CAMBIOS ESTRUCTURALES DE FILETES DE TILAPIA BIOCONSERVADOS MEDIANTE IMPREGNACIÓN CON BACTERIAS LÁCTICAS/STRUCTURAL CHANGES OF TILAPIA BIOPRESERVED FILLETS WITH LACTIC ACID BACTERIA

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RESUMEN

Antecedentes: Las bacterias ácido lácticas (BAL) como cultivos bioprotectores son una herramienta promisoria para extender de forma natural la vida útil de los productos cárnicos. Los estudios de bioconservación se han enfocado principalmente en explicar los fenómenos de deterioro químico y microbiológico del producto, pero pocos estudios reportan el efecto de la bioconservación en la estructura de los filetes de pescado. Objetivo: evaluar el efecto del tiempo de impregnación y de las cepas de BAL en los cambios de la textura de los filetes bioconservados de tilapia durante el almacenamiento. Métodos: Se obtuvieron filetes de tilapia bioconservados mediante la impregnación con las cepas Lactobacillus plantarum CPQBA 144 - 20 DRM y L. acidophilus ATCC 4356. Se evaluó el efecto del tiempo de impregnación (1 y 2 h) y el tipo de microorganismo en los cambios en la textura durante 30 días de almacenamiento. Las propiedades mecánicas de los FBT se evaluaron mediante una prueba de compresión uniaxial. Resultados: Se observó que la bioconservación con la cepa L. plantarum durante 1 h reduce significativamente (p<0,05) el ablandamiento de los filetes de tilapia durante el almacenamiento refrigerado a 5°C. Conclusiones: El tratamiento de bioconservación permitió conservar la textura de los filetes por un tiempo más prolongado, retardando la degradación de los tejidos con respecto a la muestra control. Estos resultados muestran que este método es potencialmente aplicable a procesos industriales que permitan la conservación de la textura del pescado a temperaturas de refrigeración.

Palabras clave: Bioconservación, filetes de tilapia, bacterias lácticas, textura.

ABSTRACT

Background: The Lactic acid bacteria (LAB) as bioprotectors are a promising tool for extend naturally the shelf life of meat products. Biopreservation studies have focused on explaining the chemical and microbiological spoilage, but few studies report the effect of biopreservation on the structure of the fish fillets. Objective: To evaluate the effect of impregnation time and LAB strains on the texture changes of biopreserved tilapia fillets during storage. Methods: biopreserved tilapia fillets were obtained by impregnation with Lactobacillus plantarum CPQBA 144-20 DRM and L. acidophilus ATCC 4356. The effect of soaking time (1 and 2 h) and the type of microorganism in the texture changes was evaluated for 30 days storage. The mechanical properties of the fillets were evaluated by uniaxial compression test. RESULTS: It was observed that the biopreservation with strain L. plantarum for 1 h reduced significantly (p <0.05) the softening of tilapia fillets during refrigerated storage at 5 ° C. Conclusions: The biopreservation allowed preserving the texture of fillets for a longer time, delaying the spoilage of the tissues with respect to the control sample. These results shown that this method is potentially applicable to industrial processes for the conservation of the texture of the fish at refrigeration temperatures.

Keywords: Biopreservation, tilapia fillets, lactic acid bacteria, texture.

(ProQuest: ... denotes formulae omitted)

INTRODUCCIÓN

El incremento en la demanda de los consumidores por productos libres de conservantes químicos y procesos menos agresivos de conservación, ha despertado el interés en nuevas tecnologías de preservación, entre ellas el uso de compuestos antimicrobianos de origen natural, para el desarrollo de productos cárnicos y acuícolas bioconservados, en los que la microbiota nativa de la carne es sustituida por microorganismos conservantes, reduciendo el crecimiento de microorganismos deteriorantes y patógenos, prolongando la vida útil de los productos (1, 2). Las bacterias ácido lácticas (BAL) como cultivos bioprotectores son una herramienta promisoria para extender de forma natural la vida útil de los productos cárnicos inhibiendo el deterioro y evitando procesos oxidativos (3, 4). La bioconservación de productos acuícolas con BAL se ha realizado mediante la aplicación de bacteriocinas de BAL, extractos centrifugados de BAL, impregnación con células vivas por inmersión o por aspersión (5, 6, 7). Algunos estudios (8, 9, 10) reportan el efecto de la bioconservación con BAL en filetes de pescado, mediante el cambio en la humedad, pH, actividad de agua y contenido de bases nitrogenadas volátiles, enfocándose principalmente en explicar los fenómenos de deterioro químico y microbiológico del producto, pero pocos estudios reportan el efecto de la bioconservación en la estructura de los filetes de pescado. La principal medida de los cambios estructurales en el pescado está dada por las variaciones en los parámetros de textura, la cual juega un papel importante en la aceptabilidad del consumidor y es medida mediante información extraída de las curvas de esfuerzo deformación (11). El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de la bioconservación con dos cepas de BAL en los cambios de la textura de filetes de tilapia durante el almacenamiento.

