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UNIVERSITARIOS POTOSINOS 218 DICIEMBRE 20174 FLORES, A., GRAJALES, A. Y RUIZ, M. PÁGINAS 4 A 10
Recibido: 17.08.2017 I Aceptado: 26.10.2017
Palabras clave: Escamoles, larvas, métodos de conservación y semivitrificación.
La semivitrificación: método idóneo para la conservación de
escamoles frescosALMA DE JESÚS FLORES RAMÍ[email protected] DE POSGRADO EN CIENCIAS EN BIOPROCESOS, UASLPALICIA GRAJALES LAGUNESMIGUEL ÁNGEL RUIZ CABRERAFACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
Los huevos o larvas de hormigas del género Liometopum son conocidos comúnmente en México como escamoles y han sido utilizados desde la época prehispánica como fuente de proteínas y energía en la dieta de algunas comunidades rurales de regiones áridas y semiáridas. Desde el punto de vista nutricional, los escamoles son ricos en proteínas, carbohidratos y lípidos, así como en vitaminas A, D y E (Ramos Rostro, Quintero Salazar, Ramos Elorduy, Pino Moreno, Ángeles Campos, García Pérez y Barrera García, 2012).
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Los escamoles se ofrecen en los res-
taurantes como una delicia a precios
bastante elevados; su consumo tam-
bién se está promocionando en el
mercado internacional. Los estados de
San Luis Potosí, de México, Hidalgo,
Tlaxcala y Zacatecas se caracterizan
por tener una alta producción de
escamoles en un lapso muy
corto del año, principalmente
entre los meses de febre-
ro y abril. Durante estos
meses los escamoles son
considerados una fuente
prometedora de ingresos
para algunas comunida-
des rurales del altiplano
zacateco-potosino (Lara
Juárez, Aguirre Rivera, Castillo
Lara y Reyes Agüero, 2015).
Por lo general, estas larvas comes-
tibles son preferidas frescas, recién
recolectadas, debido a la jugosidad y
palatabilidad requerida para la prepa-
ración de platillos como escamoles a
la mantequilla, a la mexicana, tacos
de escamoles, etcétera (figura 1). Por
lo anterior, se requieren métodos de
conservación que permitan su dispo-
nibilidad con características de su es-
tado fresco para cubrir la demanda del
mercado en diferentes periodos del
año y darles un mayor valor agregado.
Efecto de la disminución de la
temperatura sobre la conservación
de los escamoles
Los escamoles se caracterizan por ser
muy perecederos debido a su alto
contenido de humedad y enzimas
proteolíticas endógenas, pues tienen
una vida de anaquel de sólo ocho días
en condiciones de refrigeración (4 °C)
(Castillo Andrade, García Barrientos,
Ruiz Cabrera, Rivera Bautista, Pérez
Martínez, González García, Fuentes
Ahumada y Grajales Lagunes, 2015).
El método de conservación por con-
gelación, establecido en el ámbito
industrial en alrededor de -18 °C, ha
sido elegido por su excelencia para
extender la vida de anaquel de los
productos altamente perecederos. El
efecto conservante de la congelación
se debe a que la remoción de calor en
el alimento promueve la cristalización
total o parcial del agua en hielo, así dis-
minuye la actividad y/o disponibilidad
del agua con la consecuente reducción
de las actividades enzimáticas, quími-
cas y microbianas. Debido a esto, algu-
nos alimentos congelados tienen una
vida de anaquel de meses o años con
ventaja sobre los días o semanas que
puede resistir un alimento refrigerado.
Desventajas de la congelación
como método conservación
Varios procesos físicos, químicos y bio-
químicos pueden presentarse en los
alimentos durante su almacenamiento
congelado. Por ejemplo, los procesos
físicos de mayor relevancia son la mi-
gración del agua hacia el exterior de las
células de alimento y recristalización del
hielo, los cuales provocan daños celu-
lares, estructurales, cambios de textura
y apariencia; otros son la desnaturaliza-
ción de proteínas, oxidación de lípidos
y pérdida de nutrientes. Es importante
señalar que la intensidad del daño de
la congelación depende de la compo-
sición química y de la estructura del ali-
mento, primordialmente de la tempera-
tura de almacenamiento congelado. Por
Figura 1.
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ejemplo, las frutas, filetes de pescado
y carnes son muy propensos a sufrir
estos daños estructurales durante su
congelación (Sablani, Syamaladevi y
Swanson, 2010).
