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Actualmente existe una revalorización de los granos andinos (quínoa y amaranto) por sus propiedades nutricionales, funcionales y libres de gluten. Las bacterias lácticas (BL) son ampliamente utilizadas como fermentos en una gran variedad de sustratos. Ciertas BL tienen capacidad de sintetizar vitaminas del grupo B, incrementando el valor nutricional del alimento. La quínoa y el amaranto contienen fitato, compuesto antinutricional, que forma complejos insolubles con oligoelementos afectando su biodisponibilidad. Existen antecedentes de que ciertas BL tienen actividad fitasa capaz de degradar fitato.En base a estos antecedentes, el Objetivo General de esta Tesis fue determinar la biodiversidad de BL de quínoa y amaranto del NOA y diseñar alimentos con mayor valor nutricional y funcional empleando BL autóctonas. La microbiota láctica evaluada en granos y masas ácidas de quínoa y amaranto permitió identificar 73 cepas pertenecientes a diferentes géneros y especies: Lactobacillus (L.) plantarum, L. rhamnosus, L. sakei, Pediococcus (P.) pentosaceus, Enterococcus (E.) casseliflavus, E. mundtii, E. hermaniensis, E. hirae, E. gallinarum, Enterococcus sp., Leuconostoc (Lc.) mesenteroides, E. durans. De acuerdo a la producción de riboflavina (B2) y folatos (B9), capacidad de hidrolizar fitato, degradar almidón, acidificación y producción de exopolisacaridos, se seleccionaron 11 cepas aisladas de quínoa y 7 de amaranto para estudios in situ (masa ácida de quínoa). A partir de estos resultados, se diseñaron cultivos mixtos que fueron evaluados determinándose las combinaciones adecuadas que produzcan mayor concentración de vitaminas y menor concentración de fitato residual. Los resultados llevaron a seleccionar el cultivo mixto (C.M) formado por L. plantarum CRL 2107 + L. plantarum CRL 1964 (1:1). La masa fermentada por CM presentó la mayor concentración de B2 y B9 (5,1 ± 0,4 y 1,6 ± 0,2 µg/g masa, respectivamente) y menor concentración de fitato residual (17,4 ± 1,3 mg/g masa). A fin de evaluar la eficiencia biológica de B9 y B2 producidas por CM en prevenir la deficiencia nutricional en ambas vitaminas, se realizaron ensayos in vivo. Los resultados revelaron que los animales alimentados con la pasta fermentada con el C.M (ACM) tuvieron mayor peso, mayor concentración de B9 en sangre y en órganos y mayor concentración de minerales, comparados con el grupo deficiente (AGD) y/o con el grupo control (AGC). La evaluación histológica del intestino evidenció que los AGD presentaban atrofia de las vellosidades intestinales, mientras que los ACM mostraron una tendencia a la normalización de la forma y del tamaño de las vellosidades. Respecto al estado de B2, los AGD mostraron un valor de EGRAC mayor a 1,3, indicando una deficiencia en B2, mientras que los ACM mostraron valores de EGRAC menores a 1,3, demostrando que la pasta de quínoa fermentada con BL fue capaz de prevenir la deficiencia de B2. De esta manera, se concluye que este trabajo de Tesis puso en evidencia el valor funcional de BL autóctonas y plantea nuevas perspectivas de aplicación de BL con capacidad de degradar fitatos y de producir vitaminas B2 y B9 para el diseño de alimentos bio-enriquecidos con funcionalidad comprobada.

Tesis (Doctor en Ciencias Agropecuarias)--UNC- Facultad de Ciencias Agropecuarias, 2012.