MATERIALES Y MÉTODOS

Bioconservación de los filetes

Se prepararon inóculos de las cepa Lactobacillus plantarum CPQBA 144 - 20 DRM y Lactobacillus acidophilus ATCC 4356 en el medio de cultivo recomendado por (12) para la bioconservación de filetes de tilapia con una población de 109 UFC/mL.

Obtención del filete

Se capturaron ejemplares adultos de tilapia (Oreochromis sp.) en lagos de cría cercanos a la ciudad de Cali, se transportaron en hielo hasta el laboratorio de Microbiología y Biotecnología Aplicada de la Universidad del Valle, donde se obtuvieron filetes de 100 g siguiendo las buenas prácticas de manufactura.

Tratamientos de impregnación

El filete se impregnó por inmersión en el inóculo de cada microorganismo durante tiempos de impregnación (TI) de 1 y 2 h. Como control se evaluaron filetes frescos impregnados con el medio de cultivo sin BAL. Luego de la impregnación los filetes se empacaron al vacío y se almacenaron a condiciones constantes de 5° C y 42% HR en una cámara ambiental Memmert.

Análisis de compresión uniaxial

Las propiedades mecánicas de los filetes se evaluaron mediante una prueba de compresión uniaxial usando un texturómetro (EZ-Test model, Shimadzu, Somerset, New Jersey). Se obtuvieron muestras cilíndricas del área dorsal del filete de tilapia, se comprimieron hasta una deformación del 90% con una velocidad de compresión de 10 mm/ min, registrándose los valores fuerza-distancia. A partir de estos valores se calcularon el Esfuerzo y la deformación de Hencky mediante las ecuaciones 1y 2 (13, 14, 15, 16, 17).

... (Ecuación1)

... (Ecuación2)

Dónde: F es la fuerza de compresión (N), A es el área de la sección transversal de la muestra (m2); (..HF) es la deformación de Hencky en la fractura; l es la distancia recorrida por el émbolo en contacto con en la muestra y l0 y r0 son la altura y el radio respectivamente de la muestra medidos antes de las pruebas mediante un calibrador digital.

Diseño del experimento

Se realizaron cuatro tratamientos de bioconservación (2 BAL x 2 TI) y un control. Se empleó un diseño de parcelas divididas. Para cada caso se verificaron los supuestos del modelo, se realizó el análisis de varianza ANOVA y pruebas post ANOVA de Tukey. En los casos en que la variable no cumplió los supuestos del modelo las diferencias significativas entre tratamientos se evaluaron mediante un análisis no paramétrico de Van der Waerden. Los cambios en la textura se evaluaron en los días 0, 10, 20 y 30 de almacenamiento, cada análisis se realizó por triplicado

RESULTADOS

Análisis de compresión uniaxial

La figura 1 muestra la curva típica de esfuerzo - deformación obtenida mediante el test de compresión uniaxial para los filetes bioconservados de tilapia (FBT). Inicialmente se observó una relación lineal entre el esfuerzo y la deformación, seguida de una región no lineal, en la cual el esfuerzo se incrementó hasta un punto crítico, en el cual ocurre la fractura del material. En este punto, el esfuerzo alcanza su valor máximo e inicia su descenso, mostrando una concavidad hacia abajo. Según (11) cuando se presenta este comportamiento en la curva Esfuerzo - Deformación en filetes de pescado, es debido a una ruptura interna de tejidos.

Esfuerzo en el límite de fluencia

La figura 2 muestra los promedios y las desviaciones estándar del esfuerzo en el límite de fluencia de los filetes. En todos los tratamientos se observó una tendencia decreciente durante el tiempo de almacenamiento, lo cual sugiere un ablandamiento de los filetes. Los tratamientos con tiempos de inmersión de 1 hora presentaron mayores valores de esfuerzo al final del periodo de evaluación. La muestra control presentó valores menores de esfuerzo en comparación a los FBT, indicando que el ablandamiento de los tejidos en las muestras control ocurre en menor tiempo en comparación con los FBT. Los resultados del ANOVA evidenciaron diferencias significativas (p<0,05) en los factores cepa y tiempo de almacenamiento, no se observaron diferencias significativas en el factor tiempo de impregnación ni en las interacciones de los factores. Los valores de esfuerzo fueron significativamente más bajos (p<0,05) en muestras tratadas con la cepa (L. acidophilus), lo cual sugiere que el tratamiento con esta cepa causa mayor ablandamiento de los tejidos del filete.

Módulo de deformabilidad

La figura 3 muestra los promedios y las desviaciones estándar del módulo de deformabilidad (Ed) de los FBT. En todos los tratamientos se observó una tendencia decreciente durante el tiempo de almacenamiento. Se observa que todas las muestras de FBT presentaron valores mayores de Ed en comparación con la muestra control. Estos resultados sugieren que la impregnación con BAL reduce la pérdida de dureza de los filetes durante el almacenamiento refrigerado. Los resultados del ANOVA mostraron diferencias significativas (p<0,05) en el tiempo de almacenamiento, durante el cual se observó una disminución del módulo de deformabilidad en todos los tratamientos.

