EXPERIENCIA

Línea de investigación en tecnología de alimentos de origen animal y aplicación de tecnologías emergentes en ciencia de la carne, 4 artículos publicados en revistas indexadas del JCR, un capitulo en un libro, además de experiencia laboral en plantas procesadoras de carne.
 

INTRODUCCIÓN

Actualmente la industria alimentaria mundial tiene como objetivo ofrecer alimentos naturales, saludables y seguros de alto valor nutricional con una vida de anaquel más extensa [1]. Además, en lo que respecta al consumo de alimentos, los consumidores son más conscientes de la salud y de la calidad, la seguridad y el respeto al medio ambiente. Para los consumidores, los aspectos más relevantes de la salud alimentaria son los ingredientes, los datos nutricionales y los aditivos, mientras que el empaque, el origen de los alimentos y el tipo de producción están asociados con el impacto ambiental [2]. A este respecto, para prolongar la vida de anaquel, los métodos físicos y no invasivos se han vuelto importantes ya que pueden mejorar la eficiencia del procesamiento. Uno de los métodos utilizados para el procesamiento de alimentos es el ultrasonido de alta intensidad (UAI) [3]. En la última década se ha utilizado el UAI solo o en combinación con otros métodos para mejorar las características de calidad de la carne, como la capacidad de retención de agua, el pH o la blandura. Anteriormente, el ultrasonido se ha utilizado para modificar las propiedades funcionales de las proteínas, prolongar la vida útil y para la inactivación de microorganismos en la carne y sus derivados [4]. La alta intensidad (> 1 W/cm²) y el ultrasonido de baja frecuencia (20-100 kHz) generan burbujas de cavitación que causan modificaciones físicas y químicas en los tejidos musculares [5]. Se han llevado a cabo varios estudios para determinar el efecto del UAI en la calidad de la carne de res, y se han informado de efectos favorables en la terneza de la carne [6,7]. Hasta ahora, hay muchos estudios de ultrasonido sobre la calidad de la carne de res, y la gran mayoría se han centrado en los cortes de alto valor comercial (L. dorsi y Semitendinosus), sin embargo, la información sobre el efecto del UAI en los músculos con un valor comercial menor (es decir, más duro y más rojo) es escasa. Asimismo, la mayoría de los informes científicos se basan en los músculos de las razas europeas y hasta ahora, no se ha llevado a cabo ningún estudio centrado en el uso de ultrasonidos sobre las propiedades de razas autóctonas mexicanas de bovinos. 

Las razas autóctonas o criollas de ganado se han vuelto cada vez más importantes para la producción sostenible de carne. Su evolución natural en determinadas regiones/condiciones les ha otorgado ventajas sobre las razas convencionales como el Angus, ya que pueden consumir dietas de baja calidad con una mayor eficiencia que conduce a producir proteínas con menor impacto ambiental en el suelo y la vegetación [8,9,10]. Sin embargo, la carne producida de razas criollas no siempre satisface las necesidades de la industria de la carne, por lo que esta carne se comercializa a través de mercados de nicho de menor escala [11,12]. El ganado Criollo Rarámuri es una raza autóctona de las montañas Chihuahua de México. Aunque estos animales se utilizan principalmente para el rodeo, también pueden ser utilizados para la producción de carne [13,14]. Los productores que crían ganado Criollo Rarámuri están interesados en producir carne para satisfacer la creciente demanda de carne de caza en los Estados Unidos, ya que esta raza se cría en la frontera entre México y Estados Unidos [15]. En 2015, el mercado de la carne orgánica y de gama libre en los Estados Unidos se valoró entre $1 mil millones y $3 mil millones [16]. Sin embargo, experiencias anecdóticas han creado una percepción errónea sobre las propiedades texturales de la carne de Criollo en el mercado, destacándola como dura y seca. Hasta la fecha, hay muy poca información sobre la terneza, el color y la capacidad de retención de agua de la carne de Criollo Raramuri. Además, no hay informes sobre los efectos del ultrasonido en las propiedades físico-químicas de la carne de Criollo Rarámuri. Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue determinar los parámetros de calidad de L. dorsi y T. brachii de la raza Criollo Rarámuri Criollo, así como el efecto del UAI en la terneza y la microestructura. La hipótesis era que la aplicación de ultrasonido mejoraría la calidad de la carne de Criollo Rarámuri.

