Industria Alimentaria Noviembre 2022

TECNOLOGÍA

EDITOR FUNDADOR

Ing. Alejandro Garduño Torres

Secciones

Editorial Novedades Artículos

La Conferencia Global de USA Cheese Guild

Real California Milk: de los lácteos mejorados a la ganadería sustentable

Proteína de levadura: nueva opción para fuentes sostenibles de proteína vegana de alternativas a la carne Índice de anunciantes

ORGANISMOS PARTICIPANTES

DIRECTORA GENERAL

Lic. Elsa Ramírez Zamorano Cruz

CONSEJO EDITORIAL Y ÁRBITROS

M. C. Abraham Villegas de Gante

Dr. Francisco Cabrera Chávez

Dra. Herlinda Soto Valdez

Dr. Humberto Hernández Sánchez

Dr. José Pablo Pérez-Gavilán Escalante

Dra. Judith Jiménez Guzmán

M. C. Ma. del Carmen Beltrán Orozco

Dra. Ma. del Carmen Durán de Bazúa

Dr. Arturo Inda Cunningham

Dr. Mariano García Garibay

Ing. Miguel Ángel Zavala Arellano

M. C. Rodolfo Fonseca Larios

M. en C. Rolando García Gómez

Dr. Salvador Vega y León

Dr. Santiago Filardo Kerstupp Dra. Silvia Estrada Flores Dr. Valente B. Álvarez

DIRECCIÓN TÉCNICA

Q.F.B. Rosa Isela de la Paz G.

DISEÑO

Lic. María Teresa Bañales Yerena Lic. Lucio Eduardo Romero Munguía VENTAS Karla Hernández Pérez ventas@alfa-editores.com.mx

OBJETIVO Y CONTENIDO

El objetivo principal de INDUSTRIA ALIMENTARIA es difundir la tecnología alimentaria y servir de medio para que los técnicos, especialistas e investigadores de todas las áreas relacionadas con la industria alimentaria expongan sus conocimientos y experiencias. El contenido de la revista se ha mantenido actualizado gracias a la aportación de conocimiento de muchas personas especializadas en el área, además la tecnología que difunde es de aplicación práctica para ayudar a resolver los problemas que se plantean al pequeño y mediano industrial mexicano.

INDUSTRIA ALIMENTARIA, año 44, núm. 6, Noviembre 2022, es una publicación bimestral editada por Alfa Editores Técnicos, S.A. de C.V., Ixcateopan 75, Colonia Narvarte, Benito Juárez, 03650, Ciudad de México. Tel. 55 5582 33 42, www.alfa-editores.com.mx, ventas@alfa-editores.com.mx. Editor responsable: Elsa Ramírez-Zamorano Cruz. Reserva de Derechos al Uso Exclusivo No. 04-2004-111711534800-102, otorgado por el Instituto Nacional del Derecho de Autor, Licitud de Título No. 860 y Licitud de Contenido No. 506, otorgados por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación.

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ESTAMOS DE VUELTA

Una industria para ocho mil millones de habitantes

Queridos lectores: es un enorme gusto para todo el equipo de Alfa Editores Técnicos presentar el último número de la revista Industria Alimentaria de este año 2022. Sería mentir decir que este año no pasó volan do, porque, aunque los días y los meses tienen la misma duración, regresar a nuestras actividades coti dianas tras la pausa de casi dos años de la pandemia, nos generó una nueva sensación de velocidad. El pla neta sigue girando al mismo ritmo, sin embargo, pa reciera que vamos detrás de él a marchas forzadas: en los próximos días la población mundial llegará a los ocho mil millones de personas y es importante con siderar el futuro de la industria de los alimentos, pues resulta imprescindible resolver cómo vamos a pro veer de comida, con justicia, a toda esta población.

Por estas razones en este número de nuestra revis ta incluimos diversos artículos que tienen la mira puesta justamente hacia delante. La tecnología y la innovación, la constante búsqueda de respuestas serán herramientas primordiales para los tiempos venideros. Por ejemplo, la impresión 3D se perfila como una alternativa por demás interesante y fruc tífera, pero todavía se encuentra en fases de ensayo y prueba. Todavía no es posible imprimir alimentos, pero se puede hacerlo ya con algunos componen tes que son parte importante de la producción: tal es el caso del trabajo de investigación centrado en la impresión de geles de emulsión que pueden usarse en diferentes procesos alimentarios. Asimis mo, también resulta de enorme interés una muy ac tualizada y completa revisión de los bioinsecticidas: alternativas biológicas (ya sean provenientes de los mismos alimentos, animales u hongos) a los insec ticidas químicos que, según se ha comprobado, no son buena opción para la salud humana.

La seguridad alimentaria será capital para garantizar no sólo suficiente alimento, sino evitar nuevas pan

demias. Todos los esfuerzos en este tenor son de gran importancia y por lo mismo, en entrevista, uno de los principales proveedores de equipos de protección personal en el sector nos cuenta las minucias de es tos elementos, cómo utilizarlos mejor y por qué son fundamentales. En el mismo sentido, incorporamos una investigación efectuada por científicos chinos y británicos, donde especifican todos los pormenores de uno de los más viejos enemigos en la industria de los alimentos: Escherichia coli; siempre hablamos so bre este patógeno, pero es muy valioso conocerlo a detalle para evitar la contaminación cruzada.

En cuanto a los beneficios de alimentos y bebidas, también podrán consultar un ensayo llevado a cabo en Europa para comprobar el contenido de resve ratrol en las uvas y las funcionalidades que se pue den agregar a los alimentos si se incluye este fruto. También nuestros colaboradores y amigos nos pre sentan artículos sobre quesos, lácteos y proteínas alternativas a las cárnicas, estamos seguros de que su lectura resultará de gran interés.

Cerramos este año muy satisfechos por trabajar diario en la recuperación y estabilización de nuestro sector. Esperamos que el año próximo, así como los siguien tes, podamos continuar celebrando los avances y descubrimientos en nuestro ramo, compartiendo con ustedes toda la información relevante y tener la opor tunidad de reunirnos y discutir sobre el futuro de la industria alimentaria. Nos da enorme gusto compar tirles que ESTAMOS DE VUELTA y en pocos meses ten dremos de nuevo TecnoTendencias 2023. Proteínas plant-based y su uso en alimentos y bebidas. Conti nuaremos informando sobre éste y posteriores even tos en nuestros medios, ¡esperamos verlos pronto!

Lic. Elsa Ramírez-Zamorano Cruz Directora General

PISTACHOS, ANTIOXIDANTES Y PROTECTORES CONTRA ENFERMEDADES

Un estudio realizado por la Uni versidad de Cornell (Estados Unidos) ha determinado que la capacidad antioxidante del pistacho es superior a la de la mayoría de alimentos común mente conocidos por su poder antioxidante, como los aránda nos, las granadas, las cerezas y la remolacha. Los pistachos, en tre otros frutos secos, son uno de los principales componentes de la dieta mediterránea, consi derada también en el año 2022 como la más saludable por sus efectos protectores de la ma yoría de enfermedades cróni cas, como las enfermedades cardiovasculares, la diabetes, las enfermedades neurodege nerativas y algunos tipos de cáncer. "En comparación con otros frutos secos, el pistacho tiene una menor cantidad de grasa y contenido energético, junto a una alta proporción de fibra (tanto soluble como inso luble), potasio, vitaminas E y K, fitosteroles, determinados caro tenoides, como la luteína y zea xantina, y también compuestos fenólicos, que explican su gran capacidad de protección frente a numerosas enfermedades", ha comentado el doctor Ramón Estruch, del Servicio de Medici na Interna del Hospital Clínic de Barcelona.

El estilo de vida flexitariano. Ingredientes sabrosos y nutritivos de origen vegetal.

Un abrumador 25 % de los consumidores mundiales son flexitarianos. Se sienten atraídos por las opciones de origen vegetal por su condición saludable, por convic ciones ecológicas o por el placer de probar algo nuevo. BENEO le ayuda a desarro llar opciones de origen vegetal que son simplemente deliciosas. Afine su receta con ingredientes naturales que aportan sabores puros e interesantes texturas. Cree una experiencia de sabor que los consumidores disfrutarán plenamente con recetas nuevas e inspiradoras sin lácteos o sin carne. ¿Cuál será su ingrediente estrella?

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NOVEDADES

UN NUEVO ENVASE ALARGA HASTA 30 DÍAS LA VIDA DE LA PASTA FRESCA

Científicos italianos han descubierto cómo alargar en 30 días la caducidad de la pasta fresca gracias a un nuevo envase que ayudará a reducir el desperdicio de este alimento, cuya producción supera los 3 millones de toneladas anuales en Italia. Se trata de un novedoso proceso que implica cambios en la proporción de los gases envasados y en la combinación de películas plásticas del empaquetado para controlar mejor el crecimiento microbiano, según el hallazgo del Consejo Nacional de Investigación (CNR) italiano. "Puede ser particularmente importante considerando que los consumidores tienden cada vez más a reducir la frecuencia de sus compras de alimentos y, en consecuencia, almacenan la mayor canti dad posible en casa”, señala Francesca De Leo, del Instituto de Biomembrana, Bioenergética y Biotecnologías Moleculares del CNR. “La adopción de soluciones tecnológicas innovadoras para la prevención del desperdicio de alimentos, como la que se describe en este estudio, puede ayudar a compensar estos problemas, si las empresas están dispuestas a aceptar el desafío e innovar”, añade De Leo.

los socios comerciales de México para las exportaciones de bienes de origen animal, afirmó. Agregó que una de estas condicio nes es la ausencia de residuos tóxicos o el cumplimiento de los Límites Máximos de Residuos (LMR) de los productos químicos o contaminantes ambientales presentes en los productos y para ello, los productores de carne y los establecimientos de proceso tie nen que vigilar internamente el acatamien to de los parámetros.

ANETIF REMARCA LA AUSENCIA DE RESIDUOS Y LA SEGURIDAD ALIMENTARIA DE LA CARNE MEXICANA

El presidente de la ANETIF Jesús Huerta Ur quides aseguró que los requisitos de ino cuidad alimentaria que los productos de origen animal deben cumplir son diversos y se encuentran establecidos en las dispo siciones legales nacionales y aquellas para el mercado internacional, determinadas por

“La importancia de los programas naciona les de vigilancia de Residuos Tóxicos buscan identificar, priorizar y analizar residuos quí micos y contaminantes en el Programa Anual y asegurar que no representan un riesgo, por lo tanto, vigilar que nuestros productos con serven la inocuidad en este terreno, va de la mano de un uso responsable de medicamen tos, así como evitar la contaminación con productos industriales”, afirmó el presidente de ANETIF.

Artículo técnico. Cambio de paradigma en la industria cárnica: el papel de las proteínas alternativas.

Cambio de paradigma en la industria cárnica.

que se espera alcanzar en 2050.

Los sistemas de suministro de alimentos son muy complejos ya que comprenden múltiples pasos que van desde la granja hasta el almacenamiento, al transporte, a la transformación, a venta al menudeo y, finalmente, al plato del consumidor final. Dicho sistema alimentario es una gran carga para nuestro planeta, ya que consume el 70% del agua dulce disponible en el mundo dedicada para la agricultura, además de una enorme cantidad de energía, y contribuye con casi una cuarta parte de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero. Y a pesar de todo esto, un tercio de estos alimentos producidos se acaba desperdiciando.

El crecimiento de la población conlleva a un cambio demográfico. Un cambio hacia estilos de vida más urbanos, con la mayoría de personas viviendo en grandes ciudades, con una sugerencia de mayor poder adquisitivo. Y con una creciente concientización de los

consumidores acerca de sus hábitos alimenticios enfocados en dietas balanceadas y ricas en proteínas, con platillos que brinden la mayor variedad posible de nutrientes.

El aumento de la demanda de carne y proteínas de origen animal ejerce presión sobre las fuentes de proteínas existentes, como la soya y la harina de pescado, y se espera añada presión sobre la tierra para producir más piensos y proteínas para los animales.

Desafíos en la ganadería.

La civilización se construyó sobre los cimientos de la agricultura y la ganadería. La sociedad tal y como la conocemos hoy no existiría sin los avances agrícolas que han sostenido la seguridad alimentaria de muchas generaciones para la mayoría de nosotros. A medida que la población mundial sigue creciendo, la presión que ejercemos sobre los recursos del planeta para alimentar a esta población aumenta.

Mientras que la agricultura animal representa 3/4 de la tierra mundial utilizada para la producción de alimentos, sólo proporciona el 18% de las calorías del mundo. La ganadería actual está alcanzando un pico máximo con 70.000 millones de animales terrestres cada año utilizados para la alimentación.

Los impactos medioambientales (uso de agua, emisiones de CO2 y gases de efecto invernadero, pérdidas de biodiversidad) y las enfermedades zoonóticas causadas, como la gripe porcina, están provocando un cambio en la percepción de los consumidores. Para alimentar a 10.000 millones de personas en 2050 de forma sostenible, necesitamos equilibrar el consumo de proteínas de origen vegetal y de origen animal.

Como la carne es tan dominante en la alimentación actual, la transición más eficaz puede lograrse transformando las proteínas vegetales directamente en productos similares a la carne, que tienen un sabor y una textura similares a los de la carne, pero son de origen vegetal.

Se necesitan fuentes alternativas de proteínas.

Hoy en día, los consumidores se ven obligados a reconsiderar sus elecciones alimentarias y a buscar fuentes alternativas de proteínas. Además, exploran la diversidad de alimentos y esperan más opciones en los productos disponibles en el mercado. Por ello, los investigadores de todo el mundo bus can nuevas fuentes de proteínas que puedan aprovecharse para el consumo humano.

En esta carrera, las proteínas de origen vegetal encabezan la lista, ya que son cada vez más populares entre los consumi dores.

Gracias a la tecnología de extrusión de doble tornillo, es posible utilizar fuentes de proteínas de origen vegetal para crear productos que imitan a la carne de origen animal, como trozos de pollo, hamburguesas, tiras de cerdo, atún, etc. Los productores de alimentos pioneros han tenido un gran éxito con los recientes lanzamientos al mercado de la carne de origen vegetal, y el entusiasmo de los consumidores por comprar este tipo de productos está alimentando a su vez la revolución de la carne de origen vegetal.

Producción tradicional de carne

Manejo de materia prima

Manejo de materia prima

Producción de proteínas de origen vegetal

Alimentación

Se prevé que la cuota de mercado mundial de las proteínas esté dominada por las proteínas alternativas, tanto las de origen vegetal como las cultivadas, de aquí a 2040, lo que provocará una reducción considerable de los productos cárnicos tradicionales. Esto ha intrigado a muchas empresas de las industrias cárnica y láctea tradicionales, animándolas a diversificar sus carteras y a atender las necesidades del mercado. Según el “Informe sobre el estado de la industria en Estados Unidos” de 2019, elaborado por el Good Food Institute (GFI), entre los años 2017 y 2019 se produjo un aumento del 31% en las ventas minoristas de sustitutos de carne de origen vegetal, frente a solo el 5% de los productos cárnicos reales. Esto explica la entrada de gigantes de la alimentación como Nestlé, PepsiCo y Kraft Heinz en este segmento de sustitutos de carne de origen vegetal.

Además, muchos productores tradicionales de carne, como Tyson y Hormel, han lanzado sus propias marcas de carne vegetal, como “Raised & Rooted” y “Happy Little Plants”, respectivamente.

La industria cárnica tradicional puede aportar su experiencia en el procesamiento de la carne animal para crear cortes, formas y figuras familiares a partir de sustitutos de la carne de origen vegetal, lo que puede mejorar aún más el proceso de imitación de la carne.

Además, el mismo equipo puede utilizarse para producir diferentes categorías de productos con texturas diversifica das, simplemente modificando los ajustes de extrusión. Esto no suele ocurrir con la manipulación de productos cárnicos tradicionales. Por ejemplo, una empresa con experiencia en la producción de carne de vacuno de origen vegetal puede en trar en el mercado del marisco de origen vegetal, simplemente optimizando el proceso. Por tanto, es una gran oportunidad para que las empresas cárnicas tradicionales diversifiquen su cartera de productos.

Alimentación del ganado

Producto final

La producción tradicional de carne comienza con la manipulación y procesamiento de las materias primas utilizadas como alimento para el ganado. Una vez que los animales han crecido lo suficiente, se transforman en productos cárnicos para el consumidor final.

Proceso de extrusión

Sustitutos de carne de origen vegetal

Su producción es similar a la de carne tradicional, ya que comienza por el manejo de materias primas como granos o legumbres. La diferencia radica en la eliminación en la cadena de suministro del animal, pasando a la transformación directa de productos similares a la carne mediante la tecnología de extrusión.

Cambio de paradigma en la industria cárnica. El papel de las proteínas alternativas.

Los principales productores de carne están lanzando sus propios productos de origen vegetal.

Cambio de paradigma en la industria cárnica. El papel de las proteínas alternativas.

El papel de la tecnología en la imitación de la carne.

Con las preocupaciones existentes en el sistema alimentario, especialmente en la cadena de valor de las proteínas, presenta un reto en la transición de consumo de dietas basadas en plantas. A la gente le encanta la experiencia sensorial de comer carne, no sólo por el sabor sino también por la textura, la calidad de la mordida y la masticación que proporcionan los productos cárnicos, lo que no está presente en los sustitutos tradicionales de la carne de origen vegetal, como el tofu y el tempeh. Con innovaciones tecnológicas como la extrusión de alta humedad de los alimentos, ahora es posible imitar experiencias sensoriales similares a los productos cárnicos. Las proteínas vegetales en estado bruto suelen tener una estructura globular. Cuando se procesan en el extrusor, las fuerzas de cizallamiento y el aumento de la temperatura conducen a una desnaturalización de estas proteínas vegetales, lo que permite que se vuelvan a alinear en fibras largas.

La matriz de enfriamiento es un accesorio vital a la salida del extrusor, y a medida que la proteína fundida reestructurada fluye a través de la matriz de enfriamiento, la separación de fases da lugar a una estructura fibrosa y en capas, que se enfría hasta convertirse en un producto sólido que sale de la matriz.

Dicho sustituto suele ser una placa rectangular debido a los diseños actuales de las matrices de enfriamiento,pero puede seguir procesándose para crear diversos productos, como carne picada, carne de cerdo desmenuzada, hamburguesas y trozos de pollo.

Estructuras fibrosas por extrusión en seco.

Se han realizado mejoras considerables en el proceso de extrusión en seco para producir sustitutos de la carne.

La extrusión en seco utiliza fuentes proteicas de origen vegetal que pueden convertirse en estructuras fibrosas mediante esfuerzo mecánico y calor, de forma similar a la extrusión de alta humedad. Sin embargo, en este proceso, el perfil de temperatura del extrusor es más alto, lo que da lugar a una evaporación instantánea de la humedad cuando el producto sale de la matriz del extrusor.

El producto que sale del extrusor se corta en varias formas utilizando un cortador continuo y se seca para alcanzar una condición de vida útil estable.

Los sustitutos de la carne de origen vegetal más populares actualmente en el mercado se producen a partir de recetas a base de proteína de soya o de frijol. Como ejemplo de extrusión de alta humedad, se pueden formular productos básicos mezclando un 33% de concentrado de proteína de soya con un 66% de agua, o un 45% de aislado de proteína de frijol con un 55% de agua en la receta. Las condiciones de extrusión también difieren según la receta. Las temperaturas típicas alcanzarían hasta 145-150°C cuando se extruye concentrado de proteína de soya, mientras que para los aislados de proteína de frijol se utilizan temperaturas del orden de 130-145°C. La configuración de los elementos del tornillo también se ajusta en función de las fuentes de proteína para proporcionar la cantidad necesaria de fuerza de esfuerzo mecánico dentro del extrusor. Estos parámetros se optimizan con base científica y experiencia.

Otras fuentes de proteínas que están ganando popularidad últimamente son el garbanzo, lenteja, papa, haba y la mico proteína, ya que tienen grandes propiedades nutricionales y pueden utilizarse para producir estructuras similares a la carne. Con el avance de la tecnología de la fermentación, las proteínas unicelulares como las algas, las levaduras y las bacterias se cobrará mayor importancia en un futuro próximo.

En conclusión, científicos e industrias de todo el mundo están comprometidos a explorar aspectos nutricionales y funcionales de las fuentes de proteínas alternativas, con el fin de hacer una cadena de valor más eficiente. Los sustitutos de la carne representan una gran oportunidad para la sustentabilidad de nuestros sistemas alimentarios y Bühler, como proveedor de soluciones tecnológicas, se compromete a desempeñar un papel clave en este movimiento.

Fuentes de proteínas populares y futuristas para los sustitutos de la carne.

Cambio de paradigma en la industria cárnica. El papel de las proteínas alternativas.

Encuentre su solución ideal.

Tanto la extrusión en seco como la de alta humedad permiten la generación de sustitutos de carne con características específicas, así como ventajas competitivas. ¡Ya sea por el método por el que busques desarrollar tu producto, Bühler puede apoyarte a encontrar la solución y receta ideal de manera personalizada para conseguir una textura estratificada y fibrosa, como la de la carne!. Contamos con centros de aplicación situados en Minneapolis (EE.UU.), Uzwil (Suiza), Singapur y Wuxi (China) que permiten a los clientes realizar ensayos para la optimización de recetas y procesos con el apoyo de expertos en investigación y desarrollo.

Para satisfacer la creciente demanda, los productores de carne vegetal necesitarán aumentar el rendimiento de sus procesos. Nuestra solución única para un rendimiento de 500 kg/h y 1.000 kg/h de la matriz de enfriamiento, nos permite ser un gran aliado en el suministro de soluciones tecnológicas para la producción de proteínas alternativas..

Además de las extrusoras y las matrices de refrigeración, Bühler también ofrece soluciones para el preprocesamiento del material mediante preacondicionadores, los cuales proporcionan un tiempo adicional de permanencia de la receta, que puede ser necesario para activar determinadas reacciones físico-químicas, con el fin de mejorar la funcionalidad de los componentes de la receta.

El avance tecnológico en el segmento de los sustitutos de la carne ha impulsado el lanzamiento de numerosas start-up’s en este mercado. Según el informe de GFI citado anteriormente, tan solo en 2019 se produjo una inversión de 457 millones de dólares en el sector vegetal. Por lo tanto, el creciente ecosistema en esta industria es un indicador del aumento en el interés de los consumidores por estos productos.

Producción de proteínas de origen vegetal. Procesos y productos.

Materias primas y elaboración

Elaboración

Las materias primas, como la soya, legumbres o las semillas oleaginosas, se transforman en aislados de proteínas (pro ceso húmedo) o concentrados de proteínas (proceso seco). Ambos pueden utilizarse como fuente principal de proteínas para la producción de productos cárnicos alternativos.

Concentrado o aislado de proteínas y semillas oleaginosas

Los concentrados de proteínas se obtienen a partir de la separación mecánica de la harina, utilizando la diferencia de densidad de la fracción de almidón y la de proteínas.

Los aislados de proteínas se separan aún más con un proceso húmedo, en el que se disuelven las proteínas. Estos productos suelen tener un mayor contenido en proteínas, con menos sabor de la materia prima de origen. La torta de expulsión de semillas oleaginosas puede reciclarse tras el aceite y utilizarse como ingrediente de alto contenido proteico.

Fracciones y harinas ricas en fibra

Las fibras son un ingrediente saludable que está disponible de forma natural en la materia prima. Con la adición de fibra, la textura del producto, textura del producto es más fuerte, y la red de proteínas está más estable. Hay multitud de fibras dis ponibles, como guisantes, cítricos o fibras de manzana. Las harinas también pueden utilizarse como ingrediente menor o mayor para ajustar el comportamiento del producto.

Fortalecimiento y saborización

Lo ideal es que los sustitutos de la carne contengan todos los nutrientes positivos de la carne, sin demasiada grasa ni colesterol.

Importantes vitaminas, como la B12, y mine rales, como el hierro, enriquecen el producto texturizado. En algunos casos, también se añaden sabores naturales para imitar el sabor de la carne real en el producto.

