Volumen XXV, Número 1
BIOTECNIA, 2023, 25, Número 1 (enero - abril), es una publicación electrónica cuatrimestral
editada por la Universidad de Sonora, a través de la División de Ciencias Biológicas y de la
Salud, con domicilio en Blvd. Luis Encinas y Rosales s/n, Col Centro, Hermosillo, Sonora,
México, C.P.83000, página web: https://www.biotecnia.unison.mx, correo
electrónico: biotecnia@unison.ciencias.mx. Editor responsable del número: Jesús Adriana Soto
Guzmán.
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otorgados por el Instituto Nacional del Derecho de Autor. Las opiniones expresadas por los
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Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)
Volumen XXV, Número 1
Contenido
Arculos de revisión
pp. 51 - 60
Inclusión dietaria de clinoplolita como adivo en la producción de rumiantes
pp. 147 - 155
Métodos de extracción, funcionalidad y bioacvidad de saponinas de Yucca: una revisión
pp. 156 - 168
Fuentes dietarias, biodisponibilidad y efectos en la salud de carotenoides
Arculos originales
pp. 5 - 13
Composición química, acvidad anoxidante y citotoxicidad de extractos de ores de Magnolia
grandiora L. encontradas en el sureste de México
pp. 14 - 23
Esmación del riesgo microbiológico asociado al consumo de osón crudo contaminado con Vibrio
cholerae y Vibrio parahaemolycus
pp. 24 - 33
Antagonismo de cepas de Trichoderma aisladas en Tanaxuri, Michoacán, México contra patógenos
del aguacate (Persea americana Mill)
pp. 34 - 42
Efecvidad biológica de extractos de Agave striata y Fouquieria splendens contra Clavibacter
michiganensis Subps. michiganensis.
pp. 43 - 50
Caracterización sicoquímica, tecno-funcional y anoxidante de la piel plateada del café
pp. 61 - 66
Extractos polifenólicos de las hojas de Ilex paraguariensis y Larrea divaricata y su potencial
anoxidante y anCOVID-19
pp. 67 - 80
Evaluación de consorcios micorrícicos arbusculares navos en interacción con niveles de fósforo en
la promoción del crecimiento y fotosíntesis de Stevia rebaudiana Bertoni
pp. 81 - 87
Efecto de bioesmulantes microbianos en el tamaño y peso de frutos de chile morrón y jitomate en
condiciones protegidas de macrotúnel
pp. 88 - 93
Acvidad anoxidante, tóxica y anmicrobiana de Rosmarinus ocinalis, Ruta graveolens y Juglans
regia contra Helicobacter pylori
pp. 94 - 99
Trichoderma harzianum y espinosina en el control de gorgojo del trigo Sitophilus granarius (L.
1758)
pp. 100 - 108
Efecto de la estacionalidad en la calidad microbiológica y sicoquímica de leche de cabra producida
en el centro de Veracruz, México
pp. 109 - 115
Desarrollo y caracterización de películas acvas con nanoparculas de plata obtenidas mediante
síntesis verde
pp. 116 - 125
Evaluación de películas comesbles de quitosano, agar y tomillo para mantener la calidad de frutos
de aguacate ‘Hass’ durante su almacenamiento
pp. 126 - 132
Propuesta de un modelo de síndrome metabólico en ratones CD1 inducido con una dieta
hipercalórica
pp. 133 - 139
Factores asociados a la infección por el virus del papiloma humano en mujeres del noroeste de
México
pp. 140 - 146
Conabilidad de PCR en punto nal para el diagnósco de ebre manchada por Rickesia rickesii
en hisopado de piel y orina de pacientes hospitalizados en Sonora
pp. 169 - 176
Evaluación de la suscepbilidad a anbiócos y perles genécos (ERIC-PCR) de especies
Enterococcus, aislados de vísceras de pollo
pp. 177 - 183
Inuencia de la temperatura en la infecvidad de Fusarium oxysporum f. sp. vanillae en Vanilla
planifolia y en híbridos V. planifolia x V. pompona
pp. 184 - 192
Rendimiento forrajero, grano y calidad del garbanzo (Cicer arienum L.) po Desi
5
Volumen XXV, Número 1
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
5
Chemical composition, antioxidant activity and cytotoxicity of ower
extracts from Magnolia grandiora L. found in southeast Mexico
Composición química, actividad antioxidante y citotoxicidad de extractos de ores de
Magnolia grandiora L. encontradas en el sureste de México
Tomas Rivas-Garcia1*, Jorge Alberto Alejandre-Rosas2, Ángel Ramos-Ligonio2, Marisol Castillo-Morales2, Juan José
Reyes-Pérez3 y Berenice Esquivel-Valenzuela4
CONACYT-Universidad Autónoma Chapingo, Carretera Federal México-Texcoco km ., San Diego , México.
Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Veracruzana, Oriente , Col. Rafael Alvarado, Orizaba , Veracruz,
México.
Universidad Técnica Estatal de Quevedo, Av. Quito Km . Vía a Santo Domingo, Quevedo, Los Ríos, Ecuador.
Universidad Autónoma Chapingo, Unidad Regional Universitaria de Zonas Áridas, Carretera Gómez Palacio-Ciudad Juárez,
domicilio conocido, Bermejilo , Durango, México.
*Autor para correspondencia: Tomas Rivas-Garcia
Correo electrónico: tomas.rivas@conacyt.mx
Recibido: 21 de abril del 2022
Aceptado: 13 de septiembre de 2022
ABSTRACT
Some reports state that dierent structures of M.
grandiora contain bioactive components. Nonetheless,
phytochemical studies reported that the extracted essential
oils are chemically dierent and remarkably variable in their
qualitative and quantitative compositions. Further studies
on the Mexican M. grandiora needs to be done. Thus, the
research aimed to characterize a) the chemical composition,
b) the antioxidant activity and c) cytotoxicity eect of two M.
grandiora ower extracts. The chemical composition was
evaluated by phytochemical test followed by thin layer chro-
matography, UV-Vis and FTIR spectrophotometer analysis.
The antioxidant activity of the ower extracts was measured
by the free radical-scavenging activity (ABTS) and the stable
radical of 2,2-diphenyl-1-picryl-hydrazyl (DPPH) methods,
and the cytotoxicity by an Artemia salina bioassay. Water and
ethyl ower extracts showed the presence of organic chro-
mophores such as avonoids. Both extracts (ethyl and water)
demonstrated antioxidant activity by both ABTS (459.6 ± 8.5
and 274.2 ± 5.7 µmol TE/g, respectively) and DPPH (3210.4 ±
2.5 and 219.7 ± 0.9 µmol TE/g, respectively) methodologies,
and non-cytotoxic activity (LC50, µg/mL) (1285 ± 14 and 1116
± 15, respectively). The water and ethyl extracts of M. gran-
diora owers found in southeast Mexico are a promissory
source of chemical compounds with attributed biological
activity according to the presented results.
Key words: Bioactive compounds; Biological activity; Medi-
cinal plants.
RESUMEN
Algunos estudios arman que diferentes estructuras
de M. grandiora contienen componentes bioactivos.
No obstante, los estudios toquímicos indican que los
aceites esenciales extraídos son químicamente diferentes y
notablemente variables en sus composiciones cualitativas
y cuantitativas. Es necesario realizar más estudios sobre M.
grandiora cultivada en México. Por ello, el objetivo de esta
investigación fue caracterizar a) la composición química,
b) la actividad antioxidante y c) el efecto citotóxico de
dos extractos de ores de M. grandiora. La composición
química se evaluó mediante una prueba toquímica
preliminar seguida de cromatografía en capa na y análisis
espectrofotométrico mediante UV-Vis y FTIR. La actividad
antioxidante de los extractos de ores se midió por el
método de la actividad reductora de radicales libres (ABTS)
y el método de radicales estables de 2,2-difenil-1-picril-
hidrazilo (DPPH) y la citotoxicidad por un bioensayo de
Artemia salina. Los extractos acuoso y etílico de ores
mostraron la presencia de cromóforos orgánicos como los
avonoides. Ambos extractos (etílico y acuoso) demostraron
actividad antioxidante tanto por ABTS (459.6 ± 8.5 y 274.2 ±
5.7 µmol TE/g, respectivamente) y DPPH (3210.4 ± 2.5 y 219.7
± 0.9 µmol TE/g, respectivamente); y actividad no citotóxica
(CL50, µg/mL) (1285 ± 14 y 1116 ± 15, respectivamente). Los
extractos acuosos y etílicos de las ores de M. grandiora
encontradas en el sureste de México son una fuente
promisoria de compuestos químicos con actividad biológica
atribuida por los resultados presentados.
Palabras clave: Actividad biológica; Compuestos bioactivos;
Plantas medicinales
INTRODUCTION
The family Magnoliaceae consists of 12 genera with
approximately 210 owering plant species (Morshedlo et al.,
2017). Magnolia grandiora is a genus distributed in tropi-
cal-subtropical regions on America and Asia as ornamental
trees, with economic importance as a source of aromatic
large cup-shaped owers (Lee et al., 2011; Farag and Al-Man-
dy, 2013). It has been used in American, Asian and Indian
traditional medicine for centuries with attributed properties
such as anxiety, nervous disturbance and pain controller, as
well as antiseptic agent, diaphoretic, anti-inammatory, anti-
septic, and stimulant agent (Latif et al., 2017; Ma et al., 2020).
In Mexican traditional medicine it has been used as treatment
against epilepsy, spams, inammatory and infertility diseases
(Dominguez-Yescas and Vázquez-García, 2019).
DOI: 10.18633/biotecnia.v25i1.1680
6Volumen XXV, Número 1
6
Rivas-Garcia et al: Biotecnia / XXV (1): 5-13 (2023)
Many reports state that dierent plant structures
of M. grandiora contain active compounds such as ses-
quiterpenoides (Hong et al., 2007), coumarins (Hussein
and El-Anssary, 2019), phenylpropanoids (Cao et al., 2021),
lignans (Schühly et al., 2009), glycosides (Wang et al., 2019),
alkaloids (Cho et al., 2022), among others (Lim, 2014). These
compounds have demonstrated biological activities such as
antitumor (Chilampalli et al., 2011), antimicrobial (Chang et
al., 1998), anti-inammatory (Kim and Cho, 2008), anti-tyros-
inase (Huang et al., 2012), anti-allergic (Niitsuma et al., 2001),
cardioprotective (Ho and Hong, 2012) and antiviral (Lan et al.,
2012) activities. Moreover, in the cosmetic industry, M. gran-
diora is used because of its anti-inammatory and anti-acne
activities exerted by its biphenols magnolol and honokiol
active compounds (Mukherjee et al., 2011).
Flowers of M. grandiora are an important source of
essential oils which are extracted with aqueous and alcoholic
based techniques (Davé et al., 2012). These volatile oral sub-
stances are mainly monoterpenoids, sesquiterpenoids and
phenylpropanoids formed by the mevalonato-methyl eryth-
ritol phosphate (MEP) and shikimate pathways (Averesch
and Krömer, 2018). The most common reported chemical
constituents in M. grandiora owers are β-elemene, ger-
macrene, bicyclogermacrene, D, β-elemene, (E)- β-ocimene,
β-Caryophyllene, cyclocolorenone and geraniol (Baez et al.,
2012; Davé et al., 2012; Lim, 2014; Morshedloo et al., 2017).