La harina de fruto de algarrobo, comúnmente conocida como harina de algarroba, proviene de la molienda de los frutos maduros completos del algarrobo (Prosopis spp.), una leguminosa arbórea altamente distribuida en América. La misma contiene importantes cantidades de azúcares, fibra dietaria y minerales. Su contenido total de proteínas es similar al de cereales como el trigo y el maíz y su perfil aminoacídico le da complementariedad con las proteínas de dichos cereales. Su utilización alimentaria data de tiempos precolombinos. Actualmente el aprovechamiento de los frutos del algarrobo y sus subproductos se limita mayormente al mercado regional. En el presente trabajo de tesis se buscó evaluar la posibilidad de utilizar harina de algarroba para la elaboración de productos panificados con un perfil nutricional mejorado, aprovechando el alto contenido de fibra y minerales que la misma posee, fomentando a su vez una diversificación en las posibles aplicaciones de la harina de algarroba. El contenido de agua en las masas resultó ser un factor de gran importancia y tuvo que modificarse de acuerdo al grado de reemplazo de harina de trigo por harina de algarroba. Pequeñas variaciones en la cantidad de agua modificaron de forma pronunciada los parámetros de dureza, elasticidad y cohesividad, medidos por análisis de perfil de textura (TPA). Así mismo las variaciones en la cantidad de algarroba y agua en las masas condujeron a cambios en los módulos dinámicos obtenidos por ensayos reológicos de pequeña deformación. La incorporación de harina de algarroba dio lugar a masas más duras, menos cohesivas y con mayores valores en los módulos dinámicos. Los cambios mencionados en la reología se relacionaron con lo observado por microscopía láser confocal de barrido (CSLM), donde la incorporación de algarroba generó pérdida parcial de la estructura filamentosa y entrecruzada de la red de gluten. En las masas donde el contenido de agua no se ajustó correctamente se pudo ver un pobre desarrollo de la matriz proteica. Los cambios en la distribución y disponibilidad de agua al incorporar harina de algarroba a las masas también fueron objeto de estudio. Por 1H-RMN se observó que las masas con mayor contenido de dicha leguminosa presentaron menor movilidad molecular, a la vez que por calorimetría diferencial de barrido (DSC) se constató un aumento en las temperaturas de inicio y de pico de gelatinización del almidón, llevando a una reducción del rango de temperaturas de gelatinización, hecho concordante con sistemas ricos en azúcar. Los cambios en las propiedades reológicas, en la microestructura y en la disponibilidad de agua pueden relacionarse con la incorporación de los componentes de la algarroba, principalmente fibra y azúcares, que estarían interfiriendo, al menos parcialmente, en la formación de una red de gluten bien desarrollada y modificando la distribución del agua en el sistema. Durante la fermentación, las masas con algarroba se expandieron menos que la masa control de harina de trigo. Esto concuerda con las modificaciones reológicas producidas en la masa y derivó en la obtención de piezas de pan con menor volumen específico (VE), conforme aumentó el contenido de harina de algarroba en la formulación. Además los panes con algarroba fueron significativamente más oscuros en miga y corteza y la textura de su miga resultó más dura, menos cohesiva y elástica y con mayor masticabilidad que la miga del pan control de harina de trigo. También se observaron modificaciones en las características del alveolado de la miga con la incorporación de algarroba a las formulaciones. Los alveolos de la miga de los panes con algarroba resultaron menos regulares (valores inferiores de circularidad) que los de pan de trigo. A su vez, en los panes con mayor contenido de harina de algarroba se obtuvieron migas con alveolos de menor tamaño y con mayor densidad alveolar (número de alveolos/mm2), debido a una mayor dificultad de las masas para expandirse durante el leudado en dichas formulaciones. Al analizar cortes de miga de los panes por CSLM se evidenciaron diferencias en la morfología de las mismas, pudiendo comprobarse la presencia de los componentes de la harina de algarroba en las paredes de los alveolos intercalados con la matriz formada por el gluten y los gránulos de almidón gelatinizado. El envejecimiento del pan, relacionado con la pérdida y migración de humedad en la miga y por la retrogradación del almidón, se estudió mediante ensayos de análisis de perfil de textura, retrogradación de amilopectina por DSC y difractometría de rayos X, encontrando que los panes con mayor contenido de algarroba tuvieron menor deterioro relativo de textura, menor retrogradación de amilopectina y menor aumento relativo de cristalinidad al cabo de 6 días de almacenamiento. Es decir que la algarroba estaría teniendo un cierto efecto protector sobre el envejecimiento. Con la intención de mejorar el VE y la textura de los panes con algarroba se evaluó el efecto de dos aditivos ampliamente utilizados en panificación, ácido ascórbico (AA) y estearoil lactilato de sodio (SSL). Los resultados obtenidos sobre la calidad de los panes no fueron los esperados, encontrándose efectos levemente negativos con la utilización de AA e insuficientes con la adición de SSL en las dosis investigadas. También se evaluó la utilización de enzima transglutaminasa en las formulaciones. Este aditivo condujo a cambios significativos en las propiedades reológicas y microestructurales de las masas, siendo dichos cambios dependientes del nivel de enzima aplicado y del contenido de harina de algarroba en la formulación. Los cambios reológicos fueron más evidentes en los ensayos de análisis mecánico dinámico (DMA) donde la enzima condujo en general a incrementos en el carácter elástico de las masas. Por otro lado los ensayos de grandes deformaciones (TPA) no permitieron obtener tendencias tan claras sobre los cambios de textura. Por microscopía electrónica de barrido (SEM) y por CSLM se pudo apreciar la formación de filamentos más gruesos de gluten y un incremento en la agregación de proteínas con la enzima. La enzima no condujo a grandes variaciones del VE de los panes, excepto para las formulaciones con 25% de reemplazo con harina de algarroba donde el incremento de VE fue significativo. La textura de la miga tampoco resultó modificada de forma muy marcada con la utilización de la enzima. El análisis de la composición de los panes demostró que la sustitución de un 15% de harina de trigo por harina de algarroba dio lugar a panes con un contenido de fibra cercano al 7%, que califica al producto como “rico en fibra”, además de incrementar significativamente el contenido de minerales. Los resultados de aceptabilidad sensorial fueron buenos para los panes con harina de algarroba, a pesar de que la mayoría de evaluadores informaron no ser consumidores frecuentes de productos con algarroba.