MATERIALES Y MÉTODOS

Animales

La carne de este estudio se obtuvo de ganado Criollo Rarámuri alimentado en pastos hasta 17 meses, terminado durante tres meses con un concentrado (18% de proteína cruda) [17] y pastado en praderas a base de alfalfa y rye grass. Los animales fueron sacrificados (casi 30 m de edad) en el rastro municipal de la ciudad de acuerdo con el Reglamento Oficial Mexicano [18]. Se separaron de las canales los músculos Longissimus dorsi (n = 3) y Triceps brachi (n= 3). Estos músculos fueron seleccionados porque son de diferentes regiones anatómicas y tienen diferentes valores comerciales. El L. dorsi es un músculo suave de alta calidad y el T. brachii es considerado músculo duro con un bajo valor comercial [19].

Muestras de carne

Se eliminó la grasa subcutánea y el tejido conectivo de cada músculo. Se cortaron los músculos perpendicularmente a la dirección de la fibra muscular en 144 muestras de 2.5cm de espesor (n=72 L. dorsi y n=72 T. brachii). Cada muestra fue asignada aleatoriamente a uno de los 24 tratamientos: Se aplicaron dos tiempos de sonicación (tiempo 0, que es el control, y 20 min), seis tiempos de almacenamiento (0, 3, 6, 9, 12 y 15 días a 4 °C) y dos músculos (L. dorsi y T. brachii), resultando en un diseño experimental de factores completamente aleatorio con 3 factores (factor de tiempo de HIU en dos niveles, factor de tiempo para almacenar en seis niveles, y factor de tipo muscular en los dos niveles): 2 (tipos de músculos) x 6 (períodos de almacenaje) x 2 (tip de músculo) = 24. Por lo tanto, el experimento tuvo 24 tratamientos y 6 repeticiones (n=144). A excepción del control que no fue sonicado, cada muestra fue inmediatamente individualmente envasada al vacío, sonicada y almacenada a 4 °C para análisis experimentales.

Tratamiento de ultrasonido

La sonicación se realizó en un baño (Elmasonic^® modelo de marca Xtra ST, Singen, Alemania) con una capacidad de 30 L utilizando agua destilada como medio de difusión. La temperatura del agua se mantuvo en un rango de 4.7-6 °C utilizando un enfriador de inmersión (Julabo^® modelo FT402, Seelbach, Alemania). El tratamiento de ultrasonido se realizó a una frecuencia de 45 kHz con una intensidad de 11 W/cm2 durante 20 minutos. Los tratamientos fueron de 0 min (prueba de control, sin sonicación) y 20 min de ultrasonido. Después del tratamiento, las muestras se almacenaron a 4 °C durante 0, 3, 6, 9, 12 y 15 días. El efecto del ultrasonido y el almacenamiento en la terneza de la carne se midió en el día 0 inmediatamente después de la sonicación y se comparó con el esfuerzo de corte de la carne de cada período de almacenado. 

Esfuerzo de corte

El esfuerzo de corte se determinó utilizando la metodología de la American Association for Meat Science [23]. La cual consiste en cocinar las muestras hasta que la carne alcanzaba una temperatura de 70 ± 1 °C en el centro geométrico. Posteriormente, las muestras se almacenaron a 4 °C durante 24 horas, luego se obtuvieron 6 cilindros con un diámetro de 12.7 mm por muestra utilizando un golpe de agujero eléctrico, teniendo en cuenta que éstos estaban paralelos a la orientación longitudinal de las fibras musculares. Los cilindros fueron cortados con una hoja de Warner Bratzler en forma de "V" (60° abertura triangular) a una velocidad de 2.0 mm/s. La fuerza máxima (expresada en kg) para cortar cada cilindro transversalmente se registró con un analizador de textura TA-TX-plus (Stable Micro Systems Ltd., Surrey, UK).