Preacondicionamiento y extrusión

Agua

Agua, aceite & vapor

Extrusor

La versátil tecnología de extrusión de doble tornillo transfiere la mezcla de proteínas vegetales a un producto fibroso con textura similar a la de la carne. Se crea una masa fundida de proteínas con la mezcla de agua y proteínas. Con la aplicación de la fuerza mecánica de cizallamiento y la temperatura, las proteínas se desnaturalizan y se generan estructuras fibrosas.

Matriz de enfriamiento Matriz de refrigeración de gran capacidad para productos de textura húmeda.

Proceso de texturizado seco

Las estructuras proteicas fibrosas se someten a un proceso procesamiento de corte y secado para producir textrudados textrudados secos. La rehidratación y la aromatización mejoran el sabor, mientras que la unión y la formación crea la textura correcta. textura. La carne picada puede utilizarse como como sustituto en hamburguesas y otros platos de este tipo.

Proceso de texturizado húmedo

Se utiliza un troquel de enfriamiento de gran capacidad para enfriar las proteínas extruidas. Con otros procesos de corte, conformación y congelación, el susti tuto de la carne puede usarse para la elaboración de pollos y nuggets de origen vegetal.

Proceso de análogos de leche

La extrusión también puede utilizarse para modificar la estructura de la harina; por ejemplo, para hacerla más soluble en agua fría. Los gránulos extruidos se transportan posteriormente a una línea de molienda donde se vuelven a moler hasta obtener una harina fina. Así, la extrusión puede desempeñar un papel fundamental en la producción de nuevos sustitutos de la leche, como la leche de avena. Estos sustitutos de la leche también pueden transformarse en otros derivados lácteos. Por ejemplo, usando la tecnología de fermentación, se pueden obtener productos de yogur vegano.

Producto final

MÉXICO QUIERE GANARLE A BRASIL EN LA PRODUCCIÓN DE CERVEZA

La directora de Cerveceros de México, Karla Siqueiros, asegura que la apuesta de la indus tria no es solo continuar siendo un jugador relevante, seguir cruzando fronteras y llegar a más países, sino también está en lograr cerrar esa brecha con los 3 países más importantes en la producción de la bebida. Y es que, de acuerdo con el organismo, China es el princi pal productor de cerveza a nivel mundial con una participación de 19.3%, seguido por Esta dos Unidos, con un 10.9%, y Brasil, con 7.7%; México tiene una cuota del 7.2%. Según el di rector de Estudios Económicos de la Cámara,

Manuel Cedillo, este 0.5% de diferencia con el país sudamericano equivale a alrededor de 9 millones de hectolitros, cifra que pareciera menor, pero que no será tan fácil de alcan zar, ya que también ha venido creciendo. “Es factible cerrar la brecha, la tendencia que ha tenido México en la producción de cerveza ha sido un poquito más elevada que lo que ha tenido Brasil; eventualmente, dadas las tendencias que tienen los países en cuanto la producción, se va a alcanzar esta brecha, pero en los próximos 5 años no lo vemos posible”, precisa Cedillo.

ESTUDIO SOBRE EL CONTENIDO DE RESVERATROL EN UVAS Y PRODUCTOS VITIVINÍCOLAS

{ Petr E Balanov1, Irina V Smotraeva1, Malika S Abdullaeva1, Daria A Volkova2 y Olga B Ivanchenko3 }

RESUMEN

El estado actual del complejo agroindustrial y de la industria alimentaria permite satisfacer las necesidades de diversos grupos de consu midores. Entre esas necesidades, los alimen tos funcionales enriquecidos con nutrientes beneficiosos son cada vez más populares. Los polifenoles se utilizan a veces como tales adi tivos. El bioflavonoide resveratrol, dentro del grupo de los polifenoles, tiene propiedades antioxidantes, terapéuticas y antimicrobianas muy prometedoras. En este sentido, es de gran relevancia estudiar el potencial de su uso en la alimentación. El resveratrol está naturalmente presente en las uvas oscuras. Se localiza en la piel de la fruta y pasa a la sustancia alimenticia durante el procesamiento tecnológico. Esta transición tiene sus propios patrones. Se eli gieron tres variedades de uvas como objeto de estudio: Cabernet Sauvignon, Merlot, Kras nostop. Se investigaron mostos clarificados de estas variedades de uva, mostos concentrados

y vinos. Como método de investigación se uti lizó la cromatografía líquida de alta resolución (HPLC). Este método permite separar líquidos de composición compleja en componentes con posterior identificación de la composición de la mezcla. Para calibrar el cromatógrafo, se utilizó como estándar para la sustancia pura de resveratrol el estándar “25 mg European Pharmacopoeia”, producido en Francia. Como resultado del estudio, se encontró que el res veratrol está presente en las muestras estudia das en varias cantidades de 4.4 a 7.0 mg/dm³ en el jugo de uva, de 6.9 a 12.6 mg/dm³ en las materias vínicas, de 12.4 a 21.3 mg/dm³ en el jugo concentrado. Estos datos ayudan a esta blecer la influencia de la tecnología de proce samiento de concentrados de vino y jugo en el contenido de resveratrol. El artículo también discute el potencial del uso de jugo de uva concentrado, rico en resveratrol, para obtener varios productos alimenticios.

{ 1 Facultad de Biotecnologías (BioTech), Universidad ITMO, Rusia; 2 Universidad de Copenhague (UCPH), Dinamarca; 3 Universidad Politécnica de San Petersburgo Pedro el Grande (SPbPU), Rusia }

INTRODUCCIÓN

El resveratrol (trans-3,4',5-trihidroxiestilbe no), un antioxidante polifenólico natural no flavonoide, es una fitoalexina que se encuen tra ampliamente en las plantas, incluidas las uvas, las bayas, el cacao y las nueces. Es sin tetizado por las plantas como defensa contra parásitos como bacterias u hongos.

Uno de los posibles mecanismos de su activi dad protectora es la supresión de las reaccio nes inflamatorias [1]. Estudios recientes han demostrado que los estilbenos, en particular el trans-resveratrol [2] y su glucósido, tienen ciertos beneficios para la salud, ya que obtie nen propiedades antioxidantes, cardioprotec toras, anticancerígenas y antitumorales [3,4].

Las propiedades oncoprotectoras significati vas están probadas por varios estudios que permiten sacar conclusiones sobre el efecto positivo del resveratrol en la prevención de ciertas enfermedades y el efecto estimulante pronunciado en la terapia química destinada a suprimir la formación de tumores malignos [5].

Las principales fuentes de resveratrol incluyen uvas, vino, maní y té de hierbas de Polygonum Cuspidatum (nudo japonés), también conoci do como té Itadori, que se ha utilizado en Ja pón y China durante siglos como un remedio herbal tradicional para enfermedades cardía cas y accidentes cerebrovasculares [6 ,7].

La concentración de isómero trans como for ma principal en el vino tinto suele estar en el rango de 0.1 a 15 mg/l. Como compuesto fe nólico, el resveratrol contribuye al potencial antioxidante del vino tinto y, por lo tanto, puede desempeñar un papel en la preven ción de enfermedades cardiovasculares hu manas [8,9,10]. La actividad cardioprotectora del resveratrol se asocia con la inhibición de la agregación plaquetaria y la oxidación de las lipoproteínas de baja densidad (LDL), se guido de un aumento de la vasorrelajación arterial [11].

Numerosos estudios in vitro describen los diferentes efectos biológicos del resveratrol. Los principales efectos son efectos antioxi dantes, antiinflamatorios y estrogénicos, así como efectos antitumorales y quimiopreven tivos [12,13,14,15].

Varios ensayos clínicos han demostrado que el resveratrol podría ser beneficioso para los pa cientes con diabetes. El efecto terapéutico de este compuesto sobre la diabetes es complejo e incluye varias funciones beneficiosas [16].

El mecanismo por el cual el resveratrol me jora la acción de la insulina incluye reducir la obesidad, alterar la expresión génica y alterar la actividad de ciertas enzimas. Estos datos indican que el resveratrol puede ser útil en la prevención y tratamiento de la diabetes. El uso de resveratrol, solo o en combinación con terapias antidiabéticas modernas, puede convertirse en el enfoque tradicional para el tratamiento eficaz de la diabetes mellitus o sus complicaciones [17,18].

Dado que el resveratrol es un agente anti microbiano natural, su uso se ha difundido ampliamente entre los investigadores para el tratamiento de enfermedades inflamatorias agudas y crónicas [19,20].

Una de las fuentes más populares de resvera trol son las uvas. El contenido de resveratrol en la pulpa, piel, semillas y tallos de diferen tes cultivares de uva varía significativamente [21,22,23,24].

Debido a las importantes propiedades del resveratrol, existe un interés creciente en la elaboración de productos con mayor conte nido de este compuesto y mayor valor bio lógico. La producción de uvas y vinos con alto contenido de resveratrol se basa en una viticultura orientada a la calidad (terroirs ade cuados, prácticas vitivinícolas sostenibles) y tecnologías de vinificación [25].

Los autores de este estudio creen que el uso de resveratrol puede estar justificado al crear alimentos funcionales. Los requisitos previos para esta suposición son: una fuerte eviden cia de la seguridad de esta sustancia, datos acumulados sobre los beneficios para la sa lud, biodisponibilidad, relativa facilidad de aislamiento y fabricación industrial cuando se agrega a los alimentos.

Es muy probable que la adición de resvera trol a los alimentos desempeñe un papel en la prevención del desarrollo de enfermeda des al proporcionar una serie de beneficios para la salud mencionados anteriormente. El

propósito del estudio es seguir la dinámica de los cambios en la concentración de resve ratrol en las materias primas de la uva en la siguiente secuencia: uvas - jugo de uva con centrado - material vitivinícola - vino.

Además, el objetivo del trabajo es investigar el efecto de la duración de la maceración de la pulpa de la uva sobre la concentración de resveratrol en el mosto.

MATERIALES Y MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN

El estudio se basa en la determinación del contenido real de trans-resveratrol median te cromatografía líquida de alta resolución (HPLC). Este método involucra estudios cro matográficos utilizando un estándar de sus tancia de resveratrol puro (estándar - 25 mg Farmacopea Europea, Francia).

El método se basa en la identificación y el cálculo cuantitativo del contenido de resve ratrol que se muestra en los cromatogramas. Los picos de los cromatogramas caracterizan la presencia del componente investigado y el área del pico corresponde a su concentración en el medio.

La identificación de las muestras de materia prima de uva se realizó mediante cromato grafía líquida de alta presión en las siguien tes condiciones: cromatógrafo líquido de alta presión “Agilent 1200 HPLC-DAD manual”

(USA) con modo isocrático de elución de la fase móvil, columna Supelcosil Express LC20, 250 x 4,6 x 5,0 (mm).

Valores operativos determinados como: lon gitud de onda 310 nm y 288 nm. El tiempo de retención de resveratrol - 90 segundos. El tiempo total de análisis para una muestra es de 24 minutos.

Los disolventes utilizados: ácido trifluoroa cético al 0,025% y acetonitrilo (ACN) diluidos en una proporción de 70:30. La tasa de trans ferencia de eluyente fue de 1 cm³/min. La muestra de trabajo de cada muestra fue de 20 μl. Cada muestra se prefiltró con un filtro de membrana. El tamaño de la membrana de malla es de 200 μm.

Se obtuvo una imagen cromatográfica de los picos identificados de resveratrol. Como muestras se utilizaron varias fuentes:

• jugo fresco de variedades de uva: Merlot, Cabernet Sauvignon, Krasnostop

• mosto concentrado de uva tinta: Merlot, Cabernet Sauvignon, Krasnostop

• material de vino de cultivares tintos: Mer lot, Cabernet Sauvignon, Krasnostop

• vino seco de cultivares tintos: Merlot, Ca bernet Sauvignon, Krasnostop

Se llevó a cabo la concentración del jugo fres co para alcanzar el 65% del contenido de sus tancias secas y realizar la medición posterior del contenido de resveratrol en el concentra do resultante. La humedad se eliminó en un evaporador de vacío rotatorio RE3000E (Chi na) a la velocidad de rotación de 60 rpm y la temperatura de 70 ⁰C.

El uso de la evaporación en un ambiente de vacío evita el sobrecalentamiento de la solu ción y previene los procesos de oxidación.

Se utilizó el método de infusión de pulpa y jugo de uva a la temperatura de 20⁰C durante dos días para establecer la dinámica de acu

mulación de resveratrol al obtener material vi tivinícola. El contenido de resveratrol se midió cada 8 horas.

Implementar este proceso permite crear un contacto más intenso entre la piel de las uvas y el jugo. Como resultado, provocado por la acción del solvente y las enzimas nativas de la uva, el tejido vegetal de las membranas ce lulares se vuelve más delgado. Por lo tanto, se facilita la difusión de los componentes de la masa sólida y el producto se enriquece con sustancias solubles.

Se utilizó un método de conservación con la adición de dióxido de azufre para evitar la acción espontánea de microorganismos en el ambiente macerado. La concentración de conservante es de 40 mg de SO2 por dm3 de material procesado. Esta concentración no su pera los requisitos existentes para el producto en la industria del vino.

La dosificación del componente se realizó mediante la adición de metabisulfito de po tasio K2S2O5 al medio. Está registrado como aditivo aprobado (E224) para ser utilizado en la industria alimentaria por la UE.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se obtuvieron los resultados del estudio cro matográfico HPLC entre muestras de mate rias primas de uva de varios cultivares para el contenido de trans-resveratrol.

El análisis de los datos obtenidos permite con cluir que la mayor cantidad de resveratrol está contenida en las uvas Krasnostop. La cantidad en comparación con Merlot y Cabernet Sauvignon es superior en 37.1% y 10.0%, respectivamente.

Como resultado de la concentración del jugo, la concentración de resveratrol aumentó 2.8 veces en el concentrado de jugo de uva Merlot, 2.9 ve ces en el concentrado de Cabernet Sauvignon y 3.0 veces en el concentrado de Krasnostop.

Cabe señalar que la concentración de sustancias secas en el jugo concentrado alcanzó el 65%, por lo tanto, el aumento en la concentración de componentes básicos es 3.1-3.3 veces. Estos da tos sugieren que cuando el jugo se concentró a temperaturas de 60-70°C, no hubo una disminu ción significativa en la concentración de resvera trol debido a ninguna reacción química.

Los datos obtenidos implican que existe una relación entre el contenido inicial de resveratrol en el medio tratado y la acumulación del mis mo en el producto final, siendo la relación di rectamente proporcional. Es decir, cuanto más se encontró inicialmente el componente inves tigado, más se acumula en el concentrado.

Se podría concluir que el uso de jugos con centrados permitirá enriquecer productos alimenticios con resveratrol sin pérdidas sig nificativas en la cantidad y, a largo plazo, sin pérdidas en su biodisponibilidad.

Durante la preparación del material vitiviníco la, se implementó la infusión de mosto en las condiciones especificadas en el apartado "Ma

teriales y métodos". La concentración de resve ratrol aumentaba en comparación con el jugo exprimido directamente debido a un contacto más prolongado entre la piel y el jugo. El au mento en la concentración de resveratrol fue de 36.2% para las uvas Merlot, 42.2% para las uvas Cabernet Sauvignon, 44.4% para las uvas Krasnostop. Los datos indican el efecto signi ficativo de la maceración sobre la concentra ción de resveratrol en el medio.

Durante la producción de vino a partir de estos materiales vitivinícolas, se observó una dismi nución en la concentración de resveratrol. La disminución de la concentración del compo nente fue la siguiente: en un 7.2 % para el vino elaborado con uvas Merlot, en un 19.8 % para el vino elaborado con uvas Cabernet Sauvignon, en un 17.5 % para el vino elaborado con uvas Krasnostop. Esta disminución probablemente esté asociada con la pérdida de resveratrol du rante el procesamiento tecnológico de los ma teriales del vino: tratamiento con clarificadores y eliminación de los sedimentos formados. En este sentido, cabe señalar que el procesamien to tecnológico de los materiales del vino afec ta significativamente la pérdida de resveratrol. Podría suponerse que este efecto está presente debido a la interacción química de los polifeno les (incluido el resveratrol) con los componentes de los clarificadores. Parece relevante estudiar este problema con más detalle en el futuro.

Cuestión de particular interés es la dinámica de acumulación de resveratrol durante la infusión de uvas en el mosto. Este interés se origina en el hecho de que la infusión de mosto con pulpa es

un método tecnológico que se utiliza con fre cuencia en la elaboración del vino. Los fabrican tes están interesados en la transferencia total y completa de componentes valiosos de la pulpa al mosto en un período breve. Así, la duración de la maceración es un factor limitante impor tante para la producción industrial. La acumu lación de este componente ocurre de manera desigual a lo largo del tiempo.

De los datos obtenidos se concluye que cuanto mayor es la duración del contacto en tre el mosto y el jugo, más resveratrol pasa a la solución. Este sistema alcanza sus valores máximos de concentración al cabo de 32 ho ras. Un mayor crecimiento es insignificante.

También hay que señalar que la variedad de uva, cuya pulpa está macerada, es fundamental para la acumulación de resveratrol. A la concen tración inicial de resveratrol en las variedades Merlot, Cabernet Sauvignon y Krasnostop de 4.4 mg/dm³, 6.3 mg/dm³ y 7.0 mg/dm³, el aumento de concentración fue de 2.5 mg/dm³, 4.6 mg/ dm³ y 5.6 mg/dm³. Eso es 36%, 73% y 80% del aumento total, respectivamente. Por lo tanto, cuanto mayor sea la concentración inicial de res veratrol en las uvas, mayor será el aumento en la concentración del mosto que se puede esperar.

CONCLUSIONES

Sobre la base de los datos, se podría concluir que el comportamiento del resveratrol en en tornos complejos es predecible.

Los datos están en buen acuerdo con los resultados recibi dos por otros investigadores [17].

El uso de concentrado de jugo de uva para la fortificación de alimentos es prometedor. Existen ciertos requisitos previos para el uso de técnicas específicas (por ejemplo, infusión), adoptadas en la tecno logía de vinificación, para obtener jugos concentrados con un mayor contenido de resveratrol en comparación con los métodos tradicionales.

Los autores consideran los siguientes productos como po tenciales para el enriquecimiento:

• Confitería. Por ejemplo, rellenos para mermelada, ya que el concentrado de jugo de uva, además de resve ratrol, contiene azúcar nativa que requiere la receta.

• Bebidas sin alcohol. La adición de concentrado de jugo de uva rico en resveratrol establecerá un estado de pro ducto funcional que ampliará la base de consumidores.

• Productos a base de leche - yogures, helados. Am pliará la gama y mejorará las propiedades funcionales debido al efecto sinérgico del componente probiótico.

• Productos a base de materias primas animales. El jugo de uva concentrado se usa ocasionalmente como ingre diente en la industria de productos cárnicos. La presencia de cantidades significativas de resveratrol en los produc tos cárnicos podría servir como un incentivo potencial para una promoción más efectiva de estos productos.

Para futuras investigaciones, representa cierto interés encon trar soluciones para reemplazar el anhídrido sulfuroso, que se utiliza como conservante tradicional en la industria del vino, con componentes que no generen ciertas dudas entre los consumidores. Los componentes de las plantas nativas, por ejemplo, el ácido benzoico de las bayas silvestres (arándanos, arándanos rojos), podrían considerarse conservantes.

LA CONFERENCIA GLOBAL DE USA CHEESE GUILD:

Un mundo de descubrimientos sobre el queso, desde las llanuras de la región lechera de Estados Unidos hasta la pintoresca costa occidental.

ARTÍCULO

Estados Unidos es un país de posibilidades in finitas e inesperadas, y no es diferente cuando se trata de queso. Fruto de generaciones de há biles, apasionados e innovadores expertos, los queseros estadounidenses trabajan incansa blemente para ofrecer más de 1,000 variedades de queso. Sin embargo, la comunidad de USA Cheese debe desafiar las ideas erróneas sobre los quesos de Estados Unidos y ayudar a la gen te de todo el mundo a descubrir una industria apasionante que quizá no sabía que existía.

CREANDO CONCIENCIA MUNDIAL PARA LOS QUESOS DE ESTADOS UNIDOS

USA Cheese Guild representa a los producto res lácteos estadounidenses y a toda la comu nidad quesera de Estados Unidos con el fin de dar a conocer en todo el mundo la excelencia de los quesos de Estados Unidos. A través de la educación y las promociones, el Gremio pre

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tende informar al comercio y a los consumido res del mundo sobre la elaboración artesanal, la calidad, la innovación, la variedad y la versa tilidad de los quesos de Estados Unidos.

Una pieza fundamental de los esfuerzos educativos del Gremio es el Programa de Certificación USA Cheese Specialist™, un plan de estudios de formación profesional para importadores y distribuidores, retai lers, estudiantes de cocina y profesionales,

que proporciona conocimientos sobre los Quesos de Estados Unidos, cómo utilizarlos o venderlos y, sobre todo, descubrir por sí mismos a la industria quesera estadouni dense. El programa se ofrece a través de talleres y en colaboración con nueve pres tigiosas escuelas y universidades culinarias de todo el mundo. Hasta la fecha, más de 1.400 profesionales del sector han comple tado el programa, obteniendo la acredita ción de USA Cheese Specialist™.

INMERSIÓN TOTAL EN LA COMUNIDAD QUESERA DE ESTADOS UNIDOS,

DESCUBRIENDO LO INESPERADO

Este año, USA Cheese Guild organizó la pri mera Conferencia Global de Instructores, que trajo a los Estados Unidos a los formadores del Programa de Certificación de Especialistas en Queso de Estados Unidos, procedentes de Co rea, México, Singapur, Chile y Oriente Medio, para ofrecerles una oportunidad inigualable de conocer de primera mano la industria que sera estadounidense.

Desde México, dos instructores del Colegio Superior de Gastronomía, renombrada univer sidad culinaria en la Ciudad de México, fueron participes de esta enriquecedora experiencia, el Chef Alfredo Santoyo quien impartió este

año la certificación a estudiantes y el Chef Ma nuel Reyes, quien estará a cargo de difundir el programa el próximo año, también estuvieron presentes dos de los consultores de USDEC México el Chef Alejandro Kuri y Nicolás Kuri.

Las actividades de la conferencia se llevaron a cabo en Wisconsin y California, ofreciendo for mación y oportunidades para reunirse con pro veedores estadounidenses y visitar plantas de procesamiento de queso y granjas lecheras de última generación, así como experimentar los valores familiares, la autenticidad, la equidad ambiental socioeconómica y la artesanía que están en el corazón de estas producciones.

El viaje se centró en visitas a importantes fabri cantes de queso de Estados Unidos y a las gran jas que suministran la leche para fabricar sus quesos. Entre ellos, Schreiber Foods, una marca de clientes líder en quesos naturales y procesa dos; Emmi Roth, un proveedor líder de quesos especiales premiados; Sartori, una empresa familiar de cuarta generación centrada en la creación de quesos tradicionales y American Original, como su línea de quesos BellaVitano®; Point Reyes Farmstead Cheese Company, una empresa familiar de cuarta generación dirigida actualmente por cuatro hermanas que produ ce algunos de los quesos más célebres del país; Bivalve Dairy, una empresa lechera de pequeña escala basada en el pastoreo; y Cowgirl Crea mery, una empresa dirigida por mujeres la cual ha estado a la vanguardia del movimiento de los quesos especiales en los Estados Unidos, dedicándose a crear quesos orgánicos, de la granja a la mesa y ganadores de premios.

Las visitas permitieron conocer de primera mano el compromiso del sector lácteo esta dounidense con el cuidado del medio ambien te, la sustentabilidad y la salud y el bienestar de las vacas. En todo el sector, los ganaderos y queseros están realizando esfuerzos colectivos para reducir las emisiones de carbono invirtien do en sistemas de gestión del estiércol para re ducir el uso del agua, construyendo digestores de metano para generar energía renovable y utilizando paneles solares para reducir las emi siones de CO2, por nombrar algunos ejemplos.