El objetivo de esta tesis fue determinar los stocks de mugílidos presentes en la costa Atlántica sudoccidental (25◦30’S - 40◦32’S) y en la costa Mediterránea de la Comunidad Valenciana (38◦08’N - 40◦38’N) y su interconectividad, utilizando la morfología, morfometría y composición química de los otolitos sagittae (cuerpos policristalinos compuestos por carbonato de calcio alojados en el oído interno del pez). Se analizó la morfología del sagitta de 9 especies de mugílidos, lo que permitió diferenciarlos y generar una clave de identificación especifica. Asimismo, se propusieron patrones morfológicos del otolito a nivel de familia y géneros. Dado que los otolitos varían a lo largo del desa- rrollo de los peces, se identificaron patrones ontogene´ticos en relación al crecimiento del pez para Mugil liza, Mugil cephalus y Liza ramada, pudiendo describirse las relaciones biométricas (longitud estándar vs largo-ancho del otolito). En relación a la identificación de stocks pesqueros, mediante el uso de índices morfométricos (circularidad, rectangularidad, aspecto de radio, porcentaje del oto- lito ocupado por el sulcus, elipticidad y factor de forma) y la microquímica del otolito (relaciones Sr/Ca y Ba/Ca) se identificaron diferentes patrones de comportamiento y de uso de hábitats de M. liza y M. cephalus. Para M. cephalus fue posible identificar cuatro patrones comportamentales con uso diferencial de ambientes marinos, estuarinos y de agua dulce, mientras que para M. liza se identificaron solo tres. M. cephalus presentó al menos dos stocks pesqueros en la costa Mediterránea Valenciana, mientras que M. liza no presentó diferencias en la microquímica que permita reconocer más de un stock en costa del Océano Atlántico sudoccidental. En este contexto, los otolitos resulta- ron ser una herramienta complementaria importante para el estudio de la biología y ecología de los mugílidos, para el reconocimiento de sus desplazamientos, uso de hábitat e identificación de stocks pesqueros; permitiendo así contar con elementos para realizar un manejo apropiado de las especies y las áreas que utilizan.

