ 205,330 1222 $ 2,333 45 $ 85
Septiembre 2059 90,667 $ 176,676 1030 $ 2,008 44 $ 86
Octubre 2112 91,509 $ 168,609 1040 $ 1,916 43 $ 80
Noviembre 1531 75,993 $ 149,376 864 $ 1,697 50 $ 98
Diciembre 1584 74,830 $ 144,253 850 $ 1,639 47 $ 91
Total 23494 1088531 $ 2,152,558 12370 $ 24,461 - -
Promedio 1958 90711 $ 179,380 1031 $ 2,038 47 $ 93
Se obtuvieron dos indicadores relacionando al consumo de energía eléctrica
mensual (kWh) con el número de habitaciones totales que existen en el hotel y con
el número de habitaciones ocupadas de forma mensual; de igual forma, para
conocer los costos que implica la operación de cada habitación se obtuvieron dos
indicadores más, relacionando costo de facturación eléctrica mensual con el número
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de habitaciones totales existentes y con el número de habitaciones ocupadas de
forma mensual.
Durante el año 2014, en el hotel se consumieron 12,370 kWh en cada una de las 88
habitaciones esto equivale a $24,461 pesos de energía eléctrica por habitación. Por
tanto, utilizando el número de habitaciones ocupadas de forma mensual se obtuvo
que en promedio se utilizaron 47 kWh por cada ocasión que un huésped se hospedo
en el hotel, equivalente a $93 pesos de costo de energía eléctrica.
Tabla 2. Indicadores energéticos eléctricos para diferentes niveles de eficiencia energética, kWh/habitación-año (SENER/GIZ, 2013).
Parámetros de eficiencia en hoteles
Relación de eficiencia Excelente menor a
Buena entre y
Pobre entre y
Deficiente mayor a
A) hoteles grandes (más de 150 habitaciones) con aire acondicionado, lavandería y piscina cubierta
Electricidad (kWh/hab-año) 5775 5775 - 7000 7000 - 8750 8750
Electricidad (kWh/hab-mes) 481.3 481.3 - 583.3 583.3 - 729.2 729.2
B) Hoteles tamaño medio (50 a 150 habitaciones) con aire acondicionado y calefacción, sin lavandería
Electricidad (kWh/hab-año) 1750 1750 - 2250 2250 - 3000 3000
Electricidad (kWh/hab-mes) 145.8 145.8 - 187.5 187.5 - 250 250
C) Hoteles tamaño pequeño (menor a 50 habitaciones) con aire acondicionado y calefacción, sin lavandería
Electricidad (kWh/hab-año) 1200 1200 - 1600 1600 - 2000 2000
Electricidad (kWh/hab-mes) 100 100 - 133.3 133.3 - 166.7 166.7
De acuerdo a la Tabla 2, el hotel bajo estudio se encuentra en la clasificación B, que
sería un hotel de tamaño medio, el cual tiene un indicador de 12,370 kWh/habitación
año y 1,031 kWh/habitación mes, por lo cual se encuentra fuera de los rangos de
excelente eficiencia, quedando clasificado como un hotel con eficiencia deficiente
(mayor a 3,000 kWh/habitación año) esto considerando los parámetros de eficiencia
anteriores.
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Cabe señalar que los parámetros de eficiencia mostrados en Tabla 2 corresponden
a hoteles ubicados en España, por lo cual no están totalmente ajustados a los
parámetros de hoteles mexicanos, principalmente a hoteles en zonas cálidas donde
los requerimientos energéticos son mayores debido a la climatización.
En la Figura 5 comparamos el indicador energético eléctrico kWh/habitación mes
obtenido en el estudio de benchmarking de la SENER/GIZ (2013) en los hoteles
mexicanos con el mismo indicador del hotel de estudio.
Figura 5. Comparativo de indicadores energéticos eléctricos entre el universo de hoteles (SENER/GIZ, 2013) y el hotel bajo estudio.
Como podemos apreciar el indicador energético del hotel bajo estudio siempre es
menor en todos los meses al valor obtenido en el estudio de benchmarking de la
SENER/GIZ (2013) para el universo de hoteles muestreados, en general el hotel
bajo estudio tiene un buen aprovechamiento de la energía; en promedio el indicador
energético es un 39.5% menor al indicador energético eléctrico del universo de
hoteles obtenido en el estudio de benchmarking de la SENER/GIZ (2013).
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio AgostoSeptiem
breOctubre
Noviembre
Diciembre
indicador energético eléctrico para el universo dehoteles (SENER / GIZ 2013)
1214 1327 1395 1458 1586 1505 1448 1575 1548 1410 1318 1477
indicador energético eléctrico hotel 2014 826 904 1114 1197 834 1198 1291 1222 1030 1040 864 850
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
kW
h / h
abitacio
n
ocupada m
es
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En la Tabla 3 obtenida del estudio de benchmarking de la SENER/GIZ (2013), se
agrupan los indicadores de consumo de energía eléctrica kWh/habitación mes, por
categoría de estrellas y por región climática.
El hotel bajo estudio se encuentra en la categoría cuatro estrellas y está ubicado en
la región climática cálida húmeda, específicamente en el estado de Tabasco, según
la tabla anterior el indicador energético para un hotel de la región climática cálida
húmeda y categoría cuatro estrellas es 2,679 kWh/habitación mes, en el caso del
hotel bajo estudio ese valor es equivalente a 1,031 kWh /habitación mes, siendo
este un valor muy por debajo del registrado. Esta variación en el valor del indicador
puede deberse a la diferencia de la ocupación hotelera del hotel bajo estudio
respecto al universo de hoteles de cuatro estrellas y región climática cálido-húmedo
del estudio de benchmarking de la SENER/GIZ (2013), también podría ser un
indicativo que la carga eléctrica sistemas de aire acondicionado del hotel bajo
estudio, utilizan la energía de forma más eficiente.
Tabla 3. Indicadores energéticos eléctricos, kWh/habitación mes por región climática (SENER/GIZ, 2013).
Región climática Categoría de hotel, estrellas
Promedio 1 2 3 4 5
Cálido húmedo 3370 2668 2062 2679 - 2695
Cálido seca 915 1142 2148 - 1402
Templada subhúmedo I 2085 789 789 784 - 1112
Templada subhúmedo II - 503 510 228 - 414
Cálida subhúmedo - - 1784 1974 1913 1890
Cálida muy seca 657 1141 1073 990 - 965
Promedio general 2037 1203 1227 1467 1913 1569
En la Fig. 6 se compara el indicador energético eléctrico kWh/habitación mes del
universo de hoteles de la región climática cálido-húmedo obtenido en el estudio de
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benchmarking de la SENER/GIZ (2013) para el universo total de hoteles, con el
mismo indicador del hotel bajo estudio.
Figura 6. Comparativo de indicadores energéticos eléctricos entre el universo de hoteles (SENER/GIZ, 2013) y el hotel bajo estudio.
Al comparar los indicadores energéticos eléctricos obtenido en el estudio de
benchmarking de la SENER/GIZ (2013) para hoteles de la región climática cálido-
húmedo, con los del hotel bajo estudio se observa una amplia diferencia entre los
valores de estos indicadores, siendo muy marcada la diferencia en los meses de
diciembre y mayo, el indicador promedio obtenido en el estudio de benchmarking
de la SENER/GIZ (2013) es 2,695 kWh/habitación mes, el valor promedio obtenido
en el hotel bajo estudio es 1,031 kWh/habitación mes, existiendo una diferencia
numérica entre el universo de hoteles de la región climática cálido-húmedo y el hotel
bajo estudio de 1,664 kWh/habitación mes. El indicador energético eléctrico del
hotel bajo estudio es un 61.7 % menor al de los hoteles de su misma región.
La relación del consumo de energía eléctrica con el número de habitaciones
ocupadas genera un indicador muy importante el cual permite evaluar el consumo
de energía eléctrica cada vez que un huésped se hospeda en una habitación del
hotel. En Fig. 7 se muestra la correlación, en la cual se ve el comportamiento del
Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio AgostoSeptiem
breOctubre
Noviembre
Diciembre
indicador energético eléctrico para la región cálidahúmeda (SENER / GIZ 2013)
2163 2747 2628 2865 3111 2708 2464 2817 2570 2436 2611 3216
indicador energético eléctrico hotel 2014 826 904 1114 1197 834 1198 1291 1222 1030 1040 864 850
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
kW
h / h
abitacio
n
ocupada m
es
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consumo de energía eléctrica en conjunto con el número de habitaciones ocupadas,
para este caso se tomaron los valores mensuales del año 2014.
Figura 7. Dispersión del consumo de energía eléctrica respecto a la ocupación hotelera en el año 2014 del hotel bajo estudio.
La observación del grafico de correlación nos indica si existe una tendencia a que
los valores de alta ocupación estén asociados a los de alto consumo de energía
eléctrica en el hotel bajo estudio, para este caso existe casi una relación lineal entre
un valor con tendencia creciente de la ocupación hotelera y proporcionalmente un
valor creciente de consumo de energía eléctrica, de acuerdo con CEEMA (2002) el
coeficiente de correlación debe ser mayor o igual a 0.75, mientras que UPME (2006)
sugiere que debe ser mayor o igual a 0.85. Para este caso la relación entre los
valores de la ocupación hotelera y el consumo de energía eléctrica es muy fuerte,
esto es indicado por el coeficiente de correlación siendo de 0.9277.
Prácticamente el indicador energético eléctrico de habitaciones ocupadas se
mantiene sobre la línea de tendencia, esto quiere decir que la operación de los
equipos eléctricos se mantiene controlada, principalmente del sistema de
climatización, el único punto con incidencia que se encuentra fuera de tendencia
y = 36.512x + 19226R² = 0.9277
0
20,000
40,000
60,000
80,000
100,000
120,000
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Consum
o d
e e
nerg
ia e
lectr
ica (
kW
h)
Numero de habitaciones ocupadas
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corresponde al mes de marzo 2014 donde hubo una ocupación de 1,848
habitaciones y un consumo de energía eléctrica de 98,000 kWh, esto se aprecia en
la gráfica de correlación donde este valor es el que se encuentra más alejado por
encima de la línea de tendencia, tal vez en ese periodo se tuvo cierta cantidad de
eventos que requirió un mayor uso de la energía para climatización, o bien por las
condiciones ambientales de temperatura.
CONCLUSIONES
Se encontró que no solo en el hotel bajo estudio sino en todos los hoteles que
participaron en el estudio de benchmarking de la SENER/GIZ (2013) de la región
climática cálido-húmedo, la carga eléctrica que domina tanto la capacidad instalada
como el consumo de energía en las instalaciones hoteleras es aire acondicionado,
esta tendencia es muy marcada en los hoteles ubicados en las regiones cálidas del
país.
Los indicadores energéticos eléctricos del hotel bajo estudio fueron menores en
comparación a los indicadores del universo de hoteles a nivel nacional obtenidos
por estudio de benchmarking de la SENER/GIZ (2013), y también resultaron
menores al compararlos con los indicadores de los hoteles en la región climática
cálida húmeda, esto demuestra que el hotel bajo estudio opera eficientemente y que
la tecnología utilizada en la climatización de sus instalaciones tienen una eficiencia
energética elevada, ya que a pesar de operar permanentemente manteniendo
enfriadas las habitaciones, pasillos y zonas comunes los consumos energéticos no
se ven afectados de forma aleatoria durante el año de análisis y en su mayoría
mantiene un comportamiento lineal respecto a la ocupación hotelera.
Es necesario mencionar que un estudio de benchmarking en indicadores
energéticos no es suficiente para determinar y evaluar áreas de oportunidad en
ahorro de energía, para ello se requiere también de un diagnóstico de eficiencia
energética. Sin embargo para evitar barreras que limiten las inversiones en
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eficiencia energética es necesario el uso de herramientas de análisis apropiadas
(Härus, 2009) como el benchmarking.
Finalmente, derivado del diagnóstico de eficiencia energética elaborado al hotel bajo
estudio, aun no siendo análisis de este artículo, se encontraron áreas de
oportunidad de reducción del consumo energético principalmente en el área de aire
acondicionado que de llevarse a cabo tendría un impacto de reducción en el
consumo de energía eléctrica de 16%.
LITERATURA CITADA
AVEN (2007). Guía de Ahorro y Eficiencia Energética en Establecimientos Hoteleros
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La producción más limpia en la industria alimenticia (embutidos) en la Ciudad de México
Marcelino Oleta López1* y Antonio Gallardo López2
1Instituto Tecnológico Superior de los Ríos, Km 3 carretera Balancán-Villahermosa, Balancán,
Tabasco. México. C.P.86930, 2Escuela Superior de Comercio y Administracion, nstituto Politécnico Nacional; Anillo Periférico Sur No.4863, Xochimilco, Amp Tepepan, CDMX. Correo:
RESUMEN
La industria de embutidos en México, se ha convertido en un pilar fundamental en el crecimiento económico del país, ya que representa una de las principales fuentes de empleos directos e indirectos, pero este a su vez produce importantes cantidades de desechos sólidos, líquidos y atmosféricos, que la convierten en generadora de significativos impactos negativos sobre el medio ambiente. Este trabajo pretende implementar un sistema de producción más limpia en una pequeña empresa dedicada a la producción de embutidos, donde la aplicación de nuevas tecnologías, el uso de materias primas menos toxicas, el control de consumo de agua y energía, y las medidas preventivas al inicio de cualquier proceso, podrán contribuir con el cuidado del medio ambiente, ya que la ejecución de estrategias de Producción Más Limpia, demuestra que la industria involucra a su personal, a concientizar, de tal manera que se sientan responsables de conservar los recursos naturales, al igual ayuda a optimizar los procesos de producción, logrando obtener resultados favorables, que permiten a la industria tener mayor competitividad y mejorar en la recuperación de inversiones y tasa de retorno PALABRAS CLAVES: Ecoeficiencia, sustentabilidad, producción verde, reducción de costos INTRODUCCIÓN
La contaminación ambiental en los últimos años se a vuelto alarmante debido al
crecimiento industrial a causa de la gran demanda de la población para saciar sus
necesidades alimenticias, de acuerdo con la Universidad Autónoma de México (sin
datos de publicación), la industria de carnes frías tuvo su mayor crecimiento en los
periodos de 1987-1994 y 1996 en donde alcanzo un aumento del 8% en su
productividad, hasta el 2015 la producción de embutidos en México era de
aproximadamente de 863 mil toneladas (Manufactura, 2015) con esos aumentos
de producción se incrementaron los consumos de agua y energía (Centro Mexicano
para la Producción mas Limpia, 2005), así como los impactos ambientales negativos
AVANCES DE INVESTIGACIÓN PARA EL SECTOR TECNOLÓGICO, AMBIENTAL Y ALIMENTARIO. ISBN: 978-607-97080-1-6
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resultado de las grandes cantidades de desechos sólidos, los vertimientos de aguas
residuales y las emisiones de gases las cuales son las principales fuentes de
generación de malos olores.
Es por ello que nace la necesidad de implementar estrategias de producción más
limpia (P+L) que permitan la reducción del consumo de los recursos naturales por
unidad de producción, la cantidad de contaminantes generados y su impacto
ambiental, mientras hace más atractivo financieramente y políticamente los
productos y procesos alternativos (Development, 2001).
Es decir, la estrategia de producción más limpia surge del objetivo de construir un
modelo económico que esté en armonía con la conservación del medio ambiente.
Esta estrategia permite una revisión y análisis detallado de los procesos
productivos, así como también la optimización de los recursos en relación con el
consumo de materias primas, agua potable, energía, pago por disposición y
tratamiento de residuos, entre otros. Como resultado de una correcta aplicación de
P+L se obtiene la disminución de los impactos ambientales generados por la
actividad económica y, al mismo tiempo, el perfeccionamiento de los procesos de
producción, sin que se pierda de vista la competitividad empresarial (Corporación
Universitaria Lasallista, 2013).
De acuerdo con el programa de las naciones unidas para el medio ambiente la
producción más limpia es la aplicación continua de una estrategia ambiental,
preventiva e integral, para los procesos y productos, con el objetivo de reducir
riesgos al ser humano y al medio ambiente. Por otra parte el centro mexicano para
la producción más limpia la define como la aplicación continua de una estrategia
preventiva a procesos, productos y servicios con el propósito de incrementar la
ecoeficiencia y reducir los riesgos a los humanos y el ambiente.
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De acuerdo con el autor Ortiz (2011), la P+L es un término amplio que comprende
conceptos como ecoeficiencia, prevención de contaminación y productividad verde.
La aplicación de la Producción Más Limpia no solo protege al medio ambiente, sino
también al consumidor y al trabajador, mientras mejora la eficiencia industrial, la
rentabilidad y la competitividad.
La P+L aplicada a los procesos genera beneficios financieros, operacionales y
comerciales como la reducción de costos por optimización del uso de las materias
primas, reducción en los niveles de inversión asociados a tratamiento y/o
disposición final de residuos, aumento de las ganancias, facilita el acceso a nuevos
mercados, mejora el posicionamiento de los productos y mejora la imagen
corporativa de la empresa. El objetivo de este trabajo fue implementar un sistema
de producción más limpia en la Comercializadora de Carnes Salas, con el fin de
aplicar procesos productivos más amigables con el medio ambiente que a su vez
permita aumentar eficacia y calidad en la producción.
MATERIALES Y MÉTODOS
El presente proyecto se llevó a cabo en la Comercializadora de Carnes Salas S.A
de C.V. mejor conocida por sus siglas COMCASA, ubicada en la avenida 16 de
septiembre #184-A del barrio Xal-locau de la delegación Xochimilco, esta es una
mediana empresa la cual distribuye su producto en la Ciudad de México y áreas
circunvecinas. La empresa actualmente cuenta con 40 empleados los cuales se
distribuyen en dos turnos de 8 horas. La investigación tiene un enfoque cualitativo
ya que este analiza las mediciones obtenidas utilizando métodos estadísticos
(Hernández et al., 2010).
I.-Como primera actividad del proyecto se realizó una búsqueda de información en
fuentes secundarias, en donde se revisó bibliografía acerca de los sistemas de
producción más limpia implementados en la industria procesadora de embutidos en
México y en mundo, así como información relacionada con los aspectos e impactos
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ambientales que estas industrias ocasionan. Las fuentes utilizadas fueron tesis,
tesinas, artículos científicos, artículos de revistas, paginas gubernamentales, así
como páginas de organizaciones mundiales.
II. Luego se realizó una búsqueda de información en fuentes primarias a través de
la realización de un formato de encuesta compuesta por 30 preguntas en modalidad
de respuesta abierta, en donde se recogió información de 5 criterios ambientales
los cuales son: como consumo de agua, consumo de energía eléctrica, consumo de
combustible, generación de residuos y vertimiento de aguas residuales, con el fin
de obtener información estadística sobre el historial en cuanto a volúmenes de
producción, consumo de recursos y generación de residuos así mismo como
volúmenes de vertimiento de aguas residuales de la empresa (Monroy, 2002).
III.-Posteriormente se efectuó una entrevista personalmente con el gerente general
de la empresa COMCASA, con el objetivo de obtener información tangible de los
gastos realizados durante la producción así como los volúmenes de residuos sólidos
y líquidos producidos. La encuesta estuvo acompañada de un recorrido dentro de
las instalaciones de la empresa con el objetivo de verificar los datos obtenidos,
además de conocer más detalladamente el proceso de producción.
IV.-Después se realizó un análisis de los resultados obtenidos en la entrevista para
identificar en que etapas del proceso era necesario implementar las estrategias de
producción más limpia, debido a su alto consumo de materia prima o deficiencia del
proceso.
V.-Por último se realizaron propuestas de P+L en las etapas donde el consumo de
recursos era excesivo, con el fin de minimizar los costos de producción, y mostrar
los beneficios y ventajas que derivan de la implementación de propuestas de P+L.
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RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Como resultado de la primera actividad de este proyecto se obtuvo un listado donde
se compararon ventajas de la implementación de estrategias de producción más
limpia entre el Consejo Nacional de Medio Ambiente (CONAM) y el Centro Nacional
de Producción más Limpia, entre ellas se encuentran:
Las ventajas de la P+L según CONAM (2005) son:
- Aumento de la productividad y la calidad de los productos.
- Ahorros en la gestión y tratamiento de residuos y emisiones.
- Mejora de la imagen de la empresa frente al mercado y la sociedad.
- Ahorro en materias primas, agua y energía.
- Ayuda a satisfacer los crecientes requerimientos ambientales.
Las ventajas de la P+L según el Centro Nacional de Producción más limpia (2004)
son:
- Optimización del proceso y ahorro de costos mediante la reducción y el uso
eficiente de materias primas e insumos en general.
- Mejoramiento de la eficiencia operativa de la planta.
- Mejoramiento de la calidad y consistencia de los productos.
- Reducción de residuos y, por ende, reducción de costos asociados a su
correcta disposición.
- Mejoramiento de la imagen de la empresa ante clientes, proveedores, socios,
comunidad, entidades financieras, etc.
La entrevista se realizó en la Comercializadora de Carnes Salas, en ella se
producen aproximadamente 1 tonelada de embutidos, esta empresa se encuentra
catalogada como una pequeña empresa de acuerdo a la clasificación de la
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Secretaría de Economía (1999) debido a que este cuenta con 40 empleados, dicha
clasificación se muestra en la tabla 1.
Tabla 1. Clasificación de las empresas de acuerdo al número de empleados.
Tamaño Número de empleados
Microempresa 0-30
Pequeña empresa 31-100
Mediana empresa 101-500
Gran empresa 501-en adelante
Fuente: Secretaría de Economía (1999)
Como resultado de las encuestas de esta investigación se encontraron
oportunidades de mejora en el consumo de agua, combustible, electricidad y
materias primas; debido a que en la empresa COMCASA existen pérdidas de gran
importancia de materia prima en el proceso, además de utilizar ineficientemente los
recursos como: agua potable, energía eléctrica, combustible (gas L.P), y mater
prima (carne). Lo que presenta grandes cantidades de recursos desechados y
contaminados, a continuación se muestra los datos obtenidos de la entrevista:
Consumo de agua potable.
Como se mencionó anteriormente la empresa tiene una producción de 1,000
tonelada de embutidos al año y consume un volumen de agua de 150 m3 es decir
150, 000 litros de agua por mes aproximadamente, generando un consumo de agua
de 1, 800 de m3 al año. El agua utilizada en la empresa es potable y su consumo
cuesta $17 por litro (CESPT, 2016), generando un costo de $30,600 al año.
Algunas medidas para la reducción del consumo de agua son: establecer un
programa de monitoreo periódico en tuberías, equipos consumidores de agua,
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llaves, regaderas, tarjas, etc. Para detectar y reparar fugas que puedan existir,
además se recomienda capacitar a todo el personal sobre el uso racional del agua.
También se propone sustituir las llaves convencionales por llaves ahorradoras en
aquellas áreas donde la presión es elevada, ello permitirá reducir el consumo de
agua durante su operación. De acuerdo con el Centro Mexicano de Producción más
Limpia (2005) las llaves ahorradoras de agua reducen dese un 35 hasta un 70% el
consumo de agua dependiendo el modelo.
Consumo de energía eléctrica
La empresa utiliza la electricidad en su sistema de iluminación, aire acondicionado,
bombeo y para diversos equipos. El consumo eléctrico es de 71,200 kWh/año a
pesar de que las instalaciones de la empresa cuenta con lámparas ahorradoras de
energía como las lámparas lets y focos ahorradores. El costo de Kwh para las
industrias de la ciudad de México es de $0.73, dando como resultado que la
empresa COMCASA gasta $51, 976 al año en consumo eléctrico.
Entre las medidas para la reducción del consumo de energía eléctrica se pueden
mencionar: sustituir los motores estándar por motores de alta eficiencia para ello
primero es necesario evaluar el tiempo de operación para determinar la rentabilidad
del cambio. Apagar los equipos consumidores de energía eléctrica cuando no se
utilicen, ya que la empresa cuenta con equipos que permanecen encendidos
durante algún tiempo, sin ser necesaria su operación. La última propuesta es
realizar una programación para retirar de operación aquellos equipos consumidores
potenciales de energía, pero que no tienen relación directa con la producción.
Consumo de combustible
La empresa utiliza gas L.P. para algunas etapas del proceso productivo, el consumo
promedio de gas es de 7, 200 Kg de gas al año, el costo de este combustible en la
ciudad de México es de $14.53 el kilo, generando como resultado un costo de $104,
616 al año. Según el Centro Mexicano de Producción más Limpia (2005) si se
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aplican correctamente medidas para el consumo de energía este puede llegar a
disminuir un 11% de la facturación, es decir la aplicación de las propuestas de la
eficiencia de combustible propiciará un ahorro de 792 Kg/año de gas L.P.
Algunas propuestas para la eficiencia de combustible son: realizar el calentamiento
de agua sólo hasta la temperatura requerida, ya que en la industria de embutidos
es muy común el uso de agua caliente, para este proceso se utilizan tanques de
acero inoxidable con flama directa. Sustituir quemadores de tipo estrella por
quemadores más eficientes, debido a que en la empresa COMCASA se encontraron
quemadores de tipo atmosférico en forma de estrella, los cuales tienen una
eficiencia muy baja entre el rango 27% y 67%, según el Centro Mexicano de
Producción más Limpia (2005) incorporar un quemador de alta eficiencia ayuda un
2.85% a la reducción del consumo de combustible, ya que este puede operar con
un menor exceso de aire. La última propuesta es el cambio de combustible, debido
a que uno de los combustibles más utilizados en la industria de embutidos es el gas
L.P. este es utilizado para generar vapor para la cocción de los alimentos a través
de quemadores, el cambio se puede realizar por gas natural ya que este es más
económico, y los ahorros obtenidos serán únicamente económicos, puesto que el
consumo de combustible es el mismo.
Agua residual
El agua residual que la empresa genera proviene de actividades como: la limpieza
las oficinas y áreas de trabajo, el uso de los baños, y limpieza de la materia prima
en proceso de producción, este último contiene grandes cantidades de materia
orgánica. Actualmente la empresa desconoce el volumen de agua residual que
genera, y no cuenta con un permiso de descargas de agua al alcantarillado público,
además la empresa no realiza análisis físicos, químicos ni bacteriológicos al agua
que descarga, desconociendo las cantidades de los parámetros establecidos dentro
de la norma NOM-002-SEMARNAT-1996 que establece los límites máximos
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permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales a los sistemas
de alcantarillado urbano o municipal.
Generación de residuos
Los residuos generados en la empresa COMCASA son Residuos Sólidos Urbanos
(RSU) y Residuos de Manejo Especial, dichos residuos se generan en cuatro área
las cuales son: Área blanca, área de carnicería, área de comedor y sanitarios, los
residuos se pueden clasificar en residuos orgánicos e inorgánicos, entre ellos se
encuentran: cartón generado del descongelamiento de producto debido a que este
se almacena en cajas de cartón, plástico de la utilización de bolsas las cuales
algunas se rompen en el proceso de empacado, papel el cual se genera en el área
de sanitarios y oficias, residuos orgánicos generados en el proceso de producción
y en el comedor. La empresa desconoce hasta la fecha el volumen de residuos
generados debido a que no tienen bitácora que le ayude a tener un control o historia
sobre sus residuos; el único manejo de residuos que la empresa realiza es
separarlos de acuerdo a su origen (orgánico e inorgánico), cada uno en sus
respectivos depósitos, a pesar de contar con un manual para el manejo de residuos.
La empresa no da tratamiento a sus residuos debido a que los recolecta el sistema
de recolección de residuos de la ciudad de México. Por último la empresa no imparte
capacitación sobre el manejo de RSU a sus empleados lo cual disminuye la
eficiencia de la implementación de su manual de manejo.
En esta investigación también se encontraron algunas causas por las cuales la
empresa anteriormente se le dificultó la adopción de estrategias de producción más
limpia, entre ellas se encuentran:
- Falta de información y orientación sobre la implementación de estrategias de
producción más limpia.
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- Falta de asesoría y asistencia técnica en el rubro ambiental, que le ayude a
conocer los impactos ambientales que generan de las actividades de
producción.
- Falta de capacitación del personal en cuento al uso eficiente de los recursos.
- Carencia de recursos financieros para la inversión de equipos ahorradores.
- Falta de asesoría en cuanto a equipos ahorradores que trabajen con una
mejor tecnología.
- Falta de interés por la empresa y sus empleados
- Falta de leyes y normas que exijan a las empresas la implementación de
estrategias de producción más limpia.
También se identificó la normatividad vigente aplicable a la empresa, la legislación
ambiental que las empresas procesadoras de embutidos deben considerar o cumplir
para obtener algunos beneficios son:
- Ley de aguas nacionales y su reglamento (federal), que entre otros requisitos,
estimula como objeto obligatorio: el permiso de descarga de aguas residuales
- Ley federal de derechos, se deben cubrir los derechos por descargas de
aguas residuales y si se incumple la norma, por contaminante descargado.
- NOM-002-SEMARNAT-1996, que establece los límites máximos permisibles
de contaminantes en las descargas de aguas residuales a los sistemas de
alcantarillado urbano y municipal.
- NOM-041-SEMARNAT-1996. Provenientes del escape de los vehículos
automotores en circulación que usan gasolina como combustible.
- Ley general del equilibrio ecológico y protección al medio ambiente (LGEEPA)
- Ley federal del trabajo
- Ley general de salud
- NOM-127-SSA1-1994. Salud ambiental. Agua para uso y consumo humano,
límites permisibles de calidad y tratamiento a que debe someterse el agua
para su potabilización.
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RECOMENDACIONES
Las recomendaciones realizadas para la empresa COMCASA después de este
estudio son:
- Realizar campañas de concientización en el uso eficiente de energía eléctrica
y consumo de agua con el personal, encabezado por el gerente general.
- Elaborar un modelo PHVA (Planificar, Hacer, Verificar y Actuar) que permita
identificar las oportunidades de mejora continua del sistema de producción.
- Incluir la gestión ambiental dentro de la planificación de procesos, con el fin
de mejorar los procesos operativos y reducir los impactos ambientales.
- Realizar campaña de residuos biodegradables (plásticos, vidrios, metales y
otros no contaminados) serán recolectados a fin de utilizarlos y
comercializarlos.
- Revisar y evaluar el cumplimiento legal ambiental vigente por parte de la
empresa.
- Realizar un análisis del ciclo de vida del producto
- Implementar en un futuro un Sistema de Gestión de Calidad que permita
mejorar y optimizar los procesos de producción.