La comunidad quesera de Estados Unidos se ha construido una reputación de excelencia, fruto de generaciones de experiencia y de la creatividad y la artesanía estadounidenses. Sin ataduras a la tradición y superando constan temente los límites, los queseros nacionales producen quesos de categoría mundial, reco nocidos como algunos de los productos más innovadores y de mayor calidad del mundo. Aunque Estados Unidos destaca en la produc ción de quesos mundialmente famosos como el mozzarella, el cheddar, el parmesano, el brie y muchos otros, también hay quesos que no encontrará en ningún otro lugar del planeta. Estos quesos, que son la quintaesencia de Estados Unidos, se conocen como American Originals, e incluyen el Monterey Jack de EUA, el queso crema y cientos de otras variedades, entre las que se incluyen creaciones con infu sión de sabor y con corteza lavada.

Los participantes quedaron impresionados por la variedad de productos artesanales de alta calidad. Estados Unidos, que ostenta el título de mayor productor y exportador de queso del mundo, suministra la selección de quesos más diversa e innovadora. Los queseros artesanos estadounidenses han creado algunos de los mejores quesos del mundo, llevándose a casa los mejores premios, como el World Cheese Awards y el World Championship Cheese Con test. Ya sea que se elaboren a mano o en una instalación de producción de vanguardia, to dos los Quesos de Estados Unidos son el resul tado de un trabajo cuidadoso y apasionado.

El viaje finalizó con una visita al Culinary Insti tute of America, la principal escuela culinaria de Estados Unidos, que brindó información e inspiración sobre el uso de los Quesos de Estados Unidos en diversas aplicaciones culi narias. La visita se cerró con un concurso de cocina en el que los participantes mostraron el uso de los Quesos de EUA en sus respectivas cocinas, reforzando su versatilidad y diversi dad. La incomparable variedad de quesos de Estados Unidos significa que hay un queso que se adapta a las necesidades de cada chef o cocinero casero. Los comensales de hoy en día pueden encontrar el queso servido por sí solo como plato de queso o incorporado a una amplia variedad de platillos, desde los aperiti vos hasta los postres. Independientemente de

que se ofrezca como parte de una comida de cinco platos, o de que se utilice como aderezo de la pasta o la pizza, o como base de una salsa rica y cremosa, el queso puede realizar cual quier plato de forma extraordinaria.

La Conferencia Global de Instructores ofreció a los participantes una oportunidad única de ampliar su formación, reforzando su condi ción de embajadores de USA Cheeses en sus países de origen.

“Fue un cambio de 180 grados el conocer y cambiar por completo la idea que se tiene so bre estos productos. El darme cuenta como la parte artesanal es muy importante y al mismo tiempo la tecnología con la que cuentan para elaborar quesos de manera industrial. […] Fue un cambio radical sobre mi percepción”, men cionó el chef Manuel Reyes, Chef del Colegio Superior de Gastronomía, quien estará a cargo del Programa de Certificación de Quesos de Estados Unidos durante el 2023.

“En México durante el Porfiriato tuvimos una gran influencia francesa, por lo que, durante muchas décadas se relacionaban los produc tos franceses y/o europeos aún elaborados en México como los de mejor calidad, se pen saría que con la globalización sería diferente esta situación, sin embargo, gran parte del mercado actual que busca productos lácteos lo hace únicamente relacionando el producto que conoce y por su nombre, cualquier otro les parece de menor calidad, es hasta que los

prueban y conocen su historia cuando des cubren de las grandes posibilidades.”, nos comenta el Chef Alfredo Santoyo del Colegio Superior de Gastronomía al preguntar sobre cuál es la percepción erronea más grande so bre los quesos de Estados Unidos.

“[…] Este viaje mejoro mis conocimientos ya que es muy diferente hablar desde solo co nocer ciertos quesos a probarlos y realmente compararlos para poder aportar una mejor percepcion. […] Esto ayudará a reafirmar mis conocimientos para impartirlos en los semi narios.” Dijo el consultor de USDEC México, Nicolás Kuri.

“Este viaje comprobó la importancia de la sustentabilidad y el cuidado animal para los productores y granjeros.

La ordeña automatizada me sorprendió, esta se lleva a cabo mediante una computadora sin la intervención del hombre, la máquina les limpia las ubres y las ordeña.

Esta es de libre demanda, es decir, la vaca se acerca a la máquina cuando quiere ser orde ñada y todo esto es controlado por un collar especial que tiene cada una. Este tipo de pro cesos demuestra el gran nivel de tecnología con el que cuenta Estatos Unidos para la pro ducción de sus quesos.”, nos compartió Ale jandro Kuri, chef consultor de USDEC México con más de 27 años de experiencia.

Para más información sobre Cheeses from the USA y las iniciativas de USA Cheese Guild, visite: www.CheeseFromTheUSA.org, LinkedIn.com/in/USAcheeseGuild, y Facebook/Instagram (@CheeseFromTheUSA.MX).

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REAL CALIFORNIA MILK: DE LOS LÁCTEOS MEJORADOS A LA GANADERÍA SUSTENTABLE

California es mucho más que uno de los estados pilares de Estados Unidos, alojando a importan tes ciudades como Los Ángeles y San Francisco; también es cuna de una de las leches favoritas de los panaderos y de una mantequilla que in cluso comparada con sus pares franceses fun ciona mejor para la formulación de productos, gracias a los constantes esfuerzos tecnológicos de Real California Milk.

Mediante procesos sustentables y bajo la pre misa de que “la mejor leche viene de vacas felices y las vacas felices vienen de Califor nia”, esta agrupación ha sido un importante impulsor en el desarrollo de productos lác teos saludables, buscando que las personas coman mejor y de manera más simple, alejados del mundo artificial que en algún momento se apoderó de los anaqueles y refrigeradores.

De acuerdo con el chef Irving Quiroz, em bajador de Real California Milk en México y autor del exitoso libro “Panes Mexicanos”, la leche que producen cientos de familias cali fornianas se emplea actualmente por los pa nificadores en muchas recetas de horneado, incluyendo natillas, galletas y pasteles. “Este insumo contribuye a mantener la calidad del pan y le da una textura suave; mientras que la proteína y el azúcar de la leche, que es la lactosa, añaden más color y dulzura a los pro ductos horneados en comparación con el agua. Si se usa nuestra leche entera, aporta grasa y esto hace que el sabor sea más rico”; comenta.

Comparada con otras leches, la de California contiene más proteínas y calcio, entre otros nutrientes. Además, las vacas de Real Califor nia MIlk son alimentadas de forma mucho más natural y cuidadosa que las de otros si tios, lo que resulta es productos 100% libres de hormonas con mejor sabor y calidad.

Por otro lado, la mantequilla elaborada por Real California Milk enriquece los productos horneados, dándoles humedad y suavidad, además de que a los consumidores les ofrece “un sabor suntuoso mejor al que brinda cualquier otra grasa”. En este sentido, los panaderos apuestan por la mantequilla californiana sin sal por sobre todas las demás grasas para los procesos de cocción, además de que es perfecta para dorar galletas, hojaldre y las orillas de los pays.

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“El sabor de nuestra mantequilla es único, apor ta humedad y sus propiedades de fusión hacen que sea imprescindible”; agrega el experto, quien además ha tomado cursos de especia lización en la École de Boulangerie et Pâtisserie de París (Francia). A detalle, contiene al me nos 80% de grasa láctea, 10% de agua y 2% de sólidos, principalmente proteínas y sal; en tanto que su versión light tiene 50% menos grasa que la mantequilla regular por porción, siendo muy deliciosa para cubrir pa nes o magdalenas por ejemplo.

Regresando al tema de la leche, la del tipo entera producida bajo los estándares de Real California MIlk contiene al menos 3.5% de grasa láctea y 8.7% de sólidos sin grasa. Tras años de historia y éxitos trabajando con empresas mexicanas en la frontera norte, los productos lácteos de California ahora se abren grandes oportunidades para au mentar su presencia en el noreste y centro de México, donde hay importantes fabrican tes ávidos de soluciones saludables y susten tables para sus líneas de producción.

PRODUCTORES UNIDOS POR EL CUIDADO DEL MEDIO AMBIENTE

Por último, para que los industriales que em plean leche o mantequilla en sus procesos se terminen de convencer de la conveniencia de tener como aliado estratégico a Real Ca

lifornia MIlk, basta mencionar algunos de sus logros sustentables de los últimos años:

• Gracias a la fuerte radiación solar del esta do, las granjas que usan esta fuente pue den requerir hasta 90% menos energía que las granjas convencionales.

• Un estudio encontró que la huella eco lógica de la producción de leche en las granjas californianas se ha reducido en más del 45% durante los últimos 50 años.

• Más del 40% del alimento para el ganado lechero en California son subproductos de otros procesos agrícolas y de la pro ducción de alimentos variados.

• Extraen la mayor cantidad de beneficios del agua, gota a gota. La limpia primero enfría la leche y después con ella se baña a las vacas, antes de usarla para enjuagar su estiércol del suelo del establo sin entrar en contacto directo con él. Posteriormen te, con esa misma agua se riegan los culti vos forrajeros como el maíz o la alfalfa; en pocas palabras: nada se desperdicia.

• Aunque todavía es una tecnología emer gente, muchas granjas californianas ya están reduciendo su dependencia a los combustibles fósiles mediante la digestión de biogás, teniendo a la fecha 17 proyectos de digestores operando en la entidad.

Para saber más sobre los insumos y los inno vadores proyectos verdes de Real California MIlk, visita: lechedecalifornia.com.

TECNOLOGÍA

MEDIDAS DE CONTROL DE LA BIOPELÍCULA DE ESCHERICHIA COLI

{ Feng Zhou1, Dehua Wang1, Jiamiao Hu1, Yi Zhang1, Bee K. Tan2,3 y Shaoling Lin1 }

RESUMEN

Escherichia coli (E. coli) es un patógeno común que causa diarrea en humanos y animales. En particu lar, E. coli puede formar fácilmente una biopelícula en la superficie de los portadores vivos o no vivos, lo que puede provocar la contaminación cruzada de los alimentos. Esta revisión resume principalmente el proceso de formación de la biopelícula de E. coli, su prevalencia en la industria alimentaria y los mé todos de inhibición, incluidos los métodos químicos y físicos, y la inhibición por extractos bioactivos de plantas y animales. Esta revisión tiene como objetivo proporcionar una base para la prevención y el control de la biopelícula de E. coli en la industria alimentaria.

{ 1 Centro de Investigación de Ingeniería de Nutrición y Procesamiento de Alimentos Marinos Especiales de Fujian-Taiwán, Ministerio de Educación, Fuzhou, China; 2 Departamento de Ciencias Cardiovasculares, Centro de Diabetes de Leicester, Facultad de Ciencias de la Vida, Universidad de Leicester, Leicester, Reino Unido; 3 Centro de Investigación de Diabetes, Hospital General de Leicester, Leicester, Reino Unido }

INTRODUCCIÓN

E. coli, miembro de Enterobacteriaceae, fue descubierta por Escherich en 1885. Tiene un tamaño de 0.5 × 1-3 µm con flagelos peritri cos [1]. E. coli también puede fermentar una variedad de azúcares para producir ácido y gas. Ciertos serotipos especiales de E. coli fueron reconocidos como patógenos y ca paces de causar infecciones en humanos y animales a mediados del siglo XX. En 1982, E. coli se definió por primera vez como un pa tógeno intestinal y una fuente importante de enfermedades transmitidas por los alimen tos. Estas bacterias pueden causar enferme dades graves, como proctitis hemorrágica, síndrome urémico hemolítico e insuficiencia renal aguda. Además, E. coli puede formar fá cilmente biopelículas, lo que también afecta la salud humana [2,3].

En la actualidad, a pesar de la abundante investigación para fortalecer la prevención y el control de la contaminación por E. coli , los incidentes de intoxicación alimentaria por contaminación de E. coli siguen siendo comunes y han causado graves daños a la salud humana, así como enormes pérdidas a la industria alimentaria y la economía [4]. En 2018, hubo un brote de E. coli en 13 estados de América del Norte, que causó múltiples infecciones [5]. En 2011, Alemania experi

mentó la propagación de la enfermedad por E. coli enterohemorrágica (EHEC). Los consumidores comieron brotes de soya con taminados, lo que provocó diarrea, síndro me urémico hemolítico e incluso la muerte [6,7]. En 1996, se produjo un gran brote de intoxicación alimentaria por E. coli O157 en docenas de escuelas secundarias y jardines de infancia en Okayama, Hiroshima y otras zonas de Japón, y el número de infecciones llegó a casi 10,000 [8].

En particular, la capacidad de formación de biopelículas de E. coli puede aumentar en gran medida su resistencia al estrés ambien tal y, a menudo, da como resultado fallas en la esterilización. El biofilm está compuesto por colonias microbianas y sustancias poli méricas extracelulares (EPS) de producción propia, donde los microorganismos de la misma o diferente especie se envuelven es pontáneamente en su matriz de EPS autose cretada, lo que les proporciona resistencia al ambiente externo y adherencia a la superfi cie de portadores vivos o no vivos [9-11]. Por lo tanto, el propósito de este artículo es re visar brevemente la prevalencia, el proceso de formación y las medidas de control (com ponentes químicos, físicos y biológicos) de la biopelícula de E. coli, lo que podría brindar nuevos conocimientos sobre el control de su biopelícula en la industria alimentaria.

Etapas de Formación de la película de E. coli

La formación de biofilm microbiano es un fe nómeno universal, siempre que las condicio nes lo permitan, los microorganismos suelen formar biopelículas en el medio ambiente [12]. La formación de biopelícula depende de los cambios en los nutrientes, la temperatu ra, la presión osmótica, el pH y otros factores ambientales. La formación de biopelícula pro porciona protección a los microorganismos. Los microorganismos en biopelícula exhiben una resistencia ambiental más fuerte que los microorganismos migratorios y pueden so brevivir en condiciones ambientales adversas.

Desde la observación de microbios y bio películas por parte de Antony van Leeu wenhoek en placas dentales utilizando un microscopio en 1676, los estudios sobre los mecanismos de formación de biopelículas han evolucionado rápidamente [13]. Hasta la fecha, la formación de biopelículas de E. coli generalmente se divide en cinco etapas, que incluyen adhesión reversible, adhesión irre versible, formación de colonias, maduración de biopelículas y dispersión.

Adhesión reversible entre microorganismos y portadores

Los microorganismos libres reciben señales ambientales (como nutrientes) y utilizan sus orgánulos extracelulares (como flagelos, ci lios y fimbrias rizadas) y proteínas de la mem brana externa para adherirse a la superficie del soporte.

Adhesión irreversible entre microorganismos y portadores

Los microorganismos secretan EPS, lo que mejora la adhesión de los microorganismos a la superficie del soporte. El EPS está com puesto de ácidos nucleicos, proteínas, lípidos, lipopolisacáridos y otras sustancias, y forma

una barrera protectora para los microorga nismos al restringir y evitar que los agentes antibacterianos alcancen la membrana bioló gica de los organismos diana [14,15]. En par ticular, los últimos hallazgos también revelan que los orgánulos bacterianos desempeñan un papel importante en la unión microbiana irreversible durante la formación de biope lículas. Por ejemplo, la pared celular bacte riana a menudo se deforma en esta etapa, lo que podría mejorar la adhesión entre los microorganismos y los portadores [16].

Etapa de formación de colonias

Los microorganismos, adheridos a la su perficie del soporte, crecen y se multiplican para formar colonias. Entonces, la continua

proliferación de microorganismos hace que su espacio de crecimiento biológico se lle ne con falta de nutrientes y acumulación de sustancias tóxicas. En esta etapa, las señales de detección de quórum (QS), un mecanis mo de comunicación de célula a célula en bacterias, podrían inducir a E. coli al estilo de vida de biopelícula al regular la síntesis de compuestos de matriz de biopelícula [17]. Durante este proceso, el EPS aumenta signi ficativamente, formando una fase de gel en la superficie del soporte para proteger a los microorganismos [18].

Etapa de maduración del biofilm

Las microcolonias de E. coli continúan acu mulándose, lo que aumenta aún más el grosor de la película y da como resultado la formación de subunidades columnares o si milares a hongos. Luego, la biopelícula crece de manera tridimensional y finalmente forma una estructura tridimensional viable [19].

Etapa de dispersión de biopelícula

La dispersión del biofilm se puede dividir en dispersión activa y dispersión pasiva. La dis persión activa se refiere a una disminución en

el nivel de diguanilato cíclico (c-di-GMP) en las células, lo que resulta en la producción de enzimas que degradan la matriz del biofilm y promueven su dispersión. La dispersión pasi va depende de factores externos, como des encadenantes físicos (desgaste, cizallamiento de fluidos, etc.) y degradación enzimática (hidrolasa extracelular) [20]. La dispersión de microorganismos a partir de biopelículas es beneficiosa para su reproducción y recombina ción de biopelículas, formando así un ciclo de microorganismos errantes y biopelículas [12].

En conclusión, la formación de biopelículas de E. coli es un fuerte apoyo para su super vivencia en condiciones ambientales de vida desfavorables, protege el crecimiento y la re producción de E. coli en la mayor medida y proporciona condiciones favorables para que cause estragos y contaminan los alimentos, causando eventualmente infecciones y afec tando la salud humana.

Prevalencia de película de E. coli en la Industria Alimentaria

Desde el punto de vista higiénico, la E. coli es un indicador de contaminación fecal y una grave amenaza para la vida y la salud de los

consumidores. Una vez que el contenido de E. coli en un alimento supera el estándar, se retira de los estantes, lo que genera enormes pérdidas económicas. Además, la capacidad de producción de biopelículas de E. coli pue de representar una amenaza mayor para el procesamiento y la producción de alimentos. Los estudios muestran que una vez que se forma la biopelícula microbiana, la resistencia de las bacterias a los desinfectantes aumen ta 500 veces, lo que sugiere que, en presen cia de biopelículas, el tiempo germicida y la concentración de desinfectantes deben aumentarse entre 10 y 100 veces para matar bacterias [21,22]. Otro estudio también pro pone que el EPS de la biopelícula puede in hibir la entrada de antibióticos y bactericidas en las células y reducir la permeabilidad, lo que resulta en un aumento significativo en la concentración de antibióticos y bactericidas en presencia de biopelícula [23].

En la actualidad, un par de estudios han de mostrado que la biopelícula de E. coli existe en casi todos los aspectos del procesamiento y la producción de todo tipo de alimentos (in dustria cervecera, productos lácteos, alimen tos frescos, productos cárnicos, etc.) y puede causar contaminación biológica de las tube rías y daños en los equipos (sistema de agua, torre de enfriamiento y otras fallas técnicas), lo que contamina los alimentos [18,24–27].

Los ingredientes de los alimentos también pueden contaminarse fácilmente con E. coli, ya que crece en un entorno natural. Esto pue de introducir E. coli en la industria alimenta ria. Los estudios han informado el aislamiento de E. coli de pimientos, tomates, melones y otros cultivos en Nuevo León y Coavira, Mé xico. Se han aislado un total de 341 cepas de E. coli, de las cuales el 76% tienen capa cidad para formar biopelículas. Entre ellos, el 34 % de las cepas de E. coli forman fuertes biopelículas [5], que representan un riesgo potencial para poner en peligro la salud de

los consumidores. Al mismo tiempo, debido a su patogenicidad para causar enfermedades en humanos y animales, se ha dado una gran importancia a la detección de E. coli en pro ductos avícolas. En la actualidad, Brasil es el mayor exportador de pollo. Entre las 88 cepas de E. coli aisladas de la carne de pollo de cua tro empresas minoristas de pollo en Brasil, 31 cepas podrían formar una biopelícula fuerte, mientras que solo cuatro cepas no podrían formar biopelícula [28]. Además, E. coli pue de formar fácilmente biopelículas en equipos de procesamiento, como productos metáli cos de acero inoxidable [29,30], polietileno [31], paredes y desagües [32], debido a una limpieza inadecuada. Nancy et al. aisló E. coli del equipo de procesamiento de corte fresco. El cultivo conjunto de E. coli con Burkholde ria caryophylli y Ralstonia insidiosa aisladas aumenta la biomasa del biofilm en un 180 % y un 63 %, respectivamente, lo que plantea un gran desafío para eliminar los patógenos transmitidos por los alimentos en los equipos de procesamiento de IV gama [33].

Medidas de control para la prevención de la formación de biopelículas de E. coli E. coli puede formar una biopelícula en la superficie de los alimentos, las tuberías y los equipos de procesamiento, lo que aumenta en gran medida su resistencia a las condi ciones ambientales y reduce la eficacia de los desinfectantes [34]. El biofilm aumenta la posibilidad de infección cruzada de E. coli en los alimentos y perjudica la salud de los consumidores. Por lo tanto, es urgente tomar medidas efectivas para reducir o controlar la formación de biopelículas de E. coli durante el procesamiento, para reducir el riesgo de contaminación microbiana.

Métodos químicos

En la actualidad, los desinfectantes, común mente utilizados en el procesamiento de ali mentos y mataderos, incluyen desinfectantes

de cloro, cloruro de amonio cuaternario (QAC) y ácido láctico, que inhiben hasta cierto pun to la formación de biopelícula de E. coli, pero no pueden inactivarla por completo [56]. Al estudiar los efectos inhibidores del dióxido de cloro (CD), el agua con potencial de oxígeno neutro (NEOW) y el hipoclorito de sodio (SH) en la biopelícula de E. coli, los efectos inhibido res de NEOW y CD en la biomasa de la biope lícula de E. coli fueron significativamente más altos que de SH y exhibió un cierto efecto de degradación en la biopelícula de E coli. Entre ellos, NEOW fue el más estable a baja tempe ratura (5 °C) con la tasa de pérdida de cloro más baja y un rango de temperatura bacte riostática más amplio [35]. El estudio compa rativo del efecto inhibitorio del metacrilato de ácido carboxílico de 2-hidroxipropil-3-pipera zinil-quinolina (HPQM) y la zeolita sustituida con plata (ZEOMIC) en la biopelícula de E. coli de polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) sugirió que HPQM exhibió comparativamen te mejores propiedades inhibidoras y efectos bacteriostáticos en LLDPE con baja rugosidad que ZEOMIC [36]. Al mismo tiempo, un estu dio ha demostrado que diferentes materiales pueden afectar la eficacia de los desinfectan tes. Por ejemplo, se descubrió que ClO2 y SH muestran la mayor actividad antibiopelícula contra E. coli en acero inoxidable, seguidos por vidrio, plástico y madera [37]. Esta información

es útil en el procesamiento de alimentos para la selección de bactericidas correctos según la aplicación real y las diferentes superficies de contacto en el procesamiento de alimentos. Sin embargo, un estudio demostró que SH y lauroil arginato de etilo (LAE) podían inhibir la biopelícula de E. coli en la superficie del melón Hami, pero una concentración de 2000 µg/ml de SH y arginina LAE no tuvo efectos eviden tes sobre la inhibición de la biopelícula de E. coli, y la biopelícula mostró una alta resisten cia a los desinfectantes [38]. Por lo tanto, para los desinfectantes químicos convencionales, es difícil penetrar y propagarse en la biopelí cula para matar los microorganismos y ya no pueden cumplir con los estándares de control de microorganismos en el procesamiento de alimentos. Además, el uso de métodos quími cos para el control microbiano, como conser vantes químicos, no solo produce fácilmente efectos adversos en las propiedades sensoria les y nutricionales de los alimentos, sino que también provoca fácilmente alergias y otros problemas. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de encontrar nuevos métodos anti bacterianos o agentes antimicrobianos para reducir la aparición de contaminación cruzada microbiana. Con la profundización de la inves tigación sobre la esterilización microbiana, la tecnología fotodinámica antimicrobiana, en cierta medida, compensa las deficiencias de

los bactericidas químicos generales y muestra grandes ventajas en las industrias farmacéu tica y alimentaria. Un estudio ha demostrado que la tecnología de esterilización fotodinámi ca mediada por riboflavina tiene un efecto in hibitorio significativo sobre la biopelícula de E. coli y la biopelícula mixta de E. coli y Staphylo coccus aureus. Su efecto inhibitorio se produ ce principalmente a través del aumento de especies reactivas de oxígeno, lo que provoca estrés oxidativo bacteriano y daña el sistema respiratorio [39].