Microscopia electrónica de barrido (MEB)

Se utilizaron tres tratamientos para el análisis de MEB: control y tratamiento de UAI a 0, 6 y 15 d de almacenamiento. Las muestras cúbicas (0.5 cm3) se cortaron bajo un estereoscopio (Carl Zeiss^®, Oberkochen, Alemania) de la superficie de las muestras sonicadas y no sonicadas y se fijaron usando una solución de glutaraldehído 2.5% diluida en una solución tampón de fosfato (pH 7.2). Posteriormente, los cubos fueron deshidratados en etanol a 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 2×100% durante 40 min. Las muestras fueron secadas en un punto crítico utilizando CO2 como secador de líquidos de transición (Samdri-780A Tousimis, Rockville, EE.UU.) después de lo cual fueron recubiertas con oro-paladio (JEOL, JFC-1100, Tokio, Japón) para favorecer la conducción para el microscopio electrónico de barrido (JEOL JSM 6390 SEM, Peabody, USA). Esto se realizó utilizando una tensión de aceleración de 5 kV y obtención de micrografos con magnificaciones de 200× para caracterizar fibras y espacios entre fibras musculares. 

Análisis estadístico

Los datos de esfuerzo de corte se analizaron utilizando el procedimiento de modelo lineal general de GLM con un nivel de confianza del 95%. Se utilizó un diseño experimental completamente aleatorio que incluía tres factores, el tiempo de ultrasonido (2), el tipo de músculo (2) y los días de almacenamiento (6), así como sus posibles interacciones, resultando en un diseño factorial (2 x 2 x 6). Se utilizó la prueba Tukey para determinar diferencias significativas en los medios de ultrasonido, tiempo de almacenamiento y tratamientos musculares. Todos los análisis se realizaron utilizando el paquete estadístico SAS 9.4 [20].

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Esfuerzo de corte (EC)

Para EC, se observó el efecto del tratamiento con ultrasonido, el tipo de músculo, el tiempo de almacenamiento y su interacción (p < 0,05). En general, las muestras sonicadas presentaron valores de EC menores que el control. Entre los diferentes músculos, T. brachii presentó un valor de EC mayor con respecto a L. dorsi durante el almacenamiento, y el valor más bajo se observó el día 0 con una tendencia a aumentar el día 3 y permanecer constante durante el período de almacenado. (Tabla 1). La aplicación de UAI ha sido estudiada por Peña-González et al. [7] como un método para mejorar la terneza de la carne fresca reduciendo el EC de la carne. Esos autores no informaron de ningún efecto perjudicial del UAI en otros parámetros de calidad como el color, pérdida por goteo y retención de agua. Esta reducción del EC se ha atribuido a una serie de factores físicos y químicos desencadenados por el tratamiento con ultrasonido. Tales efectos resultan en la alteración y descomposición de la estructura de las fibras musculares que promueven la proteólisis y la desnaturalización de las proteínas debido a la activación de enzimas endógenas como catepsinas y/o calpaínas [21] que aceleran los procesos de maduración y fragmentación de macromoléculas de colágeno [22]. En este estudio, el EC disminuyó inmediatamente después de la sonicación, con valores más bajos que el tratamiento control (Tabla 1). Estos resultados son consistentes con los observados anteriormente [7, 23] cuando se aplica UAI a la carne de res. Los efectos favorables reportados en la terneza de la carne después de un corto tiempo de aplicación de UAI también fueron evidenciados en el presente estudio. Este es un resultado muy prometedor ya que la blandura de la carne de la raza Criollo Rarámuri se puede mejorar con el uso de ultrasonido. El efecto tenderizante del UAI en la carne podría estar relacionado con la activación de las calpaínas, la actividad proteolítica involucrada en la degradación de proteínas que inducen la tenderización de la carne [24]. En este estudio, un factor importante que influyó en la resistencia de la carne de res fue el tipo de músculo, lo que llevó a diferencias en valores de EC entre L. dorsi y T. brachii (Tabla 1). Diferentes tipos de fibras musculares pueden ayudar a explicar las variaciones en EC. Durante el almacenamiento, las proteínas sarcoplasmáticas y las fibras de cambio lento (tipo I o rojo) son menos susceptibles a la proteólisis que la proteína muscular glucolítica de cambio rápido (tipos IIb o blanco) [25]. Esto significa que los músculos con fibras blancas son más suaves que los de fibras rojas. Las observaciones del presente estudio coinciden con esto ya que L. dorsi es un músculo con mayor contenido de fibras blancas, era más suave que el T. brachii donde predominan las fibras rojas. Los valores de SF de este estudio son inferiores a los reportados por Orellana et al. [23] tanto para los tratamientos de control como sonicados. Los valores de terneza encontrados en este estudio permitieron clasificar la carne de las dos razas como "blando" [26]. La diferencia entre los valores se puede atribuir a la raza de ganado, sistema de alimentación y tratamiento con ultrasonido. 