- Implementar un Sistema de Gestión Ambiental que ayude a mejorar el
desempeño ambiental de la empresa.
La evaluación final de Producción más Limpia condujo a la detección de algunas
recomendaciones que se muestran en la Tabla 2. En ella se presentan de manera
general las propuestas aplicables a la empresa COMCASA.
Tabla 2. Tabla de resumen de medidas de producción más limpia
Medidas Resultados
Ambientales Técnicos Económicos
Reducción del consumo de agua
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Instalar sistemas
ahorradores de agua
en mangueras
Reducción del
consumo de agua
potable
Se requiere de una presión elevada.
Ahorros
económicos al
reducir el consumo
de agua
Instalar sistemas
ahorradores de agua
en inodoros y llaves
Reduce el consumo
de agua
Optimiza el remolino de desagüe,
disminuyendo el consumo de agua
hasta 4 litros por uso.
Ahorros
económicos al
reducir el consumo
de agua
Reducción de consumo de Energía eléctrica
Reemplazo de
iluminación estándar
por iluminación de
alta eficiencia.
Reducción de
emisiones de CO2 a
la atmosfera.
El nivel de iluminación no se ve
afectado de manera negativa al
instalar luminarias ahorradoras.
Ahorros
económicos
Optimizar el sistema
de iluminación
Reducción de
emisiones de CO2 a
la atmosfera.
Los sistemas de control de
iluminación evitan el uso
innecesarios de energía
Ahorros
económicos
Sustituir motores
estándar por
motores de alta
eficiencia.
Reducción de
emisiones de CO2 a
la atmosfera.
La rentabilidad de un motor de alta
eficiencia es mayor si este trabaja
como mínimo 6,000 horas al año
Ahorros
económicos. Se
deben considerar
costos de
instalación y
adaptación.
Reducción del consumo de Combustible
Cambio de
quemadores en
hornillas
convencionales.
Reducción de las
emisiones de CO2 a
la atmosfera.
Reducción en el consumo de
combustible
Ahorros
económicos
Cambio de
combustible
Reducción de las
emisiones de CO2 a
la atmosfera.
Requiere de instalaciones de
suministro de gas natural.
Ahorros
económicos por
costo de
combustible.
Reducción de pérdida de Materias primas y/o Producto
Reducir las pérdidas
de producto a través
de buenas prácticas
de manufactura y
capacitación
Reducción en las
concentraciones de
DBO y DQO
Reducción en la pérdida de producto
terminado.
Ahorros
económicos por
aumento en la
producción.
Realizar una
adecuada
programación de la
producción.
Reducción en la
generación de
residuos sólidos, y
aguas residuales.
Establecer programas de producción
bajo requerimiento y
especificaciones del producto.
Ahorros
económicos por
aumento en la
producción y
disminución de
pérdida de
materiales.
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CONCLUSIÓN
Las industrias de embutidos representan una de las principales actividades
económicas de mayor consumo de agua y energía en el país. La problemática que
presenta este sector, como resultado de sus actividades productivas, es la gran
generación de aguas residuales generadas con un elevado contenido de materia
orgánica, adema de ello, es uno de los sectores con mayor generación de residuos
sólidos.
Los resultados de la aplicación de P+L en la industria de embutidos muestran que
uno de los principales problemas, específicamente la pequeña y mediana empresa,
es el cumplimiento de un programa de buenas prácticas de manufactura, higiene y
sanidad. Por ello, la industria de alimentos específicamente de embutidos debe de
enfocar sus esfuerzos hacia el desarrollo, implantación y verificación de programas
de buenas prácticas de manufactura, higiene y sanidad; así como hacia la
implantación de sistemas de control de procesos, los cuales, además de asegurar
la calidad de los productos, aportan beneficios económicos y ambientales.
Mediante la aplicación de prácticas de P+L en este trabajo, se obtuvo un análisis
detallado de cada una de las actividades realizadas dentro de la empresa, la
cuantificación y caracterización de las entradas y salidas de cada procedimiento,
evaluación de las opciones de prevención, así como la implementación y monitoreo
de las operaciones factibles, sin afectar la calidad ni los niveles de atención o de
confort del lugar de trabajo, además se mostró la posibilidad de reducir los
consumos de agua y energía, logrando con ello una reducción en el consumo de
agua, en las descargas de aguas residuales y en el consumo de energía, lo cual
representa una disminución en las emisiones de gases de efecto invernadero hacia
la atmosfera, y por ende, un incremento en el desempeño ambiental de la industria.
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Es decir, implementar estrategias de P+L se pueden evidenciar ahorros de 30% y
40% en el consumo de energía y agua respectivamente.
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Caracterización de granos de arroz rojo recolectados en campos comerciales de arroz (Oryza Sativa L.)
Randers J. Socorro Toledo1, Miguel A. Socorro Quesada1 y Eduardo Antonio Reyes Leyes2
1Instituto Investigaciones de Granos, Bauta, Artemisa, Mayabeque, 2Instituto Nacional de
Investigaciones Científicas (CNIC), Habana, Cuba. Correo: [email protected]
RESUMEN
El arroz (Oryza sativa L.) es uno de los granos más importantes en la nutrición humana. Tradicionalmente, el más consumido es el grano blanco entero; sin embargo, existe otros tipos como el grano rojo, negro y otros que tienen consumos específicos. El trabajo se realizó en el Instituto de Investigaciones de Granos (IIGranos), en la provincia Artemisa, Cuba con muestras de arroz rojo silvestres recolectadas en campos de cultivares comerciales para realizar una caracterización de sus granos, empleándose diferentes técnicas para la morfología y técnicas analíticas físicas y químicas de laboratorio. Se obtuvieron diferencias en cuanto a la coloración de la cáscara, la presencia de aristas, el color del pericarpio (predomina el rojo vino del grano, así como la presencia y color del apículo del grano predominando, el color violeta oscuro). Se presentan diferencias en la longitud del grano y están representados los tres tipos (largo 44 %, medio 33 % y corto 22 %). Los mayores contenidos de Fe, Zn, Mn y Cu fueron obtenidos en granos de tipo rojo. El contenido de grasa de la línea 18 superó en 15-21% al de los cultivares comerciales. Se obtuvieron valores significativamente mayores en cuanto al contenido de polifenoles totales en los diferentes tipos de arroces rojos. Se concluye que el arroz de tipo rojo presenta características beneficiosas que merecen profundizar en sus estudios para ser utilizados con fines de la nutrición humana y medicinal. PALABRAS CLAVE: arroz, morfología, composición química
INTRODUCCIÓN
El arroz, (Oryza sativa L.), es el segundo cultivo en importancia y la base de la
alimentación de cerca de 4 mil millones de personas en el mundo (FAO, 2004).
Contribuye con más del 20 % de las calorías que consume la población. Sus
proteínas aunque modestas, son de una gran calidad nutricional. Su cariópside
contiene carbohidratos como principal fuente de energía. Provee además minerales
esenciales, vitaminas del complejo B y fibras (FAO, 2014).
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El arroz rojo presenta una capa de salvado de color roja por lo que son llamados
arroces rojos. Aunque el color es confinado a la capa de salvado, un dejo del rojo
queda incluso después de un alto grado de molinacion. El color del salvado se
extiende desde claro a rojo oscuro. La capa de salvado contiene polyphenoles y
antocianina según González y Borges, (2004) y posee propiedades antioxidantes.
La parte interior de los arroces rojos y blancos es parecida y blanca. De acuerdo
con Ramaiah y Rao (1953) los contenidos de hierro y de zinc en los arroces rojos
son 2 - 3 veces más altos que en los arroces blancos.
En cuanto a las características relacionadas con el color de los granos, afirma
Angladette (1969) que el color está referido a la coloración roja, púrpura o negra,
con diferentes matices, que se forma como consecuencia del depósito de grandes
cantidades de pigmentos antocianicos en las diferentes capas del pericarpio, de la
cubierta de la semilla y de las capas de aleurona.
El arroz rojo que lo hace tan especial, según Marzin (2014) es porque tiene un alto
contenido en fibra; ayuda a controlar los niveles de azúcar en sangre; produce
sensación de saciedad; contiene antioxidantes que ayudan a contrarrestar los
radicales libres por su alto contenido en Fe, Mn y Zn; contiene vitamina B6 y
disminuye los niveles de colesterol nocivo.
Relacionado con los contenidos de los micro elementos en las plantas y sus
funciones en los seres humanos tenemos que el Hierro está relacionado con el
transporte de electrones en la fotosíntesis, es un constituyente de las porfirinas y
ferredoxinas y también activa algunas enzimas (Doberman y Thomas, 2000). Solo
existe en pequeñas cantidades en los seres vivos, en adultos sanos el contenido
total es de 2-4 veces gramos, el 70 % del Fe se encuentra como hierro funcional en
los eritrocitos y el 30 % como hierro de depósito en la hemoglobina y la ferritina;
participa además en el transporte de oxígeno en la sangre y en la síntesis de ADN.
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También hay proteínas que contienen el grupo Hemo, mientras que las proteínas
de hierro/azufre participan en procesos de transferencia de electrones. Este
elemento participa además en el transporte de oxígeno en la sangre y en la síntesis
de ADN. La mayor parte del hierro se reutiliza y muy poco se excreta. El hierro se
acumula en el hígado y provoca daños en el mismo Doberman y Thomas (2000)
plantean que su deficiencia en la planta de arroz inhibe la absorción de potasio y las
hojas jóvenes se tornan cloróticas y pálidas.
En cuanto al elemento Zinc Gautan (1983) afirma que es esencial para la síntesis
de citocromos y nucleótidos, para la producción de clorofila y contribuye al
mantenimiento de la integridad de la membrana celular. Su deficiencia reduce el
ahijamiento e incrementa la esterilidad de los granos. En el hombre se almacena
principalmente en los músculos, en los glóbulos rojos, huesos, piel, hígado, riñones
y su deficiencia provoca retrasos en el crecimiento corporal acorde con lo planteado
por López et al. (2010).
La presencia de cobre en las plantas se relaciona con la síntesis de lignina de
acuerdo con Ponnamperuma (1977) además, refiere este autor antes señalado que
desempeña un importante papel en el metabolismo del nitrógeno, proteínas y
hormonas, en la fotosíntesis y la respiración, así como en la formación y fertilización
del polen. En el cuerpo humano según el Institute of Medicine and Nutrition Board
Dietary (2011) contribuye a la formación de los glóbulos rojos, mantiene saludable
los vasos sanguíneos, los nervios, el sistema inmunitario y los huesos; además
favorece la absorción del hierro.
La planta de arroz necesita el manganeso para la formación de cloroplastos según
refiere Alam (1985); además este elemento interviene en la síntesis de proteínas y
en la reducción de los nitratos. Mitiga la toxicidad por hierro. En el organismo
humano según Weddler (1994) tiene una importante función tanto estructural como
enzimática. Se acumula en el hígado de donde se reparte a diferentes partes del
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organismo; también hay acumulación en los huesos. En el cerebro se une a las
proteínas. Su deficiencia produce retraso en el crecimiento, trastornos del esqueleto
y alteraciones del metabolismo.
Los compuestos fenólicos existentes en las plantas están relacionados con la
calidad sensorial de los alimentos de origen vegetal, tanto frescos como elaborados
(Clifford, 1992). Según señalan Andary y Modolet (1997) y Belitz y Grosch (1988),
su contribución a la pigmentación de los alimentos vegetales está claramente
reconocida a través de las antocianidinas, responsables de los colores rojo, azul,
violeta, naranja y purpura de la mayoría de las plantas y de sus productos. En la
actualidad este grupo de compuestos fitoquimicos presenta un gran interés
nutricional por su contribución al mantenimiento de la salud humana. Así muchas
de las propiedades beneficiosas descritas en los alimentos de origen vegetal,
asociadas principalmente a la actividad antioxidante y las propiedades antinutritivas
de estos compuestos están relacionadas con la presencia y con el contenido de
compuestos fenólicos.
En legumbres y cereales los principales compuestos fenólicos son loa flavonoides,
ácidos fenólicos y taninos. La harina de arroz por su parte puede contener hasta 85
mg/100 g de ácidos fenólicos. Tanto en la harina de arroz como en la de trigo
destaca el ácido ferulico como el principal componente fenólico, que constituye
cerca del 90 % del total de ácidos fenólicos (Hermann, 1988).
Socorro y Martin (1998) plantean que la composición química del grano de arroz
depende en gran medida de la variedad y del medio en que se cultive. Además,
señalan los autores antes citados que la composición del arroz moreno (arroz
integral, sin pulir) y el arroz pulido es también diferente; la diferencia está en el hecho
de que el arroz moreno tiene más proteínas, celulosa y tiamina. En cuanto al
contenido de grasas Nicolasi et al. (1994) establecen que las mismas se encuentran
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fundamentalmente en el salvado y el germen donde puede llegar en este último
caso hasta 16-18 %de su peso, lo que coincide con lo planteado por Juliano (1994).
El grano de arroz rojo es considerado como un enemigo de los campos de arroz
consumo (blanco), y no se conocen adecuadamente sus propiedades químicas,
para su posible empleo como alimento.
El objetivo del presente trabajo consistió en caracterizar morfológica, física y
químicamente los granos de diferentes tipos de arroz rojo recolectadas en diferentes
campos de arroz comercial en dos provincias cubanas (Pinar del Rio en el occidente
y Ciego de Ávila en la zona central del país).
MATERIAL Y MÉTODOS
El presente trabajo se realizó en el Instituto de Investigaciones de Granos, Municipio
Bauta, provincia Artemisa, Cuba con muestras de arroz rojo recolectadas en
campos sembrados con los cultivares INCA LP-5 en la CCS El Vaquerito, municipio
Venezuela, provincia Ciego de Ávila y con el cultivar INCA LP-7 en la unidad de
producción La Cubana, del CAI arrocero los Palacios, provincia de Pinar del Río.
En los campos antes señalados se seleccionaron panículas de plantas de arroz
denominadas mezclas de granos de color rojo, con diferentes características del
tipo de granos, para realizar una caracterización morfológica, física y química de los
mismos.
Adicionalmente, se utilizó otro cultivar comercial de arroz cultivado tradicionalmente
en el país que es J-104 (Lugo, 2000), que se incluyó en las determinaciones de
grasas y polifenoles totales
A las muestras recolectadas se le realizó:
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La Descripción de los tipos de granos, así como su largo, ancho y espesor,
así como el color de la cáscara, del pericarpio y del apículo de acuerdo con:
Evaluación Standard del IRRI (1996). . Los resultados obtenidos se
procesaron por métodos de la Estadística descriptiva.
Contenido de microelementos Fe, Cu, Mn, Zn. (Método de Espectrometría de
Absorción Atómica). Tremols et al. (2011). Los resultados se expresan en
mg/kg-1 y fueron procesados por el método de estadística descriptiva
empleando la comparación de T de Student.
Contenido de grasas Extracción con solvente orgánico mediante el Éter de
petróleo 60-80 0C con Sifón tipo Sohlet. (Método Sohlet). La masa de grano
integral se convirtió en harina y se trató con el solvente. Los resultados se
expresan en porcentaje y se calculó por diferencia el contenido de grasa de
la muestra.
Contenido de polifenoles totales (por espectrofotometría ultravioleta visible).
Para ello se pesó 1.5 g de harina de arroz y se realizó la extracción de los
compuestos fenólicos con metanol acuoso al 85 % a temperatura ambiente.
Los residuos fueron re-extraídos dos veces bajo las mismas condiciones,
obteniéndose finalmente un volumen de 50 ml de cada extracto crudo. La
determinación del contenido total de compuestos polifenolicos (CTCP) se
determinó en cada extracto mediante el empleo del reactivo de Folin-
Ciocalteu (Singleton et al. 1999). Los resultados fueron expresados como mg
equivalentes de pirogalol por cada 100 g de harina.
En todos los casos la realización de los análisis químicos de granos se realizó con
muestras de arroz integral hecho harina.
A los todos los resultados obtenidos se les realizaron diferentes tipos de análisis
estadísticos por el paquete estadístico Statgraphics Plus 5.0.
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RESULTADOS
Caracterizacion morfologica y fisica de los granos.
La existencia de más de cien mil variedades y tipos de arroz del genero Oryza
presupone que existan infinidad de dimensiones, formas, colores y otros atributos
en sus granos, por lo que se requiere realizar una adecuada caracterización de los
mismos cuando se estudian tipos no habituales en los campos de producción de
arroz para su consumo, teniendo en cuenta además que el empleo fundamental del
grano de arroz es el consumo humano.
Tabla 1. Caracterización morfológica y física de los diferentes tipos de granos rojos recolectados en un campo de arroz sembrado con el cultivar INCA LP-7 de la provincia de Pinar del Río en la Campaña Frio 2011.
Como se puede apreciar en la tabla 1, se registra la caracterización de ocho tipos
diferentes de arroz rojo recolectados. En este material se presentan diferencias en
la longitud del grano (largo del grano) ya que hay representación de los tres tipos
(largo 44 %, medio 33 % y corto 22 %), en tanto que el cultivar comercial INCA LP-
7 tiene una longitud de grano con cáscara de 10.1 mm y el grano blanco pulido 7.4
mm y pertenece al tipo de grano largo.
Tipo Largo grano
Color Cáscara
Presencia barba
Color del Grano (pericarpio)
Color del apículo
1 Largo Amarillo dorado Si Rojo muy claro Negro
2 Largo Amarillo muy claro Si Rojo claro Negro
3 Mediano Amarillo pardo Si Rojo muy claro Negro
4 Largo Carmelitoso Si Rojo oscuro Negro
5 Mediano Amarillo claro parduzco Si Rojo muy claro Violeta
6 Mediano Amarillo claro con rayas pardas Si Rojo claro Violeta
7 Corto Amarillo muy claro Si Rojo muy claro Negro
8 Corto Amarillo pardo Si Rojo muy claro Negro
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La barba (arista) está presente en los ocho tipos recolectados, predominando la
longitud mayor de 5 mm, en tanto que con relación al color del pericarpio se
presentaron dos tonalidades diferentes al igual que el color del apículo que resultó
ser negro en el 66 % de las muestras y violeta en el 33 %.
Tabla 2. Caracterización morfológica y física de los diferentes tipos de granos rojos recolectados en un campo de arroz del cultivar INCA LP 5 cultivado en el municipio Venezuela, provincia Ciego de Ávila. (Campaña Frio 2011).
Tipo Largo grano
Color Cáscara
Presencia Barba
Color Grano
(pericarpio)
Presencia Apículo y
color
1
Medio Crema
manchado Si
Rojo vino
Oscuro
2
Medio Crema
manchado Si
Rojo vino
Oscuro
3
Medio Amarillo carmelitoso No Rojo vino
Violeta oscuro
4
Medio Amarillo carmelitoso No Rojo
oscuro Violeta oscuro
5
Medio Crema manchado carmelitoso No Rojo Claro Violeta oscuro
6
Medio Crema claro Si Rojo
Vino claro Crema
7
Medio Crema con pequeñas manchas
carmelitosas No Blanco Opaco Crema
8
Medio Amarillo carmelitoso Si Rojo vino
Violeta oscuro
9
Medio Pardo manchado No Rojo vino
Violeta oscuro
10
Medio Amarillo carmelitoso Si Rojo Claro Violeta oscuro
11
Medio Crema amarillo carmelitoso Si Rojo opaco Violeta oscuro
12
Medio Crema amarillo carmelitoso No Rojo vino
claro Violeta oscuro
13
Medio Pardo manchado Si Rojo vino
opaco Violeta oscuro
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La tabla 2 recoge los resultados de la caracterización morfológica de los diferentes
tipos de granos de arroz rojo recolectados en el campo con el cultivar INCA LP-5 en
el municipio de Venezuela de la provincia de Ciego de Ávila. En total se recolectaron
trece tipos. Como se puede apreciar todos los tipos de arroz rojo tienen una longitud
de grano con cáscara similar, pertenecientes a la categoría de medio, los que
difieren de la longitud del cultivar comercial INCA LP-5, que está clasificado como
largo. Sin embargo se observan diferencias en cuanto a la coloración de la cáscara,
la presencia de aristas, el color del pericarpio del grano, así como la presencia y
color del apículo del grano (punto extremo del mismo). Cabe señalar que entre los
granos de una misma panícula no se observaron diferencias apreciables en ninguno
de estos caracteres evaluados.
En cuanto a los colores del grano con pericarpio predomina el rojo vino, por encima
del rojo claro y del blanco opaco. De igual forma, con respecto al color del apículo
se observa una predominancia del color violeta oscuro lo cual permite diferenciar a
estos granos de los cultivares comerciales en las que el apículo no se presenta con
coloraciones diferentes al resto de la cáscara (lemma y palea), García y col. (1998),
en estudios similares realizados en la provincia de Sancti Spiritus reflejan resultados
similares y refieren que predomina la variabilidad en las coloraciones de la
diferentes partes del grano.
Caracterizacion quimica de los granos
Contenido de micro elementos
Contenido de Hierro
En la Tabla 3 se representa el contenido de Fe, elemento que participa en diferentes
procesos enzimáticos en la planta. Se puede apreciar que existen diferencias
significativas según la prueba T de student aplicada. El mayor valor del contenido
de Fe en el grano, que fue de 606.77 mg.kg-1 se obtuvo en el arroz rojo tipo 4
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recolectado en la provincia de Pinar del Río, mientras que el menor valor 487.68
mg.kg-1 se obtuvo en el cultivar comercial INCA LP-5 cultivada en la provincia de
Ciego de Ávila. Los demás tipos recolectados mostraron valores intermedios, pero
siempre superiores al arroz blanco comercial, coincidiendo con lo reportado por
Ramaiah y Rao (1953).
Tabla 3. Contenido del elemento hierro (mg/kg-1 ) en los granos recolectados en campos de arroz comercial en dos zonas arroceras de Cuba.
Muestras tomadas en campo de INCA LP 5 de Ciego de Ávila
Muestras tomadas en campo de INCA LP 7 de Pinar del Rio
Arroz Comercial INCA LP5
Arroz Rojo
Tipo 3
Arroz Rojo
Tipo 5
Arroz Rojo
Tipo 10
Arroz Rojo Tipo 11
Arroz Comercial INCALP7
Arroz Rojo Tipo1
Arroz Rojo
Tipo 4
Arroz Rojo Tipo 19
Arroz Rojo
Tipo 18
487,68 g
499,01 f
492,01 fg
537,88 d
535,11 d
515,67 e
551,30 c
606,76 a
542,93 cd
563,77 b
Otro aspecto a destacar con estos resultados es que los contenidos de Fe de todas
las líneas recolectadas en la provincia de Pinar del Río resultaron tener en su
conjunto un 9 % más de Fe que las recolectadas en la provincia de Ciego de Ávila,
lo que puede estar asociado a las características específicas de la formación de los
suelos de dichos lugares.
Contenido de Zinc.
En la tabla 4 se muestran los resultados obtenidos en la determinación de Zn en los
granos. Según Muñiz (2008) este elemento mediante mecanismos enzimáticos
ejerce influencia en la síntesis de carbohidratos y proteínas, fenoles así como en el
intercambio del fósforo. Al igual que ocurrió con la determinación del contenido de
Fe, el arroz rojo tipo 4 mostró los mejores contenidos con 95.14 mg.kg-1, que supera
significativamente al resto de los diferentes tipos de arroz rojo así como también a
los cultivares comerciales.
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Tabla 4. Contenido del elemento Zinc (mg/kg-1 ) en los granos recolectados en campos de arroz comercial en dos zonas arroceras de Cuba.
Muestras tomadas en campo de INCA LP 5 de Ciego de Ávila
Muestras tomadas en campo de INCA LP 5 de Ciego de Ávila
Arroz Comercial INCALP5
Arroz Rojo
Tipo 3
Arroz Rojo
Tipo 5
Arroz Rojo
Tipo 10
Arroz Rojo
Tipo 11
Arroz Comercial INCALP7
Arroz Rojo Tipo1
Arroz Rojo
Tipo 4
Arroz Rojo
Tipo 19
Arroz Rojo
Tipo 18
70,39 d 82,45 c 85,44
bc 94,39 b 83,95 bc 65,22 e 82,29 c 95,14 a 82,17 c 88,10 b
Otro aspecto de interés con relación a los resultados obtenidos con este micro
elemento es que, según plantea Muñiz (2008) el pH del medio influye en la
disponibilidad y absorción de este elemento por las plantas, lo cual se manifiesta en
los resultados obtenidos, ya que de acuerdo con Martínez y col (2000), los suelos
de esta zona occidental del país de tipo arenoso tienen tendencias a tener menores
valores de pH que los de los suelos de la región central y oriental de Cuba.
Contenido de Cobre.
Tabla 5. Contenido del elemento Cobre (mg/kg-1 ) en los granos recolectados en campos de arroz comercial en dos zonas arroceras de Cuba.
Muestras tomadas en campo de INCA LP 5 de
Ciego de Ávila
Muestras tomadas en campo de INCA LP 7 de Pinar
del Rio
Arroz
Comercial
INCALP5.
Arroz
Rojo
Tipo 3
Arroz
Rojo
Tipo
5
Arroz
Rojo
Tipo
10
Arroz
Rojo
Tipo 11
Arroz
Comercial
INCALP7
Arroz
Rojo
Tipo 1
Arroz
Rojo
Tipo 4
Arroz
Rojo
Tipo 18
Arroz
Rojo
Tipo 19
27,12 ef 33,51 bc 29,12
d
25,32
f
31,57 c 28,05 de 38,81 a 33,84 b 32,05 bc 33,91 b
Los análisis del contenido del micro elemento Cu son mostrados en la tabla 5. Este
elemento es un constituyente de enzimas como la fenol-oxidasa, lactasa,
citocromos-oxidasa y otros (Muñiz, 2008) y participa en procesos como la
fotosíntesis, respiración, la eliminación de radicales tóxicos de superóxido y en la
síntesis de proteínas y carbohidratos. También participa junto con el Fe en la cadena
transportadora de electrones durante la fotosíntesis.
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Se puede apreciar que el arroz rojo tipo 1 recolectado en el campo del cultivar INCA
LP-7, alcanzó valores de 38.81mg.kg-1, superando significativamente al resto de los
tipos de arroz rojo así como de los dos cultivares comerciales recolectados, tanto
en la provincia de Pinar del Río como en la de Ciego de Ávila. Los dos cultivares
comerciales INCA LP-5 e INCA LP-7 presentan un bajo contenido de Cu en sus
granos, en tanto que el arroz rojo tipo 10 recolectado en Ciego de Ávila es el de más
bajo contenido con solo 25.32 mg.kg-1, que es 6.7% más bajo que el del cultivar
INCA LP-5 cultivado en similares condiciones de suelo (aunque las diferencias no
son estadísticamente significativas).
En sentido general, tanto los tipos de arroz rojo como los cultivares comerciales
recolectados en el suelo de la provincia Pinar del Río superan en 16% a los
recolectados en la provincia de Ciego de Ávila y está influenciada en lo fundamental
por la mayor absorción de Cu que realizan los diferentes tipos de arroz rojo en esa
zona del país.
Como se puede apreciar en los resultados de la tabla 6, el mayor contenido de Mn
(99.71 mg.kg-1) se obtuvo en el arroz rojo tipo 3, recolectado en la provincia de Ciego
de Ávila, que superó significativamente al resto de los tipos de arroz rojo y a los
cultivares comerciales analizados. En sentido general, los contenidos de Mn de los
diferentes tipos de arroz rojo involucrados en el estudio demostraron tener mayor
contenido del mismo que los cultivares comerciales tal y como se aprecia en la tabla
5.
Otro aspecto a destacar en los resultados obtenidos es que los contenidos de Mn
en los materiales recolectados en la provincia de Ciego de Ávila fueron superiores
en un 16 % a los recolectados en la provincia de Pinar del Río, lo que pudo estar
asociado a un mayor contenido de este microelemento en el suelo de Ciego de
Ávila; a este respecto plantean además Mandal y Metra (1982) que una alta
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concentración de hierro en el suelo reduce la absorción de manganeso por la planta
de arroz.
Contenido de Manganeso.
Tabla 6. Contenido del elemento Manganeso (mg/kg-1) en los granos recolectados en campos de arroz comercial en dos zonas arroceras de Cuba.
Muestras tomadas en campo de INCA LP 5 de
Ciego de Ávila
Muestras tomadas en campo de INCA LP 7 de Pinar
del Rio
Arroz
Comercial
INCALP5.
Arroz
Rojo
Tipo 3
Arroz
Rojo
Tipo 5
Arroz
Rojo
Tipo 10
Arroz
Rojo
Tipo
11
Arroz
Comercia
l
INCALP7
Arroz
Rojo
Tipo
1
Arroz
Rojo
Tipo 4
Arroz
Rojo Tipo
19
Arroz
Rojo
Tipo 18
76,2 e
99,71 a
92,71 b
87,15 cd
89,74 bc
73,67 e
86,87 cd
84,84 cd
66,81 f
83,54 d
A diferencia de los dos micro elementos antes analizados (Fe y Zn), una de las
líneas de arroz rojo (Arroz rojo tipo 10) mostró contenidos inferiores (-6.7 %) que los
cultivares comerciales lo que indica que no todos los tipos de arroz rojo son capaces
de absorber contenidos mayores de Mn que los cultivares de arroz blanco.
Los resultados mostrados en la tabla 7 muestran valores menores de 2.00 % en el
contenido de grasa para el cultivar comercial J-104, mientras que los valores
obtenidos con las diferentes tipos de arroz rojo valorados (tipo 5 y tipo 3
recolectados en el campo del cultivar comercial INCA LP7) fueron del orden de 2.2
%, que representa 10 – 15 % superiores a los cultivares comerciales estudiados.
Estos resultados concuerdan con los reportes de la literatura (Hart y Fisher 1971).
Contenido de grasa. (%).
Tabla 7. Contenido de grasa (%) en granos recolectados en campos de arroz comercial en dos zonas arroceras de Cuba.