Métodos físicos

Para la inhibición de la biopelícula de E. coli en el procesamiento y la producción de ali mentos, a menudo se utilizan métodos físicos (lavado, esterilización a alta temperatura, etc.) además de métodos químicos para reducir la contaminación cruzada de los alimentos. La esterilización a alta temperatura es el método físico más común para controlar los microor ganismos. El vapor saturado (SS) y el vapor sobrecalentado (SHS) pueden inactivar el clo ruro de polivinilo (PVC) en las instalaciones de procesamiento de alimentos e inhibir la formación de biopelículas de E. coli en la su perficie del acero inoxidable. SHS mostró una

mayor letalidad y una mejor inactivación de las células en el biofilm de E. coli [40]. Para evi tar la formación de biopelículas bacterianas, es un buen método suprimir la adhesión de biopelículas sobre una superficie sólida me diante vibración. Un estudio ha demostrado que la nanovibración en la superficie de los materiales puede inhibir eficazmente la for mación de biopelículas de E. coli. Cuando la amplitud de vibración en la superficie es su perior a 21 nm, cuanto mayor sea la amplitud, menor será el número de bacterias viables. Puede proporcionar una referencia para algu nos métodos precisos y difíciles para limpiar superficies mecánicas en alimentos o medica mentos [57]. Además, las nuevas tecnologías de esterilización física, incluida la esteriliza ción con plasma a baja temperatura, no solo muestran buenas actividades anti-biofilm, sino que también conservan las propiedades sensoriales originales de los alimentos en la mayor medida [58]. La esterilización con plasma a baja temperatura también mostró un buen efecto inhibidor sobre la formación de biopelícula de E. coli y una reducción en la abundancia de E. coli debajo de la biopelícula a 5log10. Al mismo tiempo, la esterilización por plasma a baja temperatura, en combina

ción con el rociado de agua, no solo puede inhibir las bacterias, sino también mejorar la eficiencia del antiincrustante [41]. De igual forma, con la ampliación del estudio, Kadri et al. también descubrió que el tratamiento con plasma atmosférico frío con un caudal de 5 l/min podía inhibir significativamente el biofilm de E. coli y el biofilm de Listeria, mien tras que este efecto inhibidor disminuía lige ramente a medida que aumentaba la edad de crecimiento del biofilm. Posteriormente, un cultivo mixto de las dos bacterias mostró que la producción de EPS en la biopelícula de E. coli puede contribuir al aumento de la re sistencia del plasma atmosférico frío, lo que proporciona un nuevo objetivo para inacti var bacterias en la superficie sólida compleja [59]. Además, Adator et al. encontraron que cuando la temperatura era inferior a 10 °C, la E. coli toxigénica Shiga (STEC) en la biopelícu la sobre acero inoxidable no se transfería a la lechuga. Sin embargo, cuando la temperatura es de 25 °C, STEC se transferirá de la biopelí cula al acero inoxidable. Se sugiere que man tener una temperatura baja en un entorno de procesamiento de alimentos es útil para con trolar la transferencia de E. coli en la biopelícu la, lo que da como resultado la contaminación microbiana cruzada [60].

En el procesamiento y la producción de ali mentos, las industrias alimentarias suelen utilizar la combinación de métodos de este rilización químicos y físicos para controlar los microorganismos, y el efecto sinérgico entre ellos maximiza la eliminación o inhibición de la biopelícula de E. coli. La combinación de ácido láctico (LA) con vapores de agua puede reducir eficazmente la abundancia de E. coli en la superficie de PVC y acero inoxidable, y presenta efectos letales en los microorganis mos de la biopelícula [42]. La combinación de plasma de nitrógeno frío (CNP) con aceite de clavo también mostró efectos inhibidores sinérgicos significativos en la biopelícula de E. coli [43].

Componentes biológicos

En los últimos años, debido a la disminución de la sensibilidad de los microorganismos del biofilm a los desinfectantes convencionales, la eficacia germicida de los desinfectantes convencionales no puede alcanzar un estado ideal, lo que aumenta el riesgo de inocuidad microbiana de los alimentos. Por tanto, existe una necesidad urgente de buscar nuevas sus tancias germicidas activas y mejorar su efica cia. Los extractos biológicos son compuestos naturales que evitan el problema de los resi duos de desinfectantes químicos y han llama do mucho la atención por su mayor nivel de seguridad. Por lo tanto, los efectos inhibitorios de los extractos biológicos sobre la biopelícu la de E. coli han sido ampliamente informados.

Con la actitud de seguridad, protección am biental, economía y convertir los desechos en tesoros, los extractos animales, como los efectos carroñeros de las conchas de viei ras en la biopelícula de E. coli, han atraído la atención de los investigadores. El compo nente principal de la concha de vieira es el

carbonato de calcio (CaCO3), que se descom pone fácilmente en óxido de calcio (CaO) al calentarlo, que luego exhibe propiedades antibacterianas de amplio espectro [61,62]. Al estudiar el polvo de concha de vieira (SSP) por su actividad antibiopelícula, se descubrió que solo el 0.25 % y el 0.5 % del polvo de con cha de vieira podía inhibir la biopelícula de E. coli en la superficie del acero inoxidable en la solución de suero en polvo y en el lavado de plantas de procesamiento de carne. agua en 4 y 6 log CFU/cm2 y 3 y 5 log CFU/cm2, res pectivamente. Este efecto inhibidor se corre lacionó positivamente con la concentración de polvo de concha de vieira, lo que sugiere que puede ser un buen candidato para su aplicación en la industria alimentaria [44].

Además, el concepto de utilizar bacteriófagos, los depredadores naturales de las bacterias, como una estrategia novedosa para prevenir y eliminar biopelículas ha atraído gradualmente la atención de los investigadores. El tratamien to con el fago AZO145A inhibió significativa mente la formación de biopelículas de STEC

en la superficie de la placa de acero inoxida ble e inhibió significativamente su migración a 24 °C en la biopelícula formada en la carne de vacuno, que se redujo a 3.1 log10 UFC, re duciendo así el riesgo de infección cruzada de alimentos [45]. Al mismo tiempo, con el estudio en profundidad de los bacteriófagos, se descubrió que cada vez más bacteriófagos tenían un buen efecto inhibidor sobre la bio película de E. coli, como el bacteriófago FP43, Daica y 135 [27,46]. En el efecto bacteriostáti co de los fagos, los cócteles de fagos tienen un mejor efecto de inhibición sobre la biopelícula que los fagos individuales. El principal proceso de inhibición es descomponer la biopelícula en biopelícula débil o no biopelícula para re ducir las bacterias [47].

Los efectos inhibitorios de los extractos de plantas sobre la biopelícula de E. coli han sido un tema candente. Los extractos de plantas se pueden usar directamente en equipos de pro cesamiento de alimentos o alimentos para in hibir la biopelícula de E. coli y prolongar la vida útil de los alimentos. Los fenoles se estudian ampliamente por sus efectos inhibitorios sobre la biopelícula de E. coli. Se obtuvieron cuatro componentes después de extraer los compo nentes activos de las hojas de bardana con eta nol y diluirlos con agua para formar diferentes concentraciones de etanol (20%, 34% y 70%).

Se encontró que los componentes activos ob tenidos por diferentes eluciones con etanol podían inhibir significativamente la biopelícula de E. coli, donde los efectos inhibidores se co rrelacionaron con los contenidos de fenol en las hojas de bardana. La elución con etanol al 70 % podría dañar seriamente la estructura de la bio película de E. coli, que ya no mostraba el estado de crecimiento multicapa [48]. El estudio com parativo de nueve compuestos de catecol, in cluido el catecol (CAT); alcohol veratrílico (VER); guayacol (GUA); 2-etoxifenol (ETH); 4-metilcate col (MEC); catecol 4-terc-butilo (TEB); pirogalol (PYR); 3-metoxicatecol (MET); y o-fenileno fos focloridito (OPP), sugirieron que ETH, MEC, TEB

y PYR tenían los mejores efectos inhibitorios sobre la biopelícula de E. coli [49]. El carvanol de baja concentración reveló efectos inhibitorios significativos sobre la biopelícula de E. coli, que fueron proporcionales al tiempo, y pudo elimi nar completamente la biopelícula después de 15 minutos de exposición [50]. Las característi cas del carvanol, como baja concentración y lar go tiempo, pueden cumplir con los requisitos de desinfección en la industria alimentaria. De manera similar, 50 µg/mL de cumarina también podrían inhibir más del 80 % de la biopelícula de E. coli sin afectar el crecimiento de bacterias [51]. Además, el aceite de clavo, las lectinas y otras sustancias también mostraron efectos inhibitorios sobre la biopelícula de E. coli. La combinación de aceite de clavo y liposoma, que produce liposomas sólidos (SLP), puede evitar la desventaja de la volatilización bajo la luz y a altas temperaturas, y mejorar la estabi lidad y la tasa de utilización. El tratamiento con SLP dispersó la biopelícula de E. coli del todo a un estado suelto, lo que dañó gravemente su estructura, disminuyó la biomasa debajo de la membrana y provocó el colapso de algunas cé lulas. Además, la aplicación de SLP en la super ficie del pepino y la lechuga también mostró un buen efecto inhibidor sobre la biopelícula y prolongó la vida útil de las verduras [52]. Se descubrió que la lectina antibacteriana, extraí da de la cáscara de la granada, tiene efectos in hibidores sobre todas las biopelículas de E. coli

resistentes a los medicamentos, con una tasa de inhibición del 50 % a 6.25 g/mL o más [53].

Los efectos inhibitorios de los extractos de plantas sobre la biopelícula de E. coli depen den principalmente de la inhibición de las actividades metabólicas de las células; la ex presion génica; reducción de polisacáridos extracelulares, motilidad bacteriana e hidro fobicidad celular; y prevenir directamente la etapa de adhesión inicial de la formación de biopelículas. El tratamiento de E. coli con SLP sugirió una correlación negativa de la con centración de SLP del aceite de clavo con las actividades metabólicas bacterianas, los po lisacáridos extracelulares y el contenido de proteínas, lo que debilitó la barrera protectora y la adhesión de las bacterias [52]. El extracto de Coptis chinensis también podría inhibir las actividades metabólicas de la biopelícula de E. coli [54]. La cumarina, la umbeliferona y la escina inhibieron significativamente la expre sión del operón CSG, involucrado en la forma ción de rizos y genes de movimiento; redujo la formación de fimbrias; impidió la adhesión de E. coli a la superficie; e inhibió la formación de biopelículas [51]. El estudio de la inhibición de la biopelícula de E. coli con triterpenoides (ácido oleanólico y ácido ursólico) sugirió que los análogos del ácido oleanólico podrían cambiar la expresión de los genes implicados en la regulación de los pili tipo IV [63]. CAT,

TEB y PYR podrían reducir significativamente la movilidad de E. coli al inhibir la formación de biopelículas, y ETH, MEC, TEB y PYR podrían reducir significativamente la hidrofobicidad superficial de las células de E. coli y dificultar la etapa de adhesión durante la formación de biopelícula de E. coli [49]. En la inhibición de la vitamina C en E. coli, la vitamina C puede re gular a la baja los genes de transducción de señales y los genes reguladores del biofilm en más de 27 veces [4]. En el estudio del efecto inhibidor de la canela, la mejorana y el tomi llo sobre la biopelícula de E. coli y Listeria en la superficie del polipropileno, también se encontró que el efecto inhibidor de la canela, la mejorana y el tomillo podría lograrse pe netrando la biopelícula y membrana celular, cambiando aún más la fluidez y la permeabi lidad de la membrana, condensando los pro tones del citoplasma para formar las débiles mitocondrias [55].

CONCLUSIONES

La formación de biopelícula microbiana es un tipo de comportamiento de autoprotección de los microorganismos en condiciones am bientales desfavorables, lo que les ayuda a evi tar el estrés ambiental. Por lo tanto, el biofilm de E. coli se ha convertido en un peligro oculto de contaminación microbiana en la industria alimentaria. La formación de estas biopelícu las es un proceso complejo, que se ve afectado por una variedad de redes reguladoras. En la actualidad, existe una necesidad urgente de estudios sobre el mecanismo regulador de la maduración de biopelículas, así como los métodos de prevención de la formación de biopelículas. Mientras tanto, el estudio de los mecanismos de inhibición de la biopelícula de E. coli es de gran importancia para el desarro llo de germicidas eficientes y seguros para re ducir su biopelícula en la industria alimentaria.

ARTÍCULO

PROTEÍNA DE LEVADURA: NUEVA OPCIÓN PARA FUENTES SOSTENIBLES DE PROTEÍNA VEGANA DE ALTERNATIVAS A LA CARNE

Como alternativa cárnica, el desarrollo de la carne artificial tendrá una tendencia irresisti ble en el ámbito alimentario. La carne artifi cial se divide en dos tipos: una es la carne de origen vegetal, que se elabora principalmen te a partir de proteína vegetal (proteína de soja, proteína de guisante y proteína de trigo) y se utiliza para producir alimentos carnosos con una textura, sabor y sabor similares a la carne mediante tecnologías de extrusión, trituración y condimento. En la actualidad, la tecnología de extrusión aplicada a la carne de origen vegetal incluye principalmente el método seco y el método húmedo. La tecno logía de extrusión en seco está relativamente madura.

ARTÍCULO

La tecnología de extrusión húmeda es una nue va tecnología que ha atraído la atención de in versionistas y consumidores en los últimos años y se ha convertido en un nuevo punto caliente en la industria alimentaria. El otro es la carne cultivada, que se deriva de tejido de carne ani mal cultivado in vitro utilizando células madre basadas en el mecanismo de crecimiento y repa ración muscular. En la actualidad, la carne culti vada aún necesita al menos 3 años para alcanzar la madurez técnica y la producción en masa, y el lado del canal y el lado del consumidor también son problemas urgentes que deben superarse.

El ingrediente de los tradicionales productos cárnicos de origen vegetal son las proteínas de soja, cuyo desarrollo y aplicación se han visto limitados por su propio olor a frijol, alérgenos y falta de aminoácidos limitantes. ¿Cómo resol ver el dilema tradicional de usar solo proteína de soya para producir carne de origen vegetal?

Después de años de investigación, Angel Yeast ha desarrollado una serie de productos de proteína de levadura de alta eficiencia y valor agregado para satisfacer las necesida des de las mejoras dobles de "sabor + salud" para la carne de origen vegetal.

Durante miles de años, la levadura se ha uti lizado como un tipo de alimento, y ahora, la proteína de levadura también tiene muchas aplicaciones como proteína fúngica. La proteí na de levadura, como un producto de levadura altamente procesado, se define como una ma teria prima alimenticia en GB 2760, que puede agregarse ampliamente en el procesamiento de alimentos de acuerdo con las necesidades reales, o agregarse a los alimentos como un for tificante nutricional de proteínas.

La proteína de levadura Angel, elaborada a partir de Saccharomyces Cerevisia, es un producto de proteína de levadura para la industria alimentaria que se prepara eliminando total o parcialmente la parte no proteica bajo la acción de una prepa

ración de enzimas de grado comestible adicional o auxiliares de procesamiento de alimentos.

Los productos de proteína de levadura Angel's - AngeoPro tienen las siguientes ventajas:

• Alto contenido de proteínas, rico en vita minas B, sin olor a levadura y sin alérgenos;

• Alto contenido de aminoácidos esenciales y valor biológico cercano a los estándares re comendados por la OMC/FAO, que pueden compensar la deficiencia de aminoácidos limitantes en las proteínas vegetales (proteí na de soja, proteína de guisante, etc.);

• Color suave, mostrándose de amarillo cla ro a blanco lechoso, cuyo uso no afectará las características sensoriales de otros in gredientes;

• La proteína de levadura tiene las funcio nes de prolongación de la saciedad, desa rrollo muscular, antifatiga muscular, anti pérdida muscular, acondicionamiento del tracto intestinal, etc.

1. Esquema de aplicación de proteína de levadura en ingredientes cárnicos de ori gen vegetal en vía seca

Fotos de equipo y productos

Fórmula recomendada:

Esquema (%) Aislado de proteína de soja Proteína de chícharo Gluten de trigo Proteína de levadura Coloide Extracto de levadura Agua

Esquema I 70 10 10 10 1 0.5 26

Esquema II 50 0 35 15 1 0.5 26

Dosis recomendada: Compone el 5~20 % (por peso) de la fórmula en polvo total, o reempla za el 5~20 % (por peso) de otras proteínas.

Método de aplicación: Mezcle uniformemen te con otras proteínas en polvo y alimentos. Efectos de aplicación:

• Cubre el sabor a frijol y realza el sabor de la carne.

• Mejorar la estructura de las proteínas (masticación, etc.).

• Composición equilibrada de aminoáci dos, con una nutrición más rica.

2. Esquema de aplicación de proteína de levadura en ingredientes cárnicos de ori gen vegetal en forma húmeda

Fotos de equipo y productos

Fórmula recomendada:

Esquema (%) Aislado de proteína de soja

Proteína de chícharo Gluten de trigo

Proteína de levadura Coloide Extracto de levadura Agua

Esquema I 70 0 5 25 1 0.5 55

Esquema II 30 35 15 20 1 0.5 55

Dosis recomendada: Componga el 5~40 % (por peso) de la fórmula en polvo total, o reemplace el 5~20 % (por peso) de otras proteínas

Método de aplicación: Mezcle uniformemen te con otras proteínas en polvo y alimento Efectos de aplicación:

• Cubre sabor a frijol, con un sabor carnoso más rico;

• Mejores filamentos, mejores texturas y más cerca de la carne auténtica;

• Composición equilibrada de aminoáci dos, con una nutrición más rica.

ACERCA DE LA LEVADURA ANGEL

Fundada en 1986, Angel Yeast Co., Ltd se es pecializa en la producción de levadura y de rivados de levadura. Su gama de productos incluye levadura e ingredientes de panade ría, dim sum y condimentos chinos, extracto de levadura salada, salud humana, nutrición animal, nutrición vegetal, licores destilados y biocombustibles, nutrición microbiana y en zimas. En la actualidad, Angel Yeast tiene 11 bases de producción avanzadas internacio nales en China, Egipto y Rusia, y ofrece pro ductos y servicios para más de 150 países y regiones a nivel mundial.

SOBRE ANGEL YEAST EXTRACT-SAVORY:

Angel YE (extracto de levadura) hecho de le vadura comestible, mediante la degradación de la proteína y el ácido nucleico en las célu las de levadura en condimentos nutricionales con la aplicación de biotecnología moderna, tiene las ventajas de aumentar el sabor fres co, reducir la sal, equilibrar el olor, fuerte, to lerancia y propiedades de los alimentos, que promueve la operación saludable global de reducción de sal y "etiqueta limpia".

Contacto de prensa:

LEVADURA DE ÁNGEL CO., LTD

Dirección: 168 Chengdong Avenue, Yichang, Hubei 443003, P. R. China

Teléfono: +86-717-6369520, 6369558 Fax: +86-717-6370680

Correo electrónico: yefood@angelyeast. com

IMPRESIÓN 3D DE GELES DE EMULSIÓN

TECNOLOGÍA

RESUMEN

El interés en alimentos personalizados a tra vés de la impresión 3D ha llevado a un mayor interés en la formulación y producción de ali mentos más complejos en lugar de simples sistemas a base de agua. Se crearon geles de

emulsión de kappa-carragenina (кC) al 3 % p/p que contenían 5–40 % p/p de aceite de girasol (SFO); usando dos emulsionantes di ferentes, Tween 20 (T20) y aislado de proteí na de suero (WPI). La calorimetría diferencial de barrido mostró que las emulsiones esta bilizadas con T20 y WPI solo tenían efectos

{ Escuela de Ingeniería Química, Universidad de Birmingham, Edgbaston, Birmingham, Reino Unido }

{ Michael-Alex Kamlow, Fotis Spyropoulos, Tom Mills }

menores sobre las entalpías de gelificación y fusión de la кC, y tenían las mismas tempera turas de gelificación. Todas las formulaciones probadas se pudieron imprimir con los mis mos parámetros de impresión, siempre que la velocidad de alimentación se incrementara con la concentración de SFO. La microscopía confocal mostró la presencia de capas en los

geles impresos y que los geles de emulsión estabilizados con T20 habían floculado. El análisis del perfil de textura se utilizó para comparar cuboides impresos y moldea dos de 20 × 20 × 9,6 mm. Para los cuboides fundidos, a medida que aumentaba la con centración de SFO, los valores de dureza dis minuían de 75 N ± 4 N a 18 N ± 1.5 N. Para los

TECNOLOGÍA

cuboides impresos, los valores de dureza eran constantes en 13 N ± 2 N. Tras la compresión, los cuboides impresos se deslaminaron en el área entre las capas impresas. La reología os cilatoria mostró que los geles fundidos eran más resistentes a la tensión de cizallamien to en comparación con los geles impresos y

se creía que esto se debía nuevamente a la deslaminación entre las capas impresas se mifusionadas. Este trabajo demuestra que los geles de emulsión кC se pueden imprimir en 3D sin cambios en su rendimiento físico, independientemente de la concentración de SFO de hasta el 40 %.

INTRODUCCIÓN

La impresión 3D (3DP), también conocida como fabricación aditiva, es una técnica que se ha generalizado mucho en los últimos años en diversos sectores. Produce piezas capa por capa utilizando archivos digitales que se renderizan segmento por segmento y luego se cargan en la impresora. En el mo mento de su creación, 3DP se centró prin cipalmente en polímeros plásticos (Rahim, Abdullah & Md Akil, 2019), metal (Buchanan & Gardner, 2019) y cerámica (Chen, Xie, Chen & Zheng, 2019), pero se ha movido más recien temente en la exploración de otras áreas de investigación como productos farmacéuticos (Goyanes, et al., 2017) y materiales alimen tarios como el chocolate (Lanaro, Desselle & Woodruff, 2019) geles lácteos (Daffner, Ong, Hanssen, Gras & Mills, 2021 ), masa (Yang, Zhang, Prakash y Liu, 2018) y varios otros pro ductos alimenticios que utilizan una variedad de técnicas (Gholamipour Shirazi, Kamlow, Norton y Mills, 2020). El atractivo de 3DP en la producción de alimentos se deriva de su

capacidad para facilitar la personalización de los alimentos en el punto de producción, sin el uso de moldes o herramientas (Sun et al., 2015). Sin embargo, la 3DP de alimentos todavía tiene inconvenientes inherentes en comparación con la producción en masa a gran escala, como el bajo rendimiento, el alto costo por artículo fabricado y una gama limi tada de materiales comestibles adecuados/ imprimibles que aún requieren investigación para superarse (Pallottino et al., 2016).

Sin embargo, uno de los mayores desafíos en el campo de los alimentos 3DP es indiscuti blemente la complejidad de los propios sis temas alimentarios, que a menudo contienen varios materiales en proporciones variables, características sensoriales y estructurales de terminadas por la estructura micro y nano, así como propiedades que son dependiente de iones, temperatura y procesamiento (Ub bink, Burbidge & Mezzenga, 2008). Estudios recientes se han centrado en el uso de geles hidrocoloides (en lo sucesivo denominados hidrogeles) para 3DP. Su idoneidad se debe

al hecho de que muchos de ellos son renova bles, biocompatibles y están bien investiga dos y comprendidos en el sector alimentario. Actualmente, estos materiales se utilizan ampliamente en alimentos y productos far macéuticos por sí mismos y/o como compo nentes en formulaciones específicas (Khalil et al., 2018). La mayoría de los estudios de im presión de hidrogel se han centrado en la ex trusión en frío de geles ya fraguados, sin que se produzca una transición de fase durante el proceso de impresión (Gholamipour-Shi razi, Norton & Mills, 2019). Este método se beneficia de que no requiere control de tem peratura, una mayor fidelidad de forma y la capacidad de imprimir geles que no se fijan térmicamente, como los geles de alginato. La extrusión en caliente 3DP puede imprimir geles altamente viscosos con menos dificul tad (en comparación con la extrusión en frío), ya que las "tintas" en este caso todavía están en estado sol (Azam, Zhang, Bhandari y Yang, 2018). Además, el almacenamiento a largo plazo de las tintas de los componentes para el enfoque de extrusión en caliente sería un problema menor, ya que muchos hidrogeles extruidos en frío exhiben pérdida de agua a través de la sinéresis (Mizrahi, 2010). Sin embargo, dado que la extrusión en caliente requiere la fusión de los materiales antes de su uso, la sinéresis que se produce durante el almacenamiento será un problema mucho menor. La extrusión en caliente 3DP requie re hidrogeles que solidifiquen rápidamente por debajo de su temperatura de gelificación

(Tgel). Investigaciones anteriores sobre la ex trusión en caliente de hidrogeles 3DP se han centrado en agar (Serizawa et al., 2014), almi dón (Chen, Xie, Chen & Zheng, 2019) y mez clas de materiales (J. Chen, et al., 2019; Liu, Bhandari, Prakash, Mantihal y Zhang, 2019).