En la Argentina, alrededor de 22 especies Poáceas son utilizadas, en diferentes sistemas de producción de la región templada, para la alimentación del ganado en forma directa o diferida como heno. Se adaptan a crecer solas o en mezclas con otras especies Poáceas o Fabáceas y en diferentes condiciones de suelo destacándose su aporte para mejorar la estructura, mantener la fertilidad y controlar la erosión de los suelos. La festuca alta (Festuca arundinacea Schreb) y la cebadilla criolla (Bromus catharticus VahIJ están entre las forrajeras templadas mas importantes y utilizadas en Argentina. El objetivo de este trabajo fue caracterizar, mediante marcadores moleculares SSR, la variabilidad genética de las colecciones de festuca alta y cebadilla criolla del Banco de Activo de Germoplasma de la EEA INTA Pergamino, y comparar la estructura genética de las accesiones de ambas especies. Para ello, se analizaron 161 accesiones de festuca alta y 68 accesiones de cebadilla criolla, trabajadas en bulk. El sistema de PCR usado se basó en marcadores SSR marcados con fluorescencia y la detección de los fragmentos amplificados se realizó en el Analizador Genético ABI 3130. En festuca alta, a partir de una evaluación de 45 SSR, se seleccionaron 15 SSR por criterio de calidad de amplificación y de detección de polimorfismo. En cebadilla criolla, luego de una evaluación de 134 SSR de otras poáceas, se transfirieron 26 SSR, seleccionándose 17 SSR por criterio de calidad de amplificación y de detección de polimorfismo. Los datos generados por los marcadores moleculares se codificaron en forma binaria: presencia/ ausencia de banda y ¡as distancias genéticas fueron estimadas a partir del coeficiente de similitud Dice (festuca) o Jaccard (cebadilla). Los agrupamientos se determinaron por el método de promedio aritmético de grupos de pares no ponderados (UPGMA) y las relaciones genéticas entre las accesiones se visualizaron mediante dendogramas. En festuca alta la caracterización de las 161 accesiones mostró una distancia genética que varió entre 0,22 y 0,76, confirmando la existencia de elevada variabilidad genética entre las mismas. Además, la caracterización individual de 22 accesiones representativas de los agrupamientos observados mostró que el 71% de la variabilidad molecular se encuentra dentro de las accesiones y el 29% entre las mismas. A pesar de ello, la caracterización de esas mismas accesiones en bulk proveyó una adecuada caracterización de las mismas. En cebadilla criolla, la caracterización de las 68 accesiones mostró una distancia genética que varió entre 0,10 y 0,60 confirmando la existencia de una moderada variabilidad genética entre las mismas. Cabe destacar que dicha variabilidad está relacionada al origen geográfico de las accesiones verificándose una interesante diferenciación de aquellas provenientes del Oeste de la región muestreada. Por otra parte la comparación, para un subconjunto de las accesiones, de las relaciones genéticas obtenidas mediante RAPD y SSR mostró agrupamientos similares aunque la capacidad discriminatoria de los SSR fue superior. Se verificó para ambas especies la ausencia de accesiones duplicadas.

En el marco del desarrollo de mi plan de tesis doctoral se ha trabajado en la producción y aplicación de pectinasas a diferentes procesos industriales que involucran la producción frutihortícola del Alto Valle de Río Negro. En principio, se pusieron a punto los cultivos alimentados como estrategia para mejorar la producción de la poligalaturonasa PGI recombinante de A. kawachii clonada en S. cerevisiae. La condición de la alimentación en dos etapas con una inducción a 8,8 ml/h para la segunda etapa resultó ser la condición de mayor producción de enzima obteniéndose una actividad final de 77 U/ml y una productividad de 2,40 U/mlh. Además, considerando que una de las fuentes de carbono que usa el medio sintético de cultivo utilizado para expresar a PGI sufrió un fuerte incremento en el precio, la galactosa, se ha trabajado a fin de optimizar los costos de la producción de dicha enzima. Para ello se realizó en el medio de cultivo el reemplazo de galactosa comercial por galactosa obtenida a partir de la hidrólisis enzimática de lactosa. Los productos de reacción obtenidos fueron aproximadamente de un 50% de glucosa, un 45% de galactosa y un 5% de oligosacáridos (calculado por diferencia). La reacción se completó en promedio en un 96%. Al realizar el sistema de lote alimentado con el reemplazo de la galactosa obtenida mediante la hidrólisis de la lactosa, se obtuvo un óptimo crecimiento de S. cerevisiae y producción enzimática a un menor costo. También se estudió la posibilidad de reutilizar los grandes volúmenes de subproductos que generan las industrias frutícolas del Alto Valle de Río Negro para una posterior extracción de pectina con el objetivo de ampliar la gama de productos de alto valor agregado a la oferta local. Considerando que si bien existían datos bibliográficos respecto del contenido de pectina de diversos frutos, pero no estudios referentes a la evaluación del contenido de pectina de los frutos de producción local, el estudio consistió inicialmente en evaluar, mediante extracción química, el contenido de pectina en