Arroz Comercial
J−104
Arroz Rojo Tipo 5
INCA LP 7
Arroz Rojo Tipo 3
INCA LP 7
Arroz Comercial
INCA LP 7
1.9 ± 0.08 2.2 ± 0.11 2.2 ± 0.09 2.0 ± 0.10
ES X = 0.0734. C.V. = 7.75 %
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También Hernández (1999) indica que el arroz blanco procesado tiene un
contenido de grasa de hasta 1.9 % para el caso del arroz integral, mientras que el
arroz rojo puede alcanzar valores de hasta 3.8%, lo cual puede representar hasta
un 9.3% del total de energía requerida por el organismo humano. La literatura antes
consultada señala además que estos valores de grasa aunque no son altos si
destaca que son de buena calidad, semejantes en cuanto a su composición en
ácidos grasos a los de otros aceites vegetales como el de maíz, girasol y otros. Es
necesario señalar que estas muestras analizadas fueron a partir de arroz integral,
ya que otros reportes (Novedades arroz, 2014) indican que el arroz pulido tiene
menores contenidos de grasa que el arroz integral, ya que como plantea la Norma
del Codex Rev.1-(1995), la distribución de nutrientes en el grano de arroz presenta
una distribución decreciente desde las capas externas del grano hacia el centro,
mientras que el almidón, en cambio sigue una pauta inversa, por lo que al realizarse
el proceso de pulido se pierde entre el 75 – 100 % del contenido de grasa del arroz
blanco pulido.
Contenido de polifenoles totales.
Los polifenoles constituyen sustancias que forman parte de los metabolitos
secundarios presentes en las plantas y que desempeñan múltiples funciones en los
procesos fisiológicos que se desarrollan en las mismas. Se ha demostrado también
que desempeñan una importante función como sustancias con propiedades
medicinales anti-oxidantes y son empleadas en la salud humana.
Tabla 8. Contenido de polifenoles totales (mg equivalentes de pirogalol por cada 100 g de harina) en muestras de arroz rojo y comercial cultivados en Cuba.
Arroz Comercial
J−104
Arroz Rojo Tipo 18
INCA LP 7
Arroz Comercial
INCA LP 7
3.74 b 9.37 a 2.86 b
ES X = 3.53 C.V. = 66.35 %
En la tabla 8 se presentan los resultados obtenidos en la determinación del
contenido de polifenoles totales en los granos de tres tipos diferentes de arroz, dos
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cultivares comerciales actualmente cultivados en el país (J-104 y INCA LP7) así
como un tipo de arroz rojo, para tener un resultado preliminar comparativo entre dos
formas de arroz (Comercial y rojo), ya que según Sompong et al. (2011) los tipos de
arroz rojo por lo general tienen un mayor contenido de polifenoles que el arroz
blanco comercial. Como se puede observar, el tipo de arroz rojo tiene un contenido
de polifenoles totales que supera en 2.5 - 3.3 veces a los dos cultivares comerciales,
lo que demuestra que en las condiciones de nuestro país también es posible obtener
altos contenidos de polifenoles en el arroz rojo, lo que debe constituir un aspecto de
especial interés para futuros estudios, ya que no se han encontrado fuentes
bibliográficas que reflejen trabajos realizados anteriormente con este fin en Cuba.
González y Borges, (2004) se refieren a las propiedades que tienen los polifenoles
de ejercer una marcada influencia sobre todos los procesos fisiológicos de las
plantas, incluidos la resistencia a estreses bióticos y abióticos.
CONCLUSIONES
Se identificaron un total de trece tipos diferentes de arroz rojo en el campo
del cultivar INCA LP-5, así como ocho tipos diferentes en el campo del
cultivar LP-7 con marcadas diferencias en la caracterización morfológica de
sus granos.
La coloración roja del pericarpio predominó entre los diferentes tipos de arroz
recolectados en diferentes campos de cultivares de arroz comercial de dos
provincias de Cuba.
El contenido de grasa en los arroces rojos superó en 10-15 % al de los
cultivares comerciales de grano blanco INCA LP-7 y J-104.
Los contenidos de Hierro, Manganeso, Cinc y Cobre resultaron ser
superiores en los tipos de arroces rojos con respecto a los cultivares
comerciales de grano blanco.
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El contenido de polifenoles totales en la línea 18 de arroz rojo superó
significativamente al de los dos cultivares comerciales estudiados J-104 e
INCA LP7.
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Actividad antioxidante in vitro de hidrolizados proteicos de semilla de chan (Hyptis suaveolens, L. Poit)
Jenny Fabiola López Hernández*1 y Norma Alejandra Mancilla Margalli2
*1Instituto Tecnológico Superior de los Ríos, Km. 3 Carr. Balancán-Villahermosa, Balancán
Tabasco, México. C.P.86930. 2Instituto Tecnológico de Tlajomulco, Km. 10, Carr. Tlajomulco-San Miguel Cuyutlan, Tlajomulco Jalisco, México C.P.45640. *Correo: [email protected]
RESUMEN
Hyptis suaveolens L. Poit. conocido como "chan", es un miembro de la familia Lamiaceae. Su importancia cultural y nutricional es evidente desde la época prehispánica. Actualmente su uso es restringido y sus propiedades nutricionales en cuanto a sus proteínas de almacén poco conocida. La búsqueda y caracterización de péptidos con actividad biológica, a partir de proteínas de almacén de esta especie, puede proporcionar información que potencie el consumo de derivados de chan con efectos benéficos a los consumidores. El objetivo de este trabajo fue caracterizar las proteínas de reserva de semillas de chan y generar péptidos con potencial actividad antioxidante, mediante hidrólisis enzimática in vitro utilizando proteasas comerciales digestivas (pepsina, tripsina y quimotripsina) y vegetales (papaína y bromelina). Las proteína se extrajeron según el criterio de solubilidad Osborne, la hidrólisis enzimática se llevó a cabo en una relación enzima: sustrato de 1:10 (v/v), a 30 °C. El grado de hidrólisis (DH) y sus propiedades antioxidantes fueron evaluados in vitro. El DH más alto se obtuvo con las enzimas digestivas: en las fracciones de albúminas y globulinas con pepsina, mientras que para las glutelinas fue con tripsina. El poder reductor, capacidad de quelación Fe+2 y capacidad de estabilización del radical libre 1,1-difenil-2-picrilhidracilo (DPPH•) fueron algunas de las actividades antioxidantes determinadas en los péptidos obtenidos, resultando muy variada según el sistema utilizado. PALABRAS CLAVE: péptidos bioactivos, semilla, chan.
INTRODUCCIÓN
Dentro de las fuentes más importantes de proteínas sobresalen aquellas de origen
animal como leche y huevo, consideradas hasta el momento como de inigualable
calidad nutricional, dada la cantidad y balance de aminoácidos esenciales; sin
embargo, éstas son caras y poco accesibles a ciertos sectores de la población, por
lo que se ha buscado fuentes alternas más económicas y de valor nutricional
importante, considerando así a las de origen vegetal. Además de constituir una
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fuente de componentes nutricionales y conferir propiedades funcionales a los
alimentos, en los últimos años las proteínas alimentarias se han descrito como
precursoras de péptidos que ejercen actividad biológica benéfica en el organismo,
tales como: antioxidante, antihipertensiva, opiode, moduladoras,
hipocolesterolémica y antitrombóticas, por mencionar algunas. En los últimos años
se han estudiado fuentes vegetales no convencionales de proteínas tales como las
del grupo de los pseudocereales, encontrándose aportaciones importantes en el
conocimiento de sus proteínas y aminoácidos así como fuente potencial de péptidos
con actividad biológica importante, tal es el caso del amaranto (Amaranthus sp.),
reportados ya en base de datos.
Una metodología de utilidad que permite la predicción de péptidos bioactivos a partir
de proteínas precursoras es el análisis in silico. Esto se realiza a partir de la
comparación de los péptidos virtualmente generados con distintas proteasas y cuya
funcionalidad de péptidos ya ha sido comprobadas in vitro o in vivo y reportada en
bancos de datos.
Hyptis suaveolens L. Poit., es una planta dicotiledónea de la familia de las
Lamiaceae, considerada por Harlan (1992) entre las plantas silvestres sometidas a
domesticación, actualmente catalogada como pseudocereal, ya que los cereales
son monocotiledóneas y el chan es una dicotiledónea; sin embargo su grano
comparte propiedades nutrimentales y uso de alimentación parecido a los cereales.
Fue domesticada en la época prehispánica, siendo ésta de importante uso
alimentario, medicinal y de ritual en las culturas del centro y occidente de nuestro
país. En la actualidad es poco estudiada y su uso poco difundido. En Colima,
México, el “chan” se utiliza para la preparación del “bate”, una bebida tradicional que
se elabora a base de la semilla tostada y molida y endulzada con piloncillo.
La búsqueda y caracterización de péptidos con actividad biológica, a partir de
proteínas de reserva en las semillas de esta especie puede proporcionar
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información que potencie el consumo de derivados de chan con efectos benéficos
a los consumidores.
El objetivo del este trabajo fue extraer las proteínas de reserva de la semilla de chan,
Hyptis suaveolens L. Poit, para generar péptidos y probar su actividad antioxidante
in vitro.
Para ello se inició con una búsqueda de proteínas de reserva ya reportadas
(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/) y relacionadas taxonómicamente con el chan, para
encontrar la fracción proteínica más prometedora así como las enzimas con las que
se pudieran generar más secuencias de péptidos con actividad antioxidante,
encontrándose albúminas (2S) y globulinas (7S y 11S) de ajonjolí (Sesamun
indicum), estas secuencias hidrolizadas con enzimas digestivas (pepsina, tripsina y
quimotripsina) y vegetales (papaína y bromelina) generaron péptidos con actividad
mayoritariamente antioxidante (BIOPEP, http://www.uwm.edu.pl/biochemia,
MEROPS, http://merops.sanger.ac.uk.). Se llevó a cabo la extracción secuencial de
proteínas de reserva de las semillas de chan por el método de Osborne con algunas
modificaciones, así como la caracterización electroforética de sus fracciones
proteínicas (albúminas, globulinas, prolaminas y glutelinas). Posteriormente, se
probaron varios sistemas de hidrólisis enzima:sustrato en una relación 1:10 (v/v),
utilizando distintas proteasas digestivas y vegetales. Se realizó la caracterización
electroforética y determinación del grado de hidrólisis (DH) de los péptidos
generados y, finalmente, se determinó in vitro su actividad antioxidante después de
180 min de hidrólisis.
La capacidad antioxidante de los hidrolizados se evaluaron por tres métodos:
quelación de iones ferroso (Fe+2), estabilización del radical libre DPPH∙ y capacidad
para reducir iones férricos (Fe+3).
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MATERIALES Y MÉTODOS
Predicción in silico de péptidos con potencial actividad biológica
Para garantizar en lo posible la generación de péptidos con potencial de actividad
biológica, previamente se realizó un análisis in silico de péptidos generados
proteolíticamente a partir de secuencias de proteínas de reserva en semillas de
especies pertenecientes a la misma familia del chan (Lamiaceae) y reportadas en
la base de datos del National Center for Biotechnology Information
(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/).
Pretratamiento de la muestra
Al menos que se indique otra cosa, los reactivos empleados fueron de grado
reactivo de las marcas comerciales Sigma-Aldrich©, J.T. Baker® y Bio-Rad®.
Se utilizaron semillas de chan (Hyptis suaveolens var. negra) adquiridas en el
mercado local de la ciudad de Colima, Colima, México, cosecha 2011.
Las semillas fueron seleccionadas libres de impurezas para posteriormente ser
tratadas. Una vez seleccionadas, se colocó en agitación durante 2 h a 30 °C en
agua mineralizada para ser desmucilaginada. Posteriormente se centrifugó a 10,000
rpm durante 20 min (centrífuga refrigerada Hermle Z383K, Labortechnik®), se
eliminó el agua por decantación y se retiró la capa de mucílago formada en la
superficie y se secaron en un horno casero a 45 °C 8 h, para después eliminar el
resto del mucílago seco por cernido. Las semillas lavadas y desmucilaginadas se
molieron con nitrógeno líquido hasta obtener una harina fina. Posteriormente, la
harina se desgrasó en agitación con hexano (1:10 w/v) para luego ser desfenolizada
con acetona (1:10 w/v) según la metodología propuesta por Arcan y Yemenicioğlu
(2007) con algunas modificaciones.
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Extracción de proteínas
La extracción de proteínas se realizó secuencialmente de acuerdo a los criterios de
solubilidad propuesto por Osborne (1924) a partir de la harina desgrasada y
desfenolizada, usando algunas modificaciones (Ferreira et al., 1999; Rosa et al.,
2000). Las albúminas fueron extraídas por agitación lenta durante 2 h a 4 °C en
agua (pH 8.0) acondicionada con CaCl2 10 mM y MgCl2 10 mM utilizando una
relación 1:15 (w/v) de harina:agua. Para la remoción de carbohidratos y compuestos
fenólicos remanentes se le adicionó al agua polivinilpirrolidona insoluble (PVP) al
2% (w/v). La introducción de iones Ca+² y Mg+² en la solución provoca la
insolubilización de las globulinas que suelen asociarse en condiciones de alta fuerza
iónica y evitan la contaminación cruzada de ambas fracciones. Las globulinas fueron
extraídas en agitación lenta 2 h a 4 °C con buffer Tris-HCl, 100 mM (pH 7.5), NaCl
10% (w/v), EDTA 10 mM y ácido etilenglicol tetraacético (EGTA) 10 mM, en una
relación 1:15 (w/v). La adición de estos dos últimos agentes quelantes permiten la
remoción de Ca+2 y Mg+2 para facilitar la solubilización de las globulinas. Las
prolaminas fueron extraídas en agitación suave durante 2 h 4°C con etanol al 75%
(v/v) en una relación. Finalmente, las glutelinas fueron extraídas en agitación a
temperatura ambiente por 2 h con buffer de borato de sodio 50 mM (pH 10) en
presencia de β-ME al 1% (v/v) como agente reductor y SDS al 1 % (w/v) como
agente desnaturalizante. En todos los casos las proteínas insolubles fueron
removidas por centrifugación (centrífuga refrigerada Hermle Z383K, Labortechnik®)
a 13,000 rpm por 20 min a 4 °C (excepto glutelinas que se centrifugaron temperatura
ambiente) y utilizadas para la siguiente extracción. El sobrenadante (fracción de
proteínas solubles) se filtró con papel Whatman (125 mm Ø) para luego ser
ultrafiltradas por centrifugación (minicentrífuga Spectrafuge 24D Labnet®) a 12,300
rpm a 4°C por 20 min en ultrafiltros Amicon® Ultra-0.5 con membrana de tamaño
de corte de 3 kDa. La fracción proteica retenida se cuantificó y se almacenó a -20°C
para su posterior análisis.
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La cuantificación de proteínas se llevó a cabo por el método de Bradford (1976)
adaptado a micrométodo (Bio-Rad, Protein Assay). La absorbancia se leyó contra
un blanco de reacción a 595 nm (Biofotómetro, Eppendorf®). Para la curva de
calibración se utilizó un estándar de albúmina de suero bovino (BSA) en diluciones
de 0 a 25 µg/mL y como blanco se utilizó agua.
Caracterización electroforética
Se utilizó un sistema de electroforesis discontinuo en geles de poliacrilamida
(PAGE, por sus siglas en inglés, Polyacrylamide Gel Electrophoresis). En los
distintos sistemas de caracterización electroforética, las muestras fueron resueltas
en presencia o ausencia de β-ME como agente reductor y fueron cargados con
aproximadamente 8 µg de proteína en cada carril. Los diferentes tipos de
electroforesis fueron realizados en una minicámara de electroforesis vertical (Mini-
PROTEAN® electrophoforesis cell, Tetra System Bio-Rad) y los geles fueron
teñidos utilizando azul de Coomassie G-250.
Se utilizaron geles de poliacrilamida al 7.5% y 12% de acuerdo a la metodología de
Laemmli (1970) sin SDS.
Se utilizaron geles separadores de poliacrilamida al 12% de acuerdo a la
metodología de Laemmli (1970).
El buffer de muestra desnaturalizante utilizado sin agente reductor fue Tris-HCl 0.06
M (pH 6.8) con glicerol al 10% (w/v), SDS al 2% (w/v) y azul de bromofenol al 0.025%
(w/v). Como buffer de muestra desnaturalizante con agente reductor se utilizó el
buffer de muestra desnaturalizante adicionado con -ME al 5% (v/v, preparado en
fresco). Las proteínas fueron cargadas con el buffer de muestra desnaturalizante en
una relación 1:2 (v/v). Como marcador de peso molecular se utilizó la mezcla de
estándares Dual Color Standards® (Bio-Rad). La electroforesis se desarrolló a 90 V
con buffer de corrida desnaturalizante Tris-HCl 0.025 M (pH 8.3), glicina 0.192 M,
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SDS 1% (w/v). Los geles se tiñeron 15 min con solución azul de Coomassie R-250
al 0.04% (w/v) en una solución de metanol: ácido acético glacial:agua (40:10:50,
v/v/v). El desteñido de los geles se realizó con esta misma solución pero sin el
colorante hasta la visualización de la bandas.
Electroforesis desnaturalizante (SDS-PAGE, sistema Schägger)
El sistema de electroforesis con tricina-dodecilsulfato de sodio (tricina SDS-PAGE),
desarrollado por Schägger y Von Jagow (1987), se caracteriza por resolver
proteínas de bajo peso molecular de un rango 1-100 kDa. Una mejor resolución de
moléculas de bajo peso entre 5 y 20 kDa ocurre con la incorporación de urea en el
sistema. Se utilizaron geles de poliacrilamida al 16% en presencia de urea 6 M, de
acuerdo a la metodología de Schägger (2006) y Judd (2002) con algunas
modificaciones. Esta técnica se utiliza comúnmente para separar proteínas de bajo
peso molecular que comprende un rango de masa de 1 a 100 kDa. Es el sistema
electroforético preferido para la resolución de proteínas menores a 30 kDa
(Schägger, 2006). El buffer de corrida consiste en dos sistemas: 1) buffer del cátodo
(en la cámara interna del sistema de electroforesis) Tris-HCl 0.1 M (pH 8.25± 0.2 sin
ajustar), Tricina 0.1 M y SDS al 1% (w/v) y 2) buffer de ánodo (en la cámara externa
del sistema de electroforesis) Tris-HCl 0.2 M (pH 8.9 ajustado con HCl 0.1 N). Las
características de separación de la técnica se relacionan directamente con los
valores de pK2 de la tricina de 8.15 y pk1≈ 3 (Akins y Tuan, 2002). El gel fue cargado
con aproximadamente 8 µg de proteína en cada carril del gel en presencia o
ausencia de -ME, utilizando el mismo buffer de muestra desnaturalizante que en
el sistema Laemmli (1970). La electroforesis se desarrolló a 100 V. Como marcador
de peso molecular se utilizó Polypeptide SDS-PAGE Standards® (Bio-Rad). Los
geles separador y concentrador fueron preparados de acuerdo a los volúmenes
indicados en la Tabla 1.
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Tabla 1. Formulación del gel de poliacrilamida desnaturalizante (sistema Schägger).
*Buffer de gel 3: Tris-HCl 3 M (pH 8.45-8.9), SDS al 0.3% (w/v).
**Stock acrilamida:bis-acrilamida 1 (49.5% T, 3%C): disolver 48 g de acrilamida y 1.5 g de bis-acrilamida en 100 mL de agua.
Caracterización electroforética de péptidos
Para la caracterización electroforética de los péptidos generados durante la
hidrólisis, se utilizó el sistema Tricina-SDS PAGE con geles de poliacrilamida al 16%
en presencia de 6 M de urea, de acuerdo a lo descrito anteriormente.
Hidrólisis in vitro de fracciones proteicas de semilla de chan
La hidrólisis de las proteínas de reserva de chan se llevó a cabo de acuerdo a la
metodología empleada por Lee et al. (2010) y Liu y Chiang (2008) con algunas
modificaciones, utilizando enzimas digestivas (Sigma-Aldrich©): pepsina de mucosa
gástrica de porcino (No. Cat. P7012-1G), tripsina (No. Cat. 93610) y quimotripsina
de páncreas bovino (No. Cat. C4129-1G) y enzimas vegetales: papaína (No. Cat.
P4762-50MG) y bromelina (No. Cat. B4882-10G). El sistema para las hidrólisis con
se detalla en la Tabla 2. La relación enzima:sustrato utilizada para todos los
sistemas fue 1:10 (w/w). La reacción fue finalizada por calentamiento durante 7 min
a 90 °C.
Determinación del grado de hidrólisis (DH)
El DH se define como el porcentaje de enlaces peptídicos escindidos en relación a
su proteína original y se puede calcular mediante la reacción de grupos aminos
libres primarios con el ácido 2,4,6-tri-nitrobencensulfónico (TNBS) para formar un
cromóforo que tiene una absorbancia máxima a 340 nm (Adler-Nissen, 1979). Se
Componente Gel al 16% + urea 6 M Gel concentrador
Agua 2.3 mL 4.2 mL
*Buffer 3 3.33 mL 1.55 mL
Urea 3.6 g 0.5 mL
**Stock acrilamida/bis-acrilamida 1 3.33 mL 50 µL
Persulfato de Amonio 10% 30 µL 5 µL
TEMED 4 µL 4.2 mL
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llevó a cabo el procedimiento de Adler-Nissen (1979), adaptado a micrométodo por
Van der Ven et al. (2002). Las muestras hidrolizadas fueron diluidas con SDS al 1%
(w/v) hasta ajustar a una concentración de 0.1% (w/v). La mezcla de reacción se
hizo en el orden y cantidad mostrados en la Tabla 3 y se incubó a 50 ºC durante 1
h en oscuridad.
La reacción fue finalizada por la adición de 90 µL de HCl 0.1 M. La absorbancia se
midió en un espectrofotómetro (BioPhotometer plus, Eppendorf®) a 340 nm.
Tabla 2. Hidrólisis enzimática de fracciones proteicas de chan.
Proteasa (U/mL)
Descripción Sistema buffer
Temperatura de incubación
(C)
Digestivas
Pepsina (250 U/mL)
La escisión incluye péptidos con aminoácidos aromáticos en cualquier lado del enlace peptídico
Agua acidulada/ solución HCl 10 mM, pH 2
37
Tripsina (900 U/mL)
Serin-proteasa, la escisión específica ocurre en el extremo C-terminal de Lys y Arg
Buffer Tris-HCl 100 mM, pH 7.8
30
Quimotripsina (4 U/mL)
Serin-proteasa que hidroliza el C-terminal de enlaces peptídicos con aminoácidos aromáticos o hidrofóbicos (Tyr, Trp, Phe, Met, Leu)
Buffer Tris-HCl 100 mM, pH 7.8
30
Vegetales
Papaína (1 U/mL)
Cisteín-proteasa, escinde enlaces peptídicos de aminoácidos básicos, Leu y Gly
Buffer fosfato 100 mM, pH 6.5
30
Bromelina (0.3 U/mL)
Cisteín-proteasa con amplia especificidad para la escisión de aminoácidos hidrofóbicos
Buffer fosfato 100 mM, pH 6.5
30
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Se hizo una curva de calibración con L-leucina (Sigma; Figura 1) y los resultados
fueron expresados como equivalentes de L-leucina de acuerdo a la siguiente
ecuación (Liu y Chiang, 2008):
DH (%) = mM Leu tt – mM Leu t0 100 (1)
mM Leu tt
donde:
mM Leu tt = equivalente milimolar de leucina en el tiempo t (min)
mM Leu t0 = equivalente milimolar de leucina, en el tiempo cero (min).
Tabla 3. Mezcla de reacción para determinar el DH de hidrolizados proteínicos.
Figura 1. Curva estándar de L-leucina. El rango de concentración ensayada fue de 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 y 0.9 mM. El grado de hidrólisis (DH) fue reportado como mequivalentes de L-leucina.
y = 1.164x - 0.088
R² = 0.989
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0.2 0.4 0.6 0.8 0.9
Ab
sorb
anci
a (n
m)
L-leucina (mM)
Soluciones Volumen tomado ( µL)
Solución de hidrolizado 0.1% (w/v) 15
Buffer fosfato de sodio 210 mM pH 8.2 45
TNBS (0.05% v/v) 45
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Determinación in vitro de actividad antioxidante de hidrolizados proteínicos
de chan
Actividad antioxidante
La actividad antioxidante de una molécula puede darse a través de uno o varios
mecanismos dependiendo de su capacidad de donar electrones, protones o quelar
metales (Moure et al., 2006), por lo que para una mejor caracterización de los
péptidos generados durante la hidrólisis de las fracciones proteicas de chan, se
utilizaron diferentes ensayos que pueden ayudar a elucidar un posible mecanismo
de la acción antioxidante observada in vitro.
Capacidad de quelación de ion ferroso
La capacidad quelante del hidrolizado proteínico manifestada como decremento de
la absorbancia a 550 nm, se determinó bajo la metodología de Arcan y Yemenicioğlu
(2007) y Lee et al. (2008) con algunas modificaciones.
Se tomaron 200 µL de solución del hidrolizado y se adicionaron 10 µL de solución
de FeCl2∙4H2O 1 mM. Después de 30 min de incubación a temperatura ambiente,
se adicionó 100 µL de ferrozina 0.5 mM. Se mezcló perfectamente y después de 10
min de incubación se determinó su absorbancia (BioPhotometer plus, Eppendorf®).
El porcentaje de actividad quelante fue determinada en comparación contra un
blanco de reacción utilizando la siguiente ecuación:
Actividad quelante (%) = Ac-Am/Ac 100 (2)
donde:
Ac= absorbancia del control
Am= absorbancia de la muestra
Como control positivo se utilizó EDTA con el que se generó una curva de calibración
(Figura 2).
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Capacidad estabilizadora del radical libre (DPPH·)
Para ensayar la capacidad estabilizadora de radicales libres de los hidrolizados se
utilizó el radical libre 1,1-difenil-2-picrilhidrazil (DPPH· de color purpura, Sigma-
Aldrich) que es reducido a difenil-picrilhidrazina (DPPH color amarillo) en presencia
de un antioxidante y cuya actividad es medida como un decremento de la
absorbancia a 517 nm. Se utilizó la metodología reportada por Li et al. (2008) con
algunas modificaciones.
Se hizo una mezcla con 500 µL de los hidrolizados proteínicos, 500 µL de etanol al
99.5% (v/v) y finalmente 125 µL de DPPH· (0.02% w/v disuelto en etanol absoluto).
La mezcla se agitó y se incubó en la oscuridad a temperatura ambiente durante 30
min. Transcurrido este tiempo se leyó la absorbancia a 517 nm. El porcentaje de
actividad de inhibición del radical libre DPPH· fue determinado en comparación
contra un blanco de reacción utilizando la siguiente ecuación:
Estabilización de DPPH. (%) = Ac - Am/Ac 100 (3)
donde:
Ac = absorbancia del control
Am = absorbancia de la muestra
Como control positivo se utilizó α-tocoferol (Figura 3).
Capacidad de reducir iones férricos
La metodología empleada para determinar la capacidad de reducir iones férricos
de los diferentes hidrolizados proteínicos fue de acuerdo a Lee et al. (2008) con
algunas modificaciones. Se mezclaron 250 µL del hidrolizados proteínicos, 250 µL
de buffer de fosfato de sodio 200 mM (pH 6.6) y 250 µL de ferrocianuro de potasio
(10 mg/mL). La mezcla fue incubada a 50 ºC por 20 min. Posteriormente se adicionó
250 µL de ácido tricloroacético (100 mg/mL) y se centrifugó a 1600 rpm durante 10
min.
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Figura 2. Curva estándar de quelación de iones ferroso por EDTA. El rango de concentración ensayada fue de 0.5, 1, 1.5, 2 y 2.5 mg/mL.
Figura 3. Curva estándar de actividad estabilizadora de radical libre DPPH. por -tocoferol. El rango de concentración ensayada fue de 0.01, 1.5, 5, 10, 15 y 20 mg/mL.
El sobrenadante (aprox. 500 µL) fue mezclado con 500 µL de agua desionizada y
100 µL de cloruro férrico (1 mg/mL). Inmediatamente la absorbancia fue
determinada a 700 nm, comparando contra un blanco de reacción.
0
20
40
60
80
100
0.5 1 1.5 2 2.5
Act
ivid
ad q
ue
lan
te d
e io
ne
sfe
rro
so (
%)
EDTA (mg/mL)
0
20
40
60
80
100
0.01 0.025 0.05 0.1 0.15
Act
ivid
ad e
stab
iliza
do
ra d
el r
adic
al li
bre
D
PP
H (
%).
α-Tocoferol (mg/mL)
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El porcentaje de actividad capacidad reductora de iones férrico fue determinado en
comparación contra el blanco de reacción utilizando la siguiente ecuación:
Actividad para reducir iones férrico (%) = (Am - Ab) 100 (4)
donde:
Am= absorbancia de la muestra
Ab= absorbancia del blanco
Como control positivo se utilizó α-tocoferol (Figura 4).
Figura 4. Curva estándar de capacidad de reducir iones férrico por -tocoferol. El rango de concentración ensayada fue de 0.01, 0.05, 0.10 y 0.25 mg/mL.
RESULTADOS
Predicción in silico
El ajonjolí (Sesamun indicum) fue el único miembro de la familia Lamiaceae cuyas
secuencias de proteínas de almacén se encontraron reportadas (Tai et al., 2001
globulina 11S, Acceso: AAK15087.1 y globulina 7S, Acceso: AAK15089.1, Tai et al.,
1999 albúmina 2S, Acceso: AAK15088.1) (Figura 6). En estas secuencias se realizó
la hidrólisis in silico con diferentes enzimas proteolíticas utilizando el programa
y = 30.477x - 28.733R² = 0.981
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0.01 0.05 0.1 0.25
Act
ivid
ad r
ed
uct
ora
de
ión
fé
rric
o (
%)
α-Tocoferol (mg/mL)
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BIOPEP (http://www.uwm.edu.pl/biochemia) (Minkiewicz et al., 2008) para la
generación de péptidos potencialmente bioactivos (Tabla 4, 5 y 6).
Figura 6. Secuencias de proteínas de reserva en semillas de ajonjolí. Las secuencias se obtuvieron de la base de datos del National Center for Biotechnology Information (www.ncbi.nim.nch.gov).
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Tabla 4. Péptidos bioactivos generados in silico a partir de proteínas de reserva reportadas en ajonjolí con enzimas digestivas.
Enzima
Proteína
Secuencia peptídicaa
Localizaciónb
Actividad biológica predicha
Pepsina EC.3.4.23.1.
Albúmina 2S N.D.c N.D.c N.D.c
Globulina 11S
RL (Betalactoquininad)
335-336 Inhibidor ACE
SF 8-9 Inhibidor ACE (reportado
en ajo)
RHF
197-199 Antioxidante (péptido
sintético)
Globulina 7S
PL 532-533 Inhibidor ACE
EL
320-321 Antioxidante (estabilizador
del radical peróxido)
Tripsina
EC. 3.4.21.1.