Un biopolímero que recibe especial aten ción en la investigación de alimentos 3DP es kappa-carragenina (кC). КC es un polisacári do aniónico, que contiene un grupo sulfato, extraído de un alga roja comestible llamada Rhodophyta. Cuando se dispersa en agua y en presencia de moléculas catiónicas, кC puede formar un gel térmicamente reversible, con la mayor afinidad por los iones de potasio (Her mansson, Eriksson & Jordansson, 1991) Una vez que la dispersión se reduce por debajo de la temperatura sol-gel , las bobinas aleato rias de кC se organizan en dobles hélices, que luego se agregan para formar una red de polí meros (Norton, Morris & Rees, 1984). КC tiene muchos usos en alimentos como modificador de reología y agente espesante (Saha & Bha ttacharya, 2010). КC se ha estudiado como tinta de biopolímero para 3DP en impresión celular (Kelder, Bakker, Klein-Nulend & Wis meijer, 2018), impresión por extrusión en ca liente como biopolímero único (Diañez et al., 2019), como sistema mixto (Warner, Norton & Mills, 2019) y en extrusión en frío (Gholami pour-Shirazi et al., 2019). Esto demuestra su versatilidad en aplicaciones 3DP debido a su alta fuerza de gel y su rápida transición sol-gel en las condiciones correctas.

Dado que los hidrogeles generalmente se forman usando aproximadamente 0.1–10 % p/v de hidrocoloide, pequeñas cantidades de sales y el resto agua, existen problemas cuando se trata de la incorporación de mo léculas hidrofóbicas dentro de dichas cons trucciones. Un enfoque para abordar esto es crear emulsiones de aceite en agua (o/w) dispersando el aceite dentro de una fase de agua continua y luego permitiendo que se gelifique (como lo haría normalmente) para crear geles de emulsión, con la matriz del gel actuando como la fase continua. Esto permi te la creación de estructuras más complejas y la incorporación de una fase oleosa permite la encapsulación directa de moléculas lipófi las dentro de la matriz del gel. Los geles en emulsión se han investigado durante mucho tiempo (Hemker, 1981) y sus usos incluyen la modificación de la textura de los alimentos (Matsumura, Kang, Sakamoto, Motoki y Mori, 1993), la administración de fármacos lipofíli cos (Thakur et al., 2012) y administración dual

de fármacos lipofílicos e hidrofílicos (Singla, Saini, Joshi y Rana, 2012).

Dado que la 3DP de los materiales alimenta rios permite la personalización de las estruc turas alimentarias a través de la ubicación de los ingredientes (Diaz, Noort & Van Bommel, 2017), tiene sentido que la creación de ge les de emulsión más complejos, a diferencia de los hidrogeles, deba ser un área de inte rés para los investigadores. Esto permitirá productos alimenticios altamente persona lizados que aún podrían retener la deseable sensación cremosa en la boca de los alimen tos a base de grasa, pero mediante el uso de un gel de emulsión podría reducir el conte nido total de grasa del alimento en sí (Sala, de Wijk, van de Velde & van Aken, 2008). Los geles de emulsión kC han tenido algunas in vestigaciones dedicadas a ellos (Fontes-Can dia, Ström, Lopez-Sanchez, López Rubio & Martínez-Sanz, 2020; Sala et al., 2008), sin embargo, según el conocimiento de los au tores, existe poca o ninguna literatura sobre los geles de emulsión 3DP de кC a pesar de su utilidad como aditivo alimentario y tinta de biopolímero 3DP. La mayoría de los estu dios sobre 3DP de geles de emulsión parecen

basarse en técnicas de extrusión en frío (Du, et al., 2021; Liu et al., 2019; Sager, Munk, Han sen, Bredie & Ahrné, 2021), y ninguno evalúa si varía las concentraciones de aceite o los emulsionantes podrían afectar la imprimibi lidad dentro de la extrusión en caliente 3DP.

Este estudio formuló geles de emulsión de кC al 3 % p/p que contenían un rango de concentraciones de aceite de girasol (5–40 % p/p). Una vez que se produjeron emulsio nes o/w simples, se analizó el tamaño de las gotas mediante la dispersión dinámica de la luz y se evaluó la estabilidad de la emulsión mediante mediciones del potencial zeta. A continuación, se examinó la emulsión con un microscopio óptico para determinar si se había producido o no floculación. Después de esto, se crearon geles de emulsión dispersan do el polvo de кC en las emulsiones o/w sim ples. Los geles de emulsión кC se evaluaron en función de la concentración de aceite y sus efectos en los geles de emulsión 3DP кC. Se compararon dos emulsionantes con diferen tes mecanismos de estabilización ya que se planteó la hipótesis de que las diferencias en sus estructuras y carga podrían conducir a va riaciones en sus interacciones con la estructu

ra del gel. Se evaluaron por micro calorimetría diferencial de barrido (μDSC) para conocer su Tgel y temperatura de fusión (Tmelt), así como sus entalpías de gelificación y fusión. A continuación, se llevó a cabo la impresión 3D, probando varios parámetros para optimi zar la calidad de impresión. Después de que se pudieran fabricar geles 3DP adecuados y consistentes, las propiedades mecánicas de los geles se determinaron mediante análisis de perfil de textura (TPA) y reología oscila toria comparando geles impresos con geles moldeados en un rango de concentraciones de aceite. Finalmente, se tomaron imágenes de los geles de emulsión utilizando micros copía de escaneo láser confocal (CLSM) para visualizar cualquier diferencia entre los geles de emulsión 3DP y fundidos, así como los ge les de emulsión estabilizados por T20 y WPI.

MATERIALES Y MÉTODOS

Materiales

кC y T20 y se adquirieron de Sigma-Aldrich (Reino Unido). El rojo Nilo se adquirió de Fis cher Scientific (Reino Unido). El WPI se obtu vo de Sachsenmilch Milk & Whey Ingredients (Sachsenmilch Leppersdorf GmbH, Wachau, Alemania). Según el fabricante, contenía 93.74 % p/p de proteína en materia seca, 0.23 % p/p de grasa, 0.61 % p/p de lactosa y 3.16 % p/de lavado. El aceite de girasol se compró en el supermercado Spar (Reino Unido). Se utili zó agua Milli-Q (aparato de destilación Elix® 5, Milli pore®, EE. UU.) para la preparación de la muestra. Todos los materiales se usaron tal como se recibieron sin modificaciones ni pu rificaciones adicionales.

Preparación de soluciones de KC que contienen emulsionantes

Se produjeron soluciones de кC que contenían los emulsionantes para usar como geles de

aceite de girasol al 0 % p/p. Esto fue para ase gurar que cualquier cambio observado fuera causado por la presencia del aceite de girasol y no solo por el agente emulsionante. Las so luciones de кC que contenían T20 se produje ron añadiendo 3 % p/p de кC a 192 ml de agua desionizada que se había colocado encima de un agitador de placa caliente ajustado a 80 °C.

Se usó una barra de agitación magnética para ayudar con la dispersión del кC en el agua. Esto se dejó en agitación durante dos horas. Después de que el кC se hubo dispersado, se añadió 1 % p/p de T2O a la solución de кC ca lentada y se agitó a una velocidad más baja durante otros 30 min siguiendo el método establecido en estudios previos (Fenton, Kan yuck, Mills & Pelan, 2021). Las soluciones de кC que contenían WPI se produjeron dispersando primero WPI al 2 % p/p en agua desionizada y agitando a 40 °C durante cinco horas. Esta solución madre de WPI se almacenó luego en el refrigerador durante la noche para permitir una hidratación completa. A continuación, se diluyeron 100 g de la solución de WPI al 2 % p/p añadiéndolos a 94 g de agua desionizada. A continuación, se calentó y el polvo de кC se dispersó como antes. Esto dio una solución fi nal de WPI al 1 % p/p y кC al 3 % p/p.

Preparación de emulsiones

Se produjeron emulsiones simples que no contenían кC para análisis de tamaño de par

tícula y mediciones de potencial zeta. Esto se debió a que estas pruebas no pueden lle varse a cabo de manera sencilla en muestras gelificadas. Las emulsiones O/W de girasol estabilizadas con T20 se produjeron midien do primero la cantidad requerida de agua y luego añadiendo 1% p/p de T20 al agua. Esto se agitó suavemente con un agitador magné tico durante 10 min. Luego, se añadió el por centaje requerido de aceite y se premezcló en un Silverson L5M durante 3 min a 6000 rpm con un tamiz de emulsor fino. A continua ción, la preemulsión formada se pasó a través de un homogeneizador de alta presión a 25 bares. Las emulsiones O/W estabilizadas con WPI se prepararon usando la solución madre de WPI, que se agregó a la cantidad requerida de aceite y se procesó como se describe para las emulsiones T20.

KC-Preparación de solución de emulsión

Se usaron emulsiones O/W estabilizadas con T20 y WPI para la preparación de soluciones de emulsión кC. Las emulsiones se coloca ron primero en un agitador de placa caliente ajustado a 80 °C durante 30 min. Luego se añadió кC y se dejó agitar durante dos horas para asegurar que se había dispersado todo el кC. Debido a la cantidad variable de fase oleosa (dispersa) en las emulsiones, la canti dad de кC añadida a cada sistema se mantuvo

constante al 3% p/p con referencia (en cada caso) a la fracción de fase acuosa (continua). De esta forma, la cantidad de кC en la fase acuosa de todas las emulsiones O/W (inde pendientemente de su contenido de aceite) fue la misma. Se eligió la concentración de кC del 3 % p/p, ya que se informó anteriormen te que proporciona resultados de impresión óptimos (Kamlow, Vadodaria, Gholamipour Shirazi, Spyropoulos & Mills, 2021). Finalmen te, los geles de emulsión O/W se formaron enfriando los sistemas, ya sea mediante im presión 3D o colada en moldes.

Análisis de tamaño de partículas

El tamaño de las gotas de la emulsión se ob tuvo utilizando un Malvern Mastersizer MS 2000 (Malvern Panalytical, Reino Unido), utili zando una unidad de dispersión de muestras de pequeño volumen manual Hydro SM. Los valores del índice de refracción se introduje ron en el software y fueron 1.33 para el agua y 1.467 para el aceite de girasol. La muestra se dispersó en agua destilada a 1300 rpm hasta que se alcanzó un valor de oscurecimiento de 4.2 a 4.6 %. Esto dio valores para el diámetro

de gota medio en volumen (d4,3) y, a menos que se indique lo contrario, el tamaño de gota se refiere a este parámetro. Las mues tras se prepararon y analizaron por triplicado y los valores del tamaño de las gotas fueron el promedio de al menos tres mediciones. Los valores del tamaño de las gotas se obtuvieron inmediatamente después de la preparación.

Medición de potencial zeta

El potencial zeta (potencial ζ) se determinó utilizando un Zetasizer (Malvern Panalytical, Reino Unido) para evaluar la estabilidad de las emulsiones creadas. Las muestras se dilu yeron 100 veces con agua desionizada (Wu et al., 2016). Esto fue para reducir la absorbancia de la luz láser y la dispersión múltiple. Todas las mediciones de potencial ζ se realizaron a temperatura ambiente. Las muestras se pre pararon y analizaron por triplicado, y los va lores de potencial zeta fueron el promedio de al menos tres mediciones.

Calorimetría micro diferencial de barrido

La calorimetría microdiferencial de barrido (μDSC) se llevó a cabo utilizando un Seteram

MicroDSC3 evo (Seteram, Francia). Los expe rimentos se realizaron en un rango de tem peraturas para los hidrogeles y los geles en emulsión siguiendo el mismo procedimien to descrito previamente por (Kamlow et al., 2021). El rango de temperatura probado fue de 0 a 70 °C, y las pruebas se llevaron a cabo a una velocidad de escaneo de 1 °C por minuto tanto para enfriamiento como para calenta miento. Las muestras primero se enfriaron a 0 °C y se mantuvieron durante 60 min y lue go se calentaron a 70 °C y se enfriaron nue vamente a 0 °C. Esto se repitió tres veces por muestra. Se eligió este rango de temperatura ya que todas las transiciones térmicas ocurrie ron dentro de este rango. Cada formulación diferente se probó por triplicado de esta ma nera, dando un total de nueve curvas de en friamiento y calentamiento por formulación.

Impresión 3d

La impresora 3D fue suministrada por el Insti tuto de Ciencias Alimentarias y Biotecnología de la Universidad de Hohenheim (Alemania). Es una impresora 3D Fabb ster que ha sido modificada para manejar una alimentación lí quida. Esta modificación implicó adaptar va rias mangueras a la impresora que contenían tuberías internas por donde fluye el material y un entorno de agua circundante para man tener la temperatura del gel y mantenerlo en estado de sol. Estos estaban conectados a dos baños de agua. Estas tuberías transpor tan agua hacia y desde la impresora a contra corriente. Un conjunto es responsable de que la solución de gel se mantenga por encima de su Tgel desde la jeringa hasta la boquilla y el otro conjunto garantiza que se pueda contro lar la temperatura dentro de la longitud final de la tubería, incluida la boquilla. Esto per mitió el mantenimiento del estado de sol, lo que luego permitiría que la transición sol-gel ocurriera in situ como en estudios anteriores (Kamlow et al., 2021; Warner et al., 2019). Esto evitó cualquier gelificación previa antes de que el material de alimentación llegara a la boquilla. Para controlar aún más la velocidad a la que podría ocurrir la transición de fase, había una cama calentada, con una sección extraíble. La temperatura fue controlada por un tercer baño de agua conectado por tu berías aisladas. La bomba de jeringa estaba equipada con una jeringa de 60 ml envuel ta con una almohadilla térmica. Esto evitó que el material de alimentación en la jeringa experimentara una gelificación prematura. La almohadilla térmica se alimentó con una fuente de alimentación de computadora y se controló con un Arduino Uno, para controlar la temperatura de la almohadilla térmica. Se colocaron varias sondas de temperatura en varios puntos de la impresora y se monitorea ron con un registrador de datos. La impresora está controlada por una computadora portá til conectada a un controlador. Esto permite que la impresora se mueva en el eje XYZ a

través de los brazos y motores que forman el marco de la impresora. En la boquilla el tubo exterior está hecho de cobre y en el interior contiene un tubo de latón más pequeño por donde fluye el material de alimentación. Se sujeta mediante una montura de acero inoxidable fabricada por el taller técnico de la Universidad de Hohenheim. Este está ro deado por agua que fluye a contracorriente del flujo del material de alimentación. Hay dos partes impresas en 3D que permiten la conexión de las tuberías y forman la boquilla desde la cual se extruyen los geles en la cama de impresión. Se colocaron termopares para monitorear la temperatura del material de alimentación en la parte superior e inferior de la tubería de cobre. Se probaron varios pa rámetros para la propia impresión. Algunas estaban controladas por el software de la impresora (Netfabb para Fabbster, Fabbster, Alemania), como la altura de la capa, la velo cidad de impresión y el espaciado de relleno. Se ha demostrado que estos parámetros tie nen un efecto importante en la fidelidad de la impresión en los sistemas alimentarios an tes (Severini, Derossi, Ricci, Caporizzi y Fiore, 2018; Yang, Zhang, Bhandari y Liu, 2018). La naturaleza de la operación de esta impresora significaba que la velocidad del controlador de la jeringa era responsable de la cantidad de material extruido y, por lo tanto, esto tenía que ser probado y controlado. El éxito de la impresión se juzgó según la consistencia del

peso y la fidelidad de la forma final (Chimene, Lennox, Kaunas & Gaharwar, 2016).

Producción de moldes para fundición

Se produjo un molde con forma de parale lepípedo mediante impresión 3D estereoli tográfica utilizando una impresora 3D form 2 (Formlabs, EE. UU.). El molde fue diseñado por CAD y subido al software, luego este fue rebanado y enviado a la impresora digital mente para imprimir. Este molde permitiría la producción de cuboides de hidrogel y gel de emulsión con dimensiones de 20 × 20 × 9,6 mm por fundición. Estos se usaron luego para pruebas mecánicas comparativas como con trol, muestra fundida para comparar con los cuboides impresos en 3D producidos en 2.8.

Análisis del perfil de textura

El análisis del perfil de textura (TPA) se lle vó a cabo utilizando un TA XT plus Texture Analyzer como se describe en estudios an teriores (Kamlow et al., 2021). Se probaron paralelepípedos impresos y fundidos de di mensiones 20 × 20 × 9,6 mm; a los cuboides fundidos se les dio 3 min 30 s para fraguar, imitando el tiempo necesario para impri mir sus respectivas contrapartes. Las prue bas se llevaron a cabo utilizando una sonda de aluminio cilíndrica P/40 ajustada a una velocidad constante de 1 mm/s, junto con una celda de carga de 30 kg y una fuerza de

disparo de 3 g. A través de pruebas de com presión, se adquirieron datos de dureza y módulo de Young para cuboides impresos y fundidos. La dureza se calcula a partir de la fuerza máxima durante el ciclo de compre sión inicial, mientras que el módulo de Young es la rigidez del material calculada a través de la relación tensión/deformación del material a deformaciones bajas (Jones, Woolfson & Brown, 1997). Todas las pruebas se realiza ron por triplicado, y los valores de dureza y módulo de Young fueron el promedio de al menos tres mediciones.

Pruebas reológicas

Las pruebas reológicas se realizaron utili zando un reómetro compacto modular 302 (Anton Paar, Austria) utilizando una placa dentada paralela de 25 mm. Para los geles fundidos, el reómetro se calentó a 60 °C y luego se cargó la muestra. Luego se utilizó

un espacio de trabajo de 1 mm y se recortó el exceso. Luego se bajó la temperatura a 20 °C y se dejó que cada muestra se equilibrara durante diez minutos. Luego, se realizaron barridos de amplitud a una frecuencia fija de 1 Hz y la amplitud de la deformación se varió de 0.1 a 10%. Esto coincidió con estu dios previos en los que la fragilidad del gel hizo innecesarias las pruebas por encima de ese nivel de tensión (Jong, 2020; Loizou et al. , 2006). Para muestras 3DP se imprimió un disco de 1 mm de altura y 30 mm de diáme tro. Debido a la imposibilidad de retirar de forma fiable el disco de una sola capa de la cama de impresión, se retiró la cama de im presión y se colocó sobre el reómetro. El le cho de impresión tenía un grosor de 1 mm, por lo que el reómetro se ajustó para usar un espacio de trabajo de 2.015 mm debido a la colocación de lámina en la placa inferior del reómetro para evitar que se rayara con

el lecho de impresión. Esto permitió obte ner datos fiables y se dio ocho minutos a la muestra impresa para que se equilibrara a 20 °C. Esto permitió el tiempo de impresión de 40 s y el minuto aproximado necesario para transferir la cama de impresión que contenía la muestra al reómetro. Esto pro porcionó datos para la región viscoelástica lineal (LVER), el módulo de almacenamien to (G ') y el módulo de pérdida (G '') en fun ción de la tensión de corte. Las muestras se prepararon y analizaron por triplicado, y los valores fueron el promedio de al menos tres mediciones.

Microscopía de escaneo láser confocal

Se produjeron muestras de gel de emulsión para CLSM mediante la adición de rojo Nilo a la fase oleosa antes de la emulsificación. Para la toma de imágenes se utilizó un microsco pio confocal Leica DM2500 (Leica®, CH). Se usaron tres lentes de objetivo diferentes 10 veces, 40 veces y 63 veces, usándose aceite de inmersión para el objetivo de 63 veces. Se usó un láser de 532 nm al 100 % de in tensidad para excitar el tinte y se detectaron emisiones en el rango de longitud de onda de 550 a 700 nm para obtener imágenes en línea con estudios anteriores (Vadodaria, He, Mills & Wildman, 2020). Las muestras teñidas y gelificadas se colocaron en portaobjetos de vidrio. Para muestras 3DP, se imprimieron dis cos de 500 ��m de altoy 18 mm de diámetro directamente en un portaobjetos de vidrio y se colocó un cubreobjetos de vidrio sobre la parte superior.

Estadísticas

El tamaño promedio de las gotas, la dureza y los valores del módulo de Young se compa raron mediante la prueba T de dos muestras en Analysis ToolPack para Microsoft Excel. Los niveles de confianza se fijaron en el 95%. Por lo tanto, si P < 0.05, los dos conjuntos de datos tienen medias diferentes; de lo con

trario, las dos medias no tienen una diferen cia significativa.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Análisis del tamaño de las gotas y medicio nes del potencial zeta

Se midieron los tamaños de gota de las emul siones O/W estabilizadas por T20 o WPI y que contenían cantidades variables de aceite de girasol (fase dispersa). Para minimizar el ries go de inversión de fase en el sistema, el con tenido de aceite de girasol en las emulsiones se mantuvo por debajo del 50 %. La concen tración de emulsionante (T20 o WPI) se fijó en 1 % p/p, lo que fue suficiente para permitir la estabilización de la emulsión.

El análisis estadístico no mostró una dife rencia significativa entre el efecto de las concentraciones de SFO en el tamaño de las gotas. Otro punto a tener en cuenta es que aumentar la cantidad de fase dispersa puede tener un impacto negativo en la es tabilidad a largo plazo de las emulsiones que contienen concentraciones de emulsio nantes utilizadas en este estudio (Dapčević Hadnađev, Dokić, Krstonošić & Hadnađev, 2013). Sin embargo, esto no fue un proble ma en este caso, ya que poco después de la formación de estas emulsiones, se impri mirían en 3D en geles de emulsión кC. Los datos obtenidos también muestran que, en promedio, las emulsiones estabilizadas por T20 tenían tamaños de gota más peque ños que las estabilizadas por WPI, con un rango de alrededor de 11 a 13 μm a 18 a 22 μm, respectivamente, lo cual fue estadís ticamente significativo. Esto se debe a que los tensioactivos de bajo peso molecular (LMWS), por su menor tamaño, son capaces de posicionarse en la interfase más rápido que las proteínas, que tardan más en orien tarse y desplegarse en la interfase (Kenta et

al. , 2013). Además, los LMWS como T20 dis minuyen la tensión interfacial más que las proteínas, y esto mejora aún más la ruptu ra de las gotas (Beverung, Radke & Blanch, 1999).

Después de producir las emulsiones, se pro baron para determinar su potencial ζ- para evaluar la carga superficial en las gotas de aceite. Los valores de potencial ζ para las emulsiones estabilizadas por T20 muestran que T20 no tiene mucha carga superficial dando valores de -6mV a -8mV. Esto es típico de los emulsionantes no iónicos, ya que no dependen de la carga superficial para estabi lizar las emulsiones, sino que lo hacen a tra vés de la repulsión estérica (Teo et al., 2016). Sin embargo, aunque no se espera que los tensioactivos no iónicos presenten ninguna carga superficial, se ha demostrado antes que las impurezas tensioactivas ionizadas, como los ácidos grasos libres, pueden pro vocar que se detecte alguna carga en emul siones estabilizadas con tensioactivos no iónicos. (Wu, Yan, Chen & He, 2017). Mientras que debido a que las emulsiones estaban todas a pH neutro, las emulsiones estabiliza das por WPI tenían una carga negativa. Esto se debe a que el pH neutro está por encima del punto isoeléctrico del WPI, que está en tre 4 y 6 (Chanamai & McClements, 2002), lo que da a las moléculas de proteína una carga superficial negativa. Esto explica por qué las emulsiones WPI tenían valores de potencial ζ- de alrededor de -34 mv a -37 mv con las pequeñas diferencias dentro de los valores de error de cada uno.