The antioxidant capacity exerted by many of these com-
pounds was eective against cancerous cell proliferation
without cytoxiticy (Li et al., 2009; Farag and Al-Mahdy, 2013;
Raut and Karuppayil, 2014).
Nonetheless, phytochemical studies reported that the
extracted essential oils are chemically dierent and remark-
ably variable in their qualitative and quantitative composi-
tions (Morshedloo et al., 2017) due to methods of extraction,
environmental conditions, developmental stages of owers
and genetic factors (Lim, 2014). Moreover, further studies
regarding chemical compositions, antioxidant capacity and
cytotoxicity of Mexican M. grandiora owers to evaluate its
potential applications are necessary (Sánchez-Recillas et al.,
2014; Vázquez-García et al., 2015). Hence, the objective of the
present study was to characterize a) the chemical composi-
tion, b) the antioxidant activity and c) cytotoxicity eect of
two M. grandiora ower extracts.
MATERIALS AND METHODS
Plant material and chemicals
Flowers of M. grandiora were collected during a rain
period on June 2018 from cultivated trees in the Orizaba,
Veracruz Faculty of Chemical Sciences at Universidad
Veracruzana. The collected owers were located on
tomentose pedicels, erect, solitary, large, up to 20 cm in
diameter. They had 6-12 white petals, narrowed at the base,
and three sepals with a petaloid appearance, as well as both
reproductive organs in the same ower. Guidelines on Good
Agricultural and Harvesting Practices (GAP) for medicinal
plants were followed (WHO, 2003). All the chemicals and
solvents were obtained from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO).
Plant extracts preparations
The M. grandiora owers were washed and then
air-dried. The plant material was homogenized in a mortar
and then sieved using a 3.2 mm sieve. In order to obtain 2 %
(m/v) aqueous and ethyl extracts, 2 g of plant material were
mixed with 100 mL of double distilled water (DDW) or 100
mL of ethyl alcohol (96 %), respectively. The aqueous extract
was heated to boil for 10 min, ltered with qualitative lter
paper disks (Munktell, grade 388), and then concentrated
by lyiophilization for a week (lyophilizer, LABCONCO). The
ethyl extract was hot continuous percolated over 72 h using
Soxhlet apparatus, ltered with qualitative lter paper disks,
and then concentrated under reduced pressure in a rotary
evaporator (Buchi, RE111). The ower plant extracts were
stored in amber asks at 4 °C until use.
Preliminary phytochemistry of plant extracts
The preliminary phytochemical properties of the
ower extracts were examined for the presence of alkaloids
(Dragandro´s reagent, Wagner´s reagent and Sonneschain´s
reagent) avonoids (Shinoda test and Zinc-Hydrochloride
test), glycosides (Legal test, H2SO4 test and Borntrager`s test),
saponins (Froth forming test), tannins (FeCl3 test, Vanilin-Hy-
drocloride test and alkaline test) and triterpenoids (Liberman
test, Salkowsky test and Noller test), as described by Okeulu
and Chinwe (2001). All tests were performed in triplicate.
Qualitative analysis by thin layer chromatography
Thin layer chromatography (TLC) on analytical plates
over 10 cm x 20 cm silica gel 60 (Art. 1.05641) was performed
in order to separate the plant extracts metabolites. Dierent
solvent systems with dierent polarities were prepared and
TLC studies performed to select the solvent system for a bet-
ter resolution. The methodology was performed as follows: 1)
Flower extracts solutions were applied on 6 mm bands, 5 mm
from the bottom, 12 mm from the left edge, 4 mm apart by
means of Linomat IV (Camag) on pre-coated (0.25 mm layer,
Merck) TLC plates by using capillary tubes, 2) TLC was develo-
ped in a crystal chamber using hexane-Ethyl acetate (5:5 and
2:8), 3) TLC plates were dried with Camag TLC plate heater
at 110 °C for 20 min, and observed under ultra violet light at
254 and 365 nm respectively, 4) Then, they were sprayed with
iodine and vanillin solutions as spraying reagents, 5) Finally,
the development of color in separated bands was analyzed
and expressed by its retention factor (Rƒ) with the formula:
Rƒ =Distance travel by solute
Distance travel by solvent
(1)
UV-VIS and FTIR spectroscopic analysis
Flower extracts were examined under visible and UV
light for proximate analysis. For UV-VIS and FTIR spectropho-
tometer analysis (Karpagasundari and Kulothungan, 2014),
the ower plant was centrifuged at 3000 rpm for 10 min
and ltered through Whatman No. 1 lter paper with a high-
pressure vacuum pump. The sample was diluted 1:4 with
7
Volumen XXV, Número 1 7
Rivas-Garcia et al: Chemical composition, antioxidant activity and cytotoxicity / XXV (1): 5-13 (2023)
the aqueous and methanol solvents respectively. The ower
extracts were scanned within a wavelength range of 200-800
nm using a CARY 50 VARIAN (Amsterdam, The Netherlands)
and the characteristic peaks were detected. The peak values
from the UV-VIS and FTIR were recorded and the analysis
repeated twice for the spectrum conrmation.
In vitro antioxidant activity
The ower extracts of M. grandiora were tested for
in vitro antioxidant activity by the standard methods. The
total phenols content was quantied by the Folin-Ciocalteu
method (Singleton and Rossi, 1965). An aliquot (0.5 mL) of
each diluted polar extract was mixed with deionized water
(35 mL) and 2.5 mL of Folin-Ciocalteu reagent; after 3 min of
incubation, a sodium carbonate solution (20 % in water) (5
mL) was added. The solution was incubated at 70 °C for 20
min and then adjusted to 50 mL with deionized water. The
UV-VIS absorbance was read at 750 nm (CARY 50 VARIAN;
Amsterdam, The Netherlands). The results were expressed as
mg gallic acid equivalent per gram of dry weight (mg GAE/g
DW). For calibration curve, gallic acid concentrations were
used between 0.05 - 0.5 mg/mL (R2 = 0.99).
The method described by Medda et al. (2021) with
some modications was used to quantify the ABTS radical
scavenging activity. The ABTS+ cation radical was produced
by mixing ABTS stock solution (7 mM in water) and 2.45 mm
potassium persulfate at a 1:0.5 ratio respectively, and stored
in the dark at room temperature for at least 16 h before use.
The ABTS radical was diluted with water until an absorbance
at 734 nm reached a 0.7 value. The ABTS solution was pre-
pared fresh before each analysis. Each ower extract (7.5 µL)
was mixed with 1000 µL of ABTS diluted. The reaction mix
was incubated for 30 min in the dark at room temperature
and the absorbance was immediately read at 734 nm using
a CARY 50 Scan UV143 Vis VARIAN spectrophotometer (Am-
sterdam, The Netherlands). The calibration curve was prepa-
red using a range of 0 - 4 mM (R2 = 0.98) of Trolox reagent. The
radical scavenging activity was estimated by the decrease of
absorbance and expressed as the Trolox equivalent (TEAC)
ABTS per mL of essential oil or component as follows:
% ℎ = ( − )
100
(2)
Where Cabs is the control absorbance at t = 0 (contai-
ning all reagents except the test compound), and Sabs is the
sample absorbance of the test compound after 30 min. The
results were expressed in µmol TE/g extract. All determina-
tions were performed in triplicate. Antioxidant activity was
expressed as IC50, dened as the concentration of the test
material required to cause a 50 % decrease in initial ABTS
concentration.
The antioxidant activity of the ower extracts was
also measured by the stable radical of 2,2-diphenyl-1-picryl-
hydrazyl (DPPH) method (Brand-Williams et al., 1995). DPPH
radical solution (100 µM) in 80 % (v/v) aqueous methanol
was prepared. Test samples were prepared by mixing each
ower extract (10 µL) and DPPH solution (190 µL), mixed,
and then incubating in the dark at 37 °C for 20 min. All tests
were performed in triplicate, with vitamin E as a positive
control. The absorbance values were measured at 517 nm
against a methanol blank (CARY 50 Scan Uv143 Vis VARIAN;
Amsterdam, The Netherlands). Trolox was used as a standard
for calibration curve (range between 6 - 21 µM; R2 = 0.97). The
% of inhibition was calculated with the formula:
% ℎ = (abs − abs)
Cabs
x 100
(3)
Where Cabs is the control absorbance at t = 0 (contai-
ning all reagents except the test compound), and Sabs is the
sample absorbance of the test compound after 20 min. The
results were expressed in µmol Trolox equivalent for g extract
(µmol TE/g extract). Antioxidant activity was expressed as
IC50, dened as the concentration of the test material requi-
red to cause a 50 % decrease in initial DPPH concentration.
Cytotoxicity bioassay
For determining the cytotoxicity of ower extracts, a
brine shrimp (Artemia salina) lethality bioassay was carried
out (Krishnaraju et al., 2005). Brine shrimp were hatched using
brine shrimp eggs in a conical ask (1 L) with sterile seawater
(38 g/L, pH 8.5 adjusted with Na2CO3) with aeration. After 24
h, 15 mL of yeast solution 0.06 % was added to the conical
ask as larvae feeding; 48 h after the egg’s incubation, active
nauplii free from eggshells were collected, counted and pla-
ced in each vial containing 4.5 mL of brine solution. After 24
h of exposure to dierent concentrations (1 - 5,000 µg/mL)
of the ower plant extracts (in triplicate per dose), surviving
larvae were counted. The lethality (%) was determined by
comparing the mean surviving nauplii and control tubes.
The LC50 values were obtained from the best-t line plotted
concentration vs percentage lethality. Potassium dichromate
(K2Cr2O7) was used as positive control in the bioassay. Sterile
seawater was used as negative control.
Data treatment and statistical analysis
Data are expressed as the means of three biological
replicates. Results of phenolic compounds, ABTS+ and cyto-
toxicity determinations are expressed as the means and
standard deviations of three replicates. When needed, results
were compared using an analysis of variance (ANOVA) with
STATISTICA software (StatSoft 10.0; Tulsa, Ok, USA). Signi-
cant dierence Fisher test (p ≤ 0.05) was used to compare
means.
RESULTS AND DISCUSSION
Preliminary phytochemistry of ower extracts
In the preliminary phytochemical analysis of the
ower extracts, the presence of alkaloids, avonoids, tannins,
glycosides, coumarins, quinones, sesquiterpene lactones,
saponins, and triterpenoids were examined (Table 1). The re-
8Volumen XXV, Número 1
8
Rivas-Garcia et al: Biotecnia / XXV (1): 5-13 (2023)
sults of the preliminary phytochemical tests were compared
in both extracts, diering only in two metabolites. Flavonoids
and triterpenoids test showed marked presence on the ethyl
extract. Positive results were obtained in the alkaloid reaction
using Wagner’s reagent for both samples. Serna-González
and Guzman-Vazquez (2010) stated that alkaloids from Mag-
noliaceae family have relaxing properties. Meanwhile, the
reaction for avonoids and tannins indicates the presence
of phenolic compounds which conrms a great variety of
biological properties, such as antitoxic, antitumor, antiviral,
antimicrobial, anti-inammatory, antibacterial, antiallergic,
fungicidal and insecticidal, among others (Tungmunnithum
et al., 2018).