Albúmina 2S AR 147-148 Inhibidor ACE
Globulina 11S
GR 114-115 Inhibidor ACE
GR 259-260 Inhibidor ACE
VR 150-151 Inhibidor ACE
Globulina 7S
GPR 574-576 Inhibidor de la coagulación de
fibrinógeno y trombina
GR 120-121 Inhibidor ACE
GR 192-193 Inhibidor ACE
EK 118-119 Inhibidor ACE
EAK 546-548 Antioxidante
Quimotripsina EC. 3.4.21.1.
Albúmina 2S N.D.c N.D.c N.D.c
Globulina 11S
RL (Betalactoquininad)
335-336 Inhibidor ACE
SF 8-9 Inhibidor ACE (reportado
en ajo)
KY 455-456 Inhibidor ACE
(reportado en wakame)
EY 487-488 Inhibidor ACE (reportado
en harina de tiburón)
RHF 197-199 Antioxidante (péptido
sintético)
Globulina 7S
AF 551-552 Inhibidor ACE
VF 197-198 Inhibidor ACE
PL 532-533 Inhibidor ACE(reportado
en piel de pescado)
EL 320-321 Antioxidante
(estabilización del radical superóxido)
a Secuencias obtenidas después de la hidrólisis in silico. b Número de residuos donde se genera el corte. c No se generó ningún péptido con actividad biológica reportada. d Péptido sintético con actividad anti-ACE.
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Tabla 5. Péptidos bioactivos generados in silico de proteínas de reserva de ajonjolí con la enzima vegetal papaína.
Enzima Proteína Secuencia peptídicaa Localizaciónb
Actividad biológica predicha
Papaína EC 3.4.22.2.
Albúmina 2S
IR (Betalactoquinina c)
107-108 Inhibidor ACE
LA 5-6 Proteólisis
mediada por ubiquitina
LA 7-8 Proteólisis
mediada por ubiquitina
LA 18-19 Proteólisis
mediada por ubiquitina
VR 111-112 Inhibidor ACE
Globulina 11S
IR (Betalactoquinina c)
432-433 Inhibidor ACE
FG 241-242 Inhibidor ACE
DA 239-240 Inhibidor ACE
QG 155-156 Inhibidor ACE
SG 286-287 Inhibidor ACE
SG 367-368 Inhibidor ACE
TG 376-377 Inhibidor ACE
NG 289-290 Inhibidor ACE
NG 346-347 Inhibidor ACE
VR 88-89 Inhibidor ACE
QK 148-149 Inhibidor ACE
IR (Betalactoquininac)
432-433 Inhibidor ACE
Globulina 7S
IR (Betalactoquininac)
59-60 Inhibidor ACE
MY 176-177 Inhibidor ACE
PR 575-576 Inhibidor ACE
PSY 483-485 Inhibidor ACE
a Secuencias obtenidas después de la hidrólisis in silico. b Número de residuos donde se genera el corte. c Péptido sintético con actividad anti-ACE.
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Tabla 6. Péptidos bioactivos generados in silico de proteínas de reserva de ajonjolí con la enzima vegetal bromelina.
Enzima Proteína Secuencia
peptídicaa
Localizaciónb Actividad biológica
predicha
Bromelina EC 3.4.22.4.
Albúmina 2S LA 7-8 Inhibidor ACE
Globulina 11S
IRA 432-434 Inhibidor ACE
RA 309-310 Inhibidor ACE
FG 213-214 Inhibidor ACE
Globulina 7S
IA 451-452 Inhibidor ACE
(aislado de hidrolizado de soya)
FG 552-553 Inhibidor ACE
DA 584-585 Inhibidor ACE
EG 178-179 Inhibidor ACE
PHY
442-444
Péptido sintético antioxidante
a Secuencias obtenidas después de la hidrólisis in silico. b Número de residuos donde se genera el corte.
Fracciones proteicas
Las fracciones predominantes (%) obtenidas en semilla de chan (Hyptis suaveolens
var. negra) fueron: glutelinas (57.23 ± 12.07), seguido de las globulinas (23.75 ±
4.49), posteriormente albúminas (16.49 ± 0.06) y escasamente representadas, las
prolaminas (2.53 ± 0.23) (Figura 5).
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Figura 5. Fracciones de Osborne en semillas de chan.
Caracterización electroforética
Se realizó la caracterización electroforética solo de las tres fracciones más
abundantes en chan (albúminas, globulinas y glutelinas).
Electroforesis desnaturalizante (SDS-PAGE, sistema Laemmli)
El perfil electroforético SDS-PAGE de semillas de chan se muestra en la figura 6.
A) Albúminas. La fracción de albúminas muestra dos subunidades importantes,
una estimada en 50 kDa y otra de 35 kDa; al agregar el agente reductor, la
subunidad de 35 kDa se mantiene casi constante mientras que la de 50 kDa genera
otras dos bandas de menor peso molecular (< 25 kDa). En pseudocereales como
amaranto, Barba de la Rosa et al. (2009) reporta a la fracción albúmina como la
principal fracción de proteínas, con bandas características de 34 kDa y 18 kDa,
también reportan bandas de 40 a 80 kDa. En el caso de ajonjolí, Hsiao et al. (2006)
reportan tres albúminas de aproximadamente 11 kDa, una ligeramente mayor y
otras dos que corresponden a isoformas ricas en metionina y también responsables
de reacciones alérgicas en algunos individuos (Kelly y Hefle, 2000; Hsiao et al.,
2006).
B) Globulinas. Las globulinas 11S en su forma madura, están compuestas por seis
unidades proteínicas que interactúan no covalentemente. Cada unidad a su vez, se
0
10
20
30
40
50
60
70
80
albuminas globulinas glutelinas prolaminas
Po
rce
nta
je d
e f
racc
ion
es
pro
teíc
as
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compone de una subunidad ácida (30-40 kDa) y otra subunidad básica (20-25 kDa)
unidas por un puente disulfuro (Shewry et al., 1995) que es reducido en presencia
de un agente reductor como el -ME generando las dos subunidades componentes
(Tai et al., 1999). En la fracción de globulinas de chan sin -ME se observó un
cúmulo de bandas en un rango de 50-53 kDa que, al adicionarse el agente reductor
producen el patrón característico de las globulinas 11S, presencia de bandas de 35-
37 kDa (subunidades ácidas) y 15-21 kDa (subunidades básicas). El patrón
característico que Barba de la Rosa et al. (2009) reporta para la globulina 11S de
amaranto (amarantina) corresponde a la de polipéptidos ácidos (35-38 kDa) y
polipéptidos básicos (22-25 kDa).
Figura 6. Perfil electroforético SDS-PAGE (sistema Laemmli) de fracciones de chan. M, marcador de peso molecular; A, Gb y Gt, albúminas, globulinas y glutelinas, respectivamente, en ausencia (-
-ME) o presencia (+ -ME) de agente reductor. Los PM de las proteínas fueron estimadas en base a la ecuación de ajuste de la recta (y= -0.0217x + 2.2793, R2= 0.930) de la movilidad electroforética de los estándares (Rf; dada en mm) en función del log de sus pesos moleculares.
En la Figura 6 también se observan bandas cercanas a los 50 kDa. En amaranto
una banda de alto peso molecular (55 kDa) se reportó como un precursor de
globulina 7S (Barba de la Rosa et al., 1992).
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C) Glutelinas. En la fracción de glutelinas se observaron subunidades de peso
molecular entre 36 y 30 kDa en ausencia de -ME, las cuales no mostraron cambios
drásticos cuando el agente reductor fue adicionado, afectando mínimamente su
movilidad electroforética (38 y 40 kDa) lo que sugiere la presencia de puentes
disulfuro intercadena. Goristein et al. (1998) hacen una comparación del perfil
electroforético de proteínas de bajo peso molecular de maíz, arroz y amaranto, y
discuten que en las glutelinas hay bandas de 14 y 20 kDa que se comparten en
estas especies. Para el caso del chan también se pueden observar bandas de bajo
peso molecular que no sufren cambios significativos en su movilidad al agregar el
agente reductor con pesos moleculares aproximados de 18 y 21 kDa.
Electroforesis desnaturalizante (SDS-PAGE, sistema Schägger).
El patrón característico general de las fracciones proteicas de chan no cambió con
referencia al sistema de Laemmli (Figura 6); sin embargo el sistema de Schägger
proporciona información adicional, especialmente en la región de proteínas de bajo
peso molecular (Figura 7). En las albúminas las bandas de bajo peso molecular se
resuelven más claramente, mostrándose tres bandas estimadas de 6.1, 9.6 y 14.2
kDa marcadas respectivamente como A1, A2 y A3 (Figura 7A).
Aguirre et al. (2004) reportan la presencia de un inhibidor de tripsina purificado de
la fracción de albúminas de chan estimado en 8.7 kDa y con capacidad de inhibir
las enzimas digestivas del gusano barrenador Prostephanus truncatus. Se
evidencian otros dos grupos de bandas estimadas como de 26.62 y 27.85 kDa
marcadas con B1 y B2 respectivamente y otra banda aproximada de 35.9 kDa
marcada con B3 en el gel (Figura 7A). Goristein et al. (1998) reportan para amaranto
y soya una albúmina predominante de 34.2 y 36.4 kDa, respectivamente.
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En el análisis del perfil electroforético de albúminas de ajonjolí, Orruño et al. (2007)
reportan albúminas 2S de 13 kDa, que se reducen en presencia de ditiotreitol (DTT).
Este comportamiento es similar al observado para el chan.
Figura 7. Perfil electroforético SDS-PAGE (sistema Schägger) de fracciones de chan. M, marcador de peso molecular; A, Gb y Gt, albúminas, globulinas y glutelinas, respectivamente en A) ausencia
o B) presencia de -ME. Los PM de las proteínas fueron calculados en base a la ecuación de ajuste de la recta (y= -0.028x + 2.049, R2=0.98) de la movilidad electroforética de los estándares (Rf; dada en mm) en función del log de sus pesos moleculares.
Las albúminas son proteínas ricas en metionina (16-18%; Barba de la Rosa et al.,
2009), generalmente de bajo peso molecular (en amaranto 18 kDa), pero esto puede
ser variable según el grupo de semillas. Es importante mencionar que en la fracción
de globulinas reducidas (Figura 7B) están presentes subunidades de bajo peso
molecular, además de las subunidades ácidas y básicas típicas de la globulina 11S.
El patrón electroforético de la fracción de globulinas reducidas es semejante al de
glutelinas en su forma no reducida. Aunque las glutelinas se definen clásicamente
por su solubilidad en soluciones ácidas o básicas diluidas, algunos autores las han
considerado en la familia de las globulinas 11S y 12S por su forma de
A
1
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procesamiento y almacenamiento evidenciadas incluso en algunos cereales como
el arroz (Yamagata y Tanaka, 1986; Tan-Wilson y Wilson, 2012).
Hidrólisis con enzimas digestivas
En la hidrólisis con enzimas digestivas se observó que las albúminas presentaron
el mayor grado de hidrólisis con la pepsina después de 30 min de reacción (DH,
72.15% ± 0.258), manteniéndose constante este valor por el resto del tiempo de
reacción (Figura 8A). El perfil electroforético no mostró un cambio notorio conforme
al tiempo de hidrólisis (Figura 8A). La tripsina hidrolizó a las albúminas en un 36.76%
± 0.548 después de 90 min de acción; mientras que el DH con quimotripsina fue
bajo, alcanzando un 3.77% ± 0.316 a los 90 min. Esto puede indicar una resistencia
de las albúminas a la hidrólisis en presencia de quimotripsina.
Figura 8. Hidrólisis de fracciones proteínicas de chan con enzimas digestivas. A) albúminas; B) globulinas y C) glutelinas, en presencia de quimotripsina (●), tripsina (■) y pepsina (▲). El progreso de la hidrólisis fue determinado como porcentaje de grado de hidrólisis a través de 180 min de reacción, de acuerdo a la ecuación (1).
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Figura 9. Perfil electroforético de hidrolizado de A) albúminas y B) globulinas con pepsina. El tiempo indica los minutos de la reacción de hidrólisis; M, marcador de peso molecular. Se utilizó un sistema electroforético de Schägger.
La resistencia relativa de las proteínas de ciertos alimentos a la hidrólisis por
enzimas digestivas es característica de muchos alérgenos alimentarios (Maleki et
al., 2003) que son de naturaleza proteínica, alterando la digestión de las proteínas;
otros tantos, pueden ser inhibidores de la acción de enzimas digestivas, siendo los
más conocidos los que reaccionan con serin- proteasas como tripsina y
quimotripsina (Elizalde et al., 2009).
Las globulinas también presentaron el mayor DH en presencia de pepsina después
de 30 min (65% ± 0.14, Figura 8); esto puede ser facilitado por la desnaturalización
de la globulina 11S a pH ácidos (pH 1.5; Orruño y Morgan, 2011) haciendo a las
proteínas más susceptibles a la hidrólisis. El perfil electroforético se muestra en la
Figura 9A y 9B. El DH con la tripsina y quimiotripsina fue bajo. Los diferentes DH
observados en las globulinas puede estar relacionado con la exposición de los sitios
de corte. Esto se ha observado in vitro en glicinina de soya y legumina de chícharo
(globulinas 11S; Orruño y Morgan, 2011).
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En las glutelinas, el mayor DH se presentó con tripsina (68.61% ± 0.519; Fig. 32C),
seguida de pepsina (49.52% ± 0.798) después de 90 min; mientras que con
quimotripsina, el mayor DH (37.81% ± 0.623) se observó a los 30 min.
Hidrólisis con enzimas vegetales
El progreso de la hidrólisis de fracciones de chan con enzimas vegetales (papaína
y bromelina) se muestra en la Figura 10. La fracción de albúminas presentó el mayor
DH con la papaína (59.26% ± 0.099) a los 120 min (Figura 10A). El perfil
electroforético se muestra en la Figura 11. Por otra parte, las globulinas presentaron
un DH de 40.26% ± 0.16 a los 30 min (Figura 11B) y las glutelinas mostraron un DH
de 50.23% ± 0.401 (Figura 11C) con la enzima bromelina después de 90 min. La
resistencia a la hidrólisis es menor con las enzimas vegetales, sin embargo el mayor
DH en todas las fracciones se presentó con la enzima digestiva pepsina.
Figura 10. Hidrólisis de fracciones proteínicas de chan con enzimas vegetales. A) albúminas; B) globulinas y C) glutelinas, en presencia de papaína (●) y bromelina (■). El progreso de la hidrólisis fue determinado como porcentaje de grado de hidrólisis a través de 180 min de reacción, de acuerdo a la ecuación (1).
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Figura 11. Perfil electroforético de hidrolizado de albúminas con papaína. El tiempo indica los minutos de la reacción de hidrólisis; M, marcador de peso molecular. Se utilizó un sistema electroforético de Schägger.
Actividad antioxidante
Las diferentes actividades antioxidantes (capacidad de quelación de Fe+2,
capacidad de reducción de Fe+3 y actividad estabilizadora del radical DPPH·)
determinadas en los hidrolizados proteínicos de cada fracción, fue dependiente del
sustrato (albúminas, globulinas y glutelinas) y de la proteasa ensayada (enzimas
digestivas o vegetales). La actividad antioxidante se determinó en el tiempo 0 de
hidrólisis y después de 180 min de reacción.
Por otra parte, para conocer si las proteasas usadas en este proyecto presentan
algún tipo de actividad antioxidante por sí mismas, se ensayó las diferentes
actividades antioxidantes para cada enzima hidrolítica a una concentración de 0.1
mg/mL (Tabla 7). Todas las proteasas, a excepción de la pepsina, mostraron una
significativa capacidad de quelación de Fe+2; mientras que la capacidad para reducir
Fe+3 no fue significativa y no se detectó actividad para estabilizar el radical libre
DPPH·. Las enzimas digestivas utilizadas pertenecen a la clasificación de serín-
proteasas ya que poseen un residuo de serina en su sitio catalítico. La quimotripsina
posee un segundo sitio catalítico de importancia en donde se encuentra un residuo
de histidina (H57), al cual se unen moléculas reactivas a su grupo imidazol. La
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tripsina reacciona de modo similar pero hidroliza el enlace peptídico de residuos
básicos (Voet et al., 2007b). La presencia del grupo imidazol en la histidina confiere
un tercer pKa al aminoácido, donde el nitrógeno unido con doble enlace al carbono
en el anillo se encuentra en forma desprotonada a un valor de pH de 6, lo que lo
hace capaz de permitir la transferencia de electrones para la estabilización de
histidina, por lo que puede comportarse tanto como un estabilizador de radicales y
un quelante de metales (Rajapakse et al., 2005). Probablemente las proteasas
utilizadas interfieran en la actividad antioxidante determinada, especialmente en la
prueba de quelación de Fe+2.
Tabla 7. Actividad antioxidante (%) de proteasas usadas.
Enzima o control (0.1 mg/mL)
Actividad antioxidante (%)
Capacidad de quelación de Fe+2
Capacidad de reducción de Fe+3
Capacidad estabilizadora del
radical DPPH·
Pepsina 8.84 ± 1.42 3.17 ± 0.55 N.D.*
Tripsina 98.55 ± 0.77 6.27 ± 0.80 N.D.*
Quimotripsina 81.28 ± 2.48 6.27 ± 0.86 N.D.*
Papaína 86.89 ± 0.77 1.13 ± 0.06 N.D.*
Bromelina 70.21 ± 0.70 0.63 ± 0.06 N.D.*
EDTA 66.01 ± 0.14 - -
-Tocoferol - 56.13 0.6 74.24 0.002
*N.D. No detectado
Como se muestra en la Tabla 8, no existe correlación alguna entre el DH y actividad
antioxidante; por lo que fue necesario probar varios sistemas enzima:sustrato, dado
que la composición de los péptidos generados tras la hidrólisis son los que influyen
mayormente en el tipo y porcentaje de actividad antioxidante (Chabanon et al., 2007;
Arcán y Yemenicioğlu, 2010).
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Tabla 8. Grado de hidrólisis y actividad antioxidante de hidrolizados de chan. Los resultados es el promedio de tres determinaciones después de 180 min de hidrólisis.
Sustrato Enzima DH (%)
Actividad antioxidante (%)
Quelación de Fe+2
Reducción de Fe+3
Estabilización del DPPH·
Albúminas
Pepsina Tripsina
Quimotripsina Papaína
Bromelina
66.9±0.106 17.28±0.725 2.34±0.519
59.26±0.123 9.91±1.188
64.42±0.29 25.42±2.79
N.D.* 38.39±2.14
N.D.*
10.4±0.7 38.9±0.12 30.6±0.15 33.9±0.06 45.2±0.06
21.29±1.97 24.98±0.24
N.D.* N.D.* N.D.*
Globulinas
Pepsina Tripsina
Quimotripsina Papaína
Bromelina
65.39±0.17 16.27±0.69 6.76±0.54 11.63±0.32 11.39±0.47
64.42±0.29 N.D.* N.D.* N.D.* N.D.*
10.7±0.15 18.0±0.95 20.5±1.11 19.3±0.06 27.2±0.27
16.43±0.39 5.6±0.50
14.27±0.47 N.D.* N.D.*
Glutelinas
Pepsina Tripsina
Quimotripsina Papaína
Bromelina
N.D.* 24.8±0.10 25.4±0.11 45.07±1.98
33.12±0.662
64.42±0.29 57.6±0.97 78.04±1.09 85.13±0.47 26.68±0.98
6.1±0.10 33.9±0.01 38.9±0.06 34.1±0.62 27.6±0.06
N.D.* 6.3±0.98
29.75±0.61 N.D.*
48.2±0.66
*N.D. No detectado.
Capacidad de quelación de Fe+2
La capacidad quelante de un compuesto se debe a la formación de complejos con
metales divalentes (p. ej. Fe+2) formando enlaces de coordinación (implicando una
transferencia de electrones). Esta interacción evita así, la disposición de
compuestos prooxidantes y formación posterior de compuestos oxidantes, por lo
que los compuestos con esta capacidad pueden considerarse como antioxidantes.
La actividad antioxidante de la fracción de albúminas a los 0 min con pepsina (65%
± 0.29), tripsina (42.49% ± 2.79) y quimotripsina (8.81% ±0.4) fue mayor a lo
observado después de 180 min de hidrólisis (pepsina 64.42% ± 0.99, tripsina
25.42% ± 4.76; Figura 12A). Esto puede deberse a que la actividad de las enzimas
proteolíticas sobre el sustrato es suficientemente rápido que completa su acción
incluso antes de que se desactive la reacción y, después de 180 min ya no hay
generación adicional de péptidos con esta actividad. Después de la hidrólisis con la
tripsina la actividad quelante fue disminuida significativamente, en tanto que con la
quimotripsina, la actividad fue abolida completamente (Figura 12A). De acuerdo a
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la Tabla 8 se muestra que la quimotripsina no fue eficiente en la hidrólisis de
albúminas, por lo que probablemente la ruptura de enlaces amídicos no generó una
cantidad significativa de péptidos, pero su acción fue suficiente para romper algunas
interacciones de la estructura terciaria de las proteínas que les llevó a perder por
completo la actividad mostrada al tiempo 0. Solamente los hidrolizados de
albúminas con papaína mostraron un ligero aumento de su actividad de quelación,
aunque éste no fue significativamente diferente (Figura 12A).
Los hidrolizados de la fracción de globulinas mostraron capacidad de quelación de
Fe+2 cuando las proteínas fueron hidrolizadas con pepsina (64.23% ± 1.26) a los 0
min y aumentó a 79.23% ± 1.79 después de 180 min de reacción (Figura 12B).
Las glutelinas hidrolizadas con quimotripsina presentaron 77.19% ± 1.09 de
capacidad de quelación antes de ser hidrolizadas y esta actividad aumentó a
78.04% ± 0.14 después de 180 min, no siendo significativo dicho incremento (Figura
12C
La hidrólisis de glutelinas con papaína aumentó significativamente su capacidad de
quelación, de 73.48% ± 0.47 a 85.13% ± 0.33 (Figura 12C). Las glutelinas sin
hidrolizar (0 min) presentaron actividad de quelación de Fe+2 de 65% ±0.29 con
pepsina, 76.18% ±0.97 con tripsina y 31.59% ± 0.98 con bromelina, disminuyendo
esta actividad después de 180 min de hidrólisis (64.42% con pepsina 64.42% ±0.99,
57.6% ± 3.3 con tripsina y 26.68% ± 2.86 con bromelina). Es probable que estas
proteasas hayan modificado la conformación necesaria de las proteínas para fijar
los iones ferrosos.
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Figura 12. Capacidad de quelación de iones ferroso de hidrolizados proteínicos de distintas fracciones de chan. A) Albúminas; B) globulinas y C) glutelinas. Se compara la actividad antioxidante
(%) al tiempo 0 min y después de 180 min de hidrólisis . Como control positivo se usó EDTA a 0.1 mg/mL. Los sistemas enzima: sustratos no mostrados en la figura no presentaron actividad de quelación de Fe+2. Diferentes letras en cada sistema de hidrólisis indican diferencias significativas a P ˂ 0.05.
Los aminoácidos básicos (Lys y Arg) y ácidos (Asp y Glu) presentan capacidad de
quelar iones metálicos (Saiga et al., 2003; Arcán y Yemenicioğlu, 2007). Sin
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embargo, la presencia de aminoácidos antioxidantes en la secuencia no es el único
factor que determina las propiedades antioxidantes de las proteínas, sino que el
posicionamiento correcto de los aminoácidos en la secuencia también es
fundamental y determinante para dicha actividad; p. ej. Los péptidos con histidina
en el extremo N-terminal están relacionados con la donación de protones y su
facilidad de quelar iones metálicos (Arcan y Yemenicioğlu 2007).
Capacidad de inhibición del radical libre DPPH·
El ensayo de estabilización de radical DPPH· se basa en la capacidad de un
compuesto (antioxidante) para donar un protón al radical libre DPPH· y lograr su
estabilización a su forma molecular.
La fracción de albúminas solo presentó capacidad de inhibición del radical DPPH·
cuando ésta fue hidrolizada con pepsina (21.29% ±1.97), comparado con la
actividad en el tiempo 0 (20.03% ±0.27), fue significativo (Figura 13A). Esta actividad
antioxidante disminuyó en la hidrólisis con tripsina (de 29.70% ± 0.12 a 24.98% ±
0.24).
Los hidrolizados de la fracción de globulinas presentaron actividad de inhibición del
radical libre de 16.43% ± 0.39, 5.6% ± 0.50 y 14.27% ± 0.47 cuando se utilizó
pepsina, tripsina y quimotripsina, respectivamente (Figura 13B). La fracción de
glutelinas solamente mostró actividad antioxidante cuando ésta fue hidrolizada con
bromelina (48.20% ± 0.20; Figura 13C). Aunque con las fracciones de tripsina y
quimotripsina (21.85 ±0.01 y 40.00 ± 0.02) presentan actividad estabilizadora, ésta
disminuye significativamente después de la hidrólisis (6.30% ± 1.11 y 29.75% ±
0.77, respectivamente), lo que sugiere que los grupos expuestos con capacidad
estabilizadora en el ensayo sin hidrolizar han perdido la conformación adecuada
para esta actividad. Se puede mencionar que los mejores sistemas fueron las
globulinas hidrolizadas con pepsina, tripsina y quimotripsina y glutelinas
hidrolizadas con bromelina.
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Figura 13. Actividad estabilizadora del radical DPPH. de hidrolizados proteínicos de distintas fracciones de chan. A) Albúminas; B) globulinas y C) glutelinas. Se compara la actividad
180 min de hidrólisis . Como control antioxidante (%) al tiempo 0 min y después de
positivo se usó -tocoferol (0.1 mg/mL). Los sistemas enzima: sustratos no mostrados en la figura no estabilizaron el radical libre2. Diferentes letras en cada sistema de hidrólisis indican diferencias
significativas a P ˂ 0.05.
Las actividades antioxidantes a través del mecanismo de estabilizar el radical
DPPH· es debida principalmente a los aminoácidos aromáticos (Phe, Tyr y Trp) y el
aminoácido azufrado cisteína, que tienen capacidad para donar protones a los
radicales libres y estabilizar el electrón desapareado por deslocalización de la carga
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a lo largo de su estructura (Arcán y Yemenicioğlu 2007). Wang y González de Mejía
(2005), por otra parte, reportan la secuencia Pro-His-His aislada de proteína de soya
con capacidad reductora de iones y estabilizadora de radicales libres.
Capacidad reductora de ion férrico
Este ensayo evalúa la capacidad de óxido-reducción (transferencia de electrones)
para reducir el ión férrico (Fe+3, pro-oxidante) a ión ferroso (Fe+2), evitando así la
formación de compuestos oxidantes altamente reactivos y perjudiciales en el
organismo. La capacidad reductora de Fe+3 en las fracciones proteínicas de chan
sin hidrolizar fueron albúminas 11.83% ± 0.058, globulinas 11.87% ± 1.94 y
glutelinas 11.90% ±0.173. Esta actividad incrementó después de la hidrólisis,
excepto en el sistema papaína: albúminas, que permaneció sin cambios
significativos y tripsina:albúminas en donde la actividad antioxidante disminuyó
significativamente (Figura 14A).
En todos los hidrolizados obtenidos con las fracciones de globulinas y glutelinas
(Figura 14B y 14C, respectivamente) se evidenció un aumento significativo de la
capacidad reductora de Fe+3. Los aminoácidos que se han reportado con capacidad
de actuar en reacciones de óxido-reducción incluyen histidina, leucina y prolina.
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Figura 14. Capacidad de reducción de iones férrico de hidrolizados proteínicos de distintas fracciones de chan. A) albúminas; B) globulinas y C) glutelinas. Se compara la actividad antioxidante
(%) al tiempo 0 min y después de 180 min de hidrólisis . Como control positivo se usó -tocoferol (0.1 mg/mL). Los sistemas enzima:sustrato no mostrados en la figura no presentaron actividad de reducción de Fe+3. Diferentes letras en cada sistema de hidrólisis indican diferencias significativas a P ˂ 0.05.
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CONCLUSION
El análisis in silico, es una herramienta valiosa para la predicción de péptidos con
actividad biológica importante, encriptados en proteínas alimentarias a partir de la
comparación con secuencias de péptidos cuya funcionalidad ya ha sido
comprobadas in vitro o in vivo (Silva-Sánchez et al., 2008; Minkiewicz et al., 2008;
2009; Iwaniak y Dziuba, 2009).
El mayor DH de las fracciones proteínicas de chan con las enzimas digestivas se
obtuvo con las albúminas (72.15%) y globulinas (69.97%) con pepsina y para
glutelinas (68.61%) con quimotripsina. En cuanto al DH con enzimas vegetales, la
papaína tuvo mayor acción sobre las albúminas (59.26%) y la bromelina sobre
globulinas (40.26%) y glutelinas (50.23%). Sin embargo, un mayor DH no estuvo
relacionado a una mayor actividad biológica.
La actividad antioxidante determinada in vitro fue variable para cada sistema
enzima: sustrato, lo que demuestra que ésta depende de la naturaleza de los
péptidos generados y sus proteínas precursoras. En actividad de quelación de Fe+2,
los mejores sistemas enzima: sustrato fueron: glutelinas (85.13%), globulinas
(79.23%) y albúminas (64.42%) hidrolizadas con pepsina. Para capacidad reductora
de Fe+3, las mejores actividades fueron las albúminas (45.20%) y globulinas
(27.20%) hidrolizadas con bromelina y las glutelinas (38.90%) hidrolizadas con
quimotripsina. En la capacidad de estabilización de DPPH∙, los sistemas glutelinas:
quimotripsina (29.75%), álbuminas: tripsina (24.98%) y globulinas:pepsina (16.43%)
mostraron las más altas actividades.
Una hidrólisis secuencial con enzimas digestivas permitirá una mejor idea del
posible mecanismo que se lleva a cabo al ser digerida las proteínas de chan y su
potencial bioactivo tras su consumo.
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La optimización de la extracción y purificación parcial o total de la globulina 11S de
chan, permitirá una mejora en la generación de péptidos con enzimas digestivas
que ayudará a la identificación de secuencias de péptidos con potencial actividad
antioxidante, así como la dosis respuesta para ser probada en sistemas vivos y
poder generar productos nutraceúticos con efectos benéficos a la población en
general.
LITERATURA CITADA
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Actividad hipoglucemiante e hipolipídica de fructanos de agave Tequilana weber
Iván Moisés Sánchez Hernández*, Eduardo Padilla Camberos, Omar Ricardo Torres González, Mario Augusto Bolaños Carrillo
Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco, CP. 44270,
Jalisco. Correo: [email protected].