Preimpresión μAnálisis DSC de geles en emulsión

Primero fue importante establecer las carac terísticas térmicas de los geles кC, ya que esto es necesario en el diseño de formulaciones imprimibles para la impresión por extrusión en caliente. Una vez que se establecieron, los geles de emulsión кC se pudieron caracteri

zar y evaluar para determinar su idoneidad en 3DP. Estudios anteriores informaron que el aumento de la concentración de aceite condujo a un aumento en la fuerza del gel, los valores de Tgel y Tmelt. Sin embargo, esto se debió a que la concentración total de кC permaneció constante en las formulaciones, lo que llevó a un aumento efectivo de la con centración de кC en la fase acuosa a medida que aumentaba la concentración de aceite (Fontes-Candia et al., 2020). Por lo tanto, era importante evaluar los efectos de la variación de la concentración de aceite en la Tgel y la Tmelt de los geles de emulsión кC mientras se mantenía la misma concentración de кC en la fase acuosa. Las temperaturas de transi ción sol-gel de los sistemas de emulsión-gel se determinaron usando un calorímetro de barrido diferencial micro (Iijima, Hatakeya ma, Takahashi & Hatakeyama, 2007; Snoeren & Payens, 1976; Williams, Clegg, Langdon, Nishinari & Piculell, 1993). Los resultados de Tgel y Tmelt medias para geles de emulsión кC al 3 % con 0, 5, 10, 20, 30 y 40 % p/p de aceite de girasol.

Los resultados mostraron que, si la concen tración de кC se mantiene constante en la fase acuosa de los geles en emulsión, la Tgel y la Tmelt de los sistemas permanecen aproximadamente constantes. Esto era im portante porque si la concentración de кC no se ajustaba para permanecer en 3 % p/p en la fase acuosa, la concentración efectiva habría seguido aumentando y cada concen tración de SFO habría requerido diferen tes parámetros de impresión. Además, en lo que respecta a los datos de Tgel, ambos emulsionantes tenían los mismos valores de Tgel, de 36-37 °C. Esto significaba que po dían imprimirse a las mismas temperaturas. Sin embargo, los datos de Tmelt mostraron que había una disparidad estadísticamente significativa de 1 a 2 °C entre los geles de emulsión estabilizados por T20 y los estabili zados por WPI. Como se indica se evaluó que

el WPI contenía un 3.16 % de ceniza. Se sabe que las cenizas a base de leche contienen cationes como potasio y calcio (Aaltonen, Kytö, Ylisjunttila-Huusko & Outinen, 2020). Se sabe que los cationes provocan el refuer zo de las redes de gel кC (Hermansson et al. , 1991) y, por lo tanto, provocarían un aumen to en la temperatura de fusión. Sin embar go, otra explicación podría haber sido que el WPI estaba interactuando con el кC. Aunque esto era poco probable ya que el WPI tenía un pH de 7, que está por encima de su punto isoeléctrico y, por lo tanto, su carga neta to tal sería negativa. Dado que кC es aniónico, no puede interactuar electrostáticamente con otra molécula aniónica, como WPI con carga negativa. Sin embargo, los datos de entalpía sugieren que no hubo interacción entre WPI y кC ya que los valores de ental pía para ambos tipos de geles de emulsión son aproximadamente iguales. Esto implica que no se formaron nuevos enlaces, lo que indicaría que las diferencias observadas se debían a la presencia de cationes con el WPI, lo que reforzaba la red de gel кC.

Los datos muestran que una vez normaliza dos a una concentración de кC constante, las entalpías de gelificación y fusión perma necen prácticamente consistentes, con una ligera disminución observada en las ental pías de gelificación. Esto muestra que la adi ción del aceite tiene poco o ningún impacto en la propia red de gel. Esto contrasta con lo que se ha observado antes con los geles de emulsión (Dun et al. , 2020; Liu et al. , 2019). Estos estudios no parecieron normalizar sus datos a la concentración de кC por 100 g de agua, lo que, dado que agregar más aceite conduciría a menos кC por 100 g, condujo a una disminución aparente en los valores de entalpía. Dado que las gotitas de emulsión estaban recubiertas con un tensioactivo no iónico (T20) o una proteína cargada negati vamente, eran partículas de relleno que no interactuaban. Por lo tanto, no mejoraron la

red de gel, a diferencia de un relleno inte ractivo (Mcclements, Monahan & Kin sella, 1993).

Impresión de hidrogel y gel de emulsión

Todas las muestras de gel de emulsión impre sas contenían 3 % p/p de кC en la fase acuo sa, 1 % p/p de emulsionante y entre 0 y 40 % p/p de aceite de girasol. Dado que los datos de μDSC habían mostrado que los geles de emulsión tenían valores de Tgel de 36-37 °C, se usó la sonda de temperatura para monito rear el material de alimentación y asegurarse de que saldría de la boquilla alrededor de las 9– 11 °C superior a la temperatura de gelifica ción. Se ha demostrado que esto proporciona una impresión óptima en estudios anteriores (Warner et al., 2019). La temperatura de im presión fue determinada indirectamente por los baños de agua conectados a la impresora, por lo que se usaron sondas de temperatura para monitorear la temperatura del material de alimentación.

Aparte de los parámetros definidos, existían otros parámetros que eran variables. Estos fueron la altura de la capa, el tamaño de la boquilla y la altura de la boquilla. La altura de la capa se dejó en 1.2 mm porque se sugirió en nuestro estudio anterior (Kamlow et al., 2021) como la altura de capa óptima para los hidrogeles кC; y esto también se confirmó en este estudio. La boquilla de la impresora era una pieza 3DP y se tuvo que sellar con pega mento y silicona para evitar fugas de agua. Por lo tanto, no era práctico probar y cambiar varios tamaños de boquilla y, por lo tanto, se volvió a utilizar como estándar el mismo ta maño óptimo de boquilla (20G/0.8 mm) del trabajo anterior. Finalmente, la altura de la boquilla se mantuvo constante en 0.5 mm, ya que estas produjeron impresiones sin proble mas y, a menos que se indique lo contrario, fue la altura utilizada para todas las impresio nes. Los ajustes de impresión que dieron la

mejor fidelidad de forma y reproducibilidad fueron: SR de 0.7 mL/min, TPB de 35 °C, VP de 30 mm/s, un Llenado de 1.25 mm, THWB de 72 ˚C y TNWB de 72 ˚C

Si bien las configuraciones anteriores eran viables para 0 % p/p SFO y 5 % p/p SFO, se observaron vacíos en concentraciones de aceite más altas bajo las mismas condiciones de impresión que se ven. Se creía que estas impresiones fallidas podrían deberse al au mento de la concentración de SFO en las so luciones de emulsión de кC. Esto condujo a un aumento en la viscosidad de la solución de emulsión кC, ya que las gotas de aceite están más densamente empaquetadas (Pal & Rhodes, 1989). Esto significó que man tener la SR para concentraciones de aceite más altas condujo a una disminución en la cantidad de material de alimentación que se extruía. Este problema se puede superar aumentando la velocidad de extrusión para evitar la formación de vacíos (Dick, Bhanda ri & Prakash, 2019). La naturaleza de la con figuración de impresión utilizada significó que esto se logró mediante el aumento de la SR. Se presentaron los valores de SR para obtener resultados de impresión de alta ca lidad. Una vez que se determinaron las tasas óptimas del controlador de jeringa para cada concentración de aceite de girasol, fue posi ble imprimir geometrías complejas usando cualquiera de las concentraciones probadas.

Imágenes de gel de emulsión

Si bien las muestras no impresas se podían colocar en un portaobjetos de microscopio caliente y luego se les colocaba un cubreob jetos antes de que gelificaran, esto no era fac tible para las muestras 3DP. La impresora no pudo imprimir una capa lo suficientemente delgada para que la luz atravesara el gel. Ade más, se ha demostrado que la compresión de muestras con un cubreobjetos es problemá tica en términos de producir una muestra representativa (Gibson & Lanni, 1991). Por lo

tanto, CLSM se usó para geles de emulsión 3DP y fundidos; las fases dispersas de aceite de girasol de los geles impresos y fundidos se tiñeron con rojo nilo. Las imágenes confoca les mostraron la distribución de las gotitas de aceite en muestras fundidas y 3DP para geles de emulsión estabilizados por T20 o WPI.

Las imágenes confocales representativas mostraron la distribución de las gotitas SFO dentro de las matrices кC establecidas. Como se confirmó, los geles de emulsión кC esta bilizados por T20 exhibieron signos claros de floculación entre las gotas de aceite y los geles de emulsión estabilizados por WPI es tuvieron bien distribuidos en toda la red de gel. Se ha demostrado que la adición de bajas concentraciones de кC provoca una extensa floculación de las emulsiones por efectos de agotamiento. Más específicamente, cuando el кC puede interactuar electrostáticamente con las moléculas que estabilizan las gotas de la emulsión, puede tener lugar una flo culación puente (Gu, Decker & McClements, 2005), como cuando está presente una pro teína por debajo de su punto isoeléctrico. De lo contrario, cuando el кC no puede comple jarse con el agente emulsionante, se observa floculación por agotamiento (Singh, Tameha na, Hemar & Munro, 2003).

Durante la producción del gel de emulsión, a medida que se dispersaba el polvo de кC, su concentración aumentaba rápidamente, pero las bajas concentraciones que pueden causar la floculación por agotamiento aún estaban presentes durante cierto tiempo, lo que provocaba efectos de floculación. Sin embargo, las emulsiones estabilizadas por T20 se crearon por separado en soluciones de hidrogel de кC y, cuando se combinaron, flo cularon inmediatamente, lo que significa que a cualquier concentración de кC de hasta el 3 % p/p en la fase acuosa, se observa flocula ción en los sistemas de emulsión de gel. Sin embargo, los geles de emulsión estabilizados

con WPI todavía estaban dispersos en las re des de gel. Se cree que la capa viscoelástica más gruesa formada en la interfaz por las partículas de WPI en comparación con el T20 (Wilde, Mackie, Husband, Gunning & Morris, 2004) antes de la adición del кC les dio a estas emulsiones una mayor resistencia a los efec tos de agotamiento. Luego, a medida que aumentaba la viscosidad de la fase continua con la кC (Iglauer, Wu, Shuler, Tang & Goddard III, 2011), esto ralentizaba en gran medida la floculación, lo que condujo a la presentación de geles de emulsión dispersa. Otro factor, observado son las diferencias en el potencial ζ- entre los geles de emulsión estabilizados con T20 y WPI. Dado que WPI tiene un nivel mucho más alto de carga negativa en las go tas de aceite, se repelerán entre sí más que las gotas de T20 sin carga. Esto le da más re sistencia a los efectos de la floculación.

Las figuras 8C y D resaltan las diferencias en las estructuras a granel producidas por 3DP en comparación con las de los geles colados tradicionales. La estratificación distintiva que existe a lo largo de los geles de emulsión en las Fig. 8C y D, debido a la impresión, está au sente de las redes continuas que se ven en las Fig. 8A y B. Es creada por la red discontinua producida por el proceso 3DP, específicamen te el movimiento de la boquilla en los ejes x e y. Las variaciones en los planos de enfoque alrededor de las líneas impresas indican que hay diferencias de profundidad alrededor de las propias líneas. Esto se puede ver por la incapacidad de enfocar y visualizar todas las gotas de aceite en las imágenes confoca les 3DP. Esto muestra cómo el proceso 3DP da una superficie diferente a la fundición tra dicional. Esto se puede visualizar utilizando una pila z en la que se colocan varios planos de enfoque en una imagen o video compues to. Uno de esos videos de la Fig. 8D se puede encontrar en la información complementaria de este documento, que muestra un video de pila z compuesto que permite visualizar se

cuencialmente todas las gotas de aceite.

Análisis del perfil de textura

posterior a la impresión

El análisis del perfil de textura de los geles es una técnica establecida para probar el desempeño de su microestructura y si esto afecta la funcionalidad. En el pasado, esto generalmente se ha centrado en la liberación de moléculas, como sabor (Boland, Delahun ty & van Ruth, 2006) y moléculas terapéuticas (Özcan et al., 2009). Se sabe que la impresión 3D fabrica estructuras con una estructura in terna diferente a sus equivalentes fundidos (Padzi, Bazin y Muhamad, 2017) y trabajos anteriores han demostrado que esto es cier to para los hidrogeles (Kamlow et al., 2021). Si bien ha habido estudios que evalúan el desempeño de los geles de emulsión por TPA (Sala, Van Aken, Stuart & Van De Velde, 2007; Sala, van Vliet, Cohen Stuart, Aken & van de Velde, 2009), existe poca literatura examina da ining TPA de geles de emulsión 3DP. Se obtuvieron las primeras curvas de tensión/ deformación típicas y se analizaron para cal cular la dureza y los valores del módulo de Young de 3DP y cuboides fundidos que con tenían concentraciones variables de SFO.

Los datos del TPA muestran que a medida que aumenta la concentración de SFO, se observa una disminución tanto en la dureza como en los valores del módulo de Young para ambos tipos de geles de emulsión mol deados. Este es un fenómeno conocido por el cual las partículas de relleno que no interac túan interrumpen la formación de la red de gel, dando lugar a geles más débiles (Mccle ments et al., 1993).

El análisis estadístico de los datos de TPA mostró nuevamente que no hubo diferencias significativas entre los geles de emulsión es tabilizados por WPI y T20 para la dureza o el módulo de Young. Esto fue a pesar de que las sales presentes con el WPI reforzaban ligera

mente la red de кC, así como la floculación de los geles de emulsión T20 que generaba gotas efectivas de mayor tamaño dentro de la red, lo que se ha demostrado que debilita los geles de emulsión. antes (Kim, Gohtani, Matsuno & Yamano, 1999). Otro estudio so bre las propiedades de gran deformación de los geles кC que contienen emulsiones esta bilizadas por WPI o T20 tampoco encontró diferencias significativas entre sus valores de módulo de Young, tensión de fractura y tensión de fractura (Sala et al., 2007). Sin em bargo, este estudio utilizó una concentración de кC de 0.75 % p/p en comparación con el 3 % p/p probado aquí. Además, las gotas de aceite en los geles probados tenían alrededor de 1 μm en comparación con las gotas de 8 a 14 μm en los geles de emulsión probados en este estudio. Esto muestra que todavía existe un conflicto dentro de la literatura, debido a los diversos parámetros interrelacionados que impactan en la respuesta estructural de los geles en emulsión.

Sin embargo, para los geles de emulsión 3DP, se observaron los mismos valores apro ximados de dureza y módulo de Young in dependientemente de la concentración de aceite, siendo los valores constantemente más bajos que los de los cuboides fundidos y no se vieron afectados por el aumento de la concentración de SFO. Un estudio recien te de Kamlow et al. (2021) demostraron que la compresión de los geles 3DP conduce a la delaminación en lugar de a la fractura, lo que sugiere claramente que los puntos más débiles de las redes discontinuas de gel 3DP eran los sitios semifusionados entre las capas impresas. Esto demuestra que 3DP produjo geles que se comportarán igual indepen dientemente de la concentración de SFO hasta un 40 %. El hecho de que todos los geles impresos solo pudieran soportar una fuerza máxima de alrededor de 10 N mues tra la debilidad relativa de la red 3DP. El valor más bajo registrado para los geles fundidos

fue de alrededor de 16 N para los geles de emulsión estabilizados con SFO al 40 %. Los efectos de la delaminación podrían dismi nuirse imprimiendo a temperaturas más altas para promover una mayor fusión de capas, aunque esto también podría conducir a una fidelidad de forma más pobre ya que las so luciones impresas podrían no gelificarse a tiempo para mantener su forma.

Reología oscilatoria posterior a la impresión

La reología oscilatoria también reforzó las tendencias observadas en los datos de TPA, con geles de emulsión 3DP кC que muestran características microestructurales diferentes a los geles moldeados. Se obtuvieron los da tos de los barridos de amplitud, a partir de los cuales se determina el LVER.

Los valores decrecientes de G' de los geles de emulsión tanto en las muestras de 3DP como de fundición coincidieron con estudios anteriores, en los que las partículas de relle no que no interactuaban informaron valores de G' más bajos (Farjami & Madad lou, 2019).

Esta tendencia se mantuvo en los geles 3DP y colados independientemente del emulsio nante presente. Se encontró que los geles de emulsión кC estabilizados con WPI tenían un G' ligeramente más alto que los estabiliza dos con T20, muy probablemente debido a su refuerzo por la presencia de sales. Esto se opone a los datos de TPA, que no mostraron diferencias estadísticamente significativas entre la dureza y el módulo de Young para los dos sistemas. Esto destaca la importancia de múltiples técnicas de análisis cuando se trata de sistemas complejos como los geles de emulsión. Si bien se ha demostrado que T20 también refuerza las redes de gel кC, esto generalmente se observa en una concentra ción mucho más alta (Fenton et al., 2021). Sin embargo, otra razón para la ligera diferencia en G' es que, los geles de emulsión кC estabi lizados con WPI no estaban floculados y, por lo tanto, mientras que los datos mostraron

que tenían un ligero tamaño de gota más grande, el hecho de que permanecieran dis persos significaba que dentro de los geles de emulsión habrían tenido un tamaño de gota promedio más pequeño (Chanamai & McCle ments, 2001). Se ha demostrado que los ta maños de gota de aceite más pequeños dan valores de fuerza de gel más altos en geles de emulsión, incluso cuando no están unidos a la matriz del gel (Mcclements et al., 1993; Sala et al., 2009).

Además, se encontró que los geles de emul sión 3DP tenían un LVER mucho más peque ño en comparación con los geles moldeados y, por lo tanto, podrían considerarse menos resistentes a la tensión de cizallamiento. Los datos de reología oscilatoria muestran que los geles 3DP se descompondrán más rápido que los geles fundidos. Con base en estos datos y los datos del TPA, suponemos que nuevamente se debe a la deslaminación de los geles 3DP. Sin embargo, a diferencia del TPA bajo la tensión de amplitud emitida por el reómetro, las muestras impresas no se acercaron a los valores observados para los geles moldeados en ninguna concentración de SFO. El análisis posterior a la impresión por reología oscilatoria TPA muestra que los geles de emulsión кC 3DP estabilizados con WPI forman una red ligeramente más robusta que los estabilizados con T20. Nuevamente, se sospecha que esto está relacionado con las diferencias en los tamaños efectivos de las gotas de aceite causadas por la floculación en los sistemas de gel de emulsión estabili zados con T20 o los cationes inherentemente presentes en el WPI.

CONCLUSIONES

Este estudio muestra que es posible producir emulsiones con concentraciones variables de SFO, dispersar 3% p/p de кC en la fase acuosa e imprimirlas para crear geles de emulsión.

Se ha demostrado que el agente emulsionan te elegido puede afectar la estructura del gel de la emulsión y, a su vez, puede verse afec tada por el agente gelificante; con emulsio nes geles T20 floculantes, a diferencia de las emulsiones geles estabilizadas con WPI. Se produjeron varias geometrías complejas con una calidad de impresión final que era inde pendiente de la concentración de SFO, lo que se demostró con los datos de μDSC. Si bien la concentración de SFO afectó las propiedades mecánicas de los geles fundidos, no tiene un efecto apreciable en los geles 3DP. Por lo tan to, el estudio actual destaca la capacidad de 3DP para producir sistemas alimentarios más complejos con múltiples fases que se pueden ajustar según las necesidades del usuario. Los usos futuros podrían implicar la libera ción de moléculas lipofílicas o la adición de una concentración dietéticamente relevante de proteína, para crear una fuente de alimen to total personalizable.

EQUIPOS DE PROTECCIÓN PERSONAL (EPP): LA ÚLTIMA BARRERA DE SEGURIDAD QUE TODOS DEBEMOS TENER EN LA NUEVA CULTURA INDUSTRIAL

La seguridad en cualquier industria es muy im portante. Y en sectores como el de alimentos y bebidas, donde los empleados pueden entrar en contacto con un sinfín de contaminantes, como pueden ser agentes biológicos entre quienes se dedican a las carnes o químicos como el amoniaco en cualquier planta que em plea sistemas de refrigeración, adquiere otra dimensión; donde no sólo hay que proteger al personal, que es el principal activo de cual quier empresa, sino también al producto en última instancia, que tarde o temprano llegará a la mesa de los consumidores.

En este sentido, no basta con tener extinto res a la mano o los tradicionales botones de emergencia; hay que entender que la seguri-

dad industrial en el sector alimentario tiene 4 niveles:

• 1) La cultura de que existen riesgos y es necesario proteger a todas las personas de ellos, que es igual a tomar conciencia de los posibles peligros.

• 2) Ingeniería, como son los sensores que avisan a los operadores si existen puntos críticos o si algo no va bien.

• 3) Las mejores prácticas de trabajo en cuanto a seguridad, con las herramientas adecuadas; así como procesos estandariza dos y entrenamientos constantes para estar preparados ante cualquier problema.

• 4) Por último, los equipos de protección personal (EPP), que todo aquél que tra

baja con agentes de riesgo debe portar y, sin embargo, no debe entenderse como la principal barrera ante algún desastre, sino la última. Al respecto, vale la pena hacer una analogía con el negocio de los seguros (de autos, de vida, etc.), como suele decirse: “el mejor seguro es el que no se usa”.

Esto, desde la mirada de las empresas y su ca pital humano; pero también existen riesgos para los productos, como puede ser la conta minación cruzada a raíz de las partículas que un operador pueda trasladar al alimento o bebida.

Para mantener a raya estos tipos de peligros, es que existen los EPP, cuya tecnología avan za cada vez más gracias a esfuerzos como los de DuPont, al tiempo que con las recientes pandemias tanto de Covid-19 como de ébola, las empresas en general están poniendo una mayor atención a esta parte primordial de su negocio. Se trata de ver las cosas más allá que con los ojos del capitalismo, sino en verdad preocuparse por las personas y actuar con me didas preventivas en consecuencia.

De acuerdo con Levi Silva de DuPont, esta sana preocupación por parte de los tomadores de decisiones de la industria de alimentos y be bidas ha impulsado una mayor demanda de productos como sus soluciones Tyvek, un EPP que brinda protección en micrómetros y facili ta que quien lo use tenga el confort de poder respirar de manera normal, sin sentirse “atrapa do en una bolsa”; así como el equipo Tychem, aún más resistente y usado sobre todo en las limpiezas finales tras ciertos procesos, como pueden ser los del sector ganadero donde se escurren grasas y sangre por ejemplo, pues se usan químicos a mucha presión que llegan a salpicar a los operadores y traspasar las ropas si es que se usan batas de algodón tradicionales.

“Cuando se trabaja con refrigeración, por referir a tecnologías que muchas empresas del sector em plean, se suele usar amoniaco en gas que puede

causar dificultades respiratorias y problemas gra ves si hay contacto con los ojos; es volátil y por lo mismo necesita controles fuertes. Al respecto, Du Pont hace muchos entrenamientos con especia listas para preparar a nuestros clientes ante algo que ojalá nunca suceda. Siempre recomendamos a los clientes que todo lo que conlleve amoniaco requiere que se hagan diversos análisis y simula cros. La cultura del seguro es integral, y llegar al cuarto nivel para salvar una vida tendría que ser sólo en casos extremos”; explica.

El especialista destaca que más allá de tratar de conservar una buena imagen, hoy en día las empresas tienen un interés realmente genuino en cuanto a la protección del perso nal, un tema en el que las nuevas generaciones están muy enfocadas: se está dando un cambio de cultura industrial muy positivo, indepen dientemente de lo riguroso que pueda ser nor matividad aplicable en cada país o región.