Positive results were obtained for saponins, presen-
ting a moderate content of this metabolite, which has not
been reported in studies previously carried out with M.
grandiora. As it is known, in the literature saponins may be
associated with numerous biological activities that include
anti-inammatory, antibacterial, antifungal, and antiviral
(Troisi et al., 2014). Although the presence in M. grandiora is
moderate, it could have an inuence on its anti-inammatory
and antibacterial eects.
Triterpenoids test with the Salkowski reagent fairly
marked positive (+++) with the ethyl extract. Triterpenes
are from the family of terpenes, and there are previously
reported sesquiterpenoids and triterpenes in M. grandiora
(Del Valle et al., 2004). This metabolite was only found in the
alcoholic extract, which may indicate that has a higher af-
nity for alcohol. The previous situation also occurred when
performing the glycosides test, giving only positive for the
aqueous extract with the Baljet reaction, but negative results
were obtained with the alcoholic extract. Glycosides have
been used to treat congestive heart failure (Ávalos-García and
Pérez-Urria, 2009). This result is related with the study carried
out by Del Valle et al. (2004) entitled “Studies of M. grandiora
extracts on guinea pig heart muscle”, which mentions that
the crude extracts of leaves and petals of M. grandiora have
a positive inotropic eect for the heart, as well as a coronary
vasodilation. According to this, in several regions of Mexico,
M. grandiora is known for its eect on diseases of the heart,
which is one of his greatest recognitions in herbal medicine.
Qualitative analysis by thin layer chromatography
Thin-layer chromatography was performed in order
to obtain a separation of metabolites present in the ower
extracts of M. grandiora. Hexane: Ethyl acetate was used
as the mobile phase, at dierent concentrations (5:5 and
2:8). Each separate analyte was marked and the distance
traveled by each one was measured to calculate its Rf. The
values obtained from both extracts are shown in Table 2. The
preliminary results of the RF at the 5:5 dilution indicate the
possible presence of one isolated analyte, and at the 2:8 di-
lution the presence of two isolated analytes in both extracts
is shown, corroborated with the three repetitions performed,
since there is not much dierence between their Rf. These 3
dierent metabolites are due to the fact that the dilutions are
of dierent polarity. The 2:8 dilutions are more polar than the
5:5 dilutions. Thus, we can observe the separation of more
analytes. The more retained analytes near the origin tend to
be of higher polarity since they are xedly adsorbed to the
active centers of the stationary phase, in this case silica gel,
whereas the nonpolar ones will elute more easily (Sherma
and Fried, 2003). The advantage of thin-layer chromatogra-
phy as a preliminary analysis technique for extracts should
be highlighted, since it gives us an idea of their composition
(Qu et al., 2018).
UV-VIS and FTIR spectroscopic analysis
The UV-VIS analysis was performed to identify phyto-
constituents present in ethyl and water extracts of M. gran-
diora. The mentioned analysis was performed to identify
the chemical compounds that contains σ-bonds, π-bonds
and lone pair of electrons, chromophores and aromatic rings.
The qualitative UV-VIS prole of both M. grandiora extracts
were determined between the wavelengths of 200 nm and
800 nm, in order to obtain a proper baseline and due to the
peaks and sharpness. The performed analysis of ethyl extract
showed peaks at 260 nm and 360 nm respectively (Figure 1a).
Table 1. Phytochemical tests to determine metabolites from water and
ethyl extracts.
Tabla 1. Ensayos toquímicos para determinar metabolitos a partir extrac-
tos acuosos y etílicos.
Metabolites Test Water
extract Ethyl extract
Alkaloids
Dragandro -*-
Wagner + +
Sonneschain - -
Flavonoids Shinoda - -
Zinc-Hydrochloride + ++
Tannins
FeCl3++ +++
Vanilin-Hydrocloride - -
Alkaline - -
Glycosides
Borntrager - -
Legal - -
Baljet - -
Coumarins
Erlich - -
NH4OH - -
NaOH - -
Quinones NaOH - -
H2SO4- -
Sesquiterpene
lactones Lactones - -
Saponins Saponins + +
Triterpenoids Liberman - -
Salkowsky - +++
* The preliminary results of secondary metabolites recognition are expres-
sed with the symbols (+) and (-), where (+ + +) indicates a fairly marked
presence of the reaction and (-) indicates the absence of the metabolite.
9
Volumen XXV, Número 1 9
Rivas-Garcia et al: Chemical composition, antioxidant activity and cytotoxicity / XXV (1): 5-13 (2023)
tracts, the spectrum shows many peaks from 300 nm to 400
nm which con rms the presence of organic chromophores
within the M. grandi ora ower extracts. Nonetheless, the
UV-VIS analysis has some limitations by the inherent di cul-
ties to record the peaks to any particular constituents in the
system. The UV-VIS results should be complemented with
any other analytical technique such as FTIR and GC/MS tech-
niques to a proper extract characterization and constituent
identi cation (Karpagasundari and Kulothungan, 2014).
The FTIR spectrum was performed to identify the
functional group of the active components based on the
peak absorbance detected at the infrared radiation. The
FTIR spectrum of the M. grandi ora ower extracts in the
form of wave numbers (cm-1) are shown in table 3. The wave
absorption numbers at 3,348.22 and 3,428.32 are due to the
stretching hydroxyl groups (Pramila et al., 2012). The band at
2,930.02 is due to symmetric stretching of saturated (sp3) car-
bon (Karpagasundari and Kulothungan, 2014). The bands at
1,579.98 and 1,629.78 are assigned to the bending mode of
absorbed water, since plant extracts even ethyl extracts are
known to have a strong a nity for water (Oliveira et al., 2016).
The bands at 1,550.02 and 1,540.02 are due to C=C stretching
related to the aromatic structure of both extracts (Al-Sharee
et al., 2019). The vibrational absorption band at 1,402.22 was
related to rocking of methyl group (Ashokkumar et al., 2014).
A band at 1,253.97 was related to C-O stretching (Oliveira et
al., 2016). The bands at 577.97 and 587.97 were due to the
aromatic ring out of plane bending (Carballo et al., 2008).
Figure 1. UV-VIS wavelength absorbance analysis of M. grandi ora ower
extracts. a) ethyl extract; b) water extract.
Figura 1. Análisis de absorbancia de longitud de onda UV-VIS de extractos
de ores de M. grandi ora. a) extracto de etílico; b) extracto acuoso.
Table 2. Qualitative analysis by thin layer chromatography results of the Rf
obtained both solutions.
Tabla 2. Análisis cualitativo por cromatografía en capa na de los resulta-
dos de la Rf obtenida de ambas soluciones.
2:8 Dilution
Distance (cm) Rf*
Ethyl extract
A1 1.5 0.254
A2 1.7 0.309
A3 1.7 0.309
B1 4 0.678
B2 4.7 0.855
B3 4.8 0.873
Water extract
A1 1.4 0.237
A2 1.7 0.309
A3 1.9 0.345
B1 4.1 0.695
B2 4.8 0.873
B3 4.8 0.873
5:5 Dilution
Distance (cm) Rf
Ethyl extract
A1 2.4 0.421
A2 4.1 0.745
A3 4.1 0.745
Water extract
A1 3.2 0.582
A2 3.9 0.709
A3 3.9 0.709
* The retention factor (RF) is the result of (a) the distance of ower extract
divided by (b) the distance of the eluent over the thin layer chromatogra-
phy.
* El factor de retención (RF) es el resultado de (a) la distancia del extracto
oral dividida por (b) la distancia del eluyente sobre la cromatografía en
capa na.
While the performed analysis of water extract showed peaks
at 240 nm, 260 nm and 360 nm respectively (Figure 1b). The
absorption spectrum of the M. grandi ora ower extract
from the 400 nm to 800 nm region was not detectable.
In this analysis the peaks of absorbance at 200 to 400
nm are correlated to the presence of unsaturated groups and
heteroatoms such as O, S, N (Njoku et al.,2013). In both ex-
10 Volumen XXV, Número 1
10
Rivas-Garcia et al: Biotecnia / XXV (1): 5-13 (2023)
In vitro antioxidant activity
Extracts of aromatic plants are known to have anti-
oxidant properties, thus this oers the possibility of being
used as natural preservatives for food and cosmetics (Bendif
et al., 2017). In the present study, the antioxidant activity
of M. grandiora ower extracts was investigated (Table
4). In general, the antioxidant activity of plant extracts is
primarily due to phenolic compounds and, in M. grandiora
ower extracts, the presence of dierent groups of phe-
nolic compounds such as phenolic acids, avonoids, and
diterpenoids, are responsible for the observed antioxidant
properties (Elansary et al., 2019). The total phenolic content
(TPC) (expressed as gallic acid equivalents) is often used as
an approximately measurement of the antioxidant power of
a plant extract (Wu et al., 2018). The TPC values reported for
both M. grandiora ower extracts, which were determined
by the Folin-Ciocalteu assay, are also reported in table 4.
From the obtained data, slight dierences in TPC values can
be observed between water and ethyl extracts, with the for-
mer exhibiting the highest TPC. These results are consistent
with the concentrations of the major chemical compounds
showed in table 1.
The ower extracts showed moderate antioxidant
activity as reported in all the assays where Trolox was used
as reference. The greater antioxidant activity observed in
ethyl M. grandiora ower extracts could be attributed to
their phytochemical properties (Tables 1-3) and/or to their
synergistic eects (Garza et al., 2019). Elansary et al. (2019),
also concluded that Magnolia acuminata had the highest
antioxidant activity in comparison with other plant extracts;
which was attributed to phytochemicals such as catechin
and catechin derivatives.
The antioxidant activity of the ower extracts was
measured by the ABTS and DPPH methods. The relatively
stable nitrogen-centered free radical DPPH is ubiquitously
used to measure the scavenging ability of dierent phyto-
chemicals, extracts or essential oils and their antioxidant
eects on DPPH radical depend on their hydrogen donating
ability (Dastmalchi et al., 2007). The water extract of M. gran-
diora owers reduced the concentration of DPPH by 72.09
± 6 % with and ecacy higher than that of the ethanolic
extract (63.5 ± 7 %). Vitamin E, included as positive control
in the assay, showed the greatest ability to scavenge the
DPPH free radical (88 ± 8 %) at the same test concentrations
of 5 mg/mL. As previously mentioned, both ower M. gran-
diora extracts have mainly components such as terpenes
and phenolic compounds, and it can be assumed that these
are responsible for the high percentage of ABTS and DPPH
inhibition (Yoon, 2014). Moreover, ower extracts from other
Magnoliaceae species have chemical antioxidant compound
such as honokiol and magnolol (Yang et al., 2018).
Cytotoxicity bioassay
A brine shrimp (Artemia salina) lethality bioassay was
carried out to determine the cytotoxicity of ower extracts.
Table 5 shows the LC50 of the ower M. grandiora extracts.
Both, water and ethyl extracts, did not show toxicity with
LC50 higher than 1,000 µg/mL, unlike control, as expected,
considered as cytotoxic due to a LC50 lower than 100 µg/mL
(Yadav and Mohite, 2020). There is information about cyto-
Table 3. Structural features of M. grandiora ower extracts by FTIR.