RESUMEN La diabetes es una enfermedad caracterizada por hiperglucemias, uno de los factores asociados con su desarrollo es la hiperlipidemia. Se han observado resultados favorables en el uso de diversas plantas, incluyendo los fructanos e Agave en el control de glucosa y lípidos. El objetivo de este trabajo fue evaluar la actividad biológica de Agave tequilana Weber mediante estudios in vitro e in vivo. Las pruebas de actividad hipoglucemiante fueron el ensayo de retardo en liberación de glucosa y l actividad hipoglucemiante postprandial, mientras que la actividad hipolipídica se realizó mediante la inhibición de lipasa pancreática. Los fructanos de Agave presentaron efectos hipoglucemiantes e hipolipídicos, por lo que se podrían utilizarse como ingredientes funcionales de alimentos para personas con niveles altos de glucosa y lípidos. PALABRAS CLAVE: Fructanos, agave, actividad biológica
INTRODUCCIÓN
La diabetes mellitus (DM) es una enfermedad de etiología múltiple caracterizada por
hiperglucemia resultante de defectos en la secreción y acción de la insulina (padilla
y col., 2014).
Las formas más frecuentes de diabetes son tipo 1, tipo 2 y gestacional,
representando la mayoría de los casos la tipo 2 (Achi, et al., 2017).
Actualmente México ocupa el noveno lugar en prevalencia de diabetes a nivel
mundial (OMS, 2016). La hiperglicemia es una de las principales características y
causa de problemas de salud para el diabético (Padilla y col., 2014; Breuer y col.,
2013).
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El tratamiento de la diabetes sin efectos secundarios es un reto para los sistemas
de salud, debido a que las terapias utilizadas incluyen insulina y agentes
antidiabéticos orales (Ejike, et al., 2013). Tales como las sulfonilureas, biguanidas y
acarbosa, entre otros, tienen el potencial de causar efectos adversos específicos
además de disminuir la glucemia (Shairam y col., 2013; Escorcia, 2009).
La hiperlipidemia se encuentra asociada al desarrollo de diabetes y junto con la
obesidad constituyen el denominado síndrome metabólico que afecta a millones de
persona en el mundo (Contreras y col., 2011). La obesidad ha crecido de manera
alarmante en los últimos años. En el 2008, más de 1400 millones de adultos tenían
sobrepeso y más de 500 tenían obesidad (OMS, 2016).
Entre las alteraciones metabólicas más frecuentes asociadas a la obesidad se
encuentran las dislipidemias, resistencia a la insulina, hipertrigliceridemia, e
hipertensión (Ejike y col., 2013; Contreras y col., 2011).
Cuando los lípidos de la dieta no son utilizados son almacenados en forma de grasa
contribuyen al aumento de la obesidad, sin embargo, los triglicéridos de la dieta no
se absorben hasta ser hidrolizados y convertidos en ácidos grasos. Para ello es
necesario un grupo de enzimas (lipasa gástrica, lipasa pancreática y colipasa), que
en diferentes partes del proceso digestivo ayudan en la absorción de los mismos
por los enterocitos (Sharma y col.,2005; Mohamed, 2014).
Actualmente el fármaco anti obesidad más común a la venta es el orlistat, el cual ha
reportado un potente efecto inhibidor de lipasa pancreática, gástrica y un ayudante
en la pérdida de peso (OMS, 2017). El orlistat, como buena parte de los
medicamentos cuyo mecanismo de acción se encuentra relacionado con la
inhibición de enzimas, tiene efectos adversos como esteatorrea, incontinencia fecal
y deficiencia de vitaminas (Padwal y col., 2007).
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Debido a los efectos secundarios propios de los medicamentos de prescripción se
ha sugerido el uso de tratamientos con base en extractos de diversas plantas
(Sharma y col., 2005; Patel y col., 2012).
Más de 200 componentes puros de diversas plantas son reportados como
reductores de la glucosa en sangre con diversos mecanismos propuestos (Shairam
y col., 2013). De estos, algunos componentes como los fructanos; han mostrado
esta actividad. Los fructanos son polímeros de fructosa que integran los primordiales
carbohidratos de reserva en las plantas entre ellas, la familia de las agaváceas a la
que pertenece el género Agave; se caracterizan por contener un residuo de glucosa
en el extremo reductor de la molécula (Montañez y col., 2011; Peshev y col., 2014).
Es de resaltar el contenido de fructanos en algunas plantas como la raíz de chicoria
(Cichorium intybus) con 35-47% de peso fresco, alcachofa (Helianthus tuberosus)
con 16-20%, ajo (Allium sativum) con 9-16% y el Agave (Agave tequilana) con 2-
12% (Márquez y col., 2013).
Por otro lado, los fructanos presentan funciones importantes en la fisiología de las
plantas, principalmente en la resistencia a condiciones adversas de frio y calor
(Márquez et al, 2013). En el área de la salud se les han comprobado funciones
importantes como prebióticos y como fibra. Sus beneficios en salud se deben a los
enlaces beta (2-1) y (2-6) encontrados en los mismos, los cuales no son
fermentables por ninguna enzima del cuerpo humano (Vargas, 2009) .
En un ensayo con animales obesos se observó que al suplementar la dieta con
fructanos de agave los ratones disminuyeron la ingesta de alimentos además de
perder peso y disminuir los niveles de glucosa, colesterol y aumentar los niveles de
GLP-1 responsable de disminuir el apetito (Urías y col., 2008). En otro estudio del
2012 se encontró que los fructanos de agave pueden modificar parámetros
alterados en ratas obesas y diabéticas (Rendón y col., 2012).
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Se sabe también que la pérdida de peso de entre el 5-10% del peso corporal se
asocia con una disminución en el riesgo cardiovascular y la reducción de incidencia
de diabetes tipo 2 (Padwal y col., 2007). Por lo anterior el presente estudio se evaluó
la actividad hipoglucemiante e hipolipídica de los fructanos de Agave tequilana
weber, en modelos in vitro e in vivo.
MATERIALES Y MÉTODOS
Material vegetal
Los fructanos de Agave, fueron colectados en el estado de Jalisco, los carbohidratos
solubles fueron secados y caracterizados su constitución de carbohidratos es 100%
de fructanos con un grado de polimerización mayor a 10 17.
Actividad hipoglucemiante in vitro
Material químico
La α-celulosa y glucosa fue de marca Sigma-Aldrich, mientras que el kit para
determinar glucosa fue marca RANDOX.
Retardo de la diálisis de glucosa
En esta prueba se simula la absorción de glucosa a nivel intestinal. El experimento
se realizó de acuerdo a lo propuesto por Abirami y col., 2014; Bhutkar y col., 2013
con ligeras modificaciones. El ensayo se realizó por triplicado y se preparó glucosa
100 mmols/l para todas las muestras.
Para el ensayo se utilizaron 12.5 cm de membrana de celulosa con corte molecular
de 12,000 p.m. permeable a la glucosa. Se mezclaron en la membrana de diálisis
25 ml de glucosa a 100 mmol y 0,5 gramos de celulosa, para el control positivo, así
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como de fructanos para el tratamiento experimental. El control negativo consistió en
25 ml de glucosa a 100 mmol. Una vez preparadas las muestras fueron dializadas
en 80 ml de agua destilada, y fueron incubadas a 37 °C en frascos. De estos se
tomó 1 ml de cada frasco para determinar glucosa en los siguientes tiempos 30, 60
y 120 minutos.
Para poder entrar en la linealidad del método, se realizaron 3 diluciones seriadas
50, 25, 12,5 mmols de cada uno de los triplicados. Para la medición se utilizó un kit
de medición de glucosa donde se mezclaron 2 ml del reactivo con 20 μL de las
muestras de cada triplicado. Después se incubaron a 37 °C por 10 minutos en
constante agitación en una incubadora marca ICA a 250 rpm. Para la medición se
utilizó un lector de placas ELISA marca BIORAD a 500 nm. Se utilizó una placa de
96 pozos en la cual se pusieron 200 μL de cada muestra.
In vivo
Material Químico
Para la prueba se utilizaron maltosa y acarbosa marca Sigma-Aldrich.
Animales
Para el presente estudio se utilizaron 12 ratas Wistar macho, 5 por grupo, las cuales
se adquirieron de la Universidad de Guadalajara.
Estudio de actividad hipoglucemiante postprandial en rata
Con base en lo propuesto por Jaiswal y col., 2009; Oyagbemi y col. 2010, se
utilizaron ratas Wistar macho de 180 gramos c/u, divididas en 3 grupos 5 para cada
uno (control positivo, negativo y tratamiento). Se sometieron a 12 horas de luz y 12
horas de oscuridad a temperatura y humedad controlada. Previo a la
experimentación se les sometió a 8 horas de ayuno Los experimentos fueron
realizados bajo la norma NOM-062-ZOO-1999. El protocolo fue autorizado por el
Comité Institucional para el Cuidado de Animales de Laboratorio.
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Para llevar a cabo este procedimiento se realizó una toma de glucosa inicial (90-
120 mg/dL) para la cual se utilizó un glucómetro marca Accu Chek Active,
posteriormente se les dio una dosis oral de maltosa 4 gr/kg en 1 ml de agua destilada
mezclado con 200 μL de acarbosa a 50 mg/ml como control positivo, 500 μL de
agua destilada para el control negativo y 250 mg de fructanos disueltos en 1 ml de
agua destilada. Se tomó el tiempo inicial y 30 minutos después del tratamiento se
realizó una segunda toma de glucosa.
Actividad Hipolipídica
Material químico
Los reactivos utilizados fueron lipasa pancreática porcina, 4-nitrofenil butirato, buffer
fosfato salino de potasio (PBS), tween 20, fueron marca Sigma-Aldrich.
Inhibición de lipasa pancreática porcina.
La actividad de la lipasa pancreática porcina (tipo II) fue medida por la adicción de
4-nitrofenil butirato como sustrato colorimétrico. El método utilizado para medir la
acción de la lipasa pancreática porcina fue de acuerdo a lo descrito por Roh y col.,
2012; Won y col., 2007 con modificaciones. Se prepararon dos soluciones stock de
buffer fosfato de potasio a diferentes pH. Se preparó una solución madre de lipasa
pancreática porcina (1 mg/ml) que se mezcló con PBS y se ajustó a pH 6.0.
El segundo buffer se preparó por la adición de tween 20 al 1% más PBS a pH de
7.2 y Fructanos de agave (250 mg/ml). Como controles se utilizó PBS (control
negativo) Orlistat 60 mg (control positivo). Ambos buffers fueron almacenados a -
20°C para su uso posterior.
Para determinar la actividad inhibitoria los extractos, Se mezcló el PBS que contenía
lipasa pancreática porcina más el buffer que contenía el extracto u orlistat ambos
se pre incubaron a 30 °C por 1 hora.
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La reacción se inició por la adicción de 1 mmol de 4-nitrofenil butirato como sustrato
todo en un volumen final de 100 mmols. Después se incubaron a 30° C por 5
minutos. La medición de la absorbancia se realizó con un lector de placas de ELISA
a 405 nm.
El porcentaje de inhibición fue calculado con la figura 1. Donde A es el control
negativo y B es el control positivo o el tratamiento.
Figura 1. Fórmula para calcular la inhibición de lipasa pancreática porcina cuyo resultado se expresa
en porcentaje.
Análisis estadístico
Todos los datos se analizaron con T- Student para muestras independientes, en
Statgraphics versión 16. Las diferencias significativas fueron consideradas en p=0.06. Los
gráficos se representaron utilizando Graph Pad Prism 6.
RESULTADOS
Actividad Hipoglucemiante in vitro
En la figura 2 se puede observar la concentración en mmols/l de las muestras de fructanos,
control positivo (celulosa) y control negativo (Glucosa 100 mmols). En la gráfica se puede
ver cómo los fructanos retardan la liberación de glucosa a los 30 minutos y posteriormente
disminuyen su actividad con el transcurso del tiempo, lo cual también ocurre con el control
positivo (celulosa) pero de forma mucho más gradual. El retardo de diálisis de glucosa, es
un aspecto positivo ya que significa que la glucosa no tendrá niveles altos después de una
persona ingiera alimentos con carbohidratos.
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Figura 2. Concentración en mmols registrada en diferentes tiempos. Como control positivo celulosa, negativo agua destilada.
Actividad hipoglucemiante postprandial in vivo
En el caso del modelo in vivo, como se puede observar en la figura 3, el grupo de animales
a los que se administró los fructanos de Agave resultaron tener un efecto positivo en
comparación a los niveles de glucosa que se presentaron en el control negativo después
de la administración de maltosa, teniendo un efecto anti-hiperglucemiante en la
concentración utilizada, aunque este efecto no logró superar el valor obtenido para el grupo
de animales que recibieron el fármaco acarbosa, utilizado como control positivo.
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Figura 3. Incremento de glucosa en animales inducidos con maltosa.
Actividad hipolipídica in vitro
En la tabla 1 se puede observar el porcentaje de inhibición de los fructanos de Agave en el
cual se muestra que los fructanos tuvieron una inhibición de la lipasa pancreática del
18.72%. Este valor es significativamente diferente al obtenido con el medicamento orlistat.
Tabla 1. Porcentaje de inhibición de lipasa y desviación estándar de las muestras.
Inhibición de lipasa pancreática
Tratamiento
%Inhibición.
Promedio y desviación estándar
Orlistat 82.92 + 0.035
Fructanos 18.72 + 0.533
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DISCUSIÓN
Actividad hipoglucemiante
En el modelo in vitro se encontró que el efecto tanto del control positivo, como de los
fructanos solo es representativo en los primeros 30 minutos, efecto también reportado por
Bhutkar y col., 2013 en el cual probaron el potencial antidiabético de la corteza de Albizia
lebbeck y la semilla Mucunsa Prurients. De esta prueba se pueden tomar a consideración
varios aspectos que podrían resultar de utilidad para posteriores estudios, uno de ellos fue
la dosis con 0.5 g de fructanos en glucosa 100 mmol. En otro estudio como en Cèspedes y
col., 2010 se dializó frente a 200 ml de agua destilada, en comparación con los 80 ml frente
a los que se dializó en el presente estudio, por lo cual es necesario considerar este un factor
importante de las diferencias obtenidas. El retardo en la liberación de glucosa ha sido
reportado para otras plantas y tiene un significado biológico importante ya que simula lo
que ocurre a nivel intestinal con la ingesta de carbohidratos. Por lo anterior al realizar esta
prueba se deberían de tomar en cuenta la temperatura además del pH. En este estudio si
se tomó en cuenta el primer criterio antes mencionado sin embargo el caso del pH fue
distinto ya que no se consideró como si hizo Ou y col., 2001, quien trabajo con tres fibras,
además de lo anterior habría que considerar que ellos realizaron más mediciones con lo
cual nosotros hubiésemos podido crear una curva de liberación de glucosa.
En el caso del modelo in vivo a diferencia de Jaiswal y col., 2009 en este estudio solo se
utilizó una variable que fueron ratones sanos a diferencia de ellos que utilizaron además de
este grupo uno de ratas diabéticas y otro con sobrepeso, además de utilizar cerca de 125
ratas. No obstante los fructanos de Agave lograron disminuir los niveles de glucosa de
manera significativa en comparación al grupo control. Oladeinde y colaboradores en el 2007
realizaron un estudio en ratas diabéticas sin embargo ellos utilizaron grupos de ratas
diabéticas con diferentes glucemias registradas, tomando esto como una diferencia en el
avance de la enfermedad, además de utilizar clorpropamida como control positivo, lo cual
para futuras investigaciones podría ser utilizado, en conjunto con acarbosa para evaluar el
funcionamiento de ambos además de evaluar diferentes dosis de fructanos como lo hicieron
en su caso Oyagbemi y colaboradores en el 2010 quienes probaron el extracto metanólico
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de C. Aconitifolius a diferentes concentraciones y con ello determinaron cual concentración
resultaba mejor, lo cual hizo falta en este estudio para calcular una cantidad optima en
gramos. La prueba antes mencionada representa un modelo de hipoglicemia postprandial
que ayuda a personas con problemas de diabetes a evitar los incrementos abruptos de
glucosa que pueden ocasionar severos daños. La actividad hipoglucemiante de fructanos
de Agave podría estar relacionada con la inhibición de enzimas como alfa amilasa y alfa
glucosidasa, involucradas en el metabolismo de carbohidratos como lo sugirió Padilla y col,
2014 quienes trabajaron con citrus limetta.
Actividad hipolipídica
En el caso de la prueba de inhibición de lipasa pancreática porcina, para probar la actividad
hipolipídica de fructanos se obtuvieron resultados promisorios ya que la inhibición de esta
enzima está relacionada con la hidrolisis de triacilglicerol a monoacilglicerol y ácidos grasos,
es decir con la absorción a nivel intestinal de grasa proveniente de los alimentos (Kim y col.,
2012). Otros productos naturales como extractos de la cáscara de lima han logrado la
inhibición de lipasa pancreática y la disminución de colesterol en modelos animales (Padilla
y col., 2014) Así como Trinh y colaboradores en el 2007 quienes trabajaron con Ginseng
rojo.
CONCLUSIÓN
En conclusión, se observó que los fructanos presentan actividad hipoglucemiante en el
modelo animal y que el mecanismo de acción se debe a la retardación en la liberación de
glucosa. Respecto a la actividad hipolipídica, esta quedo manifestada por la inhibición de
lipasa pancreática. Es recomendable la realización de otros estudios preclínicos en modelos
animales que presenten las patologías de diabetes e hiperlipidemia, antes de la utilización
de los fructanos en alimentos funcionales.
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Efecto de la mezcla de harinas de chapulín y maíz sobre las propiedades funcionales de botanas extrudidas
Rubí Cuj-Laines, Erasmo Herman-Lara, Juan Gabriel Torruco-Uco, Jesús Rodríguez-Miranda*
Instituto Tecnológico de Tuxtepec. Avenida Dr. Víctor Bravo Ahuja s/n, Colonia 5 de Mayo, 68350
Tuxtepec, Oaxaca, México. Correos: [email protected], [email protected]
RESUMEN
El objetivo de esta investigación fue evaluar el efecto de la concentración de harina de chapulín (Sphenarium purpurascens Ch) en la harina de maíz nixtamalizado (Zea mays L.) sobre las propiedades funcionales de botanas extrudidas. Se utilizó un extrusor de un solo tornillo, con una relación de compresión constante de 1:3 y un dado de 3 mm. Se realizó un diseño de experimentos central compuesto, con tres variables independientes: temperatura (120 a 180 oC), contenido de humedad (H) (18 a 22%) y concentración de harina de chapulín (CHC) (0 a 40%) y harina de maíz nixtamalizado (HMN), como variables dependientes: índice de absorción de agua (IAA), índice de solubilidad de agua (ISA) e índice de absorción de aceite (IAAc). La temperatura en su término lineal no presentó efecto significativo (P < 0.05) en ninguna de las variables de respuesta. El contenido de humedad presentó efecto significativo (P > 0.05) lineal en IAAc, mientras la CHC en su término lineal presentó efecto significativo (P < 0.05) negativo en IAA. En ISA las interacciones contenido de H-CHC presentan un efecto significativo (P < 0.05) negativo. Los resultados muestran que el incremento de CHC disminuye ISA. PALABRAS CLAVE: Propiedades funcionales, Sphenarium purpurascens, Zea mays L.
INTRODUCCIÓN
Las botanas se han convertido en una parte importante de los hábitos alimenticios
de la mayoría de la población mundial, por la facilidad de consumo y satisfacen la
sensación de hambre por un momento (Messer, 2006; Bustos et al., 2011). Las
botanas que generalmente se consumen están elaboradas principalmente de maíz
y de trigo, productos con escasas o nulas propiedades alimenticias que afectan la
salud debido a los azúcares añadidos, grasa y sal (Paredes-López et al., 2009;
Gómez-López, 2013; Zamacona et al., 2011). El uso de maíz en la elaboración de
botanas ha presentado buenas características físicas, funcionales y sensoriales
(Rodríguez-Miranda et al., 2011).
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Poseer un perfil nutricional balanceado de calorías, grasas, carbohidratos y
proteínas así como de vitaminas y minerales, además de incluir fibra, son parte de
los requisitos deseados en una botana saludable (Dávila-Hernández, 2015; Alfaro
et al., 2016). Una de las tecnologías más importantes que ha demostrado un gran
potencial para el desarrollo de nuevos productos como son las botanas, es la
cocción por extrusión. Este es un proceso que consiste en dar forma a un producto,
forzándolo a través de una abertura con diseño específico y se aplica al alimento
procesado alta presión y temperatura durante un breve tiempo (Apró et al., 2000;
Jing & Chi, 2013). Esta tecnología tiene algunos aspectos positivos únicos en
comparación con otros procesos térmicos debido a su versatilidad, alta
productividad, relativo bajo costo, eficiencia energética, no contamina, inactiva
factores anti-nutricionales, enzimas y microorganismos indeseables y retiene
nutrientes (Mendez et al., 2010; Crosa et al., 2013; Cardoso et al., 2014). La cocción
por extrusión modifica las propiedades características funcionales y digeribles, tales
como viscosidad de la pasta, índices de absorción de agua y solubilidad en agua,
índice de expansión y la densidad aparente de las moléculas de proteína y almidón.
En los últimos años, es cada vez mayor la demanda de los consumidores por las
botanas extrudidas nutritivas, por lo tanto es necesario generar productos
apetecibles que aprovechen los beneficios nutrimentales y que promuevan la
sustitución de alimentos “chatarra”, por opciones saludables (Gómez-Palomares,
2014; Meza, 2014). Se han generado botanas nutritivas con la incorporación de
leguminosas vegetales o frutas en su formulación (Ding et al., 2006; Hagenimana et
al., 2006) sin embargo no se ha reportado la incorporación de fuentes animales para
la adición de proteínas en productos extrudidos.
El chapulín Sphenarium purpurascens Charpentier es un insecto sin alas, de los
cuales diversos estudios realizados en esta especie de chapulín reportan un buen
aporte de nutrientes (proteínas, minerales, fibra y carbohidratos solubles) dentro de
los cuales las proteínas son el principal componente de su estructura celular
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(Castellanos-Vargas, & Cano-Santana, 2009; Melo et al., 2011). En México es el
ortóptero más abundante y presenta una distribución geográfica muy amplia que
comprende el centro, sur y occidente en estados como Oaxaca, Guerrero,
Michoacán, Jalisco, Veracruz, Puebla, Tlaxcala, Hidalgo, Morelos, Distrito Federal,
Estado de México, Chiapas y Tabasco (Castellanos-Vargas, 2015; FAO, 2013). Por
lo anterior, en el presente trabajo se propone evaluar el efecto de la concentración
de harina de chapulín (Sphenarium purpurascens Ch) en la harina de maiz
nixtamalidado (Zea mays L.) sobre las propiedades funcionales de botanas
extrudidas.
MATERIALES Y MÉTODOS
Materias primas
Los chapulines (Sphenarium purpurascens Ch.), se adquirieron en el mercado local
de San Juan Bautista Tuxtepec. Los granos de maíz (Zea mays L.) del tipo criollo
se compraron en la localidad de Santa María Jacatepec, Oaxaca.
Obtención de la harina de chapulín
Se utilizó una temperatura de 65 ºC, con el fin de obtener una humedad menor del
12%, posteriormente se sometieron a una molienda, hasta reducir las partículas a
un tamaño de malla 35 (0.5 mm). La harina se colocó en bolsas y se almacenó a
4°C hasta su uso.
Obtención de la harina de maíz nixtamalizado
Se preparó de acuerdo al procedimiento sugerido por Milán et al., (2004) y por la
NMX-F-046-S-1980. Porciones de 100 g de maíz se mezclaron con una disolución
de cal (1.08 g de cal/100 g de maíz) y se sometió a cocción a 85 °C/45 min; utilizando
una relación grano/medio de cocción de 1:3 y dejándose reposar en el mismo
recipiente durante 8 h, posteriormente se eliminó la solución del cocimiento
conocida como “nejayote” y el nixtamal se lavó cuatro veces con agua, se molió y
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se secó a 55 ºC/25 h, se enfrió a temperatura ambiente y se realizó una molienda,
hasta reducir las partículas a un tamaño de malla 35 (0.5 mm) para la obtención de
la harina.
Proceso de extrusión
Se utilizó un extrusor de tornillo simple Brabender (Modelo E19/25 D, Instruments
Inc South Hackensack, NJ E.U.A), de laboratorio con las siguientes características:
cuatro zonas de calentamiento, fuerza de compresión del tornillo 3:1, relación
longitud/diámetro (L/D) 20:1, diámetro interno del dado de salida circular de 3 mm.
El cual se encuentra en el Instituto Tecnológico de Durango. Antes de extrudir se
realizó el mezclado de las formulaciones así como el ajuste del contenido de
humedad de 18 a 22% de acuerdo al diseño de experimentos. Los extrudidos se
secaron a 45 °C por 20 h a 6% de humedad, se almacenaron en bolsas de polietileno
selladas a temperatura ambiente (25 °C) para su análisis posterior.
Diseño experimental y análisis de datos
Se usó un diseño central compuesto con tres variables independientes generado en
un software comercial (Design-Expert 8.0.2, Statease Inc., Minneapolis, MN,
EE.UU), las variables consideradas fueron la Temperatura de extrusión = X1 (120-
180 oC), contenido de humedad = X2 (18-22 %) y concentración de las harinas de
chapulín (CHC) (0 a 40 %) y maíz nixtamalizado (HMN) (Cuadro 1). Las variables
de respuestas fueron: índice de absorción de agua (IAA), índice de solubilidad de
agua (ISA) e índice de absorción de aceite (IAAc). Los datos experimentales se
analizaron usando la metodología de superficie de respuesta usando el software
estadístico comercial anteriormente mencionado. Los resultados fueron analizados
por regresiones lineales múltiples. Los datos experimentales se ajustan a los
modelos seleccionados y los coeficientes de regresión obtenidos.
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Tabla 1. Diseño central compuesto del proceso de extrusión de la mezcla de harina de chapulín (CHC) y harina de maíz nixtamalizado (HMN)
Variables Código Niveles
- 1.68 -1 0 +1 + 1.68
Temperatura (ºC) X1 120 132.16 150 167.84 180
Contenido de humedad (%) X2 18 18.81 20 21.19 22
CHC/HMN (%) X3 0 8.11 20 31.89 40
Parámetros de evaluación en el extrudido
Propiedades Funcionales
Índice de absorción de agua (IAA) é Índice de solubilidad en agua (ISA)
La determinación de los índices de absorción de agua (IAA) y de solubilidad en agua
(ISA) fueron determinados por triplicado de acuerdo a los procedimientos descritos
por Anderson et al. (1969). A 1 g de muestra se le añade 10 mL de agua destilada
en tubos para centrífuga y se agitan en vortex (Vortex-2 Genie, Model G-560,
Scientific Industries, INC, Bohemia, N.Y. USA) durante 30 s. Posteriormente, las
muestras se centrifugaron a 3500 rpm durante 15 min, usando una centrífuga marca
HERMLE (Universal Compact Centrifugue HERMLE Labortechnik GmbH Mod Z 200
A, Germany). El sobrenadante es decantado y evaporado hasta sequedad, a 110
ºC; el residuo es pesado, expresado en porcentaje y se considera como ISA por
medio de la siguiente ecuación:
ISA= (Peso de sobrenadante seco / peso de la muestra seca) x 100 (%).
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Después de decantar el sobrenadante, el sedimento remanente en el tubo se pesó
y se expresó como g de agua absorbida por g de muestra seca para obtener el IAA
por medio de la siguiente ecuación:
IAA= Peso de sedimento / peso de la muestra seca (g de H2O/g de muestra)
Los resultados se expresan como gramos de agua retenida por gramo de muestra
para IAA é ISA en porcentaje.
Índice de absorción de aceite (IAC)
Se estableció la capacidad de absorción de aceite de acuerdo al procedimiento
descrito por Beuchat (1977), en el cual a 1 g de muestra se le añade 10 mL de aceite
de maíz, en tubos para centrífuga y se agitan en vortex (Vortex-2 Genie, Model G-
560, Scientific Industries, INC, Bohemia, N.Y. USA) durante 30 s y se centrifugan a
3500 rpm durante 15 min (Universal Compact Centrifugue HERMLE Labortechnik
GmbH Mod Z 200A, Germany). Los resultados se expresan como gramos de aceite
retenido por gramo de muestra, utilizando la siguiente ecuación:
IAC= Peso de sedimento / peso de la muestra seca (g de aceite / g de muestra).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En el Cuadro 2 se presenta el análisis de regresión para IAA, ISA e IAAc. Se puede
observar que la temperatura en su término lineal no presentó un efecto (P < 0.05)
significativo en ninguna de las variables de respuesta. El contenido de humedad
presentó efecto significativo (P > 0.05) lineal en IAAc (Figura 3), mientras que la
CHC en su término lineal presentó efecto (P < 0.05) significativo negativo en IAA. El
coeficiente negativo de regresión (cuadro 2) de la CHC en su término lineal en el
IAA, indica que al aumentar la concentración de 0 a 40 g/100g, IAA disminuyó, esto
se puede observar en la Figura 1.
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La temperatura en su término cuadrático presentan un efecto significativo (P < 0.05)
negativo en ISA, mientras que la humedad no presenta efecto significativo en todas
las variables de respuesta, por otro la CHC en su término cuadrático presenta efecto
significativo (P < 0.05) positivo en IAA e IAAc. En ISA las interacciones H-CHC
presentan un efecto significativo (P < 0.05) negativo (Cuadro 2 y Figura 2).
Tabla 2. Coeficientes de regresión de los modelos de superficie de respuesta para índice de absorción de agua (IAA), índice de solubilidad de agua (ISA) e índice de absorción de aceite (IAAc).
Coeficientes Respuestas
IAA ISA IAAc
Intercepto
4.971 16.757 2.215
Lineal
X1 0.114 2.902 0.015
X2 -0.111 0.078 0.127
X3 -0.545 -0.710 0.023
Cuadrático
X1
2
-0.029 -6.775 0.142
X2
2
-0.055 -0.797 0.054
X3
2
0.209 -1.246 0.089
Interacción
X1 X2 0.332 -2.510 -0.096
X1 X3 -0.167 1.395 -0.066
X2 X3 0.273 -3.871 -0.064
R2 0.800 0.400 0.840
Los números en negrita indican los parámetros de las estimaciones significativas. (X1: Temperatura (°C), X2: contenido de humedad (%), X3: concentración de harina de chapulín (%).