Microestructura

Las figuras 1 y 2 muestran los cambios microestructurales en los músculos L. dorsi y T. brachii después del tratamiento de ultrasonido y almacenados durante 0, 6 y 15 d. En estas figuras, se pueden observar algunas alteraciones estructurales como la desorganización del arreglo miofibrilar en ambos músculos inmediatamente después del tratamiento con ultrasonido y durante el almacenamiento. En general, las fibras musculares tienden a separarse entre sí en ambos músculos durante un tratamiento con ultrasonido durante 20 minutos. Las muestras que fueron sonicadas durante 20 minutos mostraron un aumento en la zona interfibrilar de ambos músculos con el mismo tiempo de almacenamiento. Esto indicó un efecto en la estructura del tejido conectivo ya que en ambos casos; el espacio interfibrilar de las muestras tratadas de ambos músculos tendía a aumentar con el tiempo de almacenamiento. También se encontró que la zona interfibrilar disminuyó sólo el día 6 en el músculo L. dorsi. La disminución encontrada en la zona interfibrilar de ambos músculos en el día 6 del almacenamiento se puede atribuir a la baja cantidad de tejido conectivo. Estos resultados coinciden con los reportados por Carrillo-López et al. [27] que observaron un aumento del espacio interfibrilar en L. dorsi inmediatamente después de la ecografía a 37 kHz con intensidades de 16 y 28 W/cm². 
 

Por el contrario, González-González et al. [6] observaron cambios visibles en la estructura de las fibras de tres músculos (Longissimus lumborum, Infraspinatus y Cleidoccipital) sometidos a ultrasonido a 40 kHz con una intensidad de 11 W/cm2 durante 80 min. Sin embargo, no reportaron efecto del tratamiento sobre el espacio interfibrilar. La estructura compactada a 6 d de almacenamiento parece estar relacionada con cambios en la estructura de las proteínas miofibrilares (miosina). Según Li et al. [28], el tratamiento ultrasónico en suspensiones de pasta de pollo aumenta la resistencia, uniformidad y compacidad del gel debido a los cambios en la estructura secundaria de las proteínas (menos hélices alba y más hélices beta). El ultrasonido parece inducir la oxidación de las proteínas debido a la formación de enlace cruzado y agregado proteico, con efectos negativos en la terneza [29]. El cuadro 1 confirma el aumento de la fuerza de corte de L. dorsi junto con el tiempo de almacenamiento. Si bien se observaron cambios en el espacio interfibrilar a 15 d de almacenamiento, la dureza muscular no disminuyó al final del período de almacenaje. Hay evidencia de que los ultrasonidos de baja frecuencia y de alta intensidad inducen cambios de la estructura muscular [7, 26]. Peña-González et al. [7] observaron un aumento en la distancia entre las fibras y un aumento de la terneza de L. dorsi al aplicar ultrasonido durante 60 minutos después del almacenamiento. Sin embargo, esos autores [7] aplicaron ultrasonido después de que la carne se había almacenado. 
 

CONCLUSIONES

La aplicación de ultrasonido de alta intensidad durante 20 minutos a músculos Triceps brachii y Longissimus dorsi mostró una disminución de la fuerza de corte sin efectos negativos en el color. El uso de ultrasonidos a una frecuencia de 45 kHz y una intensidad de 11 W/cm2 durante 20 minutos ofrece una técnica alternativa para la tenderización de la carne. Se necesitan más investigaciones para caracterizar otras características de calidad de la carne del ganado Criollo Rarámuri ya que la información sigue siendo escasa. 
 

REFERENCIAS
 

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