Tabla 3. Características de la estructura de extractos de ores de M. grandi-
ora por FTIR.
Ethyl extract Wave numbers (cm-1) Assignments
3,348.22 -OH stretch
1,579.98 Alkene C=C
1,550.02 C=C stretching
577.97 Aromatic ring
Water extract
3,428.32 -OH stretch
2,930.02 C-H stretch
1,629.78 Alkene C=C
1,540.02 C=C stretching
1,402.22 C-H bending
1,253.97 C-O stretch
587.97 Aromatic ring
Table 4. Antioxidant activity of M. grandiora ethyl and water ower
extracts.
Tabla 4. Actividad antioxidante de extractos etílicos y acuosos de ores de
M. grandiora.
Extracts Polyphe-
nols
(mg GAE/g
dw)
ABTS DPPH
TEAC*
(µmol TE/g)
IC50#
(µg/mL)
TEAC*
(µmol TE/g)
IC50#
(µg/mL)
Ethyl 46.8 ± 3.2a‡ 459.6 ± 8.5a39.4 ± 1.5b3,210.4 ± 2.5a54.5 ± 1.1b
Water 34.3 ± 1.3b274.2 ± 5.7b51.8 ± 0.9a219.7 ± 0.9b63.3 ± 0.4a
Control 3.8 ± 0.4c3.02 ± 0.2c
* TEAC: Trolox equivalent (TE) antioxidant concentration.
# IC50: The concentration giving a reduction of 50 %.
‡ Each value is the mean of three replicates ± Standard deviation. Dierent
letters mean signicant dierence (Fisher, p ≤ 0.05).
* TEAC: Concentración antioxidante de Equivalentes Trolox (TE).
# IC50: La concentración necesaria para reducir el 50 %.
‡ Cada valor es la media de tres repeticiones ± Desviación estándar. Letras
diferentes signican diferencia signicativa (Fisher, p ≤0 .05).
Table 5. Cytotoxicity test by lethality brine shrimp (Artemia salina) bioassay.
Tabla 5. Prueba de citotoxicidad por bioensayo de letalidad en camarones
en salmuera (Artemia salina).
Flower plant extract LC50 (µg/mL)
Water extract 1,116 ± 15b*
Ethyl extract 1,285 ± 14a
Control (+) 10.3 ± 1.7c
Negative (-) 0
LC50: Lethal concentration to kill 50 % of brine shrimp. LC50 < 100 µg/mL
means toxicity level. *Each value is the mean of three replicates ± Standard
deviation. Dierent letters mean signicant dierence (Fisher, p ≤ 0.05).
DL50: Concentración letal para matar el 50 % de las artemias. DL50 < 100
µg mL-1 signica un nivel de toxicidad. *Cada valor es la media de tres
repeticiones ± Desviación estándar. Letras diferentes signican diferencia
signicativa (Fisher, p ≤ 0.05).\s\s
11
Volumen XXV, Número 1 11
Rivas-Garcia et al: Chemical composition, antioxidant activity and cytotoxicity / XXV (1): 5-13 (2023)
toxicity test of M. grandiora ower extracts carried out by
Artemia salina bioassays. Nonetheless, Martínez-Báez et al.
(2016) found a moderate cytotoxicity with a LC50 of 400 µg/
mL, in a methanolic M. grandiora plant extract. In our results,
the non-cytotoxicity of both ower extracts could be related
to some phenolic compounds such as magnolol which has
cytoprotective activity (Zhang et al., 2019).
CONCLUSIONS
The preliminary phytochemical test demonstrated
the presence mainly of avonoids, terpenes, tannins and
alkaloids in both extracts. The thin layer chromatography, the
UV-Vis and FTIR spectroscopic analyses showed the presence
of organic chromophores such as avonoids. The water and
ethyl ower extracts showed antioxidant and non-cytotoxic
activity. The water and ethyl extracts of M. grandiora owers
found in southeast Mexico are a promissory source of che-
mical compounds with the attributed biological activities by
the presented results. Nonetheless, ethyl extracts exerted
more antioxidant activity. M. grandiora ower extracts could
be used in medicinal and cosmetic industries by their exerted
chemical antioxidant properties and by their non-cytotoxic
eects.
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14 Volumen XXV, Número 1
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
14
Estimación del riesgo microbiológico asociado al consumo de ostión
crudo contaminado con Vibrio cholerae y Vibrio parahaemolyticus
Microbiological risk assessment associated to raw oyster consumption contaminated with
Vibrio cholerae and Vibrio parahaemolyticus
Karla María López-Hernández, Violeta Trinidad Pardío-Sedas*, Argel Flores-Primo, David Itzcoatl-Martínez Herrera y
Roxana Uscanga-Serrano
Laboratorio de Seguridad Agroalimentaria, Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia, Universidad Veracruzana. Av.
Miguel Ángel de Quevedo s/n esq. Yáñez, Col. Unidad Veracruzana, C.P. , Veracruz, México
*Autor para correspondencia: Violeta Trinidad Pardío Sedas
Correo electrónico: vpardio@uv.mx
Recibido: 16 de marzo del 2022
Aceptado: 14 de septiembre de 2022
RESUMEN
El objetivo del estudio fue predecir el riesgo potencial
de exposición a V. cholerae y V. parahaemolyticus asociado al
consumo de ostión americano (Crassostrea virginica) crudo
colectado del Sistema Lagunar Mandinga (SLM), en restau-
rantes, coctelerías y puestos ambulantes. El riesgo se estimó
como casos esperados/100,000 porciones con el modelo de
la FDA. En ostiones del SLM el riesgo estimado por consumir
ostiones contaminados con V. cholerae noO1/noO139 chxA+
sin refrigerar 10 h en verano fue bajo (99×10-5 casos); V.
parahaemolyticus tdh+ y tdh+/trh+ representaron un riesgo
estimado alto en primavera (2,200×10-5 y 4,000×10-5 casos,
respectivamente) y la cepa pandémica orf8+ un riesgo medio
(110×10-5 casos) en invierno. El consumo de ostión crudo sin
refrigerar 10 h contaminado con V. cholerae noO1/noO139
chxA+ representó un riesgo promedio bajo (0.87×10-5 y
0.44×10-5 casos) para restaurantes y coctelerías, respectiva-
mente, alto para cocteles expendidos en puestos ambulan-
tes a temperatura ambiente 24 h (2,500×10-5 casos) y bajo a
V. parahaemolyticus tdh+ en restaurantes (0.21×10-5 casos) y
coctelerías (1.1×10-5 casos). El porcentaje patogénico, el sitio
de venta y el tiempo sin refrigerar fueron las variables que
incrementaron el riesgo de enfermar, siendo primavera la
estación con el mayor riesgo para el consumidor.
Palabras clave: Consumo humano, Crassostrea virginica,
riesgo de salud, cólera, bacterias patógenas
ABSTRACT
The aim of the study was to assess the potential risk
of exposure to V. cholerae and V. parahaemolyticus associated
to raw American oyster (Crassostrea virginica) consumption
collected from the Mandinga Lagoon System (MLS), in res-
taurants, oyster bars, and street vendors. Risk was estimated
as number of cases/100,000 servings with FDA model. The
risk of oyster consumption from MLS contaminated with V.
cholerae noO1/noO139 chxA+ and unrefrigerated 10-h was
low (99 × 10-5 cases) in summer; V. parahaemolyticus tdh+ y
tdh+/trh+ estimated risk was high in spring (2,200 × 10-5 y
4,000 × 10-5 cases, respectively) and the pandemic strain orf8+
risk was medium in winter (110 × 10-5 cases). Oyster cocktail
consumption unrefrigerated for 10 h and contaminated with
V. cholerae noO1/noO139 chxA+, represented a low mean risk
(0.87 × 10-5 and 0.44 × 10-5 cases) for oyster cocktails from
restaurants and oyster bars, respectively, a high mean risk for
street vendor cocktails stored at ambient temperature 24-h
(2,500 × 10-5 cases), and a low mean risk for V. parahaemolyt-
icus tdh+ in restaurants (0.21 × 10-5 cases) and oyster bar (1.1
× 10-5 cases) cocktails. Risk assessment results indicated that
pathogenic percentage, type of establishment, and unrefrig-
erated storage time were variables that most increased the
probability of illness, and spring the season with the highest
risk for consumers.
Key words: Human consumption, Crassostrea virginica,
health risk, cholera, pathogenic bacteria.
INTRODUCCIÓN
Los ostiones pueden bioacumular por ltración
bacterias patógenas del agua como Vibrio cholerae y Vibrio
parahaemolyticus, causantes de enfermedades gastroin-
testinales graves por la presencia de factores toxigénicos
(ctxA y chxA; tdh y trh, respectivamente) (Jiang et al., 2018),
ocasionadas por el consumo de ostión crudo o mal cocido
(Guin et al., 2019; Yoon y Waters, 2019). Actualmente se
han registrado más de 200 serogrupos de V. cholerae de los
cuales, O1/O139 ctxA+, son los agentes causales del cólera,
enfermedad diarreica infecciosa aguda, epidémica y con
alta tasa de mortalidad, mientras que los demás serogrupos
han sido tipicados como noO1/noO139 (Boore et al., 2011).
Reportes recientes señalan que cepas de V. cholera noO1/
noO139 pueden causar diarrea con un incremento de casos
de bacteremias y defunciones por septicemia y fascitis ne-
crozante (Zhang et al., 2020). En contraste, la gastroenteritis
causada por V. parahaemolyticus, aguda o subaguda, ocurre
en las primeras 24 h después de la ingestión, acompañada de
vómito y diarrea, pudiendo causar shock y muerte especial-
mente en pacientes inmunocomprometidos (Guillod et al.,
2019). La dosis infectiva de ambos patógenos es de > 108 y >
105 organismos, respectivamente (Baker-Austin et al., 2018).
En México, se conrmaron 339 casos de cólera en diferentes
estados de 2015 al 2019 (SSA, 2019). Con respecto a V. para-
haemolyticus, en 2014 se reportaron 2 casos en el Puerto de
Veracruz y en 2015 el 27.7 % de los casos estatales ocurrieron
en la zona metropolitana de Veracruz-Boca del Río (SSA,
2016). Diversos estudios señalan que, en regiones costeras,
los casos de infecciones por el consumo de mariscos mues-
tran un patrón estacional debido a la inuencia de la época
DOI: 10.18633/biotecnia.v25i1.1701
15
Volumen XXV, Número 1 15
López-Hernández et al: Estimación del riesgo microbiológico asociado al consumo / XXV (1): 14-23 (2023)
del año en la abundancia y patogenicidad de V. cholerae y V.
parahaemolyticus (Pardío, 2007; Baddam et al., 2020; Ndraha
y Hsiao, 2021), particularmente en verano y en invierno, re-
portado en nuestros estudios anteriores (López-Hernández
et al., 2015a,b).