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Figura 1. Superficie de respuesta de IAA en función de: A) Contenido de humedad y temperaturas de extrusión, B) las diferentes concentraciones de harina de chapulín y temperaturas de extrusión.
Figura 2. Superficie de respuesta de ISA en función de: A) Contenido de humedad y temperaturas de extrusión, B) las diferentes concentraciones de harina de chapulín y temperaturas de extrusión.
Figura 3. Superficie de respuesta de IAAc en función de: A) Contenido de humedad y temperaturas de extrusión, B) las diferentes concentraciones de harina de chapulín y temperaturas de extrusión.
A) B)
A) B)
A) B)
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El IAA generalmente mide la cantidad de agua absorbida por los gránulos de
almidón después del hinchamiento en exceso de agua y se puede utilizar como un
índice de gelatinización (Gujska & Khan, 1991; Van den Einde, et al., 2003). El
análisis estadístico de los parámetros del modelo para el IAA demostró que las
variables predictoras (temperatura de extrusión y humedad) no tuvieron un efecto
significativo (P < 0.05) en esta respuesta. El IAA depende de la disponibilidad de
grupos hidrófilos que se unen las moléculas de agua y en el gel de la capacidad de
las macromoléculas de formación. Aunque las proteínas tienen grupos hidrófilos, la
desnaturalización de las proteínas durante la cocción de extrusión conduce a la
pérdida de la capacidad de hidratación de las proteínas. La capacidad de hidratación
inferior se ve favorecida por la formación de enlaces proteína inter e intra-molecular
con amilosa y amilopectina (Kadan et al., 2003; Hernández-Nava, 2011).
Los valores más bajos de ISA se encontraron en H de 20%, temperatura de 150 °C
y 20% de CHC, mientras que los valores máximos se obtuvieron en los extrudidos
elaborados con H de 21.19%, temperatura de 132.16 °C y 8.11% de CHC. Las
mezclas con niveles más altos de CHC (en consecuencia, un mayor contenido de
proteína) procesado en alto o bajo contenido de humedad y baja temperatura,
presentan valores bajos de ISA (Fig. 2). Este resultado es similar a los obtenidos
por Hernández-Nava et al. (2011), en el extrudido de plátano y lentejas.
Por otro lado, el IAAc (Figura 3) disminuyó significativamente (P < 0.05) cuando la
CHC se disminuyó en las mezclas, lo que podría ser debido al menor contenido de
proteína, ya que esta propiedad funcional es básicamente el resultado de
atrapamiento físico de la grasa por las proteínas a través de las estructuras llamadas
micelas. Sin embargo, otros componentes tales como el almidón pueden tener una
importante contribución a la absorción de grasa (Ding et al., 2006; Altan et al., 2008).
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CONCLUSIÓN
Los resultados de este estudio mostraron que la cocción por extrusión de mezclas
de harina de maíz nixtamalizado enriquecida con harina de chapulín con un extrusor
de tornillo simple se puede utilizar eficazmente para producir botanas con una alta
probabilidad de aceptación por el consumidor. El incremento de contenido de harina
de chapulín en la mezcla con harina de maíz disminuye el índice de solubilidad en
agua en el desarrollo de una botaba extrudida a base de harina de maíz
nixtamalizado.
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Determinación de la calidad microbiológica de queso de poro
Juan Francisco Chávez Dehesa*, Ana Silvia Sarmiento Piedra y Ezequiel Paredes Maas
Universidad Tecnológica del Usumacinta, Libramiento Glorieta Emiliano Zapata – Tenosique s/n Colonia Las Lomas, Emiliano Zapata, Tabasco, México. Correo: [email protected]
RESUMEN
Se determinó la relación existente entre maduración-carga bacteriana en queso de poro mediante el análisis de 8 muestras tomadas al azar de tres queserías con características similares en su proceso, ubicadas en Balancán, Tabasco. Se tomó como tiempo 0, al día en que el queso está listo para la venta al público; los otros quesos se dejaron madurar a temperatura ambiente durante 14 días en condiciones similares a las de venta. Todos los quesos se analizaron cada 2 días a partir del día 0 hasta el día 14. Los análisis realizados fueron determinación de coliformes totales (método del NMP) y bacterias mesofilicas aerobias (método de BMA´s en placa), acorde a la NOM-112-SSA1-1994 y NOM-092-SSA1-1994. Durante el periodo analizado, el conteo de BMA´s fue superior a lo establecido en la normatividad, aunque a partir del día 12 la disminución fue evidente pero aún fuera de norma; en el caso de coliformes no hubo presencia partir del día 10, esto podría deberse al aumento en la acidez. Se concluye que existe una relación directa entre la maduración del queso de poro y la disminución de la carga bacteriana, aunque no es suficiente para cumplir los requerimientos de las normas oficiales. PALABRAS CLAVE: artesanal, maduración, bacterias patógenas INTRODUCCIÓN
En el municipio de Balancán, Tabasco, México, desde hace más de 50 años se ha
elaborado en forma artesanal el llamado queso de poro. La economía del municipio
depende, en su mayor parte, de la actividad ganadera. Esta actividad se desarrolló
debido a prácticas agrícolas como “la tumba y quema” aplicadas en la zona, lo que
ocasionó el cambio de vegetación de selva a pastizales. Debido a este cambio, la
ganadería aumentó trayendo consigo excedentes en la producción lechera. Debido
a la falta de infraestructura para poder capturar esos excedentes en los centro de
acopio de la zona, los ganaderos optaron por elaborar en forma artesanal quesos,
tanto frescos como duros, y el de mayor aceptación durante muchos años ha sido
el llamado queso de poro; en honor al lugar donde se elaboró por primera vez
también ha sido llamado queso Balancán.
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Tradicionalmente, el queso de poro se elabora de manera artesanal a partir de leche
cruda producida por vacas de doble propósito. El producto final se obtiene después
de un corto proceso de maduración de siete días, después de los cuales puede
conservarse sin refrigeración. A la fecha, no se han realizado estudios que
relacionen el proceso de maduración del queso de poro con la evolución de la flora
microbiana (Anónimo, 2008).
El queso se define como el producto elaborado a partir de la cuajada de la leche de
vaca o de otros animales (la cuajada se obtiene mediante la coagulación de la
caseína de la leche por acción de una enzima (renina), un ácido (generalmente
ácido láctico) y con o sin un tratamiento posterior de la cuajada por el calor,
prensado, salado y maduración (fermentación) con microorganismos seleccionados
(Alaís, 1985).
La aportación nutricional de los productos derivados de la industria láctea es de gran
importancia ya que aporta nutrientes y sabores a los diferentes alimentos del
mundo, es por eso que en la actualidad se busca que los productos sean 100%
inocuos.
Villegas y Cervantes (2011), establecen que en México existen más de 40
variedades de quesos genuinos, algunos con una amplia difusión, con altos
volúmenes producidos, a saber: el queso chihuahua, el tipo manchego mexicano, el
panela, el asadero y el queso Cotija; mientras que otros sólo se consumen en ciertas
regiones del país: el queso bola de Ocosingo y el queso crema tropical en el estado
de Chiapas; en el estado de Tabasco y particularmente en municipio de Balancán,
se produce el queso de poro, mismo que se comercializa en todo el estado.
El queso de poro, elaborado a partir de leche cruda de vaca, se produce en la
Región de los Ríos, en el estado de Tabasco que comprende los municipios de
Jonuta, Tenosique, Emiliano Zapata y Balancán, siendo éste último en donde se ha
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producido desde hace más de 60 años y en donde se encuentran la mayoría de las
queserías que producen de manera artesanal este queso genuino, principalmente
en empresas familiares, por esto, en ocasiones se le denomina como “queso
Balancán” (Jiménez et al., 2010). Es importante señalar que este queso ya cuenta
con la protección de una marca colectiva con distinción geográfica.
El queso de poro es un producto lácteo artesanal, que está clasificado como un
queso fresco de pasta semidura y prensada, elaborada con leche cruda de vaca.
Experimenta una ligera maduración por los tiempos de reposo durante la
elaboración, tiene bajo pH, lo cual es un factor importante para su conservación. Se
presenta en el mercado en piezas prismáticas-rectangulares planas, con un peso
alrededor de los 250 gr. La presentación es parafinado y envuelto en papel celofán
amarillo. El queso es fácilmente desmoronoso (cuando pierde humedad); pero
cuando está fresco, al cortarse presenta una serie de capas (hojaldrado), donde se
observan pequeños poros longitudinales, posiblemente debido a la disposición de
la cuajada en capas durante el moldeado de formación o bien a la actividad de la
microflora gasógena (Villegas y Cervantes, 2011).
Este producto ha sido objeto de diversos estudios: aislamiento de bacterias acido
lácticas (BAL) en el suero de queso de Poro para utilizarlos como cultivos iniciadores
(Castillo, 2014; Jiménez et al., 2010); la caracterización de parámetros
fisicoquímicos y microbiológicos en queso de poro (Pérez, 2012; Chávez et al, 2014;
Rodríguez, 2007); análisis de redes en la producción (Grass et al, 2015); alternativas
para disminuir el uso de Cloruro de Sodio por Cloruro de Potasio (Rodríguez, 2013).
Jiménez (2008) menciona que la elevada concentración de bacterias lácticas, así
como la elevada acidez, hacen del queso de poro un producto regional de agradable
sabor que no necesita refrigeración para su conservación, ya que las bacterias
lácticas mejoran las propiedades sanitarias de este queso.
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Las enfermedades transmitidas por alimentos, son uno de los principales problemas
de salud nacional e internacional y causa importante de reducción en el crecimiento
económico; sin embargo, en la mayoría de los casos se desconoce el origen.
(Alcazar y Rubio, 2006).
Las buenas prácticas de manufactura son de vital importancia para la industria
alimentaria, porque son quienes fomentan la elaboración de productos alimentarios
inocuos y que sean del agrado para el consumidor.
Por ello, se realizan estudios para identificar los posibles agentes infecciosos que
dañan la salud del consumidor al ingerir alimentos.
En base a lo anterior y a sabiendas que durante el proceso de elaboración del queso
de poro no se contempla un tratamiento térmico que asegure la eliminación de
bacterias patógenas (se elabora con leche bronca), el objetivo de nuestro trabajo
está plenamente justificado.
Esta investigación tiene como objetivo principal, encontrar la relación existente entre
el crecimiento microbiano y los días en el proceso de maduración del queso de poro,
a la par que se busca incrementar el avance científico y tecnológico del sector
productivo de la región ríos de Tabasco., único lugar de la República Mexicana en
donde se produce este tipo de queso.
MATERIAL Y MÉTODOS
Se realizó un estudio de tipo exploratorio y descriptivo, de las condiciones sanitarias
en las queserías muestreadas, para obtener información que sustentara los
objetivos de la presente investigación.
Es importante mencionar que todas las muestras recolectadas fueron elaboradas
en queserías que siguen la metodología tradicional utilizada en el municipio de
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Balancán, para la elaboración de este queso, salvo pequeñas variaciones en los
tiempos, cantidad de suero adicionado, cantidad de sal y tiempo de maduración.
Dicha metodología es la que observa desde el surgimiento de este queso, hace más
de 50 años. Durante la elaboración del queso de poro, no se usa algún proceso de
tratamiento térmico que pudiera asegurar la eliminación total o parcial de agentes
patógenos que puedan poner en riesgo la salud del consumidor.
Los productores de queso poro han seguido la técnica tradicional de elaboración del
mismo, técnica que ha sido pasada de generación en generación, pero es necesario
implementar algunas mejoras al proceso, el cual redundaría en un producto con
características organolépticas con mayor aceptación y un mercado más amplio.
Selección y toma de muestras
Las muestras fueron tomadas completamente al azar, de queserías ubicadas en
diferentes lugares del municipio de Balancán, Tabasco.
Se platicó con el productor sobre lo que se pretendía buscar y encontrar, y una vez
obtenida la aprobación se inició con la observación del proceso y la determinación
del producto que se pretendía analizar.
Todos los quesos se elaboran con la metodología del tipo “artesanal” que se ha
heredado generación tras generación a los productores, es importante mencionar
que el queso de poro es muy reconocido en el estado de tabasco y de gran distinción
en la región ríos.
La metodología utilizada para la elaboración de dicho queso, se muestra a
continuación en el siguiente diagrama:
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Figura 1. Proceso de elaboración de queso de poro.
Los análisis microbiológicos realizados en esta investigación se llevaron a cabo en
el laboratorio de Microbiología de la Universidad Tecnológica del Usumacinta,
ubicada en Emiliano Zapata, Tabasco.
Los análisis microbiológicos realizados fueron realizados de acuerdo a las NOM-
112-SSA1-1994. Bienes y Servicios. Determinación de bacterias Coliformes.
Técnica del Número más Probable y NOM-092-SSA1-1994, Bienes y Servicios.
Método para la cuenta de bacterias aerobias en placa.
Es importante aclarar que para la microbiología alimentaria, existen 2 métodos que
se utilizan para determinar microorganismos presentes, los métodos de indicadores
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que utilizan medios presuntivos y los de determinación de patógenos, utilizando
medios selectivos.
Estos análisis son de tipo indicador, por su rapidez y eficiencia para determinar
presencia de cualquier microorganismo presente en alimento, y cuyos resultados se
pueden interpretar como malas prácticas de manufactura e higiene, las cuales
pueden provocar problemas de inocuidad y la imposibilidad de comercializar el
queso poro, ya que hay que recordar que este tipo de queso se elabora con leche
cruda.
Todos los ensayos microbiológicos, se realizaron utilizando materiales limpios y
esterilizados en autoclave, los medios de cultivo fueron preparados con el tiempo
necesario antes de ser utilizado, todo fue preparado en laboratorio, y todo el
proceso de preparación de muestras e inoculación se realizó bajo condiciones de
asepsia, para asegurar que ningún agente externo modificara las condiciones en las
que venía procesado el queso y esto pudiera influenciar en los resultados a obtener,
los cuales son presentados más adelante.
Para la realización de los análisis microbiológicos correspondientes, se tomaron 8
muestras al azar de tres diferentes queserías ubicadas en el municipio de Balancán,
Tabasco. Estos quesos presentaban características similares en su elaboración, se
tomó como tiempo 0 el día de terminación del queso, o sea, cuando se encuentra
listo para su venta al público; es importante señalar que para que el queso se
considere listo para comercialización, es necesario que se realice un proceso de
maduración que van de 5 a 7 días de elaboración, las muestras que después se
iban a utilizar, se dejaron en un proceso de maduración de 2, 4, 6, 8, 10 y 14 días,
a temperatura ambiente (30-35 °C), condiciones similares de almacenamiento que
son utilizadas por los productores, esto se hizo con la finalidad de obtener
información del impacto que conlleva la maduración in situ cuando los quesos están
siendo comercializados, ya que los quesos a medida que pasa el tiempo, tienden a
cambiar su textura, olor, firmeza, sabor lo que hace que muchas veces el comprador
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ya no los quiera, es por ello que se dejó con esa condiciones similares para obtener
información fidedigna hacia la composición y carga microbiológica a través del
tiempo.
Para llevar a cabo los análisis microbiológicos, se tomó una muestra de los quesos
que se tenían en almacenamiento, esto cada dos días para obtener quesos
maduros; las muestras fueron utilizadas para realizar los ensayos microbiológicos
en el laboratorio, de acuerdo a las normas oficiales mencionadas anteriormente.
Los ensayos se realizaron siguiendo la metodología propuesta en las normas
oficiales para Bacterias mesófilas aerobias y coliformes totales, realizando
diluciones decimales utilizando la técnica propuesta en la NOM-110-SSA1-1994,
Bienes y Servicios. Preparación y dilución de muestras de alimentos para su análisis
microbiológico.
Figura 2. Análisis de muestras. Figura 3. Análisis microbiológicos a muestras.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Existe un principio fundamental en la industria alimentaria y éste es que se tiene
como responsabilidad mínima ante la sociedad, que los alimentos no representen
un riesgo para la salud del público consumidor (Castro et al. 2005). Estudios
realizados por Omiccioli et al., (2008, citado por Custodio et al., 2015) mostraron
que bacterias como Listeria monocytogenes, Salmonella spp. y Escherichia coli
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O157H:7; se encuentran entre las bacterias patógenas de intoxicación alimentaria
más peligrosas en cuanto a enfermedades y salud humana se refiere.
En el caso de la leche y derivados lácteos, la eliminación de las bacterias patógenas
se logra mediante la aplicación de un tratamiento térmico llamado pasteurización, la
cual consiste en llevar el alimento a cierta temperatura (según el tipo de
pasteurizado) y cumpliendo con lo establecido en manuales y en la normatividad
existente para la aplicación de las BPM, guiándose en las especificaciones que
presenta la NOM-251-SSA1-2009.
Como es conocido, en el proceso de elaboración de queso de poro, es un proceso
enteramente artesanal, lo que hace que los productores de queso de la región de
los ríos en el estado de Tabasco no utilicen la técnica de pasteurización; generando
que la calidad microbiológica este fuera de los márgenes permisibles de las normas
sanitarias mexicanas, es por eso que durante los análisis microbiológicos
realizados a las muestras mencionadas con anterioridad, se obtuvieron los de la
Tabla 1.
Como se puede observar en las tablas anteriores, durante todo el proceso de
evaluación microbiológica de los productos, se pueden observar conteos en UFC Y
NMP, completamente fuera de norma, lo cual es un indicativo para revalorizar el
proceso de producción de este producto, y establecer criterios que indique de donde
surge el problema de contaminación.
Es importante mencionar que los análisis realizados no competen a todos los que
menciona la NOM-243-SSA1- 2010, ya que se eligieron 2 métodos de prueba de
“técnica presuntiva”.
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Tabla 1. Calidad microbiológica. Cuenta de coliformes totales. Valores promedio
QUESERIA A QUESERIA B QUESERIA C
Días
COLIFORMES TOTALES
(NMP/g)
0 >2,400 >2,400 >2,400
2 >2,400 >2,400 >2,400
4 >2,400 >2,400 >2,400
6 >2,400 >2,400 >2,400
8 >2,400 >2,400 >2,400
10 23 240 <3
12 <3 23 23
14 <3 <3 <3
Se evita mencionar el nombre de las queserías que fueron evaluadas y solo se
nombraran como “QUESERÍAS A, B, C”.
La presencia de bacterias mesofílicas denota una contaminación bacteriana del
producto aunque podría deberse también a la presencia de BAL (ya que lo que se
analiza es queso) por lo tanto se sabe del alto porcentaje de estas, que pueden
estar presentes; por otra parte, no es determinante en la calidad higiénica en
comparación a coliformes totales.
En el caso de bacterias mesofílicas, las muestras fueron sometidas a conteos,
utilizando un equipo cuenta colonias manual, en el cual se pudo observar que
superaban en 200% el estándar que la norma para quesos madurados menciona.
Cabe mencionar que a partir del día 12 se pudo observar una disminución en el
crecimiento bacteriano pero aun así, el conteo superaba lo permitido; en el caso de
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los coliformes totales, se dejó de observar tubos positivos a partir del día 10 de
maduración, esto podría deberse al aumento constante de la acidez en el queso,
debido a presencia de bacterias fermentadoras generadoras de ácido láctico.
Es importante mencionar que existen estudios recientes en los que se ha
encontrado que la disminución de ciertas bacterias patógenas se puede deber al
incremento de bacterias acido lácticas, las cuales ayudan a que disminuya la
concentración de agentes patógenos presentes en el producto. Por otra parte
existen investigaciones con la disminución parcial o total de microorganismos
presentes, tal como lo menciona Alejo-Martínez et al. (2016), los cuales analizaron
muestras de tres queserías y encontraron que la carga bacteriana de coliformes
totales disminuyó en concentración al transcurrir los días de maduración, resultados
similares a los encontrados en este trabajo.
Las muestras presentaron conteos de bacterias superiores a la normatividad, desde
el día 0 de maduración hasta los 14 días, esto para Bacterias Mesófilicas, aunque
a partir del día 12 la disminución de las bacterias Mesófilicas fue evidente pero fuera
de norma; en el caso de Coliformes ya no hubo presencia partir del día 10, esto
podría deberse al aumento en la acidez de los quesos.
CONCLUSIONES
Se puede concluir que existe una relación de manera directa entre el proceso de
maduración del queso poro y la disminución de la carga bacteriana presente,
aunque los resultados del conteo final, no cumplen con los parámetros que exige la
norma.
Se observó que al día 10 de maduración, el crecimiento microbiano se estabilizó y
comenzó a disminuir, el gran problema que se pudo notar fue que a ese día, los
productos presentaron una notoria degradación lo que impediría su
comercialización ya que sus características organolépticas no serían del agrado del
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consumidor, ya que la textura de los quesos presentaba una notoria sequedad en
la superficie del mismo, además de que se encontraban muy duros y en cuanto al
sabor presentaban un grado de picor lo cual podría deberse a la presencia de
hongos y levaduras que estaría fuera de los límites permisibles de las normas
oficiales mexicanas, por lo que sugiere seguir realizando investigaciones que
permitan implementar buenas prácticas de manufactura desde la ordeña, recibo de
la materia prima hasta el producto terminado. Se debería implementar una cadena
de frío para reducir el crecimiento bacteriano, a la vez que se minimizaría la
contaminación durante las operaciones de acopio de la leche. Por otra parte, es
importante concientizar al mayor número de productores posibles ya que
implementando sistemas eficientes de calidad podría pensarse en ampliar el
mercado del producto, tanto nacional como internacional.
Es importante mencionar que en estudios realizados con anterioridad (Jiménez y
Magaña, 2008) se encuentra alta presencia de grupos microbianos como son las
bacterias lácticas y las levaduras, estos microorganismos están relacionados con
los altos niveles de acidez que el queso presenta durante las diferentes etapas de
maduración, como es bien sabido dichos grupos bacterianos resisten un medio
ácido, por lo tanto podríamos entender que esta presencia nos resulta benéfica para
ofrecer un producto inocuo.
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Propuesta de elaboración y estandarización de queso tipo poro con leche pasteurizada
Juan Francisco Chávez Dehesa 1 *, Ana Silvia Sarmiento Piedra1, Juan Manuel
Zaldívar Cruz2
1Universidad Tecnológica del Usumacinta, Libramiento Glorieta Emiliano Zapata – Tenosique s/n Colonia Las Lomas, Emiliano Zapata, Tabasco, México. 9343435690, correo:
[email protected]; 2Colegio de Postgraduados, Campus Cárdenas Tabasco.
RESUMEN
El objetivo de este proyecto fue elaborar y estandarizar un queso tipo poro con leche
y suero pasteurizado bajo los límites de la NOM-243-SSA1-2010, dando como
resultado un queso con características muy similares al queso poro tradicional con
características organolépticas de sabor, olor y textura, además inocuo desde el
punto de vista microbiológico lo cual contribuye a que el queso tenga mayor vida de
anaquel a temperatura ambiente o en refrigeración, estás características podrían
hacer que el queso pueda tener mayor penetración en los mercados nacionales e
internacionales, respecto a las pruebas sensoriales, todos los participantes dijeron
conocer el queso poro y que el queso que degustaron se parecía a la mayoría de
los quesos que han consumido tanto en sabor, olor y textura, solo en la parte de
cremosidad mencionaron que estaba un poco más suave que el queso poro
tradicional, en relación a la vida de anaquel, el queso se mantuvo en condiciones
muy similares a un queso recién elaborado, después de un mes de maduración, en
condiciones de refrigeración no hubo cambios significativos en sabor, olor y textura;
a temperatura ambiente el sabor y la textura presentaron cambios poco
significativos.
PALABRAS CLAVES: Queso, Maduración, Vida de Anaquel
INTRODUCCIÓN
En México más del 30% de la producción de leche la aportan los sistemas
campesinos, el número aproximado de vacas en este sistema es de 1,470,000.00
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distribuidas en más de 100 unidades productivas (Bernal et al., 2006), es por ello
que la elaboración de cualquier producto alimenticio debe partir de materias seguras
y ser manufacturado de acuerdo a un plan que asegure su calidad e inocuidad. Los
mercados son cada vez más exigentes y los consumidores más conscientes de sus
derechos, lo cual obliga a las micro, pequeñas y medianas empresas (PYMES) a
enfrentar situaciones cada vez más competitivas. Simultáneamente, los entes
reguladores gubernamentales implementan nuevas normativas destinadas a evitar
las llamadas enfermedades transmitidas por alimentos.
En el municipio de Balancán, Tabasco, México, desde hace más de 60 años se ha
elaborado en forma artesanal el llamado queso poro. La economía del municipio
depende, en su mayor parte, de la actividad ganadera. Esta actividad se desarrolló
debido a prácticas agrícolas como “la tumba y quema” aplicadas en la zona, lo que
ocasionó el cambio de vegetación de selva a pastizales; con este cambio, la
ganadería aumentó trayendo consigo excedentes en la producción lechera con
ganado cruzado cebú-pardo suizo, y dada la falta de infraestructura para captar
esos excedentes en los centro de acopio de la zona, los ganaderos optaron por
elaborar en forma artesanal quesos, tanto frescos como maduros, resultando con
mayor aceptación durante muchos años el llamado queso poro.
El queso poro de Balancán Tabasco es un queso de pasta blanda y prensada, se
elabora acidificando leche bronca con suero ácido de días anteriores, su
industrialización no ha sido posible, debido al incumplimiento de inocuidad del
producto (Onofre y Aguirre, 2010), el queso poro es un queso fresco, o ligeramente
maduro, elaborado con leche bronca de vaca que a menudo experimenta una
maduración involuntaria adicional al darse la distribución y comercialización de
forma lenta, se presenta al mercado en piezas pequeñas, en formas prismático-
rectangulares planas, con un peso que oscila entre 150 g y 300 g. Las piezas vienen
parafinadas y envueltas en papel celofán amarillo, bajo el cual luce su etiqueta. La
envoltura le imprime una presentación muy atractiva para el comprador, la pasta de
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este queso se encuentra fuertemente desmineralizada debido al reposo prolongado
(varias horas) de la cuajada húmeda en el molde. Durante este proceso la acidez
de la pasta aumenta, constituyéndose ésta en un factor determinante para su
conservación, otra característica notable de la pasta es su friabilidad (se desmorona
fácilmente) cuando ya ha perdido mucha humedad; por ejemplo, si el queso ha
madurado algunas semanas (Cervantes et al., 2006); varias instituciones de la
República Mexicana, se han interesado en realizar estudios sobre el queso poro,
entre ellas podemos mencionar a Onofre et al. (2004), los cuales llevaron a cabo
una serie de pruebas microbiológicas evaluando la seguridad alimentaria en los
quesos poro de diferentes queserías de la región, los resultados de los análisis
mostraron altas cargas microbianas que son consideradas fuera de los límites
máximos permisibles por las Normas Oficiales; así también, Jiménez (2008) realizó
estudios sobre el comportamiento de la microflora asociada al proceso de
maduración del queso poro, los queseros por experiencia, aseguran que dejando
más tiempo de maduración en anaquel, la carga microbiana patógena disminuye
por efecto del salado y por la acidez, pasando los siete días de maduración del
queso poro, sin embargo, cabe señalar que los conteos microbiológicos se
encuentran fuera de los límites máximos permisibles establecidos en la Norma
Mexicana (NOM-121-SSA1-1994). Gutiérrez (2011) menciona que fue posible aislar
54 cepas entre bacterias y levaduras provenientes de 7 piezas de queso poro de
diferentes marcas; además de encontrar que las levaduras son las que generan
actividad metabólica generadora de gas. Por otro lado, Zamora (2011), realizó una
investigación en tres quesos de poro de diferentes marcas, encontrando que el
conteo para hongos y levaduras se encuentran muy por encima de los límites
permisibles, además aisló 20 levaduras presentes en el queso de poro por lo que el
autor presume que estos microorganismos son los que le dan las características
organolépticas particulares a los mismos; para la seguridad alimentaria del queso
poro se deben implementar Buenas Prácticas de Manufactura, Análisis de Riesgos
y Puntos Críticos de Control en las queserías de la región, con la finalidad de
establecer parámetros de calidad microbiológica que permitan mejorar la
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producción, según las Normas Oficiales. Otra alternativa para reducir los riegos de
contaminación de los quesos, es utilizar leche pasteurizada en la obtención del
queso poro, claro que al hablar de este pequeño cambio tecnológico y la posible
introducción de algunas variantes al proceso se estaría hablando no propiamente
de un queso poro si no de un queso tipo poro que posea características muy
similares al queso poro artesanal; Alcázar et al. (2006), realizaron análisis
microbiológicos y por medio de la Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR) a
muestras de quesos frescos y semi-maduros que se expenden en mercados sobre
ruedas, encontrando que aunque la forma de expedirlos no es la adecuada, desde
el punto de vista higiénico al elaborar los mismos con leche pasteurizada los
resultados mostraron cuentas microbianas dentro de las Normas Oficiales
Mexicanas; como se sabe una de las características propias de sabor, aroma y
textura la da el suero, algunos investigadores han utilizado el suero pasteurizado
como alternativa en otras actividades lácteas. Por lo tanto, Montero-Lagunes et al.