La congelación rápida y de criopro-
tectores ha sido recomendada en la
literatura para aminorar o inhibir es-
tos efectos negativos. La velocidad
de congelación determina en cierta
manera el tipo, tamaño y distribución
del hielo extracelular o intracelular en
la matriz alimentaria. Como regla ge-
neral, las velocidades bajas de con-
gelación tienden a producir cristales
grandes de hielo extracelular, mientras
que la congelación rápida produce
cristales pequeños de modo unifor-
me, bien distribuidos dentro y fuera de
las células del alimento. Sin embargo,
la congelación rápida sólo es posible
para muestras pequeñas mediante la
inmersión en refrigerantes líquidos o
para productos líquidos mediante con-
geladores de placas como en la elabo-
ración de helados.
Por su parte, los crioprotectores son
sustancias que protegen los alimen-
tos contra el daño celular, durante el
proceso de congelación o el almace-
namiento congelado. El mecanismo
físico de crioprotección todavía no
ha sido comprendido en su totalidad,
pero se cree que puede ser por la in-
teracción directa entre el crioprotector
y el alimento, por establecimiento de
puentes de hidrógeno entre el agua
y el crioprotector, o bien, por efecto
encapsulante de éste al alimento. Al-
gunos autores simplemente sugieren
que todos los crioprotectores forman
enlaces de hidrógeno, lo que provoca
que las moléculas de agua se muevan
de forma más lenta a medida que se
enfrían, hasta que en algún momen-
to quedan bloqueadas por completo,
formando una matriz vitrificada y no
cristalizada; generalmente son selec-
cionados por su bajo costo, amplia
disponibilidad, que sean permitidos
por la Administración de Alimentos y
Medicamentos (FDA, por sus siglas en
inglés) y que no confieran propiedades
sensoriales adversas al producto.
No obstante, el efecto benéfico de la
congelación rápida en la calidad de
frutos y carnes aún sigue discutiéndo-
se, pues se ha observado que, aunque
estos hayan sido adecuadamente con-
gelados mediante congelación rápida, el
fenómeno de recristalización del hielo
o sus cambios metamórficos durante
el almacenamiento congelado siguen
presentándose. Por ejemplo, cuando los
escamoles fueron congelados a tempe-
raturas entre -10 °C y -18 °C, se obser-
varon importantes daños estructurales
asociados con la liberación de líquidos
intracelulares y pérdida de masa por
goteo cuando fueron descongelados
como se muestra en la figura 2.
Lo anterior se debe a que no toda el
agua presente en el alimento está de-
bidamente congelada a la temperatura
estándar de -18 °C. Así, la calidad de
los alimentos congelados es primor-
dialmente influenciada por la tempera-
tura de almacenamiento, más que por
la velocidad de congelación (Sablani,
Syamaladevi y Swanson, 2010). Los
cristales pequeños de hielo formados
durante una congelación rápida son ter-
Los estados con alta producción de escamoles son San Luis Potosí, de México, Hidalgo, Tlaxcala y Zacatecas
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Se caracterizan por tener un tiempo de recolección muy corto (febrero-abril), un color amarillo-perlado, forma alargada (longitud:10 mm, diámetro: 3-5 mm) y un sabor dulce.
Su vida útil en refrigeración (4 °C) es de ocho días mientras que en congelación(-18 °C) es de meses o años. Sin embargo, durante este proceso de conservación se presentan fenómenos físicos como la migración de agua y/o recristalización del hielo, los cuales provocan daños celulares, estructurales, cambios de textura y apariencia, desnaturalización de proteínas, oxidación de lípidos y pérdida de nutrientes.
Desde el punto de vista nutricional, los escamoles son un alimento rico en proteínas, carbohidratos y lípidos, así como en vitaminas A, D y E por lo que se considera altamente perecedero.
Paso del líquido del interior de la célula hacia el exterior
La temperatura de transición vítrea de la matriz máximamente
crioconcentrada (Tg’), es un parámetro de vital importancia para el establecimiento adecuado de las condiciones de almacenamiento de alimentos con agua congelable. A temperaturas por debajo de Tg’ se alcanza el estado vítreo, donde
el movimiento molecular o los fenómenos difusivos se vuelven
extremadamente lentos y cualquier recristalización de hielo de agua es
imposible, lo que le da estabilidad al alimento a largo plazo.
Daño estructural y pérdida de masa por goteo durante la descongelación de escamoles previamente congelados a -10 °C.
Agua no congelada
Cristal de hielo
Soluto
Figura 2.
CélulaCélula Agua Cristales de hielo
Temperatura de almacenamiento = -18 ºC >>>Tg’
UNIVERSITARIOS POTOSINOS 218 DICIEMBRE 20178
modinámicamente inestables, poseen
un gran exceso de energía libre superfi-
cial y, por lo tanto, tienden a combinar-
se con cristales de hielo más grandes
y más estables durante un almacena-
miento prolongado. Desde esta pers-
pectiva, debe establecerse o tenerse
un control constante y sistemático de la
temperatura durante el almacenamien-
to, así como en la cadena de frío hasta
el consumo final del producto.