Debido al crecimiento dinámico de ambos patógenos
en el ostión sin refrigeración (Gooch et al., 2002), la estima-
ción del riesgo es necesaria para asegurar la inocuidad del
alimento y la salud del consumidor. La aproximación sistemá-
tica para cuanticar el riesgo asociado con la probabilidad de
exposición a microorganismos patógenos y su impacto en la
salud humana se denomina evaluación del riesgo microbio-
lógico (ERM) y es utilizado para examinar los peligros ocultos
en los alimentos, la probabilidad de exposición a éstos y su
impacto en la salud pública (Pardío et al., 2016), proporcio-
nando un enfoque para mejorar la seguridad del consumo
de mariscos, especialmente crudos. En México, Ortiz-Jiménez
(2018) estimó que el riesgo incrementa con el tiempo de
postcosecha del ostión, ya que el crecimiento de V. parahae-
molyticus incrementó hasta las 36 h, por lo que el riesgo fue 5
veces mayor al de las 0 h en ostiones (Crassostrea corteziensis)
adquiridos en Tepic y cultivados en Boca de Camichín.
Crassostrea virginica (ostión americano) se distribuye
por las costas del Atlántico de Canadá, Golfo de México,
América Central y el Caribe (Betanzos-Vega et al., 2016). En
México, la explotación del ostión es una de las actividades
pesqueras más importantes, es capturado desde los años 50
logrando mantenerse entre los ocho primeros recursos pes-
queros, por su volumen y precio. Este molusco se desarrolla
en áreas cercanas a la costa, dentro de la zona intermareal
y en los esteros, asociados generalmente a las raíces del
mangle o adheridos a sustratos duros como rocas, en fon-
dos someros o directamente sobre el fango y en áreas de
inuencia estuarina (Mayorga et al., 2021). Actualmente en
el país se cultiva ostión americano, ostión de mangle, ostión
japonés, ostión de roca, ostión de placer y Kumamoto. Los
principales productores de estos moluscos son Veracruz, Ta-
basco, Baja California Sur y Nayarit (SADR, 2021). El Golfo de
México genera el 90 % de la producción nacional ostrícola,
compuesta en su mayor parte por ostión americano. C. vir-
ginica es capturado tradicionalmente en Veracruz, Tabasco,
Tamaulipas y Campeche, a nivel de pesquerías artesanales
(Mayorga et al., 2021). Sin embargo, proviene principalmente
de las granjas de cultivo de Tabasco y Veracruz. Las lagunas
costeras del estado de Veracruz representan la mayor parte
de la producción ostrícola en México, aportando cerca del 50
% de la producción anual (Hernández-Mendoza et al., 2021).
Por su sabor y valor nutritivo, el consumo de ostión
presenta una gran demanda y está disponible para su con-
sumo la mayor parte del año, gracias a la acuacultura. Por lo
que, las mejores temporadas para consumirlo van de junio a
agosto (verano) y de noviembre a marzo (otoño, invierno, pri-
mavera), aunque está disponible para el consumo humano
en las cuatro estaciones del año. De acuerdo con su comer-
cialización, el 96.20 % es destinado para consumo humano
directo y 1.13 % para indirecto, mientras que el 2.60 % es para
uso industrial (SADR, 2021). En México, el consumo nacional
aparente de ostión fue de 20,286.77 ton y un consumo per
cápita de 0.16 kg (CONAPESCA, 2021), con una producción
ostrícola nacional de 53,443 ton, ocupando el estado de
Veracruz el primer lugar con 22,798 ton (43 %) (CONAPESCA,
2018). Sin embargo, los estudios de estimación del riesgo
asociado al consumo de ostión crudo consumido recién
extraído y en los restaurantes son escasos debido a la falta de
monitoreo continuo en las áreas de extracción y distribución.
Por lo anterior, el objetivo del presente estudio fue evaluar
el riesgo microbiológico para estimar el riesgo a enfermar
por el consumo de ostión contaminado con V. cholerae y V.
parahaemolyticus colectado de bancos del SLM y cocteles de
ostión crudo de venta al público en la zona metropolitana
Veracruz-Boca del Río y Mandinga, Veracruz, México.
MATERIALES Y MÉTODOS
El estudio se realizó en dos fases:
Fase 1: Abundancia estacional de V. cholerae y V. para-
haemolyticus en el ostión cosechado del SLM
Las muestras de ostión (C. virginica) se recolectaron
en bancos ostrícolas en producción del Sistema Lagunar
Mandinga (SLM) (19º 00-06’ N, 96º 06’ W), localizado a 30
km del Puerto de Veracruz (Figura 1a), en el ciclo anual de
enero a diciembre de 2018 durante las cuatro estaciones del
año: invierno (enero-marzo), primavera (abril-junio), verano
(julio-septiembre) y otoño (octubre-diciembre) debido a la
disponibilidad, accesibilidad y preferencias de consumo. Con
base al muestreo no probabilístico por cuotas, se recolectaron
mensualmente 3 muestras cada una de 40 ostiones de tama-
ño medio legal (7-8 cm de largo) según lo establecido en la
Norma Mexicana NMX-FF-001-SCFI-2011 (NMX-FF-001-
SCFI, 2011) y se transportaron inmediatamente en hieleras a
4 ºC al laboratorio de acuerdo con la Norma Ocial Mexicana
de la Secretaría de Salud NOM-242-SSA1-2009 (NOM-242-
SSA1, 2009). Los ostiones muertos se descartaron y los res-
tantes se lavaron y enjuagaron con agua corriente fría para
eliminar lodos, algas, balanos o cualquier otra incrustación y
se analizaron en un lapso de 2 h después de su recolección.
Fase 2: Densidad de V. cholerae y V. parahaemolyticus en
el ostión de venta al público
Se recolectaron un total de 36 muestras, 12 en cada
tipo de establecimiento (restaurantes, coctelerías y puestos
ambulantes) de la zona metropolitana Veracruz-Boca del
Río y en la localidad de Mandinga, Veracruz (Figura 1b) en el
período de mayo a diciembre de 2019 que correspondió a las
épocas con las densidades más altas de ambos patógenos en
ostiones cosechados de los bancos del SLM durante la pri-
mera fase del estudio. La muestra correspondió a la porción
de un coctel de ostión (12 ostiones, 200 g de carne + líquido
intravalvar) sin condimentos ni especias. Las muestras colec-
tadas se trasvasaron en bolsas de plástico estériles identica-
das que se transportaron en hielera al laboratorio en un lapso
< 2 h. Los sitios de muestreo se seleccionaron de un censo
actualizado de los restaurantes de mariscos, coctelerías y
16 Volumen XXV, Número 1
16
López-Hernández et al: Biotecnia / XXV (1): 14-23 (2023)
vendedores ambulantes en la zona metropolitana Veracruz-
Boca del Río y Mandinga, Veracruz, realizado a partir del
registro público de la Dirección de Comercio, Espectáculos
y Mercados de los municipios de Veracruz y Boca del Río. La
muestra representativa de los sitios de venta de cada zona se
estableció con las tablas de Cannon y Roe (1982) mediante
un muestreo probabilístico estraticado con asignación pro-
porcional de la muestra.
Cuanticación de V. cholerae y V. parahaemolyticus
En las dos fases del estudio, las densidades de V. chole-
rae no-O1/no-O139 y de V. parahaemolyticus no patogénicas
(ompW y tlh+, respectivamente) y patogénicas (ctxA, chxA y
tdh+, trh+, tdh+/trh+, orf8+, respectivamente) se cuantica-
ron según la metodología NMP-PCR reportada previamente
(López-Hernández et al., 2015a,b). El conteo del número de
colonias se realizó a través del método de NMP con la serie
de pruebas de tres tubos (95 % de límites de conanza). Los
resultados se expresaron como NMP/g (USDA, 2008).
Estimación del riesgo
Para la ERM se determinaron inicialmente las prefe-
rencias del consumo de ostión en comensales de restauran-
tes, coctelerías y puestos ambulantes del área metropolitana
Veracruz-Boca del Río y Mandinga, Veracruz mediante un
muestreo aleatorio simple. El tamaño de la muestra se cal-
culó mediante el método de la FAO a nivel de conabilidad
Figura 1. Localización del área de estudio. A. Zona metropolitana Veracruz-Boca del Río, Mandinga y el Sistema Lagunar Mandinga, Veracruz, México. B. Es-
tablecimientos minoristas especializados en servir ostiones: restaurantes, coctelerías y puestos ambulantes en los que se consume cocteles de ostión crudo
colectado del SLM [Mapa satelital]. (INEGI, 2022).
Figure 1. Location of the study area. A. Metropolitan area Veracruz-Boca del Río and Mandinga and Mandinga Lagoon System, Veracruz, México. B. Retail
establishments specializing in serving oysters: restaurants, oyster bars, and street vendors where raw oyster cocktails collected from the MLS are consumed
[Satellite map]. (INEGI, 2022).
de 95 %, una prevalencia estimada de la zoonosis en la zona
del 50 % y m= margen de error de 5 % (FAO, 1990). La ERM
promedio por consumo de ostión crudo contaminado con V.
parahaemolyticus y aplicable a V. cholerae se estimó con el
modelo de la FDA v.2005 (FDA, 2005) que expresa el riesgo
cuantitativo como número de casos esperados/100,000 por-
ciones (cocteles), considerando el consumo de 12 ostiones
por persona como tamaño de porción. La predicción del
riesgo promedio por porción (IC95 %) se calculó en base a
la densidad media normalizada (log10 NMP/g) de V. cholerae
ompW+ y V. parahaemolyticus tlh+, la temperatura media del
aire o de refrigeración y el tiempo sin refrigeración del ostión
(10 y 24 h), así como el porcentaje patogénico de V. cholerae
chxA+ y V. parahaemolyticus tdh+, trh+, tdh+/trh+ y orf8+.
Para la estimación del riesgo se contempló el consumo de
12 ostiones por persona como tamaño de porción y el riesgo
cuantitativo se expresó como el número de casos espera-
dos/100,000 porciones o cocteles (FDA, 2005). Los resultados
del riesgo cuantitativo se clasicaron mediante un sistema
de puntuación logarítmica semicuantitativa (FAO/WHO,
2009); de acuerdo con este sistema establecido para la cla-
sicación de la probabilidad, un riesgo alto (puntuación = 2)
corresponde a la probabilidad de 10-1 a 10-2, el riesgo medio
(puntuación = 3) de 10-2 a 10-3, un riesgo bajo (puntuación=
4) de 10-3 a 10-4, y cuando es riesgo imposible (puntuación=
NA) es considerado como 0.
17
Volumen XXV, Número 1 17
López-Hernández et al: Estimación del riesgo microbiológico asociado al consumo / XXV (1): 14-23 (2023)
De acuerdo con las prácticas locales de los ostriculto-
res, al término de la extracción los ostiones son clasicados
en las instalaciones de las cooperativas y almacenados a
temperatura ambiente en costales para su posterior distri-
bución desde las cooperativas hacia los diferentes sitios de
venta como centrales de abasto, mercados, restaurantes y
coctelerías. Los puestos ambulantes adquieren directamente
el producto en las cooperativas, en centrales de abasto o en
los mercados de pescadería en el área. Por ello, se estimó un
tiempo de 10 h sin refrigeración para la cadena de distribu-
ción desde la cosecha y transportación hasta los restaurantes
y coctelerías y de 24 h para puestos ambulantes, consideran-
do la distancia desde el SLM hacia los puntos de venta se-
leccionados. Se consideró una temperatura de refrigeración
de 7 °C para el ostión en restaurantes y coctelerías, señalada
en la Norma Ocial Mexicana NOM-242-SSA1-2009 (NOM-
242-SSA1, 2009) y una temperatura ambiente promedio de
25.3 °C para los consumidos en puestos ambulantes durante
el período de estudio, mientras que para estimar el riesgo
por consumir ostiones crudos cosechados del SLM durante
el invierno, primavera, verano y otoño, se consideraron las
temperaturas ambientales medias de 21.03, 25.56, 25.50 y
21.73 ºC, respectivamente (CONAGUA, 2019).