(2009) mencionan que si se trata el suero a una temperatura de 63 °C por 15
minutos la carga bacteriana patógena desaparece pero las bacterias ácido lácticas
sobreviven, el uso de bacterias ácido lácticas como iniciadores de cultivo, ha sido
otra forma de elaborar quesos como mencionan Jiménez-Vera et al. (2010), ellos
aislaron cepas de bacterias ácido lácticas y levaduras nativas de queso de poro
elaborado con leche cruda con la finalidad de utilizarlas como cultivos iniciadores
en la producción de quesos con leche pasteurizada; por otro lado, Ramos-Izquierdo
et al. (2009) aislaron, identificaron y caracterizaron 20 cepas de bacterias ácido
lácticas (BAL) de un queso crema tropical tradicionalmente fabricado con leche
bronca, para posteriormente utilizar esas bacterias ácido lácticas en la elaboración
de un queso crema con leche pasteurizada. Igualmente, Alvarado et al. (2007)
aislaron veinte cepas de microorganismos proveniente de un queso artesanal
ahumado, de las cuales, emplearon 4 cepas de bacterias ácido lácticas para fabricar
quesos ahumados pero con leche pasteurizada, Chacón y López (2000) aislaron
cepas autóctonas para ser utilizadas como iniciadores en la elaboración de quesos
de pasta prensada encontrando que dichos quesos presentan características
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similares que los que se expenden de forma comercial, Reséndiz et al. (2012), en
un estudio realizado a quesos frescos elaborados con leche cruda en Tuzuapán,
México, demostraron que todas las muestras mostraron cargas elevadas de
coliformes fecales, coliformes totales y Escherichia coli. Por otro lado, Grass–
Ramírez y Cesin-Vargas (2014) mencionan que los quesos elaborados con leche
cruda son inocuos para el consumidor con la consigna de ser producidos de forma
adecuada desde el productor primario hasta el producto terminado con el punto
importante de darle cierto grado de maduración a los quesos; en la actualidad, los
consumidores nacionales y mundiales de productos alimenticios como el queso,
exigen que los alimentos a adquirir cumplan con estándares de inocuidad. La
seguridad alimentaria es relativa y no siempre es inherente a características
biológicas del alimento, un alimento puede ser seguro para algunas personas pero
para otras no, o ser seguras en algún momento pero en otros no (West, 2008), el
queso poro además de pertenecer al grupo de quesos artesanales y su forma
peculiar de elaboración, siguen representando una barrera para transcender hacia
la inocuidad del mismo, por esta razón, existe la necesidad de obtener un producto
que tenga las cualidades tanto de olor, sabor y textura pero dentro del marco
regulatorio de la inocuidad alimentaria; ya que de seguir bajo el mismo sistema de
elaboración artesanal la comercialización hacia los mercados tanto nacionales
como internacionales seguirá restringida, en los productos lácteos, el queso se
enfrenta a problemas en la comercialización, debidos a la producción artesanal con
leche sin pasteurizar, el queso es altamente perecedero y su consumo representa
un riesgo potencial para la salud, muchas de las industrias lácteas de la Región de
los Ríos no cumplen con las normas de seguridad, tales como la higiene personal,
manejo de materiales y equipos, instalaciones y demás disposiciones de la Norma
Oficial Mexicana (NOM-120-SSA1-1994).
El objetivo del proyecto fue presentar un proceso de elaboración y estandarización
de queso tipo poro con leche pasteurizada, dicha propuesta reviste gran importancia
ya que el producto elaborado presenta todas las garantías de inocuidad, sabor,
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textura y olor que lo hacen un producto atractivo para el mercado local, regional,
nacional e internacional.
MATERIALES Y METODOS
El proyecto se llevó a cabo en el taller de Lácteos de la Universidad Tecnológica del
Usumacinta (UTU) en Emiliano Zapata, Tabasco.
Colecta de Muestras
Las muestras de leche para la elaboración del queso fueron proporcionadas por Dr.
Alfonso Bertolini Díaz, productor de leche de la zona. Su ganado es criado de forma
orgánica, en el rancho Las Delicias ubicado a las afueras de la ciudad de Emiliano
Zapata, Tabasco. Cuenta con 8 vacas que cría alimentadas solo con pastura, dichas
vacas son utilizadas para concursos en ferias y exposiciones obteniendo de cada
una de ellas en promedio 20 litros en dos ordeños.
Recolección y toma de la muestra.
La leche se recolectó ordeñando las vacas de forma manual considerando el
siguiente procedimiento:
Se lavan perfectamente las manos del ordeñador y se cubre la nariz y boca
con un cubre bocas.
Los pezones de la vaca se lavan con agua estéril y jabón.
se procede a ordeñar la vaca dejando que salgan unos dos o tres chorros de
leche y se eliminan.
Se continúa el proceso de ordeño dejando caer la leche en un recipiente
lavado y desinfectado con agua estéril y jabón comercial.
Por último se envasa la leche en un recipiente de plástico esterilizado
previamente.
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Se colectaron 80 L de leche y se transportaron al laboratorio de la Universidad en
un tiempo aproximado de 45 minutos, donde se tomaron submuestras de 8 L para
realizar los experimentos.
Posteriormente a la leche cuando se recibía en el laboratorio se les realizaban
análisis fisicoquímicos con el equipo Ecomilk.
También se les realizó análisis microbiológicos a la leche para determinar su carga
microbiana; determinación de coliformes fecales y bacterias mesófilas aerobias de
acuerdo a las NOM-112-SSA1-1994.Bienes y Servicios. Determinación de bacterias
Coliformes. Técnica del Número más Probable, NOM-092-SSA1-1994, Bienes y
Servicios. Método para la cuenta de bacterias aerobias en placa, respectivamente;
otra fuente de obtención de la materia fue a través de la Cooperativa de Productores
de leche del municipio de la Libertad, Chiapas, tomándola propiamente del termo
de enfriamiento de dicha asociación. La leche que ahí llega es de aproximadamente
15 productores. La leche se sometió al proceso de pasteurización con la finalidad
que estuviera en condiciones de elaborar el queso tipo poro.
Proceso de elaboración
El proceso general para la elaboración del queso fue muy similar al que la mayoría
de los queseros realizan para sus quesos de forma tradicional.
Pero como diferencia importante fue la adición de suero como iniciador del proceso
(inóculo), el suero se obtuvo de un proceso anterior donde se había elaborado
queso panela con leche pasterizada, dicho suero se obtuvo de forma inocua, para
la adición del inóculo se debe esperar que el mismo llegue a una acidez titulable de
50 a 60 °D.
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Obtención de suero como iniciador
Para la obtención del suero se utilizó la metodología que mencionan Montero-
Lagunes et al. (2009). El suero se trató a una temperatura de 63 °C por 15 minutos
para eliminar la carga bacteriana patógena y conservar las bacterias ácido lácticas.
Este punto es muy importante en la elaboración del queso ya que la presencia de
flora microbiana autóctona en la leche de la región, es la que confiere el sabor
característico a los quesos.
A continuación se describe el procedimiento para la elaboración del queso tipo poro,
propuesto en la presente investigación.
Transportar la leche en recipientes limpios y desinfectados.
Colar, para la eliminar la materia extraña.
Tomar acidez titulable para determinar que sea leche dulce 16–18ºD
Pasteurizar la leche a 63ºC durante 30 min-1.
Bajar la temperatura de la leche a 38 °C.
Adicionar 3 a 5 % de suero pasteurizado y acidificado, dejar en reposo de 2
a 3 días, luego adicionar 2 g de CaCl2 en 10 litros de leche, y por último se
adiciona la renina (cuajo) 1.5 mL por cada 10 litros de leche.
Reposar 2 horas para la formación de la cuajada.
Cortar la cuajada con un cuchillo limpio y desinfectado, lo cual se realiza en
forma vertical formando cuadros grandes de aproximadamente de 2 cm.
Reposar durante 1 hora en el recipiente.
Tomar la acidez del suero hasta que llegue a 16-18°D, en este paso es
importante tener en cuenta que la pasta debe estar firme y que al tomarlos
cuadros o rectángulos de la cuajada con los dedos estos no se rompan.
Moldear, se realiza colocando la cuajada en los moldes estériles, para la
formación de la primera pasta dejando en reposo durante 24 horas
eliminando la mayor cantidad del suero, donde se le tiene que dar vueltas 3a
5 veces cada 30 minutos.
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Posteriormente se coloca la pasta ya desuerada en paños limpios y
esterilizados, esto con la finalidad que tome la forma del molde, para después
ponerlos en prensa por 48 horas.
Retirar del molde y colocar en un lugar seco, limpio y desinfectado durante 3
días, en ese tiempo se sala 2 veces.
Lavar con agua purificada para eliminar la grasa que formó en la superficie
de los quesos durante el tiempo de maduración.
Secar durante 8 a12 horas dependiendo la temperatura ambiente.
Encerar los quesos y/o empacar al vacío y dejar reposar de 3 a 5 días.
Análisis Microbiológicos.
Los quesos elaborados, fueron sometidos a la realización de análisis
microbiológicos para determinar coliformes fecales y bacterias mesófilas aerobias
de acuerdo a las Normas Oficiales Mexicanas NOM-112-SSA1-1994 y NOM-092-
SSA1-1994.
Pruebas con moldes de madera.
Las primeras pruebas se realizaron con moldes de madera, los que se lavaron y
desinfectaron con jabón comercial, cloro comercial y agua hirviendo, ya que los
productores del queso poro mencionan de forma reiterada que la madera es la que
le proporciona olor y sabor característico al queso; sin embargo, estos moldes
pueden ser una de las principales fuentes de contaminación. Los moldes de madera
se lavaron perfectamente y después se esterilizaron en autoclave a 120 0C por 15
minutos.
Pruebas con moldes de Acero Inoxidable.
Se realizaron pruebas en moldes de acero inoxidable, los cuales fueron esterilizados
en autoclave a 120 0C por 15 minutos
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Análisis Sensoriales.
Para determinar el grado de aceptación se elaboró una prueba de degustación a 12
panelistas no entrenados, con la finalidad de saber si el queso tipo Poro cumplía
con características similares a las del queso tradicional, los panelistas fueron
seleccionados al azar y la degustación se hizo a personas que conocen y que
consumen por lo menos una vez al mes queso poro, a los panelistas se les realizó
una encuesta.
Pruebas de Vida de Anaquel.
Se determinó la vida de anaquel a los quesos elaborados. Para ello, se dejaron a
temperatura ambiente (aproximadamente entre 30 y 35 °C) durante un mes, al
término de este periodo se comparó la textura y el sabor de éstos con los quesos
poro tradicionales. Asimismo, se evaluaron los parámetros de textura y sabor de los
quesos en refrigeración; para ello, se mantuvieron dentro de un refrigerador
comercial entre 30 y 35 días, y posteriormente se comparó el sabor y la textura con
los quesos poro tradicionales.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Una de las características más importantes para la elaboración del queso tipo poro
es el suero utilizado como iniciador o inóculo. La acidez del mismo varía de 50 a
60°D, por lo tanto, es recomendable que cuando alcance la acidez éste sea
almacenado en el refrigerador, ya que este mismo puede ser empleado
posteriormente en la elaboración de más quesos. El suero empleado como inóculo
en el presente trabajo, presentó resultados similares a los reportados en la
elaboración de queso crema por Izquierdo et al. (2009).
La acidez del suero utilizado como inóculo fue la que proponen Montero-Lagunes et
al. (2009) para bajar la carga bacteriana patógena y que las bacterias ácido lácticas
sobrevivan.
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El suero obtiene la acidez adecuada después de 4 días de fermentación a
temperatura ambiente (30 – 35 °C).
La Figura 1 muestra la evolución de la acidez del suero pasteurizado sometido al proceso de fermentación durante 6 días.
Figura 1. Comportamiento de la acidez del suero pasteurizado durante la fermentación.
Resultados de las pruebas de moldes
Los moldes de madera se lavaron perfectamente y después se esterilizaron en
autoclave a 120 0C por 15 minutos, el resultado fue que los moldes generaron un
olor muy fuerte a madera quemada, el cual se transfirió a los quesos, además, los
resultados de los análisis microbiológicos mostraron niveles por encima de los
permisibles establecidos en las Normas.
Esto puede deberse a la presencia de poros en los moldes, además que este tipo
de moldes se utilizan de forma cotidiana, sin los cuidados de higiene o limpieza
correctos, por tanto, muchas veces quedan residuos de queso de procesos
anteriores lo cual contribuye a la proliferación de microorganismos que contaminan
los quesos.
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Con respecto a las pruebas en moldes de acero inoxidable, el proceso de
esterilización fue suficiente para garantizar la inocuidad, dado que los resultados de
los análisis microbiológicos correspondientes, se encontraron dentro de Norma
tanto para coliformes como para bacterias mesofílicas aerobias. Cabe señalar, que
adicionalmente se hicieron pruebas para comprobar la presencia de bacterias
ácidolácticas, los resultados en las cajas de Petri donde se realizó la siembra
mostraron un excelente crecimiento de colonias de bacterias ácidolácticas,
poblando casi en su totalidad el campo, mientras que hubo un crecimiento cercano
al 1% de hongos y levaduras.
Calidad de la leche.
La leche que se utilizó mostró una concentración alta de sólidos y grasa
demostrando una leche de perfecta calidad, esto se debe a la forma de crianza de
las vacas y las buenas prácticas de higiene desde el ordeño, almacenamiento, y
depósito pasando por el transporte de la leche fueron las adecuadas para que la
materia prima estuviera en perfecto estado para ser utilizada en la elaboración de
los quesos.
Parámetros microbiológicos del queso tipo poro elaborado con leche
pasteurizada.
En relación a la obtención de los quesos se puede mencionar que se obtuvieron
quesos con características tanto de textura, olor y sabor muy similares al queso poro
tradicional. Sin embargo, los análisis microbiológicos para la determinación de
coliformes fecales y bacterias mesofílicas aerobias, los resultados del conteo de
colonias fue negativo para el caso de coliformes y para el caso de las bacterias
mesofílicas aerobias los resultados estuvieron dentro de los límites establecidos en
la norma oficial, lo cual puede observarse en la Tabla 1.
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Tabla 1 Resultados microbiológicos del queso tipo poro
Parámetro Resultados Valores de Referencia
Bacterias mesofílicas
aerobias 200 UFC g-1 10000 UFC g-1
Bacterias Coliformes Negativo < 50 NMP g-1
Como se puede observar, el hecho de pasteurizar la leche contribuye a la
disminución de la contaminación, las cuentas de bacterias disminuyen o
desaparecen, concordando con lo mencionado por Alcázar et al., (2006).
Vida de anaquel y análisis sensorial
Por otra parte, pruebas para determinar y comparar la vida de anaquel de los quesos
elaborados con la metodología propuesta; muestran que la refrigeración de los
quesos después de 30-35 días; permanecieron frescos y tanto su sabor, olor y
textura se mantuvieron como si estuvieran recién hechos. Así mismo, los resultados
obtenidos de las pruebas de vida de anaquel a temperatura ambiente mostraron un
cambio en el color y sabor, sin embargo, estos cambios no alcanzaron el grado del
sabor característico a “picor” típico de los quesos maduros. Por otra parte, la textura
tampoco mostro cambios drásticos en este periodo del almacenamiento,
mantuvieron una humedad aceptable y no se pusieron tan secos y/o duros, esto se
puede atribuirse a que fueron empacados al vacío.
En la siguiente gráfica se observan los resultados obtenidos de la encuesta
realizada para evaluar la satisfacción del cliente para el queso tipo poro elaborado
en el presente estudio.
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Figura 2. Encuesta de satisfacción o aceptación para queso tipo Poro.
Los resultados de la encuesta de satisfacción realizados a 12 panelistas no
entrenados mostraron que al 100 % de los encuestados le gusta el sabor del queso.
Con respecto al olor, el 92 % de los encuestados dijo estar satisfecho con el sabor
agradable que prestaron los quesos evaluados. Para el caso de la textura solo el
67 % de los panelistas comentaron que la textura del queso fue igual al del queso
poro tradicional, mientras que el resto de ellos dijo estar en desacuerdo dado que
percibieron algún cambio en este parámetro.
Para el caso de la aceptación del queso tipo poro elaborado, según la encuesta
realizada, el 67 % de los encuestados comentó que los quesos se parecen mucho,
mientras que el 25 % dijo que es poco parecido entre los tipos de queso, mientras
que solo el 8 % opinó que este tipo de queso resulta completamente diferente del
queso poro tradicional.
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En la gráfica siguiente se observa la distribución de las opiniones vertidas en la
encuesta realizada para comprobar el nivel de aceptación del queso tipo poro.
Figura 3. Nivel de aceptación para el queso tipo poro.
CONCLUSIONES
En este proyecto se elaboró un queso tipo poro con leche y suero pasteurizados,
que cumple los estándares de calidad e inocuidad establecidos en la NOM-243-
SSA1-2010, Productos y servicios. Leche, fórmula láctea, producto lácteo
combinado y derivados lácteos. Disposiciones y especificaciones sanitarias.
Métodos de prueba específicos.
El queso tipo poro elaborado, posee características organolépticas de sabor, olor y
textura muy similares al queso poro tradicional. Además, este producto resultó ser
inocuo desde el punto de vista microbiológico, lo cual mejora la vida de anaquel ya
sea almacenado a temperatura ambiente o en refrigeración. Esto podría contribuir
a la expansión del mercado.
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De acuerdo a las pruebas sensoriales, los panelistas dijeron conocer el queso poro
y que comparando el queso que degustaron, éste se parecía en gran medida a la
mayoría de los quesos que habían consumido antes, tanto en sabor, olor y textura.
Sin embargo, la cremosidad resultó diferente, debido a que el queso tipo poro
resultó ser un poco más suave que el queso poro tradicional.
Por otra parte, las características organolépticas en relación con las pruebas para
determinar la vida de anaquel, las muestra de queso que se mantuvieron en
condiciones similares a un queso recién elaborado después de un mes de
maduración, en condiciones de refrigeración no presentaron cambios significativos
en sabor, olor y/o textura; mientras a temperatura ambiente se observaron ligeros
cambios en sabor y en textura.
Es importante mencionar que algunos integrantes de la Sociedad de Queso de Poro
genuino de Balancán, han hecho algunos arreglos en sus queserías para tratar de
lograr que sus quesos puedan estar dentro de los límites permisibles de las Normas
Mexicanas, pero al no tener control de su materia prima la pasteurización de la leche
podría ser una opción viable para acceder a otros mercados.
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Resistencia a antibióticos de bacterias ácido lácticas del queso de poro tradicional
Margarita Madrigal Mendoza1*, Beatriz Domínguez Valenzuela1, Adolfo Bucio
Galindo2 y Román Jiménez Vera3
1 Instituto Tecnológico Superior de los Ríos Km. 3 Carretera Balancán – Villahermosa, Balancán,
Tabasco, C.P. 86931, 2 Colegio de Postgraduados, Campus Tabasco, 3División Académica Multidisciplinaria de los Ríos de la Universidad Juárez Autónoma de Tabasco. Correo:
RESUMEN
La sociedad actual, con mayor expectativa de vida, muestra un interés creciente por los alimentos funcionales. Entre ellos los más difundidos se encuentran los que contienen bacterias ácido lácticas (BAL) que se emplean principalmente como cultivos iniciadores para la elaboración de productos lácteos. El queso de poro es un producto regional elaborado con leche entera de vaca sin pasteurizar en la región Ríos de Tabasco. El objetivo fue evaluar la resistencia a los antibióticos en BAL aisladas de quesos de poro artesanal. Se realizó el aislamiento e identificación preliminar de las BAL inoculando en caldo MRS e incubando por 24 horas a 37 ºC; se sembró en agar MRS, incubado en anaerobiosis a 37°C por 48 horas. Se obtuvieron 30 cepas puras con características de las BAL, posteriormente se evaluó su susceptibilidad con 12 diferentes antibióticos utilizando la técnica de difusión en agar, obteniendo mediante la lectura de los halos de inhibición (en mm) del crecimiento como variable de respuesta. Finalmente se calculó el índice de resistencia múltiple a antibióticos (MAR). Se obtuvo un alto índice de multiresistencia (89.7%), incluso cepas resistentes a todos los antibióticos evaluados (24.1%) probablemente relacionadas con el uso indiscriminado de antibióticos en el hato ganadero. PALABRAS CLAVE: Susceptibilidad, antibióticos, antibiograma
INTRODUCCIÓN
Las bacterias ácido lácticas (BAL) son microorganismos que tienen diversas
aplicaciones, siendo una de las principales la fermentación de alimentos como la
leche, carne y vegetales para obtener productos como el yogurt, quesos, encurtidos,
embutidos, ensilados, etc. También son de gran utilidad en la biopreservación de
los alimentos, mejoran las características sensoriales como el sabor, olor, textura y
aumentan su calidad nutritiva (Ramírez et al., 2011).
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Una manera de obtener las bacterias ácido lácticas es mediante su aislamiento de
alimentos fermentados o productos lácteos. Se ha reportado el aislamiento de
alimentos fermentados como el pulque (Cervantes-Contreras y Pedroza-Rodríguez,
2007), de quesos (Martín del Campo et al., 2008; Amorocho, 2011) y del pastizal de
una finca lechera (Alvarado-Rivas y Díaz-Rivero (2009).
En la industria de alimentos, las bacterias ácido lácticas se emplean principalmente
como cultivos iniciadores para la elaboración de productos lácteos y bebidas
alcohólicas donde producen cambios específicos en el aroma, sabor, textura,
cuerpo, acidez, humedad, digestibilidad y aspectos de los mismos (Mora y García,
2007). La importancia de las bacterias ácido lácticas no se limita al orden
económico, sino que se debe ante todo a sus propiedades, que contribuyen a
preservar y mejorar la salud.
Los antibióticos son altamente eficaces en el tratamiento y erradicación de las
enfermedades bacterianas, sin embargo su eficacia se ha visto mermada por la
aparición de mecanismos de resistencia. La resistencia antimicrobiana (AMR) es la
capacidad de microorganismos de crecer a pesar de la exposición a sustancias
antimicrobianas aplicados para inhibir su crecimiento (APUA, 2016). Las bacterias
pueden desarrollar resistencia de dos maneras: 1) por una mutación genética o 2)
mediante la adquisición de resistencia por parte de otra bacteria. Algunas
mutaciones permiten a las bacterias producir enzimas que inactivan a los
antibióticos; mientras que otras impiden su entrada, y otros desarrollan mecanismos
de bombeo que expulsan el antibiótico al exterior de la bacteria.
Las BAL y bifidobacterias presentes en los productos fermentados y en el tracto
gastrointestinal de hombres y animales podrían actuar como reservorios de genes
de resistencia que, en último término, podrían transmitirse a microorganismos
patógenos, bien en la matriz de los alimentos o en el propio tracto gastrointestinal
(Florez, 2007).
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Por tanto, la presencia de genes de resistencia a antibióticos debería examinarse
minuciosamente en cepas que vayan a ser utilizadas como cultivos iniciadores o
como probióticos en un sistema alimentario (Mora y García, 2007). Hasta el
momento, no se ha prestado atención al estudio de la susceptibilidad a antibióticos
en el grupo de las BAL y bifidobacterias, no existiendo siquiera puntos de corte
claros para la mayoría de los antibióticos y la mayoría de las especies (Florez, 2007).
De igual forma, no deben contener genes transmisibles que puedan codificar la
resistencia a los antibióticos, ya que de ser así puede haber transferencia de
resistencia hacia microorganismos patógenos, lo que podría dificultar el tratamiento
terapéutico de las infecciones causadas por dichos microorganismos (Moreno-
Villares, 2006; Mejía et al., 2007).
Existe evidencia sobre la transferencia horizontal de plásmidos entre especies de
bacterias lácticas como Enterococcus faecalis (Martín, 2005; Mesas et al., 2006), y
bacterias comensales como Bacteroides mediante el proceso de conjugación (Bello
y Fernández, 2006). De igual manera, se ha reportado la adquisición de resistencia
a antibióticos en especies comerciales de Lactobacillus acidophilus en estudios in
vitro e in vivo (Matter et al., 2008), así como en probióticos de origen humano como
las del género Bifidobacterium (Charteris et al., 1998). Esto demuestra que las
cepas bacterianas probióticas son susceptibles de contaminación mediante
transferencia de plásmidos de resistencia a antibióticos de otras especies.
Amorocho, 2011 indica que de acuerdo a los requisitos de la FAO, para garantizar
la inocuidad de una cepa probiótica debe ser identificada a nivel de género, especie
y cepa; en el estudio in vitro se ha de analizar la actividad antimicrobiana frente a
patógenos, resistencia a las condiciones gastrointestinales y adherencia a la
mucosa intestinal y células epiteliales. Además, para garantizar la seguridad se
recomiendan pruebas de resistencia a antibióticos, estudios epidemiológicos y de
actividades metabólicas perjudiciales para la salud de quien los ingiere.
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El queso de poro es un producto artesanal que se elabora en la subregión Ríos en
el estado de Tabasco, principalmente en los municipios de Balancán y Tenosique.
Es un queso fresco, ligeramente maduro, de pasta blanda y prensada, elaborado
con leche cruda de vaca entera (Alejo-Martínez et al., 2015). Este queso es
comercializado en el sureste de México y se ha reportado como una fuente
importante de bacterias ácido lácticas (Rodríguez Almeida, 2013).
Por lo tanto el presente estudio consistió en evaluar la resistencia a los antibióticos
de cepas de bacterias lácticas aisladas de quesos de poro elaborados en la región
Ríos de Tabasco. Los resultados de este trabajo permitirán conocer la
susceptibilidad a los antibióticos de las bacterias ácido lácticas, así como a contribuir
al establecimiento de un nuevo criterio para la selección de microorganismos de
importancia industrial con la finalidad de ofrecer cepas bacterianas inocuas en
beneficio de la salud.
MATERIALES Y MÉTODOS
Este trabajo se desarrolló en el municipio de Balancán, localizado en la subregión
Ríos, del estado de Tabasco, México. Los quesos fueron obtenidos y comprados en
una quesería ubicada en la ciudad de Balancán de Domínguez, Tabasco. Con más
de 40 años de trabajo, dedicada a la elaboración de quesos artesanales como el
queso de hebra, queso crema, cincho, panela, botanero, queso untable y siendo el
queso de poro el de mayor tradición. Adquieren la leche para su proceso de
productores de al menos 4 comunidades del municipio. Forma parte de la Sociedad
Productora de Queso de Poro Genuinos de Balancán S.P.R. de R.L. de C.V.
Se analizaron 3 quesos empacados para la venta diaria por cada lote de quesos de
poro con 7 días de proceso de la quesería (Anexo 1); haciendo un total de 18
muestras de aproximadamente 150 g de quesos de poro recién empacados para
venta. Los quesos fueron transportados en contenedores cerrados al Laboratorio de
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Microbiología del Instituto Tecnológico Superior de los Ríos, mantenidos a
temperatura ambiente.
Identificación de las bacterias ácido lácticas.
Se realizó una dilución 1:10. Se pesó 1.0 g de muestra y se disolvió en 9 mL de
solución fisiológica salina estéril. Se tomó 1 mL de la dilución y se inoculó en un
tubo con 9 mL de caldo MRS (de Man, Rogosa y Sharpe; marca Dibico, código
1269-B), se incubó por 24 horas a 37 ºC y después de transcurrido el tiempo se
procedió a sembrar por duplicado mediante la técnica de estría en agar lactobacilos
MRS (marca Merck, código 11066), las cajas de Petri se incubaron en anaerobiosis
a 37°C durante 48 horas (Rosenblatt et al., 1975).
Se seleccionaron cepas con características típicas de las colonias de bacterias
ácido lácticas (se escogieron las bacteria que estuviese más definida y distante de
las demás, asumiendo que fuera pura). Las colonias obtenidas fueron cultivadas en
agar MRS (medio selectivo para BAL). Posteriormente se realizó la identificación
preliminar, evaluando que en la tinción de Gram para las BAL fuera positiva (Tortora
et al., 2007) y la prueba de catalasa, que dieran como resultado negativa (Gamazo
et al., 2005).
El antibiograma o prueba de sensibilidad antimicrobiana.
La metodología utilizada fue la propuesto por Alvarado et al. (2007) y la técnica de
difusión en agar (disco-placa) método recomendado por la Performance standards
for Antimicrobial Susceptibility Testing (NCCLS, 2007). Los discos comerciales para
microorganismos Gram positivos que se utilizaron son de la marca comercial
Investigación Diagnostica (Multibac I.D.), REG. No. 115982002 SSA. Conteniendo
los antibióticos: Cefalotina (CF), Ampicilina (AM), Dicloxacilina (DC), Penicilina (PE),
Cefotaxima (CFX), Ciprofloxacina (CPF), Clindamicina (CLM), Gentamicina (GE),
Tetraciclina (TE), Eritromicina (E), Sulfametoxazol-Trimetroprim (STX) y
Vancomicina (VA).
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El antibiograma incluyo los siguientes pasos (ver diseño experimental de la Tabla
1):
1) Propagación de la cepa a evaluar. Después de la propagación (caldo MRS
incubado por 24 horas a 37 °C) empleando un hisopo se realizó la siembra
en agar MRS distribuyendo masivamente en tres direcciones para obtener
un inoculo uniforme.
2) Se mantuvo a temperatura ambiente unos minutos hasta lograr el secado del
medio y con una pinza estéril se tomaran los multidiscos de antibióticos y se
colocaran sobre el medio, presionándolo ligeramente para asegurar el
contacto con la superficie del agar.
3) Las cajas de petri se invirtieron y se incubaron a 37 ºC durante 24 horas en
condiciones microaerofílicas.
4) Finalmente se procedió a la lectura de los halos de inhibición (en mm) del
crecimiento como variable de respuesta. La medición se realizó con una regla
y dependiendo del diámetro del halo de inhibición de cada antimicrobiano se
consideró sensible, intermedio o resistente (interpretando los datos como lo
indica la CLSI en la tabla proporcionada por el proveedor).
Índice de resistencia múltiple a antibióticos (MAR).
Se calculó la MAR, el cual se define como a/b, donde “a” representa el número de
antibióticos para los cuales determinada cepa presenta resistencia, y “b”, el número
de antibióticos al cual se expuso dicha cepa. Un índice mayor a 0.2 indica que la
bacteria presenta resistencia múltiple (Vanegas et al., 2009).
Antibiograma de las cepas puras aisladas del queso de poro, la prueba se realizó
por duplicado.
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Tabla 1. Diseño de experimento
CEPA BAL
ANTIBIÓTICOS (µG)*
10 30 30 5 30 1 15 10 10 U
30 25 30 MAR
AM CF CFX CPF CLM DC E GE PE TE STX VA
BAL 1
B1AM
B1CF
B1CFX
B1CPF
B1CLM
B1DC
B1E
B1GE
B1PE
B1TE
B1STX
B1VA
MAR1
BAL 2
B2AM
B2CF
B2CFX
B2CPF
B2CLM
B2DC
B2E
B2GE
B2PE
B2TE
B2STX
B2VA
MAR2
BAL 3
B3AM
B3CF
B3CFX
B3CPF
B3CLM
B3DC
B3E
B3GE
B3PE
B3TE
B3STX
B3VA
MAR3
BAL 4
B4AM
B4CF
B4CFX
B4CPF
B4CLM
B4DC
B4E
B4GE
B4PE
B4TE
B4STX
B4VA
MAR4
BAL 5
B5AM
B5CF
B5CFX
B5CPF
B5CLM
B5DC
B5E
B5GE
B5PE
B5TE
B5STX
B5VA
MAR5
BAL ∞
B∞AM
B∞CF
B∞CFX
B∞CPF
B∞CLM
B∞DC
B∞E
B∞GE
B∞PE
B∞TE
B∞STX
B∞VA
MAR∞
* Las abreviaciones representan a los antibióticos evaluados
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Identificación de bacterias ácido lácticas
A partir de18 muestras de quesos de poro artesanal se aislaron 32 colonias de
bacterias con características típicas de las bacterias ácido lácticas y diferente
morfología colonial, tales como colonias pequeñas, blancas o cremosas, de
superficie convexa con forma redonda y bordes enteros (Figura 1).
