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 RAMÍREZaalmaramirez@hotmail.comPROGRAMA 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).

DICIEMBRE 2017 218 UNIVERSITARIOS POTOSINOS 5SEMIVITRIFICACIÓN DE ESCAMOLES

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.

UNIVERSITARIOS POTOSINOS 218 DICIEMBRE 20176 FLORES, A., GRAJALES, A. Y RUIZ, M. PÁGINAS 4 A 10

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

DICIEMBRE 2017 218 UNIVERSITARIOS POTOSINOS 7SEMIVITRIFICACIÓN DE ESCAMOLES

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

DICIEMBRE 2017 218 UNIVERSITARIOS POTOSINOS 9

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

UNIVERSITARIOS POTOSINOS 218 DICIEMBRE 201710

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.