Análisis estadístico
Las diferencias signicativas entre las densidades
medias patogénicas y no patogénicas normalizadas a log10
NMP/g de V. cholerae y V. parahaemolyticus en ostión fresco
de la laguna y los cocteles de ostión colectados de los sitios
de venta se evaluaron mediante análisis de varianza de una
vía (p < 0.05), utilizando el programa estadístico Minitab v.19
Tabla 1. Densidades medias de V. cholerae no-O1/no-O139 y V. parahaemolyticus no patogénicas (ompW+ y tlh+) y patogénicas (chxA+, tdh+, trh+, tdh+/trh+
y orf8+) en ostión fresco procedente del Sistema Lagunar Mandinga, Veracruz y en ostión crudo a la venta en la zona metropolitana Veracruz-Boca del Río y
Mandinga, Veracruz.
Table 1. Mean densities of V. cholerae no-O1/no-O139 and V. parahaemolyticus nonpathogenic (ompW+ y tlh+) and pathogenic (chxA+, tdh+, trh+, tdh+/
trh+ y orf8+) in fresh oyster from Manding Lagoon System, Veracruz, and in raw oyster sold in the Metropolitan area Veracruz-Boca del Rio and Mandinga,
Veracruz.
Época/
Sitios de venta
V. cholerae
NMP/g (log10 NMP/g)
V. parahaemolyticus
NMP/g (log10 NMP/g)
ompW+chxA+tlh+tdh+trh+tdh+/trh+orf8+
Sistema Laguna Mandinga
Invierno 1.13 (0.05) 1.13(0.05) 29.97 (1.48) 15.48 (1.19) < 0.30 (- 0.82) < 0.30 (- 0.82) 5.93 (0.77)
Primavera 1.41 (0.15) < 0.30 (- 0.82) 187.17 (2.27) 27.58 (1.44) 1.32 (0.12) 0.50 (- 0.30) 0.23 (- 0.64)
Verano 2.77 (1.34) 1.15 (0.06) 52.88 (.72) 0.20 (- 0.70) <0.30 (- 0.82) < 0.30 (- 0.82) 0.20 (- 0.70)
Otoño 49.38 (1.69) 3.1 (0.49) 38.58 (1.59) 0.27 (- 0.57) 0.40 (- 0.40) < 0.30 (- 0.82) < 0.30 (- 0.82)
Zona metropolitana Veracruz-Boca del Río
Restaurantes 0.60 (- 0.22) 0.60 (- 0.22) 22.10 (1.34) < 0.30 (- 0.82) ND ND ND
Coctelerías 0.30 (- 0.52) 0.30 (- 0.52) 0.74 (- 0.13) 0.74 (- 0.13)*ND ND ND
Ambulantes 0.69 (- 0.16) 0.69 (- 0.16) ND ND ND ND ND
* Medias estadísticamente diferentes (p < 0.05) entre épocas para Sistema Laguna Mandinga y entre sitios de venta para la zona metropolitana Veracruz-Boca
del Río; ND: No detectado.
(Minitab, Inc., State College PA). Las densidades de V. cholerae
y V. parahaemolyticus < 0.30 NMP/g (no detectable) fueron
consideradas como 0.15 NMP/g para nes estadísticos. La
frecuencia (%) de las respuestas de la encuesta aplicada se
calculó con intervalo de conanza del 95 % con el programa
en línea VassarStats.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Densidades de V. cholerae y V. parahaemolyticus en os-
tión del SLM y en cocteles de ostión de venta al público
Los ostiones colectados de los bancos del SLM presen-
taron densidades medias de V. cholerae no-O1/no-O139 no
patogénicas (ompW+) y patogénicas (chxA+) altas (p > 0.5)
durante el verano y el otoño, mientras que las densidades
elevadas (p > 0.5) de V. parahaemolyticus no patogénicas
(tlh+) y patogénicas (tdh+, trh+, tdh+/trh+) ocurrieron en pri-
mavera, verano y otoño y las de orf8+ en invierno. En la venta
al público, las densidades medias no patogénicas (ompw+)
y patogénicas (chxA+) de V. cholerae no-O1/no-O139 en los
cocteles de ostión crudo fueron más altas (p > 0.5) en los
puestos ambulantes (0.69 NMP/g) y en los restaurantes (0.60
NMP/g), mientras que las de V. parahaemolyticus tlh+ fueron
altas (22.10 NMP/g) (p > 0.5) en restaurantes y las de V. pa-
rahaemolyticus tdh+ fueron signicativamente (p < 0.5) más
altas (0.74 NMP/g) en coctelerías (Tabla 1).
Las densidades observadas en el ostión fresco pro-
cedente del SLM fueron más bajas que las encontradas en
nuestros estudios anteriores en ostión recién cosechado
del mismo sistema lagunar, con densidades de V. cholerae
ompW+ 1.45 log10 NMP/g y de V. cholerae no-O1/no-O139
chxA+ 1.18 log10 NMP/g durante el verano y otoño, respec-
18 Volumen XXV, Número 1
18
López-Hernández et al: Biotecnia / XXV (1): 14-23 (2023)
tivamente, el cual representó el primer reporte en ostión del
Golfo de México (López-Hernández et al., 2015a), lo que in-
dica que ya son re-emergentes de la zona. Similarmente, las
densidades de V. parahaemolyticus tlh+y tdh+ del presente
estudio también fueron inferiores a las observadas en prima-
vera (3.04 y 2.20 log10 NMP/g, respectivamente) en el ostión
fresco cosechado del SLM (López-Hernández et al., 2015b).
En diversas regiones costeras del mundo se ha reportado
la inuencia de la variación estacional en la densidad total
y patogénica de Vibrio cholerae y V. parahaemolyticus rela-
cionada con factores ambientales (temperatura, salinidad,
clorola a) (Martinez-Urtaza, 2016; Jutla et al., 2011), lo cual
podría explicar la estacionalidad de las infecciones, siendo
más abundantes en los meses más cálidos.
En el presente estudio se observó que V. cholerae
no-O1/no-O139 ompW+ registró altas densidades (p > 0.05)
en verano y otoño y V. parahaemolyticus tlh+ en primavera y
verano. La NOM-242-SSA1-2009 señala que V. cholerae O1 y
no-O1 deben estar ausentes en 50 g de parte comestible de
moluscos bivalvos, pero permite 104 NMP/g de V. parahaemo-
lyticus sin especicar toxinas. Cabe destacar que la presencia
de cepas patogénicas detectadas en los ostiones en el presen-
te estudio representa un riesgo a la salud para las personas
sanas, pero principalmente para las inmunocomprometidas
o con padecimientos crónico-degenerativos (diabetes, cirro-
sis, hipertensión) por el riesgo a contraer gastroenteritis grave
o desarrollar septicemia. La edad, los problemas hepáticos y
la inmunocompetencia, son los tres principales factores de
riesgo de V. parahaemolyticus (Jiang et al., 2018; Suresh et
al., 2019). La toxina termoestable directa (TDH), codicada
por el gen tdh de V. parahaemolyticus es considerada, con la
hemolisina TDH-relacionada (TRH), los factores de virulencia
más importantes de este patógeno que presentan varias ac-
tividades biológicas, como hemolítica, enterotoxicidad, cito-
toxicidad y cardiotoxicidad (Jiang et al., 2018). La abundancia
del gen chxA encontrado en este estudio (100 % en invierno)
es signicativo, ya que codica a la toxina Cholix A (ChxA),
un factor de virulencia identicado principalmente en cepas no
pandémicas, necesario para la virulencia del patógeno en la
colonización, señalización bacteria-animal y supervivencia
en el medio acuático (Jørgense et al., 2008). Esta potente cito-
toxina con actividad especíca ADP-ribosiltransferasa produce
muerte celular y apoptosis en las células HeLa. Se ha reportado
que V. cholerae no-O1/no-O139 chxA+ desarrolló septicemia,
coagulación intravascular y fallo orgánico múltiple en un pa-
ciente infectado (Awasthi et al., 2013).
En este contexto, es importante señalar que la va-
riación en el número de cepas patogénicas de V. cholerae
no-O1/no-O139 y V. parahaemolyticus en el ostión debería
determinarse antes de la cosecha debido a que representan
un riesgo para la salud humana, especialmente porque no
están contempladas en la regulación actual, por lo que la
signicancia epidemiológica de estos patógenos pudiera estar
subestimada. De ahí la importancia de evaluar la relación Vibrio
spp. -ambiente-ostión-salud para asegurar la inocuidad del
alimento y reducir el riesgo a la salud por consumo del ostión.
Estimación del riesgo
Perl del consumidor y preferencias de consumo
El análisis de las encuestas (403) indicó que la prefe-
rencia del consumo de ostión fue similar en las tres zonas de
estudio: Veracruz 35.37 %, Boca del Río 35.37 % y Mandinga
29.27 %. El 94.39 % del ostión de venta en los restaurantes,
coctelerías y puestos ambulantes muestreados procede del
SLM. La mayor frecuencia de consumo de cocteles (12 ostio-
nes) es de 1 a 2 veces al mes (88.78 %), en crudo (95.37 %) y
principalmente durante primavera (37.56 %) y verano (56.83
%). El 21 % de los consumidores señaló haber contraído he-
patitis o padecer de hipertensión y diabetes.
Estimación del riesgo por consumo de ostión crudo del
SLM
El riesgo promedio por consumir ostión crudo del
SLM sin refrigerar 10 h y contaminado con V. cholerae no-O1/
no-O139 chxA+ se estimó de 99 casos/100,000 porciones
en verano, 1.5-6.6 veces mayor al calculado para las otras
estaciones. Sin embargo, el riesgo promedio es clasicado
como bajo. En contraste, el riesgo en ostiones con 24 h sin
refrigeración durante el verano fue 42.4 veces mayor al
calculado con 10 h sin refrigeración. No obstante, el riesgo
por consumir ostiones con 24 h sin refrigeración en las esta-
ciones de invierno, primavera y otoño se consideraría medio,
mientras que en verano sería alto, ya que se esperarían 4.2
casos/100 porciones o cocteles de ostión consumidos. Res-
pecto a V. parahaemolyticus (Tabla 3), el riesgo de enfermar
por el consumo de ostión crudo sin refrigerar 10 h, fue alto
en primavera para tdh+ y para tdh+/trh+ (4 casos/100 porcio-
nes), comparados al riesgo medio para orf8+ (1.1 × 10-3 casos)
en invierno. Similarmente, el riesgo promedio por consumir
ostiones contaminados con V. parahaemolyticus tdh+, trh+
y tdh+/trh+ con 24 h sin refrigeración fue mayor en prima-
vera, representando un riesgo alto con un estimado de 4 a
9 casos/100 porciones y para la cepa pandémica (orf8+) en
invierno con 1 caso/100 porciones, riesgo 10 veces mayor al
calculado con 10 h sin refrigeración en ambos casos (Tabla 2).