Deformación de Hencky en la fractura

La figura 4 muestra el comportamiento de la deformación de Hencky (??HF) en la fractura de los FBT. Se observaron valores significativamente (p<0,05) mayores de ??HF en la muestra control que en los FBT, evidenciando mayor ablandamiento en las muestras control durante el tiempo de almacenamiento. El ANOVA mostró diferencias significativas (< 0,05) de esta variable con respecto al factor cepa, según el cual con los filetes tratados con la cepa L. plantarum presentaron menor deformación en comparación con los filetes tratados con la cepa L. acidophilus.

DISCUSIÓN

La disminución de los valores de esfuerzo y del módulo de deformabilidad está asociada al ablandamiento de los filetes durante el almacenamiento. La disminución del valor inicial del esfuerzo está relacionada con un cambio en el comportamiento elástico lineal (sólido) de la curva esfuerzo - deformación, hacia un comportamiento elástico no lineal o plástico (líquido) (18), valores menores de esfuerzo indican que el producto tiende a comportarse como un líquido. Los resultados de las propiedades mecánicas difieren de los obtenidos por (19) en filetes de salmón ahumados, salados, empacados al vacío y en atmósferas modificadas, quienes reportaron un incremento en el esfuerzo y el módulo de deformabilidad y una disminución en la deformación de Hencky en los filetes empacados al vacío y no observaron cambios significativos en las muestras empacadas en atmósferas modificadas. Otro estudio (20) reportó un efecto similar en filetes de Sparus aurata almacenados en hielo durante 22 días. Diferentes estudios han reportado que el deterioro en el tejido del pescado se debe a la actividad de las enzimas autolíticas, las cuales tienen un efecto importante sobre la textura y plantean que la reducción de la dureza es una consecuencia del debilitamiento del tejido conectivo (20, 21). Las características reológicas del músculo del pescado están determinadas por las proteínas miofibrilares y las del tejido conectivo. El músculo del pescado está dividido por finas membranas de tejido conectivo o mioseptos, en segmentos compuestos por fibras musculares conocidas como miotomas, situadas paralelamente al eje longitudinal del pez (22, 23). Existen varios sistemas proteolíticos en el músculo del pescado, que pueden estar involucrados en la degradación post mortem de las proteínas, incluyendo proteasomas, proteinasas alcalinas sensibles al calor, calpaínas y catepsinas lisozomales. La actividad de estas enzimas endógenas en el músculo de pescado se ha reportado como un factor de degradación de la textura del pescado durante el almacenamiento refrigerado (24). Los cambios en las propiedades mecánicas de los filetes de tilapia están relacionados con cambios en la conformación estructural de las proteínas, principalmente causado por la actividad proteolítica de dos sistemas enzimáticos: el sistema calpaína y el de catepsinas lisozomales, conocidos por hidrolizar las proteínas miofibrilares durante el almacenamiento post mortem del filete, que conduce al ablandamiento del pescado (13, 25, 26). Las calpaínas tienen una actividad óptima a valores de pH cercanos a la neutralidad, mientras la actividad óptima de las catepsinas se presenta en ambientes ácidos (27, 28). Los resultados obtenidos de las propiedades mecánicas de los FBT evidencian que la bioconservación de filetes de tilapia con BAL retarda el ablandamiento de los tejidos, a pesar de la disminución del pH. De acuerdo con (28, 29), la presencia de BAL en productos cárnicos causa la inactivación de las calpaínas y la activación de las catepsinas, lo que podría generar mayor grado de proteólisis y la consecuente degradación del filete. Sin embargo, se ha reportado el efecto del pH e inhibidores de proteinasas en filetes de Gadus morhua L., observando que la impregnación con soluciones de pH 5,7 causa un mayor grado de proteólisis de los filetes, pero puede ser contrarrestada en presencia de algunos inhibidores enzimáticos (29). Aunque no se han reportado estudios de la inhibición enzimática de las BAL, de acuerdo a lo reportado por los autores mencionados, los resultados obtenidos en la presente investigación, sugieren que las BAL empleadas podrían ejercer una acción retardante de la acción de las catepsinas, causantes de la degradación del filete de tilapia, retardando el daño en la textura.

CONCLUSIONES

Los estudios de la textura de los FBT evidenciaron diferencias entre las dos cepas empleadas, mostrando que la cepa L. plantarum causa menor ablandamiento en los filetes independiente del tiempo de impregnación empleado, mostrando que la bioconservación retarda la degradación y ablandamiento de tejidos, con respecto a la muestra control.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a Colciencias y a la Universidad del Valle por la financiación de la investigación.

References

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