Sin embargo, DuPont ha detectado un área de oportunidad en nuestro país: “Aquí tenemos la NOM-017-STPS-2008, que habla de la selección del equipo de seguridad y requisitos mínimos del EPP necesario para los trabajadores. Como es muy ge neral, no es tan específica para los procesos de la industria alimentaria, y creemos que sería muy benéfico tener algo más detallado para este sector; por ejemplo, en cuanto al amoniaco en relación con los equipos de emergencia, riesgos biológicos, arco eléctrico, etcétera. Con niveles de protección más precisos, además de que el gobierno tendría que hacer auditorías y fiscalizar al respecto, todos estaríamos mejor protegidos. Ese es el mejor de los escenarios que vemos desde la compañía, lo que aparte normalizaría procesos y relajaría un poco la responsabilidad de los patrones en sitio”.

Para conocer más sobre los distintos EPP de DuPont para el procesamiento de alimen tos, visite: dupont.mx/personal-protection/ food-processing.

LOS BIOINSECTICIDAS COMO FUTUROS AGENTES PRINCIPALES PARA EL CONTROL DE PLAGAS

{ Mingbo QU1,2, Hans MERZENDORFER3, Bernard MOUSSIAN4, Qing YANG1,2,5 }

RESUMEN

Los bioinsecticidas son sustancias naturales de diferentes fuentes que controlan las pla gas de insectos. Los bioinsecticidas ideales deben tener una baja toxicidad para los or ganismos que no son el objetivo. También deben degradarse fácilmente en las obras de tratamiento de aguas residuales y los entor nos naturales, ser muy eficaces en pequeñas cantidades y afectar únicamente a las plagas objetivo. Las preocupaciones del público so bre los posibles efectos secundarios de los pesticidas sintéticos han acelerado la inves tigación y el desarrollo de bioinsecticidas.

Sin embargo, para desarrollar bioinsectici das en productos convencionales, se deben considerar sus altos costos de producción, su corta vida útil y sus modos de acción a menudo inciertos. Esta revisión resume el progreso actual en bioinsecticidas que se clasifican como insecticidas bioquímicos y sus derivados, protectores incorporados en plantas y bioinsecticidas microbianos. Se discuten las limitaciones actuales que impi den que los bioinsecticidas se utilicen am pliamente y se proponen futuras líneas de investigación.

{ 1 Escuela de Bioingeniería, Universidad Tecnológica de Dalian, China;

2 Laboratorio Estatal Clave de Biología de Enfermedades Vegetales y Plagas de Insectos, Instituto de Protección Vegetal, Academia China de Ciencias Agrícolas, Beijing, China;

3 Instituto de Biología, Universidad de Siegen, Alemania;

4 Instituto Interfacultativo de Biología Celular, Universidad de Tübingen, Alemania;

5 Sucursal de Shenzhen, Laboratorio de Guangdong para la Agricultura Moderna de Lingnan, Laboratorio de Análisis Genómico del Ministerio de Agricultura y Asuntos Rurales, Instituto de Genómica Agrícola de Shenzhen, Academia China de Ciencias Agrícolas, Shenzhen, China. }

INTRODUCCIÓN

Los insecticidas son agentes utilizados para controlar insectos matándolos o previniendo de otro modo su comportamiento indesea ble o destructivo. Un uso más amplio de in secticidas garantiza un suministro adecuado de alimentos para los seres humanos, espe cialmente en tiempos de crecientes pérdidas de suelo debido a la sequía y la salinización. Sin embargo, muchos insecticidas sintéticos han resultado ser contaminantes tóxicos o cancerígenos en la cadena alimentaria y el medio ambiente. Existe una creciente pre sión pública por insecticidas más seguros. Los bioinsecticidas son una opción prome tedora porque se cree que tienen un riesgo ambiental bajo, una toxicidad insignificante para los mamíferos, una alta selectividad de especies (es decir, seguridad para organis mos no objetivo como las abejas melíferas), un bajo riesgo de desarrollo de resistencia y un nivel bajo de vulnerabilidad de agua subterránea [1]. Se prevé que el tamaño del

mercado mundial de bioinsecticidas crezca desde un valor estimado de 2200 millones de dólares en 2020 hasta alcanzar los 4600 mi llones de dólares en 2025[2], lo que hace que el desarrollo y la producción de bioinsectici das sea un campo muy gratificante.

La definición de bioinsecticida es inconsis tente de un país a otro debido a la variación en las conclusiones sobre el concepto de seguridad [3]. Los términos utilizados con frecuencia como sinónimos del término bioinsecticida incluyen insecticida biológi co, insecticida biorracional, biopesticida y agente de biocontrol. Siguiendo la defini ción de biopesticida de la Agencia de Pro tección Ambiental de los Estados Unidos (US-EPA), los bioinsecticidas pueden definir se como sustancias naturales de microbios, plantas o animales que controlan plagas (insecticidas bioquímicos y derivados), sus tancias insecticidas producidas por plantas que contienen material genético agregado (protectores incorporados a las plantas, PIP)

y microorganismos y virus que controlan plagas (bioinsecticidas microbianos). La definición inconsistente de bioinsecticida puede causar problemas y demoras a lo lar go del proceso de autorización e impedir drásticamente la rápida implementación de bioinsecticidas. El término bioinsecticida aquí se usa para abarcar insecticida bioló gico, insecticida biorracional, biopesticida y agentes de biocontrol.

INSECTICIDAS BIOQUÍMICOS Y SUS DERIVADOS

La US-EPA define los plaguicidas bioquímicos como sustancias naturales que controlan las plagas e incluyen feromonas, atrayentes y re pelentes, pero excluye muchos insecticidas botánicos que actúan mediante mecanismos tóxicos. Aquí no excluimos estos agentes ya que son aceptados como insecticidas bioquí micos en algunos otros países.

Insecticidas bioquímicos producidos por animales

Los bioinsecticidas producidos por animales generalmente se refieren a hormonas, se mioquímicos y toxinas animales, la mayoría de ellos se sintetizan químicamente en enfo ques biomiméticos.

Las hormonas de los insectos controlan una amplia gama de procesos fisiológicos y or ganizan el desarrollo de los insectos. Se sabe que el tratamiento de insectos con ecdiste roides u hormonas juveniles (JH) que contro lan la muda y la metamorfosis interrumpe el desarrollo y finalmente mata a los insectos. Por lo tanto, estas hormonas de insectos po seen actividad insecticida y, por lo tanto, son bioinsecticidas potenciales, pero son quími camente inestables. Se han sintetizado quí micamente algunos análogos estables que se unen a los receptores hormonales correspon dientes para su uso como insecticidas. Estos incluyen 20 agonistas de hidroxiecdisona (20E) (p. ej., tebufenozida, metoxifenozida y

halofenozida) y análogos de JH (p. ej., fenoxi carb, piriproxifen, hidropreno y metopreno) [4]. Junto con los inhibidores de la síntesis de quitina, también se conocen como regu ladores del crecimiento de insectos [5]. Estos compuestos se han utilizado intensamente en las últimas décadas y las plagas de insec tos han desarrollado resistencia en muchos casos [4]. Los avances en biología estructu ral han llevado a conocimientos detallados sobre las interacciones entre las hormonas y sus receptores (en particular, 20E y JH) y se pueden diseñar nuevos productos químicos para imitar a las hormonas a través de nuevos modos de acción para vencer la resistencia.

Los semioquímicos incluyen feromonas se xuales, feromonas de agregación, feromonas de alarma y otros tipos de compuestos que se utilizan como atrayentes y repelentes para monitorear y controlar poblaciones de pla gas de insectos. Químicamente, los semio químicos pueden ser alcoholes, aldehídos, alcanos, aminoácidos, ésteres, compuestos aromáticos heterocíclicos, proteínas, sales, compuestos que contienen azufre, terpenos o triglicéridos [37]. Los semioquímicos son

compuestos valiosos y eficientes para el ma nejo integrado de plagas, que incluyen atraer y matar, atrapar en masa, perturbar el apa reamiento, monitorear y empujar-jalar [6]. El mercado de semioquímicos para el control de insectos está avanzando rápidamente, especialmente en el manejo integrado de plagas. Por ejemplo, la feromona sexual de la plaga del arroz piralido Cnaphalocrocis medinalis (Lepidoptera: Pyralidae), consta de cuatro componentes, (Z)-11-octadece nal (Z11-18:Ald), (Z)-13-octadecenal (Z13-18 :Ald), (Z)-11-octadecen-1-ol (Z11-18:OH) y (Z)-13-octadecen-1-ol (Z13-18:OH) en una proporción de 11:100 :24:36. Se usó como trampa cebada con feromonas en campos de arroz para monitorear C. medinalis [7]. Además, se han identificado y reportado feromonas sexuales de 19 especies de mos quitos de las agallas (Diptera: Cecidomyii dae). Se han desarrollado y comercializado sistemas de seguimiento basados en fero monas sexuales para al menos diez especies de mosquitos de las agallas [8]. Un sistema push-pull que despliega una feromona de alarma (1,4-benzoquinona, 2-metil-1,4-ben zoquinona y 2-etil-1,4-benzoquinona) y una

feromona de agregación [(R)-limoneno, 2- no nanona, (E)-ocimeno, (S)-linalol, (R)-dauceno y (E,E)-α-farneseno] capturan simultánea mente un mayor número de gusanos me nores de la harina Alphitobius diaperinus (Coleoptera: Tenebrio nidae) que un sistema pull que solo contiene feromonas de agrega ción[9]. Finalmente, la feromona de agrega ción de la chinche de cama Cimex lectularius (Hemi ptera: Cimicidae) comprende una mez cla única de cinco componentes volátiles [di sulfuro de dimetilo, trisulfuro de dimetilo, (E)-2-hexenal y (E)-2-octenal, 2-hexanona ] y un componente menos volátil (histamina). Estos componentes median sinérgicamente tanto en la atracción como en la detención de las chinches. Son muy eficaces para atraer chinches a las trampas[10].

Las toxinas animales son polipéptidos o pro teínas normalmente producidos por artrópo dos depredadores como abejas, escorpiones, arañas y avispas. Los principales componen tes de la mayoría de los venenos de araña son pequeños péptidos ricos en disulfuro que matan a los insectos al atacar los canales ióni cos presinápticos o los receptores postsináp ticos [11]. Las toxinas β de los escorpiones se unen con gran afinidad a los canales de so dio dependientes de voltaje de los insectos [12]. Dadas las propiedades de las toxinas de artrópodos, pueden ser más útiles como PIP que generan plantas transgénicas o para la construcción de vectores virales.

Insecticidas bioquímicos producidos por microorganismos

Los bioinsecticidas producidos microbiana mente se han desarrollado con mucho éxito y se han utilizado ampliamente en el pasa do. Incluyen avermectinas, endotoxinas de Bacillus thuringiensis (Bt) y espinosininas. La modificación química de algunos de estos productos microbianos también se ha em pleado con éxito para generar nuevos insec

ticidas, incluida la emamectina a partir de avermectinas y el toram espinal a partir de espinosinas. Las avermectinas y sus deriva dos son lactonas macrocíclicas que se dirigen a los canales de Cl activados por glutamato en el sistema nervioso periférico [13]. Las espinosinas y sus derivados también son lac tonas macrocíclicas. Se dirigen al receptor ni cotínico de acetilcolina en un sitio diferente al de la nicotina o el imidacloprid, así como a los receptores del ácido gamma-aminobutíri co (GABA) [13]. Hasta la fecha, se han aislado o sintetizado más de 20 espinosinas y más de 800 espinosoides (análogos semisintéticos) [13,14]. En consecuencia, la aplicación gene ralizada de estos productos químicos condu ce a la alta resistencia de las plagas y se ha informado con frecuencia de toxicidad para humanos y animales.

Las endotoxinas Bt, conocidas como toxinas Cry y Cyt, son toxinas proteicas formadoras de poros. Se unen a receptores específicos en las células del intestino medio de los in sectos y facilitan la formación de una estruc tura de oligómero previa al poro seguida de la inserción de la membrana. Esta inserción en la membrana provoca la formación de grandes poros selectivos de cationes que aumentan la permeabilidad al agua de la membrana celular de las células del intestino medio [16,17]. Las plagas afectadas dejan de alimentarse y mueren de hambre. Las toxinas Bt se han rociado en grandes cantidades para controlar las larvas de mosquitos en las áreas de reproducción. Sin embargo, tienen un uso limitado en la agricultura como insecticidas pulverizables debido a su sensibilidad a la radiación solar y su actividad limitada con tra las plagas de insectos barrenadores. Más bien, las toxinas Bt se han introducido en cultivos transgénicos o se han vendido con esporas vivas para controlar plagas de insec tos [18]. Se han identificado varias toxinas Bt con diversa selectividad de insectos que han

aumentado las actividades insecticidas con tra importantes plagas de insectos [16]. Las cepas de Bt que se usan como bioinsecticidas bacterianos se analizan a continuación como bioinsecticidas microbianos.

Algunos otros microbios producen meta bolitos secundarios que tienen actividad in secticida. Como los microbios son ricos en especies por naturaleza, la explotación de metabolitos secundarios microbianos será una dirección prometedora para expandir el espectro de bioinsecticidas y tal vez desarro llar nuevos insecticidas con nuevos modos de acción. La amina okar, por ejemplo, es un alcaloide de indol descubierto en las prepa raciones de fermentación de la cepa AK-40 de Penicillium simplicissimum que crece en la pulpa de soya (okara). Okaramine exhibe actividad insecticida de amplio espectro. La mayoría de las okaraminas activan los cana les de cloruro controlados por L-glutamato que se encuentran solo en los sistemas ner viosos y las células musculares de los inver tebrados [15].

Insecticidas bioquímicos producidos por plantas

Los aceites esenciales se obtienen a partir de materiales vegetales mediante hidrodestila ción, destilación al vapor, destilación en seco o prensado en frío mecánico. Contienen prin cipalmente dos clases de fitoquímicos: ter penoides (monoterpenos y sesquiterpenos de bajo peso molecular) y fenilpropanoides, pero en menor medida [19]. Los aceites esen ciales se han estudiado intensamente por sus actividades plaguicidas y se describen como alternativas sostenibles y eficaces a los insec ticidas sintéticos. Los diversos constituyentes de los aceites esenciales ejercen múltiples efectos en las plagas de insectos, como efec tos repelentes, reductores del crecimiento e insecticidas. Por ejemplo, el eugenol y el cinamaldehído tienen toxicidad ovicida, lar vicida y adulticida [20]. El dilapiol, las pipe ramidas y las furanocumarinas inhiben los citocromos P450 y esto los convierte en bue nos sinergistas con otros insecticidas [21]. El timol y los monoterpenos son neurotóxicos para los insectos porque interactúan con los

receptores GABA y octopamina y/o inhiben la acetilcolinesterasa [21]. Algunos compo nentes, como los diterpenos de clerodano, los triterpenoides de neem y las lactonas ses quiterpénicas, tienen actividades disuasorias y fumigantes y también pueden repeler in sectos [22]. Se puede encontrar información más detallada sobre los aceites esenciales en la excelente revisión de Regnault-Roger et al. [21]. Las características diversas y quí micamente redundantes de los aceites esen ciales pueden reducir el riesgo de desarrollo de tolerancia en los insectos en comparación con un insecticida compuesto único. Hasta ahora, el aceite de neem, el aceite de naranja, el aceite de menta, el aceite de romero y el aceite de árbol de té se han utilizado amplia mente como bioinsecticidas. Sin embargo, muchos más aceites esenciales tienen un uso restringido, es decir, son utilizados solo por comunidades indígenas debido a la falta de cultivo generalizado.

Las piretrinas, obtenidas de las flores secas del piretro dálmata (Tanacetum cinerariifolium),

constituyen una pequeña clase de metaboli tos especializados con actividades insecticidas. Inicialmente se descubrieron seis piretrinas naturales y luego se desarrollaron piretroides sintéticos (derivados de piretrina) que se ase mejan a sus contrapartes naturales con mayor estabilidad ambiental y toxicidad para los in sectos [14]. Se ha demostrado que las piretrinas y sus derivados se unen a los canales de sodio dependientes de voltaje en el sistema nervioso de los insectos para bloquear el transporte de sodio, mejorar la inactivación del canal y pro longar la apertura del canal [13]. Han pasado casi 100 años desde la identificación inicial de las piretrinas. Las piretrinas inspiraron el de sarrollo de piretroides fotoestables que han tenido mucho éxito y representan un ejemplo destacado de la química de plaguicidas sintéti cos basada en un modelo de producto natural [38]. Sin embargo, los piretroides tienen poca similitud química con los productos naturales y muchos tienen diferentes modos de acción. En la actualidad, la mayoría de las empresas quí micas han interrumpido la investigación sobre piretroides debido a la aparición de plagas de insectos resistentes a los piretroides.

La azadiractina es un tetranortriterpenoi de perteneciente a los limonoides. Es el principal compuesto bioactivo abundante mente presente en las semillas maduras de Azadirachta indica [24]. Azadiractina posee un conjunto de propiedades que potencian su aplicación como excelente bioinsecticida. Puede degradarse rápidamente por la radia ción de la luz y por los microbios en el suelo, el agua y las plantas, y tiene una toxicidad insignificante para los mamíferos y el medio ambiente [25]. La azadiractina tiene un am plio espectro de actividades. Actúa como un

regulador del crecimiento de insectos que modifica el comportamiento y el crecimiento de los insectos [26]. También puede actuar como elemento disuasorio de la oviposición de los insectos hembra, lo que reduce el ta maño de los huevos y, por lo tanto, perjudica la propagación de los insectos [26]. Su bioac tividad, seguridad ambiental y aceptabilidad pública hacen de la azadiractina un excelente bioinsecticida, pero su uso está muy rezaga do probablemente debido a los altos costos de producción asociados con el cultivo de árboles [24]. Se han suspendido los esfuerzos para producir esta molécula tan compleja a través de la síntesis de novo. El principal de safío parece ser la estabilidad del producto natural en el medio ambiente.

La rotenona se ha utilizado como insecticida durante más de 150 años. Es uno de varios

isoflavonoides producidos en las raíces o ri zomas de las leguminosas tropicales Derris, Lonchocarpus y Tephrosia. La rotenona es un inhibidor del sitio I de la cadena respiratoria en las mitocondrias que impide la produc ción de energía [14]. Se utiliza como insectici da selectivo, no sistémico y se puede aplicar como veneno estomacal o por contacto tópi co. Se ha utilizado para controlar una amplia gama de plagas de insectos, incluidos pulgo nes, escarabajos, hormigas rojas, mosquitos, polillas y trips [22]. Sin embargo, también presenta toxicidad en los mamíferos y, por lo tanto, ha caído en desgracia en gran medida en la mayoría de los países industrializados (países de la UE y EE. UU.), al menos en la pro tección de cultivos.

Los alcaloides vegetales son otra familia de productos químicos botánicos que se han aplicado ampliamente como insecticidas. Los alcaloides de plantas utilizados inicialmente, como la nicotina y el alcaloide de Ryania, han dejado de usarse gradualmente debido a su toxicidad, mientras que los alcaloides

recién descubiertos son prometedores en el control de plagas de insectos. La nicotina es un importante representante de esta familia dentro del género Nicotiana [14]. Se une al receptor colinérgico nicotínico de acetilco lina en las células nerviosas de los insectos, lo que provoca un disparo continuo del re ceptor neuronal y provoca la despolarización de las células nerviosas y produce un efecto neurotóxico [27]. La nicotina funciona predo minantemente a través de la fase de vapor, pero también con un ligero contacto y acción estomacal. La nicotina se ha utilizado du rante muchos años como fumigante para el control de muchos insectos. Sin embargo, es muy tóxico para los humanos por inhalación o contacto con la piel.

Los extractos de alcaloides de Ryania aislados de los tallos de Ryania spp., particularmente Ryania speciosa, tienen propiedades insectici das. La rianodina y los alcaloides relacionados afectan los músculos al unirse a los canales de calcio en el retículo sarcoplásmico. Esto hace que los iones de calcio fluyan hacia el citoplas ma y la muerte se produzca muy rápidamente [28]. Los extractos de Ryania han tenido un uso limitado como insecticidas porque son moderadamente tóxicos para los mamíferos y altamente tóxicos para los peces. Sabadilla es

un preparado insecticida a partir de semillas trituradas de la planta liliácea Schoenocaulon officinale, que contiene una mezcla de alca loides, cevadina y veratridina. La cevadina, la veratridina y los alcaloides de ceveratrum re lacionados activan los canales de sodio sensi bles al voltaje de las membranas celulares de los nervios, el corazón y el músculo esqueléti co. Su sitio de unión parece ser diferente al de los piretroides. Son insecticidas con acción de contacto y sus efectos iniciales incluyen pará lisis, sobreviniendo posteriormente la muerte [28]. Tanto la veratridina como la cevadina se degradan en el aire y la luz del sol, lo que las hace inocuas para el medio ambiente. Ade más de estos alcaloides bien conocidos, se han identificado alcaloides más nuevos con actividades insecticidas que incluyen ma trina y quinolizidina relacionada, alcaloides extraídos de Sophora flavescens, berberina extraída de Phellodendron amurense [39] y hu perzina extraída del musgo club de Nueva Ze landa Phlegmar iurus varius [40]. Algunos de estos alcaloides se han comercializado como insecticidas en algunos países con una histo ria considerable de investigación sobre insec ticidas botánicos, incluidos China y Corea.

El amplio uso de la mayoría de los insectici das botánicos está limitado por la biomasa disponible de ciertas plantas, especialmente de aquellas que producen aceites esencia les. Sin embargo, son de uso local en inver naderos y cultivos de interior de alimentos y cultivos medicinales, manejo de plagas do mésticas y urbanas y control de ectoparásitos en alimentos y animales de compañía.

PROTECTORES

INCORPORADOS A LAS PLANTAS

Los PIP son sustancias pesticidas produci das por plantas transgénicas que contienen el material genético necesario para que la

planta produzca la sustancia (US-EPA). Tanto las proteínas insecticidas como los dsRNA ba sados en tecnología RNAi pueden expresarse en plantas transgénicas como PIP para lograr el control de plagas de insectos.

PIP a base de proteínas insecticidas

Las toxinas Bt son las proteínas insecticidas más comunes que se expresan en cultivos transgénicos y se cultivan comercialmente desde 1996 [29]. Se expresan mediante la in serción genética de genes cry o cyt de varias subespecies y cepas de Bt que codifican toxi nas Bt estructuralmente diversas que difieren en sus actividades contra plagas de coleóp teros, himenópteros, dípteros y lepidópte ros[16]. Algunos son activos contra plagas que no son insectos, incluidos los nemato dos, ácaros y protozoos fitopatógenos [30]. Además, los genes que codifican proteínas insecticidas vegetativas (Vips) de Bt se han utilizado para producir plantas transgénicas y se consideran la próxima generación de proteínas insecticidas utilizadas en la protec ción de plantas [31]. Los genes Bt han sido aprobados para uso comercial en la mayoría de los principales cultivos económicos, in cluidos el algodón, la berenjena, el maíz, la papa, el arroz, la soya, la caña de azúcar y el tomate para proteger contra unas 30 plagas importantes de coleópteros y lepidópteros. Los cultivos Bt se han cultivado en más de 40 millones de hectáreas durante más de 20 años con importantes beneficios ambientales y económicos. Sin embargo, debido a la apli cación a gran escala de cultivos transgénicos Bt, se ha informado resistencia o tolerancia de diferentes plagas de insectos a diversas toxinas Bt bajo selección de campo o de labo ratorio [17]. Esto significa que se deben em plear estrategias de manejo de la resistencia para superar este problema. Se han evaluado diferentes proteínas insecticidas de bacterias distintas de Bt como PIP potenciales. Estos in cluyen proteínas derivadas de Photorhabdus

temperata (hacen que las orugas se vuelvan flojas, Mcf y complejo de ataque de mem brana/perforina, Mpf), Bacillus cereus (com ponente activo de Vip2, Vpa), Lysinibacillus sphaericus (toxina 1 de mosquitos, Mtx1; pro teínas plaguicidas relacionadas con icolisina de sphaer, Spp; y proteínas plaguicidas to xin_10, Tpp) y Vibrio parahemolyticus (toxinas A/B relacionadas con insectos Photorhabdus, PirA/B) [41]. Además, se han examinado ge nes que codifican proteínas insecticidas de fuentes no bacterianas para su uso como PIP. Estos incluyen proteínas vegetales que afec tan los sistemas digestivos de los insectos (p. ej., inhibidores de la α-amilasa [42], algunas lectinas [43] y varios inhibidores de la tripsi na [44]), quitinasas de diferentes fuentes [45] y proteínas que interfieren con la absorción de nutrientes esenciales (p. ej., avidina, que secuestra la biotina de la dieta [46]). Sin em bargo, la identificación de nuevas proteínas insecticidas con suficiente actividad contra las plagas objetivo clave sigue siendo muy buscada, pero aun así es un gran desafío.