El riesgo promedio estimado por porción de 12
ostiones asociado con el consumo de ostión fresco del SLM
con 10 horas sin refrigeración y contaminado con V. para-
haemolyticus tdh+ (2.20 × 10-2 casos) fue mayor al reportado
en ostiones recién cosechados procedentes de la Costa del
Golfo (Louisiana) (2.10 x 10-6) en invierno por la FDA (2005), al
de Brasil (3.6 × 10-3) (Costa et al., 2014) y del Golfo de México
en primavera (1.45 × 10-4) (WHO/FAO, 2011). Asimismo, fue
mayor al reciente estudio de Cooksey (2021) que estimó el
riesgo a enfermar por V. parahaemolyticus por el consumo de
ostiones colectados por recreación en California, E.U.A. me-
diante un modelo de estimación del riesgo cuantitativo por
la vía pre- y post- “del mar a la mesa”, obteniendo un riesgo
medio a enfermar por ración de ostiones recién cosechados
contaminados con V. parahaemolyticus de 5.61 x 10-5. El
análisis resaltó el impacto en el riesgo de la concentración
inicial de V. parahaemolyticus en los ostiones, el número de
ostiones consumidos y la concentración de V. parahaemolyti-
19
Volumen XXV, Número 1 19
López-Hernández et al: Estimación del riesgo microbiológico asociado al consumo / XXV (1): 14-23 (2023)
cus patogénicos, comparable a lo encontrado en el presente
estudio. El modelo de la FDA establece como riesgo acepta-
ble estándar un caso/100,000 porciones (1 × 10-5). Se observa
en el Golfo de México un riesgo promedio bajo, pero alto
para las costas de Veracruz, México, probablemente debido
a la diferencia del porcentaje patogénico y las condiciones
ambientales locales.
Ndraha y Hsiao (2019) estimaron el riesgo por V. pa-
rahaemolyticus asociado con el consumo de ostión crudo en
Taiwán y encontraron que el riesgo en verano era 0.5, 1.0 y
3.1 veces mayor que en otoño, primavera e invierno, respec-
tivamente. Lo anterior diere a lo observado en el presente
estudio, ya que el riesgo por consumo de ostión fresco de
la laguna durante la primavera fue 278.48 veces mayor que
en verano (Tabla 3). Estos resultados son comparables a los
encontrados por Jong-Kyung et al. (2018) quienes estimaron
un riesgo promedio de enfermar por consumo de una ración
de ostión crudo recién extraído y contaminado con V. para-
haemolyticus de 5.71 × 10-5 durante los meses de primavera.
Los principales factores que inuyeron en el riesgo estimado
fueron la concentración inicial de V. parahaemolyticus (log
NPM/g), la cantidad de ostiones consumidos, prevalencia de
las cepas patogénicas, la temperatura y el tiempo de expo-
sición.
Estimación del riesgo por consumo de cocteles de ostión
crudo de venta al público
El riesgo promedio asociado con el consumo de coc-
teles de ostión crudo con 10 h sin refrigeración de venta en
restaurantes y coctelerías contaminado con V. cholerae no-
O1/no-O139 chxA+ fue menor a 1 caso/100,000 porciones;
sin embargo, el riesgo por consumir cocteles en puestos am-
bulantes sería alto (2.5 casos/100 cocteles). De igual forma, el
consumo de 24 ostiones por porción representaría un riesgo
alto (8.20 × 10-2). Cabe mencionar que si bien el 100 % de las
muestras presentó V. cholerae no-O1/no-O139 chxA+ en los
tres sitios de venta (100 % de porcentaje patogénico), el ries-
go promedio sería mayor para las personas que consumen
en puestos ambulantes debido a la temperatura ambiente
promedio considerada en el modelo. V. parahaemolyticus
tdh+ se detectó en los cocteles de venta en restaurantes y
coctelerías con un porcentaje patogénico de 0.68 y 100 %,
respectivamente, estimándose un riesgo promedio de 0.21
y 1.10 × 10-5 casos con 12 ostiones por porción, respecti-
vamente y de 0.43 y 2.10 × 10-5, respectivamente, con una
porción de 24 ostiones, representando ambos un riesgo bajo.
V. parahaemolyticus no se detectó en ostiones de puestos
ambulantes, considerado como riesgo imposible (Tabla 4).
El riesgo estimado en el presente estudio fue mayor al
reportado por Ding et al. (2022), cuyos resultados mostraron
que el riesgo a enfermar por persona por año causado por
Tabla 3. Predicción del Riesgo promedio (IC95%) asociado con el consumo de ostión fresco del Sistema Lagunar Mandinga, Veracruz
contaminado con V. parahaemolyticus tdh+, tdh+/trh+ y orf8+.
Table 3. Average risk assessment (IC95%) associated with consumption of fresh oyster from Mandinga Lagoon System, Veracruz,
contaminated with V. parahaemolyticus tdh+, tdh+/trh+ y orf8+.
Época
Media
log NMP/g
Casos esperados por c/100.000 porciones* (IC95%)
tdh+trh+tdh+/trh+ orf8+
Riesgo calculado para ostiones con 10 h sin refrigeración
Invierno 1.48 280 (22 - 3,500) 0.96 (0.076 - 12) 0.96 (0.076 - 12) 110 (8.4 - 130)
Primavera 2.27 2,200 (180 - 28,000) 110 (8.5 - 1,300) 4,000 (320 - 51,000) 18 (1.5 - 230)
Verano 1.72 7.9 (0.24 - 38) 7.9 (0.62 - 99) 7.9 (0.62 - 99) 16 (1.3 - 200)
Otoño 1.59 5.9 (0.47 - 74) 8.8 (0.7 - 110) 1.5 (0.12 - 19) 1.5 (0.12 - 19)
Riesgo calculado para ostiones con 24 h sin refrigeración
Invierno 1.48 2,800 (220 - 35,000) 9.8 (0.77 - 120) 9.8 (0.77 - 120) 1,100 (84 - 13,000)
Primavera 2.27 8,600 (690 - 110,000) 4,600 (370 - 59,000) 9,100 (730 - 120,000) 790 (64 - 10,000)
Verano 1.72 330 (10 - 1,600) 330 (26 - 4,200) 330 (26 - 4,200) 690 (54 - 8,600)
Otoño 1.59 74 (5.8 - 920) 110 (8.7 - 1,400) 19 (1.5 - 240) 19 (1.5 - 240)
* Porción: 12 ostiones (200 g de carne + líquido intravalvar).
Tabla 2. Predicción del Riesgo promedio (IC95%) asociado con el consumo
de ostión fresco del Sistema Lagunar Mandinga, Veracruz, contaminado
con V. cholerae no-O1/no-O139 chxA+.
Table 2. Average risk assessment (IC95%) associated with consumption of
fresh oyster from Mandinga Lagoon System, Veracruz, contaminated with V.
cholerae no-O1/no-O139 chxA+.
Época
Media
log NMP/g
Casos esperados por c/100.000
porciones * (IC95%)
Ostiones
con 10 h
sin refrigeración
Ostiones
con 24 h
sin refrigeración
Invierno 0.05 22 (1.7 - 270) 220 (17 - 2,700)
Primavera 0.15 15 (1.2 - 190) 630 (52 - 8,200)
Verano 1.34 99 (7.9 - 1,200) 4,200 (330 - 53,000)
Otoño 1.69 67 (5.3 - 840) 850 (66 - 10,000)
* Porción: 12 ostiones (200 g de carne + líquido intravalvar).
20 Volumen XXV, Número 1
20
López-Hernández et al: Biotecnia / XXV (1): 14-23 (2023)
V. parahaemolyticus debido al consumo de mariscos crudos
comprados y cocidos en casa en una ciudad costera del este
de China era de 3.49 × 10-5. Cabe señalar que observaron
diferencias estacionales ya que el máximo riesgo ocurrió en
verano (4.81 × 10-6) y el mínimo en invierno (2.27 × 10-7), mien-
tras que en el presente estudio el máximo riesgo se presentó
en primavera (2.20 × 10-2) y en invierno (2.80 × 10-3). Costa et
al. (2014), reportaron que la densidad de V. parahaemolyticus
en ostiones crudos es mayor en el punto de consumo que en
el de cosecha, lo cual diere de lo reportado en el presente
estudio, ya que las densidades de V. cholerae y V. parahaemo-
lyticus en los ostiones de venta al público fueron menores a
las observadas en los ostiones frescos de la laguna, excepto
para V. parahaemolyticus tlh+ (22.10 NMP/g), estos valores
pudieran deberse al efecto de la temperatura de refrigera-
ción en los restaurantes y coctelerías como reporta Gooch et
al. (2002). Sin embargo, en verano, el riesgo promedio por
porción por consumir ostión fresco del SLM contaminado
con V. cholerae no-O1/no-O139 chxA+ (10 h sin refrigeración)
sería bajo (9.9 × 10-4), pero alto en puestos ambulantes (2.5
× 10-2), posiblemente debido al porcentaje patogénico (5.28
y 100 %, respectivamente) y a la temperatura ambiente
promedio de distribución y conservación del ostión durante
el estudio. En contraste, en el caso de V. parahaemolyticus
tdh+, se presentaría un riesgo alto en primavera (2.2 × 10-2)
por consumir ostiones crudos frescos del SLM, mientras que
el riesgo sería bajo por consumir ostiones crudos en las coc-
telerías (1.1×10-5) a pesar de los porcentajes patogénicos de
14.74 y 100 %, respectivamente. No se encontró en la literatura
consultada evaluaciones de riesgo del consumo de cocteles
de ostión en sitios de venta para V. cholerae no-O1/no-O139
chxA+ y V. parahaemolyticus tdh+.
Desde el punto de vista de la inocuidad alimentaria,
la presencia de cepas de V. cholerae no-O1/no-O139 y V. pa-
rahaemolyticus con genes patogénicos plantea importantes
problemas de salud. Nuestros resultados son preocupantes
debido a que el porcentaje patogénico en otras áreas am-
bientales raramente excede el 3 % (Rehnstam-Holm et al.,
2014). Es importante señalar que la predicción del riesgo a
la salud asociado al consumo de ostión crudo contaminado
con cepas patogénicas es de naturaleza dinámica por estar
inuenciado por diversas variables, entre ellas el origen de
la muestra, las densidades, el porcentaje de cepas patogé-
nicas, el consumo y el consumidor (Dickinson et al., 2013;
Love et al., 2020). Asimismo, puede diferir con el método de
producción y las prácticas de manejo de los productores.