Importancia del estado amorfo
en la congelación de escamoles
De acuerdo con la teoría de transicio-
nes de fase/estado, el estado vítreo y
la temperatura de transición vítrea de
la matriz máximamente crioconcen-
trada (Tg’) son parámetros de vital
importancia para el establecimiento
adecuado de las condiciones de al-
macenamiento de alimentos con agua
congelable. A temperaturas por debajo
de Tg’, la matriz crioconcentrada al-
canza el estado vítreo cuando el mo-
vimiento molecular o los fenómenos
difusivos se vuelven extremadamen-
te lentos y cualquier recristalización
de hielo de agua es imposible, por lo
tanto, puede esperarse estabilidad del
alimento a largo plazo. Tg y Tm varían
respecto al contenido de humedad de
fase sólida, mientras Tg´y Tm´ tienen
un comportamiento casi constante y
representan a la matriz crioconcentra-
da. El término vitrificación se refiere al
FLORES, A., GRAJALES, A. Y RUIZ, M. PÁGINAS 4 A 10
Diagrama de estado para los escamoles.
Tm’= -22.7 °C Tg’=-30.7
°C,xs’=0.870 g sólido/g de muestra
xw’ = 1-xs’= 0.13 g agua/g de muestra.
Figura 3.
Un diagrama de estado termodinámico predice los diferentes estados físicos de un alimento y permite seleccionar las condiciones adecuadas de procesamiento y
almacenamiento de productos con agua congelable y no congelable.
0.00
60
40
20
0
-20
-40
-60
Temp
eratur
a (ºC
)
-80
-100
-120
-140
0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
xs’Tm’
Tg’
Curva Tm
Curva Tg
Hielo + solución
Hielo + caucho
Vítreo
Hielo + vítreo
Escamol vitrificado
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proceso físico por el cual una matriz
alimentaria se convierte en un mate-
rial amorfo con estructura molecular
desordenada y con una viscosidad
elevada (entre 1012 y 1013 pascales
por segundo, ‘Pa·s’,), la cual hace que
los alimentos almacenados en estado
vítreo sean muy estables, ya que el
agua, principal participante en el dete-
rioro de los alimentos, requiere meses
o años para diseminarse en distancias
moleculares dentro del alimento y re-
accionar (Sablani, Syamaladevi y Swan-
son, 2010; Ruiz Cabrera, Rivera Bautis-
ta, Grajales Lagunes, González García y
Schmidt, 2018).
La vitrificación se logra por eliminación
rápida del agua, como sucede duran-
te la deshidratación de alimentos, o
bien, mediante un enfriamiento rápi-
do durante la congelación con hume-
dad congelable. Por lo tanto, el valor
de Tg’ puede ser considerado como
la temperatura de referencia para al-
macenamiento óptimo de alimentos
congelados. Sin embargo, la mayoría
de los alimentos tienen un valor de Tg’
muy por debajo de la temperatura de
congelación comercial (-18 °C). Cabe
resaltar que también los valores de Tg’
son afectados de manera significativa
por la concentración y el tipo de so-
lutos presentes en el alimento y en
algunos casos por el contenido de hu-
medad. Por lo que es recomendable
determinar el valor preciso de Tg’ en
cada alimento a diferentes contenidos
de humedad, mediante una de las he-
rramientas más utilizadas como la ca-
lorimetría diferencial de barrido (DSC)
y si es posible, también desarrollar sus
correspondientes diagramas de estado
complementado.
SEMIVITRIFICACIÓN DE ESCAMOLES
Diagrama de estado
complementado de escamoles
Un diagrama de estado complementa-
do es una representación gráfica de la
temperatura en función del contenido
de sólidos, comprende la amplitud de
contenido de agua, en la cual pueden
predecirse los diferentes estados físicos
de un alimento y seleccionarse las con-
diciones adecuadas de procesamiento y
almacenamiento de productos con agua
congelable y no congelable. Un diagra-
ma de estado usualmente incluye: a) la
curva de transición vítrea que muestra
la variación de Tg en función del con-
tenido de sólidos (Tg vs xs, vs significa
versus, es decir, especifica la ordenada y
abscisa al momento de graficar. Y versus
x es lo mismo que y vs x, el valor de xs’
representa la fracción másica de sólido
en un rango de 0 a 1), b) la curva de
enfriamiento con la variación del punto
de congelación en función de la con-
Imágenes de diferentes aumentos de escamoles descongelados a 4 °C/4 horas previamente almacenados durante varios meses a -20 °C, -35 °C y -80 °C.
Figura 4.