distintas variedades de manzanas (Gala, Red Delicious, Granny Smith y Pink Lady), peras (Williams, Red D'anjou y Winter Bartlett) y membrillo (Smyrna) de producción en el Alto Valle de Río Negro. Los porcentajes de pectina obtenidos para estos frutos están dentro de los rangos reportados para otros cultivares en otras partes del mundo y pusieron de manifiesto que los frutos podrían ser un buen sustrato para la extracción de pectina con distintos fines. Se analizó la extracción enzimática de pectina por las enzimas de A. kawachii, de G. klebahnii y de A. sojae sobre manzanas y peras regionales. Para evaluar el rendimiento del proceso, se compararon los rendimientos obtenidos con las enzimas en estudio con los obtenidos por tres pectinasas comerciales y con el obtenido por medio de la extracción química. Las enzimas estudiadas se comportaron de igual o mejor forma que las comerciales y se observó que PGI posee mejor capacidad para la extracción de pectina, extrayendo en manzanas un 25%, un 40% y un 60% más que la extracción química, PPasaSE y PGzyme, respectivamente. Y en peras extrajo un 80% más que en la extracción química y que con ambas enzimas. Por último, se caracterizó parcialmente la pectina extraída; mostrando un GE > 50% (pectinas de HM). En cuanto al contenido de ácidos urónicos (principalmente AGA) en el MIE sólo pudo determinarse en el caso de la enzima PGI resultando en aproximadamente 70 y 50% en manzanas y peras, respectivamente. Por otra parte, se realizaron ensayos de maceración por enzimas de G. klebahnii y A. sojae sobre tejidos de zapallo y manzana de la región. En primera instancia, se evaluó el efecto de la concentración enzimática sobre el proceso, encontrándose como actividad final óptima 40 U en la mezcla de reacción tanto para PPasaSE como para PGzyme. Estas enzimas se comportaron de igual o mejor forma que las enzimas comerciales, alcanzándose con ambas un rendimiento en el proceso de ~ 35% y 20% en la fracción de tejido macerado (TM) para los zapallos y manzanas, respectivamente. Debido al creciente interés sobre los compuestos fitoquímicos, que presentan beneficios directos sobre la salud, se decidió determinar la composición y actividad antioxidante de los productos obtenidos en el TM y en el sobrenadante (S). Los resultados mostraron un mayor contenido de azúcares reductores y ácidos urónicos (sustancias pécticas) en el S en todos los casos. El TM de zapallo mostró una actividad antioxidante y un contenido en fenoles totales mayor en el S, demostrando tener una mayor proporción de células dañadas. La actividad antioxidante y el contenido en fenoles totales en las fracciones de TM y S para manzana resultaron similares. Esto indicaría que una fracción alta de células mantuvo su estructura intacta. A partir de estos resultados, puede concluirse que la manzana es mejor sustrato para utilizarlo en la maceración enzimática otorgando un producto de buena calidad nutricional. Se comprobó que las maceraciones mecánicas produjeron con ambos vegetales, productos de baja calidad nutricional, dejando en evidencia las bondades de los procesos enzimáticos. Para el proceso de clarificación de jugo de manzana para la elaboración de sidra mediante el uso de las enzimas PPasaSE y PGzyme, se evaluaron diferentes condiciones de temperatura, concentración de enzima y tiempo mediante el diseño estadístico Doehlert. PPasaSE no presentó una buena capacidad de clarificación, por lo tanto, los cálculos se realizaron con los resultados obtenidos por PGzyme. Las condiciones óptimas resultaron: 20 °C, Enz. 2.2 U/ml y 4.5 hs. Se realizó un análisis comparativo bajo esas condiciones de los rendimientos obtenidos con las enzimas en estudio y con los obtenidos a partir de la aplicación de las enzimas comerciales. Los resultados obtenidos para la clarificación enzimática en porcentaje de clarificación (%C) fueron 56.5 con PPasaSE, 99.4 con PGzyme, 96.5 con BA, 97.6 con J1 y 98.6 con J2. También se comparó la capacidad de clarificación de PGzyme con el proceso tradicional de clarificación de sidras que utiliza bentonita enológica como agente clarificante. Para la clarificación con bentonita el %C fue 76.1 a los 15 días y 99.6 a las 4.5 hs con Bentonita + Enzima (PGzyme). PGzyme demostró excelentes condiciones para su aplicación en procesos de clarificación de jugos, demostrando ser igual o mejor que las enzimas comerciales y mejor que los procesos tradicionales con bentonita, otorgando mejores resultados en menores tiempos. Además, se analizaron los °Brix y pHs de los jugos previamente a la clarificación y posteriormente. La medición de estos parámetros no mostró ningún cambio significativo en el jugo al aplicar el proceso. De esta manera queda demostrado que las pectinasas de producción nacional provistas por el Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales (CINDEFI), Poligalacturonasa (PGI) de A. kawachii, PPasa-SE de G. klebahniiy PGzyme de A. sojae, presentan un amplio potencial de aplicación a diferentes procesos industriales y de particular interés a aquellos que involucran la producción frutihortícola de la región del Alto Valle de Río Negro tales como extracción de pectina, maceración de tejidos, clarificación de jugos y sidra.