Se realizó tinción de Gram y observaciones microscópicas para verificar la pureza
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de las BAL, se determinó que de las 32 colonias aisladas se identificaron 30 como
bacterias ácido lácticas, al obtener una Tinción de Gram positiva, se identificaron
que 9 BAL son cocos y 21 son bacilos; mientras que en la prueba bioquímica de
catalasa resultaron negativas (Figuras 2), lo que permitió considerarlas como
cultivos puros y libres de cualquier tipo de contaminación para poder así evaluar su
susceptibilidad a diferentes antibióticos.
Figura 1. Observación macroscópica de las bacterias ácido lácticas obtenidas
Ramírez et al., (2011) señala que las bacterias ácido lácticas (BAL) son un grupo
de microorganismos representados por varios géneros con características
morfológicas, fisiológicas y metabólicas en común. Son cocos o bacilos Gram
positivos, no esporulados, no móviles, anaeróbicos, microaerofílicos o
aerotolerantes.
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Figura 2. Identificación preliminar de las BAL mediante tinción de Gram, positiva para bacterias ácido lácticas (Tortora et al., 2007) y prueba de catalasa, negativa (Gamazo et al., 2005).
El antibiograma o prueba de sensibilidad antimicrobiana.
En la Figura 3, se muestra la respuesta a los antibióticos de las BAL aisladas del
queso de poro tradicional. Se observa que el perfil de sensibilidad-resistencia
no es uniforme en todas las muestras, aun cuando se trata de quesos del
mismo lote e incluso de la misma muestra, lo que indica resistencia de algunas
cepas, probablemente como resultado del manejo de diferentes lotes.
Como se observa en la Figura 3, de las 30 cepas de BAL que se le realizaron la
prueba de sensibilidad solo se representan 17, con la finalidad de mostrar que 14
de las BAL son las que presentan mayor índice de resistencia múltiple a antibióticos
(MAR) con valores entre 0.5 y 1; en contraparte 3 BAL fueron las que presentaron
menor MAR con un valor de 0.16. Lo anterior considerando que la MAR debe ser
menor a 0.2 para decir que la cepa no presenta resistencia múltiple a los antibióticos
evaluados (Vanegas et al., 2009).
Catalasa, negativa Bacilos Gram positivos
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Figura 3. Antibiograma de las cepas puras aisladas del queso de poro tradicional, la prueba se realizó por duplicado. * Ver nomenclatura de identificación de las BAL en el anexo 1. + Ver nomenclatura de identificación de los antibióticos en la metodología.
La mayoría de las cepas presento resistencia a antibióticos, y más aún, resistencia
múltiple a los antibióticos. De acuerdo al índice de resistencia múltiple a antibióticos
(MAR), se puede observar que en cuatro de los seis lotes analizados (66.67%)
se encontró como mínimo una cepa con resistencia múltiple a los 12 antibióticos
(23.33% del total de las cepas). De igual manera, se encontró que 26 (89.7%) de
las 30 cepas estudiadas presentan un índice mayor a 0.2 lo que indica que la
bacteria presenta resistencia múltiple (Vanegas et al., 2009).
En general, los antibióticos a los que presentaron mayor resistencia las BAL fueron:
Vancomicina (96.6%), gentamicina (90%), sulfametoxazol-trimetroprim (73.33%),
dicloxacilina (53.33%) y tetraciclina (50%); sin embargo, presentan mayor
sensibilidad a la eritromicina (75.9%), cefotaxima (69%) y penicilina (65.5%).
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Como se observa en la Figura 3 todas las cepas de BAL son resistentes a la
vancomicina a una concentración de 30 µg. El resultado obtenido concuerda con lo
estipulado por Swenson, (1990) quien indica que hay algunas bacterias Gram-
positivas que son intrínsecamente resistentes a la vancomicina, como las
especies Leuconostoc y Pediococcus, aunque estos organismos son poco comunes
como patógenos que provoquen enfermedades en los seres humanos. Al igual que
la mayoría de las especies de Lactobacillus que también son intrínsecamente
resistentes a la vancomicina.
De las cepas ensayadas frente a gentamicina, la que presentó susceptibilidad fue
la cepa L4-2-1 al tener un halo de 15.00 ± 0.00 mm, la cepa L5-2-2 presentó
crecimiento intermedio con un halo de 14.50 ± 0.70 mm, mientras que las 26 cepas
restantes son resistentes al mostrar un halo de inhibición menor a 14 mm para este
mismo antibiótico.
La Gentamicina es un aminoglucósido considerado bactericida rápido que inhibe la
síntesis proteica bacteriana y altera la integridad de la membrana citoplasmática.
Rodríguez. 2002 (citado en Sabido, 2009) indica que la resistencia a este
antibiótico está mediada por plásmidos, que diseminan el código genético de
las enzimas no sólo entre colonias de la misma especie, sino transespecie, lo que
ha representado uno de los principales hechos que aumenta la complejidad
del control de la resistencia.
Es así como muchos de los microorganismos inicialmente sensibles a estos
medicamentos se vuelven resistentes. Mesas, (2006) señala que en cuanto a
bacterias lácticas probióticas, existe evidencia sobre la transferencia horizontal
de plásmidos entre especies de bacterias lácticas. Así como desde otras
especies Mater, 2008 (citado en Sabido, 2009).
En cuanto al sulfametoxazol-trimetoprim, Cué (citado en Sabido, 2009) indica que
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usualmente es bacteriostático e interfiere con la síntesis del ácido fólico, actuando
como inhibidor competitivo del ácido p-aminobenzoico en los microorganismos
susceptibles. Su espectro de acción es amplio, abarca la mayoría de los
microorganismos grampositivos y muchos gramnegativos, especialmente estos
últimos, pero su uso se ha limitado debido al desarrollo de resistencia. Lo anterior
concuerda con los resultados obtenidos en este trabajo, debido a que el 73.33% de
las cepas de BAL muestran resistencia al sulfametoxazol-trimetoprim en una
concentración de 25 µg.
Dicloxaciclina es un antibiótico de la familia de los betalactámicos, es
una penicilina resistente a penicilinasa. Anti Gram +, ejerce su acción bactericida
sobre el crecimiento y división de la pared celular bacteriana, aunque aún no se
conoce exactamente el mecanismo de acción implicado. Sin embargo, en este
estudio la susceptibilidad solo se presentó en un 37.9%; siendo las cepas L3-2-6,
L4-2-1 y L6-2-1 las más susceptibles a 1 µg de dicloxaciclina dado que la primera
mostro un halo de inhibición de 17.00 ± 0.00 mm y las otras dos un halo de 15.50 ±
0.70 mm. En contraparte el 55% de las cepas mostraron resistencia a este
antibiótico mientras que las cepas L1-3-2 y L6-2-1 presentan resistencia intermedia.
Figura 4. Cepa L4-1-2 inhibida por tetraciclina
Lo que respecta a la tetraciclina, en el año 2005, Zhou y col. (citado por Mora, 2007)
encontraron que cepas con potencial probiótico de Lb. rhamnosus y Lb. plantarum
fueron susceptibles a 30 µg de este antibiótico. En el mismo año Herreros y col.
TE
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229
reportaron susceptibilidad a 30 µg para cepas de Lb. plantarum, aisladas a partir de
queso elaborado artesanalmente. Por el contrario, Flórez y col. (2005) (Mora, 2007)
encuentran cepas de Lb. plantarum resistentes a tetraciclina, al determinar una CMI
de 256 µg/mL.
Sin embargo, en este estudio la cepa L4-1-2 resultó la más susceptible, al ser
inhibida en un diámetro de 26.5 ± 2.12 mm por la concentración de 30 µg de
tetraciclina (Figura 4) y en total solo el 31% de las BAL presentaron susceptibilidad.
En contra parte más del 50% de las cepas presentaron resistencia a este antibiótico,
siendo las cepas L1-3-1, L1-3-4, L2-1-1, L2-2-7, L3-1-4, L3-1-5, L3-2-1, L3-2-2 y L6-
3-3 las que mostraron mayor resistencia al presentar un diámetro de 7.00 ± 0.00
mm (Figura 5). Este es un resultado no esperado debido a que las tetraciclinas son
capaces de inhibir la síntesis de las proteínas en las bacterias, se unen a la
subunidad ribosomal 30S y producen la acumulación de complejos iniciales de la
síntesis proteíca, lectura errónea del código ARNm y producción de polipéptidos
anormales que se comportan como bactericidas (Cordiés y col., 1998).
Figura 5. Cepa L1-3-4 resistente a tetraciclina a la concentración de 30 µg
Continuando con estudios realizados por Danielsen y Wind (2003), Coppola y col.
(2005) (Mora, 2007) con respecto a los inhibidores de la síntesis de pared celular,
señalan que los lactobacilos son frecuentemente sensibles a ampicilina y penicilina.
TE
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230
Sin embargo, el 58.6% de las cepas fueron susceptible a la concentración de 10 µg
de ampicilina, mientras que el resto fue resistente a esta concentración del
antibiótico. De las BAL ensayadas contra la penicilina, L2-2-5 y L3-3-3 fueron las
más susceptibles mostrando halos de 31.50 ± 2.12 mm y 30 ± 0.00 mm
respectivamente. Por otro lado, el 37.9% de las cepas presentaron una inhibición
intermedia y siendo las cepas L1-3-4, L2-2-7, L3-1-4, L3-1-5, L3-3-2 y L6-3-3 (7.00
± 0.00 mm) las más resistentes.
La resistencia a los antimicrobianos presentada por las BAL estudiadas puede ser
de forma natural o adquirida, en este caso es probable que la resistencia se
relacione con la penicilina que es recomendada para el tratamiento de la mastitis,
debido a que esta es propensa a generar resistencia bacteriana y al tener un tiempo
de retiro entre siete a catorce días (Solimano, 2011) es un tiempo bastante
considerable que quizá el productor no espera para realizar la ordeña y distribución
a las queserías de la leche obtenida.
La clindamicina tiene espectro similar al de la penicilina y eritromicina, sin embargo,
la acción contra anaerobios se considera mejor que la de la penicilina, el
cloranfenicol, el metronidazol o la rifampicina, ya que ejerce un efecto postantibiótico
duradero contra algunas bacterias susceptibles, quizá por la persistencia del
fármaco en el sitio de unión ribosómica (Dhawan y Thadepalli, 1982).
En raros casos los cocos Gram positivos pueden inactivar la clindamicina por
mecanismos enzimáticos, hecho que parece no tener importancia clínica (Leclercq,
2002). Sin embargo, las BAL ensayadas contra clindamicina, el 51.7% fueron
sensibles; siendo la cepa L4-2-1 la más susceptible mostrando halo de 34.00 ±1.41
mm. Por otro lado, la cepa L2-2-8 presento una resistencia intermedia y se encontró
que el 44.8% de las cepas son resistentes con halos de inhibición de 7.00 ± 0.00
mm.
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La susceptibilidad obtenida tiene relación con los estudios realizados por Charteris
y col. (1998), Coppola y col. (2005) y Zhou y col. (2005) donde han encontrado que
Lactobacillus es generalmente susceptible a antibióticos que inhiben la síntesis de
proteínas tal como clindamicina; sin embargo, podemos observar que en este
estudio es considerable el porcentaje de BAL resistentes a este antibiótico.
Por último, se obtuvo que un 65.5% de las cepas de BAL evaluadas fueron
susceptibles a la eritromicina; siendo la cepa L4-1-2 la que mayor susceptibilidad
presenta con un halo de inhibición de 30.00 ± 0.00 mm, y las cepas con mayor
resistencia son la L1-3-4 y L2-2-7 al presentar halos de 7.00 ± 0.00 mm.
Estos datos tienen relación con los estudios realizados por Mora, et al. (2007) al
evaluar la susceptibilidad del género Leuconostoc ante este fármaco el cual inhibe
la síntesis de proteínas, observó homogeneidad en la respuesta al antibiótico
obteniéndose una CMI de 10 µg/mL, siendo las cepas Leuc. Mesenteroides subesp.
Mesenteroides 0104 y 2106 la más resistente y susceptible respectivamente, al
presentar halos de inhibición de 7.33 ± 0.58 mm y 11.33 ± 2.31 mm.
En la actualidad la eritromicina se encuentra aprobada por la FDA y la OMS,
estableciendo un límite máximo de residuos de 0.05 µg/mL y de 0.04 µg/mL en leche
con la finalidad de no generar resistencia a las bacterias presentes y evitar
intoxicaciones o enfermedades a los consumidores.
En general, el empleo de las BAL que mostraron resistencia no serían muy factibles
en la detección de residuos de estreptomicina en leche, debido a la resistencia que
presentan (Ramírez, 2005). Sin embargo, si se considera el uso de estas cepas
como cultivo iniciador sería de gran utilidad, por el potencial inhibitorio que
posiblemente presenten contra microorganismos patógenos y deterioradores de
alimentos.
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De igual manera Solimano, (2011) indica que algunos antibacterianos utilizados en
animales pueden provocar efectos adversos en las personas que los consumen.
Entre los principales se encuentran las reacciones tóxico-alérgicas, efectos tóxicos
por exposición prolongada a niveles bajos de antibacterianos, desarrollo de
resistencia antimicrobiana e interrupción de la flora intestinal normal del humano
(Ellin, 2006 citado por Solimano, 2011).
De ellos la resistencia a los antimicrobianos es la principal preocupación, debido a
que los tiempos de retiro varían de antimicrobiano a antimicrobiano, es de suma
importancia conocerlos a fin de evitar que lleguen a consumo humano productos o
subproductos que los contengan.
Por otro lado, Mora. et al,. (2007) indica que las BAL no susceptibles a los diferentes
antibióticos podrían ser utilizadas en la manufactura de productos lácteos, sobre
todo si hay residuos de antibióticos en la leche como consecuencia de terapia en
los animales, ya que puede afectar el desarrollo de las bacterias que se emplean
como cultivos iniciadores, lo que podría permitir el desarrollo de bacterias
indeseables como S. aureus o cepas de Salmonella resistentes a antibióticos.
De igual manera es importante considerar que las BAL aisladas del queso de poro
artesanal son bacterias no patógenas, aunque la mayoría presentan resistencia
múltiple a los antibióticos no son peligrosas. Sin embargo, el riesgo que se presenta
es que la gravedad de las infecciones por bacterias oportunistas está muy
aumentada por las resistencias.
Al respecto Errecalde, (2004) indica que el conocimiento de este fenómeno,
ignorado en su magnitud hasta hace pocos años, ha revolucionado el ambiente
médico. Al existir la posibilidad de que las bacterias intercambien material genético
y con el mismo, resistencias, puede incrementar enormemente la diseminación de
los microorganismos resistentes. La resistencia está codificada en ADN
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extracromosómico que se autoduplica dentro de la bacteria y es transferido a otras
por varios mecanismos.
Los genes que codifican resistencia a antibióticos fluyen desde y hacia bacterias
Gram positivas y Gram negativas y bacterias que habitan nichos extremadamente
diferentes (Levy, 1997, citado por Errecalde, 2004). Las transferencias
“horizontales”, entre géneros bacterianos diferentes, son, lamentablemente,
frecuentes.
Como consecuencia de esto, existe la necesidad de buscar alternativas viables que
podrían mejorar los mecanismos naturales de defensa de las personas y reducir el
uso masivo de antibióticos, es por ello que se han introducido los probióticos como
una solución alternativa promisoria y es objetivo de este proyecto el caracterizar
completamente las cepas aisladas del queso de poro con la finalidad de determinar
si se pueden considerar probioticos o no.
CONCLUSIONES
Se evaluó la resistencia a los antibióticos de las BAL aisladas de queso de poro; se
encontró que 26 (89.7%) de las 30 cepas estudiadas presentan un índice mayor a
0.2 lo que indica que las BAL presentan resistencia múltiple a los antibióticos
evaluados.
En general, los antibióticos a los que presentaron mayor resistencia las BAL fueron:
Vancomicina (96.6%), sulfametoxazol-trimetroprim (73.33%), gentamicina (90%),
dicloxacilina (53.33%) y tetraciclina (50%); sin embargo, presentan mayor
sensibilidad a la eritromicina (75.9%), cefotaxima (69%) y penicilina (65.5%). En
algunos de los antibióticos nos indican que la resistencia es propia de las BAL como
en el caso de la vancomicina.
Existe la posibilidad que las BAL aisladas pueden tener resistencia intrínseca a
algunos antibióticos, lo cual es interesante debido a que podrían ser utilizadas en la
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manufactura de productos lácteos, sobre todo si hay residuos de antibióticos en la
leche como consecuencia de terapia en los animales, ya que puede afectar el
desarrollo de las bacterias que se emplean como cultivos iniciadores, lo que podría
permitir el desarrollo de bacterias patógenas resistentes a antibióticos.
Esto conlleva a que la resistencia a los antimicrobianos presentada por las BAL
estudiadas puede ser adquirida, en este caso es probable que la resistencia se
relacione con antibióticos recomendados para el tratamiento de la mastitis y al no
cumplir con el tiempo de retiro para realizar la ordeña y distribución a las queserías
de la leche obtenida.
De las 30 BAL evaluadas solo las cepas L4-1-2, L4-2-1y L6-2-1 resultaron
susceptibles, cumpliendo con uno de los principales criterios de selección de
microorganismos probióticos utilizados en la industria de los alimentos que es la
seguridad biológica. De igual manera son de utilidad en la detección de residuos de
antibióticos a las concentraciones ensayadas. Además de que las cepas podrían
ser empleadas como cultivos iniciadores.
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ANEXOS
Anexo 1. Muestras analizadas y cepas obtenidas
Lote
(fecha) Quesos Muestra
cepas
aisladas
por
muestra
Nomenclatura
de
identificación
Total de
cepas
aisladas por
lote
1 3
1 1 L1-1-6
7
2 2 L1-2-5 L1-2-7
3 4
L1-3-1 L1-3-2 L1-3-3 L1-3-4
2 3
1 4
L2-1-1 L2-1-2 L2-1-3 L2-1-4
9
2 4
L2-2-5 L2-2-6 L2-2-7 L2-2-8
3 1 L2-3-9
3 3
1 2 L3-1-4 L3-1-5
6 2 2 L3-2-1 L3-2-6
3 2 L3-3-2 L3-3-3
4 3
1 1 L4-1-2
2 2 1 L4-2-1
3 0 -
5 3
1 1 L5-1-4
4 2 2 L5-2-1 L5-2-2
3 1 L5-3-3
6 3
1 1 L6-1-4
4 2 2 L6-2-1 L6-2-2
3 1 L6-3-3
Total 18 quesos 32 cepas
INDICE
Evaluación del diagrama de Ishikawa por medio del algoritmo difuso DEMATEL ...................... 9
Daniel Armando Aguirre Ibarra, Alejandra Vela Aceves, Rosa Idalia Sánchez Hernández, Rosa Karen Delgado Herrera ................................................................................................................................ 9
Resumen .................................................................................................................. 9
Introducción .............................................................................................................. 9
Materiales y métodos .............................................................................................. 13
Resultados y discusión ........................................................................................... 16
Conclusiones .......................................................................................................... 18
Literatura citada ...................................................................................................... 19
Efectos de sitio y su influencia en los espectros de diseño sísmico.......................................... 22
Eduardo Reinoso Angulo, Adán Raúl De la cruz Vera ................................................................... 22
Resumen ................................................................................................................ 22
Introducción. ........................................................................................................... 22
Materiales y métodos. ............................................................................................. 23
Zona de estudio. ................................................................................................... 24
Ubicación de los puntos de estudio. ...................................................................... 24
Registros de vibración ambiental. .......................................................................... 25
Estudio de mecánica de suelos. ............................................................................ 30
Trabajo de campo. ................................................................................................ 31
Estratigrafía. .......................................................................................................... 32
Modelo geotécnico. ............................................................................................... 32
Movimiento fuerte. ................................................................................................. 34
Resultado y discusión. ............................................................................................ 36
Espectro de diseño sísmico. .................................................................................. 36
Conclusión. ............................................................................................................. 38
Literatura citada. ..................................................................................................... 39
Plan de manejo de los residuos peligrosos en el área de química de la DACB-UJAT. ............. 42
Carlos Mario Morales Bautista, Maricela de Jesús Alor Chávez y Dora María Frías Márquez. ....... 42
Resumen ................................................................................................................ 42
Introducción ............................................................................................................ 42
Material y métodos ................................................................................................. 45
Resultados y discusión ........................................................................................... 46
Grupo I: Halogenados. .......................................................................................... 46
Grupo II: No Halogenados. .................................................................................... 47
Grupo III: Acuosos. ............................................................................................... 47
Grupo IV: Ácidos. .................................................................................................. 47
Grupo V: Sólidos. .................................................................................................. 48
Grupo VI: Especiales. ............................................................................................ 48
Diagnóstico de generación percápita .................................................................... 49
Conclusiones .......................................................................................................... 53
Literatura citada ...................................................................................................... 54
Análisis de benchmarking energético en un hotel de categoría 4 estrellas ubicado en la región climática cálido-húmedo de México ............................................................................................... 57
Carlos A. Sánchez Ramos, David J. Jiménez Rodríguez, Celina J. Ruiz Rodríguez y Facundo J. Márquez Rocha ............................................................................................................................... 57
Resumen ................................................................................................................ 57
Introducción ............................................................................................................ 57
Materiales y metodos .............................................................................................. 59
Recopilación de información ................................................................................. 60
Mediciones y censos en las instalaciones ............................................................. 61
Análisis de información y desarrollo de oportunidades .......................................... 62
Resultados y discusion ........................................................................................... 63
Conclusiones .......................................................................................................... 73
Literatura citada ...................................................................................................... 74
La producción más limpia en la industria alimenticia (embutidos) en la Ciudad de México .... 79
Marcelino Oleta López y Antonio Gallardo López ........................................................................... 79
Resumen ................................................................................................................ 79
Introducción ............................................................................................................ 79
Materiales y métodos .............................................................................................. 81
Resultados y discusión ........................................................................................... 83
Consumo de agua potable. ................................................................................... 84
Consumo de energía eléctrica ............................................................................... 85
Consumo de combustible ...................................................................................... 85
Agua residual ........................................................................................................ 86
Generación de residuos ........................................................................................ 87
Recomendaciones .................................................................................................. 89
Conclusión .............................................................................................................. 91
Literatura citada ...................................................................................................... 92
Caracterización de granos de arroz rojo recolectados de campos comerciales de arroz (Oryza sativa L.) ........................................................................................................................................... 96
Randers J. Socorro Toledo, Miguel A. Socorro Quesada y Eduardo Antonio Reyes Leyes .......... 966
Resumen ...............................................................................................................966
Introducción ...........................................................................................................966
Material y métodos ................................................................................................100
Resultados.............................................................................................................102
Caracterizacion morfologica y fisica de los granos. ............................................. 102
Caracterizacion quimica de los granos ................................................................ 104
Contenido de micro elementos ........................................................................ 104
Contenido de Hierro ......................................................................................... 104
Contenido de Zinc............................................................................................ 105
Contenido de Cobre. ........................................................................................ 106
Contenido de Manganeso. ............................................................................... 108
Contenido de grasa. (%). ................................................................................ 108
Contenido de polifenoles totales. ..................................................................... 109
Conclusiones .........................................................................................................110
Literatura citada .....................................................................................................111
Actividad antioxidante in vitro de hidrolizados proteicos de semilla de chan (Hyptis suaveolens, L. Poit) ............................................................................................................................................. 114
Jenny Fabiola López Hernández y Norma Alejandra Mancilla Margalli ........................................1144
Resumen ............................................................................................................. 1144
Introducción ......................................................................................................... 1144
Materiales y métodos .............................................................................................117
Predicción in silico de péptidos con potencial actividad biológica ........................ 117
Pretratamiento de la muestra .............................................................................. 117
Extracción de proteínas ....................................................................................... 118
Caracterización electroforética ............................................................................ 119
Electroforesis desnaturalizante (SDS-PAGE, sistema Schägger) ........................ 120
Caracterización electroforética de péptidos ......................................................... 121
Hidrólisis in vitro de fracciones proteicas de semilla de chan .............................. 121
Determinación del grado de hidrólisis (DH) ......................................................... 121
Determinación in vitro de actividad antioxidante de hidrolizados proteínicos de chan actividad antioxidante 124
Capacidad de quelación de ion ferroso ............................................................... 124
Capacidad estabilizadora del radical libre (DPPH·) ............................................. 125
Capacidad de reducir iones férricos .................................................................... 125
Resultados.............................................................................................................127
Predicción in silico ............................................................................................... 127
Fracciones proteicas ........................................................................................... 131
Caracterización electroforética ............................................................................ 132
Electroforesis desnaturalizante (SDS-PAGE, sistema Laemmli) ......................... 132
Hidrólisis con enzimas digestivas ........................................................................ 136
Hidrólisis con enzimas vegetales......................................................................... 138
Actividad antioxidante ......................................................................................... 139
Capacidad de quelación de Fe+2 ......................................................................... 141
Capacidad de inhibición del radical libre DPPH· .................................................. 144
Capacidad reductora de ion férrico ...................................................................... 146
Conclusión .............................................................................................................148
Literatura citada .....................................................................................................149
Actividad Hipoglucemiante e Hipolipídica de Fructanos de Agave Tequilana Weber ............. 154
Iván Moisés Sánchez Hernández, Eduardo Padilla Camberos, Omar Ricardo Torres González, Mario Augusto Bolaños Carrillo ............................................................................................................... 154
Resumen ...............................................................................................................154
Introducción ...........................................................................................................154
Materiales y métodos .............................................................................................157
Material vegetal ................................................................................................... 157
Actividad hipoglucemiante In vitro ....................................................................... 157
Material químico .............................................................................................. 157
Retardo de la diálisis de glucosa ..................................................................... 157
In vivo ................................................................................................................. 158
Material Químico ............................................................................................. 158
Animales .......................................................................................................... 158
Estudio de actividad hipoglucemiante postprandial en rata .............................. 158
Actividad hipolipídica ........................................................................................... 159
Material químico .............................................................................................. 159
Inhibición de lipasa pancreática porcina. ......................................................... 159
Análisis estadístico .......................................................................................... 160
Resultados.............................................................................................................160
Actividad Hipoglucemiante in vitro ....................................................................... 160
Actividad hipoglucemiante postprandial in vivo .................................................... 161
Discusión ...............................................................................................................163
Actividad hipoglucemiante ................................................................................... 163
Actividad hipolipídica ........................................................................................... 164
Conclusión .............................................................................................................164
Literatura citada .....................................................................................................164
Efecto de la mezcla de harinas de chapulín y maíz sobre las propiedades funcionales de botanas extrudidas ........................................................................................................................ 169
Rubí Cuj-Laines, Erasmo Herman-Lara, Juan Gabriel Torruco-Uco, Jesús Rodríguez-Miranda... 169
Resumen ...............................................................................................................169
Introducción ...........................................................................................................169
Materiales y métodos .............................................................................................171
Materias primas ................................................................................................... 171
Obtención de la harina de chapulín ..................................................................... 171
Obtención de la harina de maíz nixtamalizado .................................................... 171
Proceso de extrusión ........................................................................................... 172
Diseño experimental y análisis de datos .............................................................. 172
Parámetros de evaluación en el extrudido .............................................................173
Propiedades Funcionales .................................................................................... 173
Índice de absorción de agua (IAA) é Índice de solubilidad en agua (ISA) ........ 173
Índice de absorción de aceite (IAC) ................................................................. 174
Resultados y discusión ..........................................................................................174
Conclusión .............................................................................................................178
Literatura citada .....................................................................................................178
Determinación de la calidad microbiológica de queso de poro ................................................ 182
Juan Francisco Chávez Dehesa, Ana Silvia Sarmiento Piedra y Ezequiel Paredes Maas ............ 182
Resumen ...............................................................................................................182
Introducción ...........................................................................................................182
Material y métodos ................................................................................................185
Selección y toma de muestras ............................................................................ 186
Resultados y discusión ..........................................................................................189
Conclusiones .........................................................................................................192
Literatura citada .....................................................................................................193
Propuesta de elaboración y estandarización de queso tipo poro con leche pasteurizada ..... 197
Juan Francisco Chávez Dehesa, Ana Silvia Sarmiento Piedra, Juan Manuel Zaldívar Cruz ........ 197
Resumen ...............................................................................................................197
Materiales y metodos .............................................................................................202
Recolección y toma de la muestra. ...................................................................... 202
Proceso de elaboración ....................................................................................... 203
Obtención de suero como iniciador ..................................................................... 204
Análisis Microbiológicos. ..................................................................................... 205
Pruebas con moldes de madera. ......................................................................... 205
Pruebas con moldes de Acero Inoxidable. .......................................................... 205
Análisis Sensoriales. ........................................................................................... 206
Pruebas de Vida de Anaquel. .............................................................................. 206
Resultados y discusión ..........................................................................................206
Resultados de las pruebas de moldes ................................................................. 207
Calidad de la leche. ............................................................................................. 208
Parámetros microbiológicos del queso tipo poro elaborado con leche pasteurizada.
............................................................................................................................ 208
Vida de anaquel y análisis sensorial .................................................................... 209
Conclusiones .........................................................................................................211
Literatura citada .....................................................................................................212
Resistencia a antibióticos de bacterias ácido lácticas del queso de poro tradicional ............ 217
Margarita Madrigal Mendoza, Beatriz Domínguez Valenzuela, Adolfo Bucio Galindo y Román Jiménez Vera .................................................................................................................. …………217
Resumen ...............................................................................................................217
Introducción ...........................................................................................................217
Materiales y métodos .............................................................................................220
Identificación de las bacterias ácido lácticas. ...................................................... 221
El antibiograma o prueba de sensibilidad antimicrobiana. ................................... 221
Índice de resistencia múltiple a antibióticos (MAR). ............................................. 222
Resultados y discusión ..........................................................................................223
Identificación de bacterias ácido lácticas ............................................................. 223
El antibiograma o prueba de sensibilidad antimicrobiana. ................................... 225
Conclusiones .........................................................................................................233
Literatura citada .....................................................................................................234
ANEXOS ...............................................................................................................237
Anexo 1. Muestras analizadas y cepas obtenidas ............................................... 237