Temperatura de almacenamiento
-20 °C -35 °C -80 °C
10x
20x
40x
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Maestra en Ciencias en Bioprocesos en el Posgrado en Ciencias en Bioprocesos de la Facultad de Ciencias Químicas de la UASLP. Estudia el Doctorado en Ciencias en Bioprocesos en la misma facultad y desarrolla el tema “Evaluación del efecto de crioprotectores sobre las transiciones de fase/estado de sistemas proteicos y ricos en azúcares”.
ALMA DE JESÚS FLORES RAMÍREZ
FLORES, A., GRAJALES, A. Y RUIZ, M. PÁGINAS 4 A 10
centración de sólidos (Tm vs xs), y c) las
temperaturas características Tg’, Tm’ y la
fracción másica sólida (xs’) de la matriz
máximamente crioconcentrada (Sabla-
ni, Syamaladevi y Swanson, 2010).
En la figura 3 se presenta el diagrama
de estado correspondiente para los es-
camoles. En él se aprecia la disminu-
ción de Tg debido al efecto plastificante
del agua, así como la depresión de Tm
debido al aumento del contenido de só-
lidos. Los parámetros de la matriz máxi-
mamente crioconcentrada fueron de-
terminados en xs’ = 0,870 g de sólido/g
de muestra con fracción másica de agua
no congelable xw’ = 0.13 g de agua/g
de muestra y temperaturas caracte-
rísticas Tm’ = -22.7 °C y Tg’ = -30.7 °C.
De acuerdo con la figura 3, cuando los
escamoles son congelados en la región
delimitada por la curva Tm y el valor
de Tm’, estos alcanzan un estado físi-
co conformado por las fases de hielo y
solución, en los cuales pueden fomen-
tarse los fenómenos de recristalización
del hielo con sus efectos adversos pre-
viamente comentados. Se recomienda
que la temperatura de almacenamiento
congelado esté por debajo de -30.7 °C,
con la finalidad de que los escamoles
alcancen un estado físico conformado
por las fases de hielo y vítreo como lo
muestra la región delimitada entre la
curva Tg y el valor de Tm’ de la figura 3.
Lo anterior fue corroborado mediante
pruebas de almacenamiento congelado
con tres diferentes temperaturas. Para
ello, los escamoles fueron congelados
a una misma velocidad de enfriamiento
(-0.55 °C/min) y después almacenados
a -20 ºC, -35 ºC y -80 ºC durante varios
meses, en los que fue analizada la pre-
sencia o ausencia de daño estructural
externo y pérdida de masa por goteo
cuando estos fueron descongelados.
Como se muestra en la figura 4, el daño
estructural y la pérdida de masa por go-
teo sólo fueron detectados en muestras
almacenadas a -20 °C. Lo anterior indicó
que los escamoles alcanzaron un esta-
do vítreo cuando fueron almacenados a
-35 ºC y -80 ºC. A la temperatura de con-
gelación de -35 °C, los cambios físicos
o químicos son muy limitados y, por lo
tanto, pueden ser obtenidos escamoles
con características similares a las de los
frescos. Por lo tanto, se recomienda una
temperatura de almacenamiento conge-
lado de -35 °C para la estabilidad a largo
plazo de los escamoles frescos. Es evi-
dente que el uso de temperaturas de al-
macenamiento de esta magnitud incre-
mentarían los costos de las cadenas de
frío implementadas en el ámbito indus-
trial, por lo que es necesario encontrar
alternativas para incrementar los valores
de Tg’ a valores cercanos de -18 °C.
Referencias bibliográficas:Castillo Andrade, A., García Barrientos, R., Ruiz Cabrera, M. A., Rivera
Bautista, C., Pérez Martínez, J. D., González García, R., Fuentes Ahumada, C. y Grajales Lagunes, A. (2015). Structural and physicochemical changes due to proteolytic deterioration of escamoles (Liometopum apiculatum M) a traditional mexican food. Journal of Insect as Food and Feed, 1(4), pp. 271-280.
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Ramos Rostro, B., Quintero Salazar, B., Ramos Elorduy, J., Pino Moreno, J. M., Ángeles Campos, S. C., García Pérez, A. y Barrera-García, V. D. (2012). Análisis químico y nutricional de tres insectos comestibles de interés comercial en la zona arqueológica del municipio de San Juan Teotihuacán y en Otumba, en el Estado de México. Interciencia, 37(12), pp. 914-920.
Ruiz Cabrera, M. A., Rivera Bautista, C., Grajales Lagunes A., González García, R. y Schmidt, S. J. (2016). State diagram for mixtures of low molecular weight carbohydrates. Journal of Food Engineering, 171, pp. 185-193.
Sablani, S. S., Syamaladevi, R. M. y Swanson, B. G. (2010). A Review of Methods, Data and Applications of State Diagrams of Food Systems. Food Engeniering Review, 2, pp. 168-203.