PIP basados en ARNi

La interferencia de ARN es una tecnología poderosa que permite silenciar genes diana específicos. Una posibilidad de desencade nar efectos de ARNi en plantas es expresar transgenes repetidos invertidos. Esto da como resultado la formación de dsRNA que es pro cesado por la enzima Dicer en dúplex de siR

NA cortos que se incorporan al complejo de silenciamiento inducido por RNA. Una hebra del siRNA funciona para guiar este complejo hacia el mRNA diana complementario que se degrada posteriormente. Las plantas trans génicas que expresan dsRNA para silenciar genes vitales de insectos que se alimentan de plantas se han desarrollado rápidamente para el control de plagas. La principal ventaja de los PIP basados en ARNi sobre las estrategias ac tuales de manejo de plagas es la selectividad de especies intrínsecamente alta que evita las especies no objetivo. La selección de posibles candidatos para el control eficaz de plagas mediado por ARNi ha revelado varios genes diana adecuados y una amplia gama de cul tivos transgénicos que expresan dsARN para silenciar estos genes y mejorar la resistencia a plagas específicas. Junto a la transformación nuclear, la transformación transplastómica (es decir, la inserción del transgén en el genoma del cloroplasto) también ha tenido éxito (re sumido por Adeyinka et al. [32]). La primera prueba de concepto de este enfoque fue pro porcionada por Baum et al.[47] quien demos tró que la ingestión de dsRNA para eliminar la expresión del gen de la subunidad A de V ATPasa desencadena respuestas insecticidas en diferentes especies de coleópteros, inclui do el gusano de la raíz del maíz occidental, Diabrotica virgifera virgifera. Posteriormente, los estudios realizados por la Universidad de Nebraska y Dow AgroSciences generaron una línea de maíz transgénico que expresaba la es pecificidad de dsRNA para este y otro gen de

V-ATPasa e informaron una reducción del daño a las raíces por el gusano de la raíz del maíz occidental [48]. Del mismo modo, la expresión de dsRNA para la subunidad A de V-ATPasa en tabaco transgénico mejoró la resistencia a la mosca blanca, Bemisia tabaci [49]. Otro gen objetivo obvio para el control de plagas basado en ARNi codifica el receptor de ecdiso na, suponiendo que el silenciamiento de este gen mediado por ARNi conducirá a una muda abortiva, como se muestra en varios estudios que analizan diferentes plagas [50]. En conse cuencia, una línea de tabaco transgénico que expresaba dsRNA para silenciar el gen del re ceptor de ecdisona en el gusano cogollero del algodón, Helicoverpa armigera, mejoró su re sistencia al gusano cogollero del algodón y al gusano cogollero, Spodoptera exigua [51]. Del mismo modo, las líneas transgénicas de papa que expresaban la especificidad de dsRNA para el mismo gen tenían resistencia contra el escarabajo de la papa de Colorado, Leptinotar sa decemlineata [52]. Un gen diana que resul tó ser muy eficaz cuando se alimentó dsRNA al gusano de la raíz del maíz occidental era DvSnf7, que codifica una proteína de clasifica ción vacuolar necesaria para la autofagia y la estabilidad de la membrana en las células del intestino medio del escarabajo [53]. Reciente mente, Monsanto comercializó una línea de maíz transgénico que expresa un fragmento del gen DvSnf7 además de tres genes Cry con el objetivo de reducir el riesgo de resistencia a Bt. Esta línea fue aprobada por la Agencia Ca nadiense de Inspección de Alimentos en 2016 y la EPA de EE. UU. en 2017. En particular, el

dsRNA de DvSnf7 no tiene efectos adversos en las abejas larvales o adultas, incluso en altas concentraciones [54]. Otros objetivos utiliza dos para crear plantas transgénicas resisten tes a plagas mediante la expresión de dsRNA incluyen genes que codifican quitinasa [55], receptor de hormona nuclear 3 y la monooxi genasa P450 CYP6AE14 [56], y diferentes pro teínas de áfidos [57].

Los PIP basados en ARNi son muy específicos y proporcionan un método respetuoso con el medio ambiente para controlar las plagas de insectos. Además de las ventajas de los PIP resumidas anteriormente, es necesario dis cutir aquí algunas desventajas. Ciertamente, el resentimiento público hacia las plantas ge néticamente modificadas generalmente limi ta la aceptación de los PIP en muchos países. Las principales preocupaciones se relacionan con el riesgo de eventos de cruce que pro paguen genes modificados genéticamente, disminuyan la diversidad y la biodiversidad de las plantas, el desarrollo de resistencia en malezas y plagas, el daño a los animales be neficiosos, la dependencia de los agricultores de los monopolios de semillas y las posibles reacciones alérgicas en humanos sensibiliza dos [33]. En lo que respecta a los PIP basados en RNAi, las restricciones adicionales resultan del hecho de que la eficiencia de RNAi varía en gran medida entre diferentes taxones de insectos, el dsRNA es altamente lábil en el medio ambiente y no hay modelos computa cionales disponibles que predigan la eficien cia de los RNAi basados. enfoques.

Por lo tanto, se necesitan más estudios em píricos para aumentar la eficiencia de RNAi y evaluar los riesgos de seguridad asociados, en particular el potencial restante de efectos secundarios en organismos no objetivo.

Junto a los PIP basados en ARNi, otro enfoque de ARNi implica la administración de dsARN aplicados tópicamente que pueden ser una

alternativa ambientalmente segura a algu nos insecticidas químicos sintéticos debido a la rápida degradación en el medio ambien te [58]. La pulverización de actina-dsRNA en las superficies de las hojas de las plantas de papa se ha utilizado con éxito para controlar el escarabajo de la papa de Colorado [59]. Un estudio reciente que analizó 14 poblaciones de escarabajos recolectadas en varias regio nes europeas también demostró que existe una variación limitada en los efectos del ARNi después de la aplicación foliar de actina-dsR NA [60]. El tratamiento de discos foliares con dsRNA que silencia el gen lesswright, que es necesario para el desarrollo embrionario y la producción de hemocitos, demostró recien temente ser eficaz contra la plaga de coleóp teros Henosepi lachna vigintioctopunctata, que se alimenta principalmente de plantas solanáceas [61]. Usando un enfoque de entre ga de dsRNA a través de discos de hojas para matar el ácaro araña de dos manchas, Tetran ychus urticae, genes diana adicionales han sido efectivos, incluidos genes que codifican la subunidad β del complejo de proteína coa tomer (que muestra la mayor mortalidad), la metaloproteasa M1 y la proteína ribosomal S4, junto a la subunidad A de V-ATPasa ya es tablecida [62]. Otros genes diana para el con trol de los ácaros pueden incluir el gen Spook que codifica una enzima P450 [63] y el gen quitina sintasa 1 (Chs1) [64]. En la mayoría de los demás estudios, los dsRNA se utilizaron como aplicaciones tópicas para identificar genes que ya se mencionaron en el contexto de los PIP basados en RNAi[65]. La adminis tración tópica de dsRNA puede ser efectiva solo en la alimentación de plagas que ingie ren el dsRNA y puede no ser directamente aplicable a los insectos que se alimentan de savia. Andrade y Hunter han desarrollado un bioensayo de alimentación de ARNi para con trolar el psílido asiático de los cítricos y otros hemípteros para superar esta limitación [66]. Colocaron brotes de cítricos en una solución que contenía dsRNA dirigido al gen de la ar

ginina quinasa y demostraron que el dsRNA se transportaba a través del xilema a las ho jas, donde era letal para las especies de he mípteros que se alimentaban de los brotes.

Hasta ahora, la atención se ha centrado prin cipalmente en la administración tópica de soluciones de dsRNA sin considerar nuevas técnicas de administración que ayuden a au mentar la eficiencia del RNAi al proteger el dsRNA desnudo de los factores degradantes presentes en el medio ambiente.

Las bacterias transformadas con plásmidos que expresan dsRNA específico para genes diana de insectos proporcionan una técnica fácil y asequible para la administración tó pica de dsRNA. Este enfoque se estableció, por ejemplo, en la plaga de lepidópteros S. exigua para silenciar el gen que codifica Chs1 [67]. La alimentación de estas bacterias a las larvas resultó en un efecto de ARNi sistémico dependiente de la dosis con una disminución significativa en los niveles de ARNm de Chs1 y una disminución en las tasas de supervi vencia. Este sistema de entrega se ha utiliza do con éxito contra varias plagas de insectos [68,69] y se optimizó mediante sonicación [70]. Recientemente se desarrolló un nuevo sistema pET28-BL21(DE3) RNase III para ex presar dsRNA vestigial para el control de la mariquita asiática, Harmonia axyridis. Este sistema fue más eficiente en la producción de dsRNA que el ampliamente utilizado sistema L4440-HT115(DE3), que también se utilizó en el ejemplo anterior de S. exigua para silenciar Chs1[71]. La entrega de dsRNA mediada por nanopartículas es otro avance que mejora los efectos de RNAi al proteger el dsRNA y po siblemente aumentar las tasas de adsorción de dsRNA. Los transportadores de nanopar tículas que se han probado para la entrega de dsRNA a insectos plaga son el quitosano y sus derivados [72,73], cápsulas de péptidos anfifílicos ramificados [74], polímeros guani lados[75] y liposomas[76]. Finalmente, tam

bién los virus de plantas recombinantes, por ejemplo, el mosaico del tabaco y los virus del cascabel del tabaco, se han probado con éxi to como portadores naturales para la entrega de dsRNA mediante la transformación transi toria de los tejidos de las plantas [77].

En resumen, la administración de dsRNA pul verizable podría convertirse en una tecnología poderosa y rentable en el control de plagas que proporcione una alta selectividad de es pecies y bajos efectos secundarios ambienta les. La administración tópica de complejos de dsRNA-nanopartículas o bacterias que expre san dsRNA puede evitar problemas de inesta bilidad de dsRNA y bajas tasas de absorción como se observa para dsRNA desnudo.

BIOINSECTICIDAS MICROBIANOS

Los agentes infecciosos constituyen el grupo más grande de agentes de control biológico de plagas de insectos, siendo las bacterias, los hongos y los baculovirus los más prome tedores. Hay al menos 1500 microorganismos

específicos de insectos que ocurren natural mente, 100 de los cuales se sabe que tienen actividades insecticidas. Más de 200 pestici das microbianos son biopesticidas altamente efectivos, específicos de especies y ecológi camente amigables que se han comercializa do en 30 países, contribuyendo con el 90% del mercado total de biopesticidas [34].

Bioinsecticidas bacterianos

Los bioinsecticidas bacterianos son probable mente los agentes biológicos más utilizados para el control de plagas. La mayoría de estas bacterias transportan toxinas con alta especi ficidad hacia ciertas plagas de insectos. Varias cepas de B. thuringiensis que contienen varias toxinas Bt son las bacterias más utilizadas para controlar una variedad de plagas de insectos en la agricultura, la silvicultura y la salud pú blica. Hasta la fecha, se han desarrollado más de 100 bioinsecticidas basados en B. thurin giensis para plagas de coleópteros, dípteros y lepidópteros [16]. Además, Paeniba cillus spp., incluidas Paenibacillus popilliae y Paenibacillus lentimorbus, y Pseudomonas spp., incluidas Pseudomonas aeruginosa y Pseudomonas tai wanensis, también son importantes para con

trolar las plagas de insectos [34,35]. Se informa que los insecticidas Chromobacterium subtsu gae y Burkholderia rinojensis funcionan como venenos estomacales para diferentes órdenes de insectos [78].

Bioinsecticidas fúngicos

Los hongos entomopatógenos también son prometedores, ya que han desarrollado múl tiples mecanismos de patogenicidad. Las es pecies más utilizadas y comercializadas son Beauveria bassiana, Metarhizium anisopliae, Metarhizium rileyi, Paecilomyces farinosus y Verticillium lecanii [34,35,79]. Estos hongos atacan el tegumento del huésped o el epitelio intestinal para crecer utilizando los nutrientes presentes en el hemocoel mientras evitan las respuestas inmunitarias de los insectos. Algu nas especies como B. bassiana y M. anisipoliae causan enfermedades de insectos como la muscardina. Los hongos entomopatógenos se pueden aplicar en forma de conidios o mi celios que esporulan después de la aplicación.

Bioinsecticidas virales

El despliegue de virus entomopatógenos en la protección global de cultivos ha aumenta

do durante la última década. Se han comer cializado alrededor de una docena de estos virus. Los nucleopoliedrovirus y granulovirus específicos de lepidópteros son los más exi tosos [35,36]. Su actividad insecticida es a través de la lisis celular después de la replica ción del virus en el núcleo o citoplasma de las células huésped [36]. La replicación de virus dentro del huésped puede crear enzootias y, en última instancia, disminuir las poblacio nes de plagas de insectos.

Aunque los insecticidas microbianos son prometedores, es posible que solo controlen una gama limitada de plagas debido a la es pecificidad del huésped. También son muy sensibles al calor, la luz ultravioleta y la de secación. Estas limitaciones deben resolverse para que se realice la aplicación generalizada de estos agentes de biocontrol.

Interacciones planta

tritrófica-microbio-insecto Centrarse en las interacciones planta-insecto puede ser una simplificación del problema real en el campo. En general, la rizosfera de la planta está poblada por microorganismos be néficos que incluyen hongos micorrizales que controlan la aptitud de la planta. En un núme ro creciente de casos surge un escenario recu rrente en el que la interacción planta-hongo afecta el éxito de los insectos plaga en la co lonización de una planta [80]. Por ejemplo, el crisantemo que crece en suelo que contiene micorrizas arbusculares es menos susceptible a los trips Frankinella occidentalis en compa ración con las plantas que crecen en suelo estéril [81]. Otro estudio demuestra que la colonización del médico de barril Medicago truncatula por la micorriza arbuscular Rhi zophagus irregularis atenuó el crecimiento del pulgón Acyrtho siphon pisum [82]. La defen sa mejorada de las plantas se ha postulado como un mecanismo importante en la pro tección contra las plagas de insectos. Las vías genéticas, moleculares y celulares esperan

identificación. Por lo tanto, modular o mejo rar las interacciones entre plantas y micorrizas puede ser una forma elegante e inofensiva de controlar las plagas de insectos.

TENDENCIAS FUTURAS

La creciente demanda de un suministro de alimentos más seguro y las crecientes preo cupaciones mundiales sobre la toxicidad de los pesticidas se han convertido en fuertes fuerzas impulsoras del crecimiento del mer cado de bioinsecticidas. Un número cada vez mayor de países, en particular los países eco nómicamente desarrollados, han apoyado mucho la adopción de bioinsecticidas me diante la imposición de leyes y políticas, pero las demandas reglamentarias en realidad han aumentado en muchas jurisdicciones, lo que impide la adopción generalizada de bioin secticidas[83]. La resistencia a los insecticidas y la acción residual corta también restringen los bioinsecticidas existentes para una apli cación más amplia. Se deben buscar nuevas estrategias en futuras investigaciones.

Nuevos modos de acción

Al igual que los insecticidas químicos sinté ticos, algunos bioinsecticidas se dirigen a las proteínas del sistema nervioso de los insec tos, en particular, las acetilcolinesterasas, los receptores nicotínicos de acetilcolina, los ca nales de cloruro/receptor de ácido aminobu tírico γ y los canales de sodio dependientes de voltaje [13]. Cuanto menor sea la diversi dad de objetivos, mayor será la resistencia de las plagas, y la neurotoxicidad para humanos y animales no objetivo es inevitable. Por lo tanto, es muy necesaria la identificación de modos de acción no neurotóxicos.

Algunos bioproductos han mostrado activi dad insecticida al detener la muda de plagas. La flemacina B1, por ejemplo, es un metabo lito secundario microbiano derivado de la

cepa Talaromyces sp. La flemacina B1 inhi be tres enzimas quitinolíticas: las quitinasas GH18 OfChi-h, OfChtI y GH20 β-N-acetil-D hexosami nidasa OfHex1, las enzimas invo lucradas en la hidrólisis de la quitina de la cutícula durante la muda de los insectos [84]. Otro ejemplo es la berberina, un fitoquímico con múltiples aplicaciones medicinales. La berberina muestra una actividad insecticida útil al inhibir el crecimiento y desarrollo de la plaga Ostrinia furnacalis. Los estudios in vitro muestran que inhibe la actividad de OfChtI y OfHex1[85].

Los terpenos son productos naturales que han sido muy utilizados para el control de insec tos. Estudios recientes muestran que algunos terpenos, por ejemplo, timol y carvacrol, se di rigen a los receptores de tiramina y este es un objetivo infrautilizado pero prometedor para el descubrimiento de agroquímicos [86].

Estrategia multiobjetivo

En la práctica clínica, la ineficacia de deter minados tratamientos basados en una dia na molecular ha fomentado la adopción de una estrategia multidiana que ha resultado muy eficaz frente a enfermedades complejas como la diabetes, el VIH, la malaria, las enfer medades neurodegenerativas y la tubercu losis[87]. Este enfoque multiobjetivo debe considerarse como una estrategia promete dora en el control de plagas en el futuro, ya que los pesticidas de un solo objetivo tienen un alto riesgo de conducir al desarrollo de re sistencia. Los costos y riesgos en el desarrollo de pesticidas de objetivos múltiples, en prin cipio, no son diferentes de los de cualquier otro pesticida de objetivo único. También hay menores riesgos de interacciones y toxi cidad de pesticidas en comparación con los pesticidas multicomponente[87].

Las proteínas funcionales o los ARN regulado res que afectan la cutícula de los insectos al interferir con la biogénesis o la degradación

de la quitina también pueden ser buenos candidatos para estrategias multiobjetivo. En general, estos procesos fisiológicos requieren una serie de enzimas vitales y proteínas regu ladoras. Por ejemplo, la hidrólisis de la quitina de la cutícula requiere al menos tres enzimas que pertenecen a dos familias de glucósidos hidrolasas (GH), GH18 y GH20[88,89]. El enig ma de la hidrólisis de la quitina de la cutícula se ha resuelto recientemente mediante aná lisis de biología estructural (Fig. 2) y micros copía de fuerza atómica de alta velocidad [90,91]. Las enzimas pertenecientes a las fa milias GH18 y GH20 siguen un mecanismo ca talítico asistido por sustrato similar y parece plausible obtener una molécula que se dirija a varias enzimas pertenecientes a las familias GH18 y GH20. La flemacina B1 muestra activi dad inhibitoria contra tres enzimas quitinolí ticas que comprenden dos quitinasas GH18 y una hexosaminidasa β-N-acetil-D GH20 [84]. Aunque otros compuestos pueden tener ac tividades inhibidoras enzimáticas más altas para una sola enzima, por ejemplo, valores de IC50 o Ki más bajos, la flemacina B1 con valo res de IC50 o Ki relativamente más altos tiene una actividad in vivo mucho más alta [84], lo que también sugiere que las moléculas con objetivos múltiples serán más eficiente.

Los aceites esenciales extraídos de algunas plantas también pueden considerarse fár macos multiobjetivo. Contienen cientos de terpenos relacionados que son fitoquímica mente diversos y se superponen en funcio nes [3]. Tienen objetivos fisiológicos diversos dentro de los insectos y pueden retrasar el desarrollo de la resistencia de los insectos.

Nanoformulaciones

La rápida biodegradabilidad de los bioinsec ticidas tiene ventajas y desventajas. Los bioin secticidas pueden degradarse rápidamente en el medio ambiente, pero tendrán vidas me dias más cortas, lo que reducirá su biodispo nibilidad. Estudios recientes indican que los

bioinsecticidas encapsulados en nanopartí culas (NPs) tienen alta estabilidad frente a la degradación y pueden ser liberados al medio ambiente de manera controlada[92,93].

Según lo propuesto por Jampílek, las plata formas actuales de NP se pueden clasificar en tres categorías principales, NP de base in orgánica, NP de base orgánica y NP híbridas combinadas de componentes inorgánicos y orgánicos [94]. Las NP de base inorgánica, como los nanocristales, las conchas, los pun tos cuánticos a base de oro, plata, cobre, hie rro, diversos semiconductores, cerámica (NP a base de sílice) y nanotubos de carbono o fullerenos, no son biodegradables. Las NP de base orgánica, como los liposomas, las NP li pídicas sólidas, las NP poliméricas, las micelas y las cápsulas, son frecuentemente biodegra dables. La mayoría de las NP de base orgáni ca consisten en polímeros solubles en agua, biodegradables y biocompatibles, como ho mopolímeros de polilactida y poliacrilamida, o compuestos naturales como quitosano, lig nina, almidón, celulosa y sus derivados.

Se han encapsulado múltiples compuestos bioinsecticidas utilizando NP, por ejemplo, insecticidas botánicos que incluyen aceites esenciales, azadiractina, rotenona, carvacrol, timol, eugenol y curcumina [95]. Un ejemplo son los extractos de neem encapsulados en NP y formulados como una suspensión coloi dal que proporciona un 100 % de mortalidad de larvas en Plutella xylostella. La nanopartí cula aumenta la estabilidad de los extractos de neem frente a la radiación ultravioleta[63].

La eficacia de control de las NP de polieti lenglicol cargadas con aceite esencial de ajo contra Triblium castaneum adulto se mantuvo en más del 80 % después de 5 meses, mien tras que la eficacia de control del aceite esen cial de ajo libre en una concentración similar fue solo del 11 % [96]. Las nanoformulaciones de plata han incluido extractos de numero sas plantas terrestres como el neem y Anno

na [23]. Se han desarrollado como larvicidas de mosquitos para el control de enfermeda des transmitidas por vectores [97]. Pradhan y Mailapalli revisan más ejemplos y han resu mido los principales compuestos bioactivos y sistemas portadores que emplean nanotec nología [98].

Las nanopartículas también se han utilizado en el control de plagas basado en ARNi como se discutió anteriormente. Pueden proteger las moléculas de dsRNA/siRNA de la degra dación enzimática y promover su transloca ción a través de las membranas celulares. Por ejemplo, la alimentación oral mediada por nanopartículas de quitosano/dsRNA aumen tó la eficiencia del ARNi para silenciar signifi cativamente los genes de quitina sintasa en Anopheles gambiae [72]. Un nanomaterial de péptido anfifílico ramificado facilita la absor ción celular de dsRNA por insectos a través de la alimentación. Esto aumentó la mortali dad al 75 %, mientras que el dsRNA solo re sultó en una mortalidad de alrededor del 30 % [74]. Se usaron liposomas para administrar dsRNA del gen de la tubulina α a través de la alimentación oral. Los liposomas retrasa ron la degradación de dsRNA en el intestino medio y aumentaron la mortalidad de la cu caracha alemana al inhibir significativamen te la expresión de α-tubulina en el intestino medio [76].

En general, las nanoformulaciones de bioin secticidas pueden aumentar la estabilidad (retrasar la degradación), aumentar la efica cia (mayor área de superficie), aumentar la actividad (tamaño de partícula más peque ño), disminuir la toxicidad no objetivo (eli minación de solventes orgánicos) y también permitir la liberación controlada de sustan cias activas. Ingredientes [93,95].

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