De ahí la importancia de estimar el riesgo a la salud para
identicar las posibles intervenciones y reducir o eliminar
el riesgo (Pardío et al., 2016). En este sentido, anualmente se
consumen aproximadamente 22,162 t de ostión crudo en el
estado de Veracruz, con un consumo per cápita de 0.43 kg
(CONAPESCA, 2018). El SLM es una de las lagunas estuarinas
costeras económicamente importante por la mayor pro-
ducción de ostión, consumo y recreación. El problema más
grave que presenta es la cantidad de descargas de drenaje
provenientes de los asentamientos humanos a su alrededor,
el incremento en la densidad de la población y la creciente
actividad turística (Lara-Domínguez et al., 2009). Los ostiones
del SLM se distribuyen a hoteles, restaurantes, coctelerías
y mercados en la zona Metropolitana Veracruz – Boca del
Río y enviados a Cancún, Monterrey y la Ciudad de México
al Mercado de la Viga. De acuerdo a la encuesta, el 95.37 %
de los consumidores acostumbran a consumir un coctel de
ostiones 1 a 2 veces al mes (88.78 %), principalmente en pri-
mavera y verano, que correspondieron a los meses donde se
estimó un mayor riesgo. Si el consumir ≥ 2 cocteles al mes es
considerado un riesgo (Jutla et al., 2011), el riesgo a enfermar
de la población es alto.
Cabe mencionar que la mayor frecuencia de consumo
se encontró en hombres (65.1 %), cercano al 73.6 % encontra-
Tabla 4. Predicción del Riesgo promedio por porción (IC95%) asociado con el consumo de V. cholerae no-O1/no-O139 chxA+ y V. parahaemolyticus tdh+ en
ostión crudo vendido en restaurantes, coctelerías y vendedores ambulantes en la zona metropolitana Veracruz-Boca del Río y Mandinga, Veracruz.
Table 4. Average risk assessment (IC95%) associated with consumption of V. cholerae no-O1/no-O139 chxA+ y V. parahaemolyticus tdh+ in raw oyster sold in
restaurants, cocktail bars, and street vendors in the Metropolitan area Veracruz-Boca del Rio and Mandinga, Veracruz.
Vibrio en ostión/
sitios de venta
Media del
log10
(NMP/g)
% Patogénico
Temperatura de
refrigeración
(°C)
Tiempo máximo sin
refrigerar
(h)
Casos esperados por
c/100,000 porciones *
(IC95%)
Casos esperados por
c/100,000 porciones**
(IC95%)
V. cholerae (chxA+)
Restaurantes - 0.22 100.00 7.0 10 0.87 (0.069 - 11) 1.70 (0.13 - 21)
Coctelerías - 0.52 100.00 7.0 10 0.44 (0.035 - 5.5) 0.87 (0.069 - 11)
Ambulantes - 0.16 100.00 25.3 24 2,500.00 (200 - 31,000) 8,200.00 (650 - 100,000)
V. parahaemolyticus (tdh+)
Restaurantes 1.34 0.68 7.0 10 0.21 (0.017 - 2.7) 0.43 (0.034 - 5.4)
Coctelerías - 0.13 100.00 7.0 10 1.10 (0.085 - 13) 2.10 (0.17 - 27)
Ambulantes ND ND 7.0 24 ND ND
ND: No detectado; * Porción: 12 ostiones (200 g de carne + líquido intravalvar); ** Porción: 24 ostiones (400 g de carne + líquido intravalvar).
21
Volumen XXV, Número 1 21
López-Hernández et al: Estimación del riesgo microbiológico asociado al consumo / XXV (1): 14-23 (2023)
do en Trinidad y Tobago (Laloo et al., 2000). Desde la perspec-
tiva de salud pública, el consumo de estos ostiones debería
ser considerado como un peligro potencial a la salud. En
México y varios países de Latinoamérica, la diarrea aguda de
etiología infecciosa, fundamentalmente de origen por expo-
sición a alimentos y agua contaminados, es un problema de
salud pública debido a las altas tasas reportadas anualmente
de morbilidad y mortalidad. En México, Vibrio spp. (1 %) se
ha aislado en materia fecal de pacientes ambulatorios (614
muestras), niños, adolescentes y adultos, con diarrea aguda
en Veracruz, Villahermosa, Mérida y Tuxtla Gutiérrez. Se ha
asociado con factores como condiciones climáticas y socioe-
conómicas, así como el entorno sanitario, especialmente
para la población vulnerable (Novoa-Farias et al., 2017).
No se encontraron reportes de evaluaciones del ries-
go en sitios de venta ya que la mayoría de las investigaciones
reportadas tienen un enfoque sanitario y epidemiológico, lo
que destaca la importancia y aporte del presente estudio que
sería el primer reporte en México. Los hallazgos de esta in-
vestigación representan un punto de referencia para aplicar
las medidas de control apropiadas y/o reglamentarias tales
como la vigilancia de la cadena fría y la normalización de los
procesos de desinfección avanzada del ostión después de su
extracción. Si las medidas para mitigar estos patógenos no
conducen a la reducción del riesgo y el escenario del cambio
climático empeora, las predicciones del riesgo a enfermar
podrían incrementarse. En consecuencia, es necesario que
el consumidor sea concientizado de que una enfermedad
de origen alimentario no debe ser considerada como una
enfermedad menor debido a la presencia de patógenos en
el alimento.
CONCLUSIONES
La presencia de cepas patogénicas de V. cholerae
no-O1/no-O139 y de V. parahaemolyticus en el ostión fresco
colectado del SLM se observa principalmente en verano y pri-
mavera, así como en cocteles expendidos en sitios de venta
de la zona Metropolitana Veracruz – Boca del Río. Consumir
un coctel de ostión crudo sin refrigerar (10 h) contaminado
con V. cholerae no-O1/no-O139 chxA+ y V. pararahaemolyti-
cus tdh+ en puestos ambulantes y en coctelerías, respectiva-
mente, representa un riesgo mayor.
Las estimaciones del riesgo de consumir ostiones
crudos recién cosechados indican que el porcentaje pato-
génico, el sitio de venta, la época estacional, el tiempo que
permanece el ostión sin refrigerar y la temperatura en el
almacenamiento postcosecha, inuencian en la probabilidad
de enfermar. Los valores del riesgo estimado sugieren que el
riesgo a enfermar por consumo de ostión contaminado con
ambos patógenos estuvo por arriba de la referencia estable-
cida por la FDA. Los hallazgos obtenidos en esta investigación
representan un punto de referencia para aplicar medidas de
control apropiadas y/o reglamentarias tales como la vigilan-
cia de la cadena fría y la normalización de los procesos de
desinfección avanzada del ostión después de su extracción
que permitirá prevenir brotes de enfermedades de origen
alimentario. Si las medidas para mitigar estos patógenos no
conducen a la reducción del riesgo y el escenario del cambio
climático empeora, las predicciones del riesgo a enfermar
podrían incrementarse. Por lo anterior, se puede considerar
a este alimento como inadecuado para el consumo de la
población debido al riesgo potencial a la salud que repre-
sentan ambos patógenos, por lo que es necesario informar al
consumidor a n de que considere modicar su preferencia
de consumo hacia alimentos más seguros.
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24 Volumen XXV, Número 1
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
24
Antagonismo de cepas de Trichoderma aisladas en Tanaxuri, Michoacán,
México contra patógenos postcosecha del fruto de aguacate
(Persea americana Mill)
Antagonism of Trichoderma strains isolated from Tanaxuri, Michoacan, Mexico against postharvest
pathogens of avocado fruits (Persea americana Mill)
María Estela López-López1, Carmen Lizette Del-Toro-Sánchez2, Salvador Ochoa-Ascencio3, José Antonio Aguilar-
López4, Oliviert Martínez-Cruz2, Jaime Alberto Madrigal-Pulido1, Miguel Angel Robles-García1, Ariadna Thalia Bernal-
Mercado2, María Guadalupe Ávila-Novoa1, Pedro Javier Guerrero-Medina1, Melesio Gutiérrez-Lomelí1*
Centro de Investigación en Biotecnología Microbiana y Alimentaria, Departamento de Ciencias Básicas. Centro Universitario
de la Ciénega, Universidad de Guadalajara. Av. Universidad, No., Col. Lindavista, C.P. , Ocotlán, Jalisco. México
Departamento de Investigación y Posgrado en Alimentos. Universidad de Sonora. Blvd. Luis Encinas y Rosales S/N, Col.
Centro, C.P. , Hermosillo, Sonora, México.
Facultad de Agrobiología "Presidente Juárez". Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Campus Uruapan. Paseo
Lázaro Cárdenas , Emiliano Zapata, Melchor Ocampo, C.P. , Uruapan, Michoacán, México.
Coordinación de Genómica Alimentaria, Universidad de la Ciénega del Estado de Michoacán de Ocampo (UCM). Avenida
Universidad , Col. Lomas de la Universidad, C.P. , Sahuayo, Michoacán, México.
*Autor para correspondencia: Melesio Gutiérrez-Lomelí.
Correo electrónico: melesio.gutierrez@academicos.udg.mx
Recibido: 05 de abril del 2022
Aceptado: 20 de septiembre de 2022
RESUMEN
Algunas especies del género Trichoderma poseen la
capacidad de parasitar hongos patógenos de plantas. Esta
característica propicia un alto potencial de uso en el control
de las enfermedades (antracnosis) causadas por hongos en
el fruto de aguacate postcosecha. Por lo tanto, el objetivo
de esta investigación fue el aislamiento e identicación de
cepas nativas de Trichoderma de cultivos de aguacate con
potencial antagonista in vivo e in vitro contra patógenos
de este fruto. Las cepas fueron aisladas de raíz y suelo del
huerto de aguacate en la localidad de Tanaxuri, Michoacán.
Se obtuvieron seis cepas y se caracterizaron como TSONM1
(Trichoderma spp.), TRONM2 (Trichoderma spp.), TSONM3
(Trichoderma spp.), TSONM4 (Trichoderma spp.), TSONM5
(Trichoderma spp.) y TSONM6 (Trichoderma harzianum).
Posteriormente, las cepas aisladas fueron confrontadas con
Neofusicoccum parvum, Colletotrichum gloeosporioides, Dia-
porthe sp. y Phomopsis perseae observándose inhibiciones in
vitro mayores al 80 %. Mientras que en la evaluación in vivo,
la cepa TSONM6 (Trichoderma harzianum) presentó mayor
actividad antagónica contra C. gloeosporioides, Diaporthe sp.
y P. persea. Adicionalmente, los frutos de aguacate tratados
con TSONM6, presentaron mínimos porcentajes (< 2 %) de
pudrición de la pulpa y pedúnculo. Por lo tanto, Thichoderma
harzianun podría ser una buena alternativa para el control
biológico del aguacate en postcosecha.
Palabras clave: Antracnosis, control biológico, frutos de
aguacate, Trichoderma harzianum.
ABSTRACT
Some species of the genus Trichoderma have the abil-
ity to parasitize fungal plant pathogens. This characteristic
provides a high potential for use in the control of diseases
(anthracnose) caused by fungi in post-harvest avocado fruit.
Therefore, the objective of this research was the isolation and
identication of native Trichoderma strains from avocado cul-
tures with antagonistic potential in vivo and in vitro against
pathogens of this fruit. The strains were isolated from the
root and soil of the avocado in the town of Tanaxuri, Micho-
acán. Six strains were obtained and characterized as TSONM1
(Trichoderma spp.), TRONM2 (Trichoderma spp.), TSONM3
(Trichoderma spp.), TSONM4 (Trichoderma spp.), TSONM5
(Trichoderma spp.) and TSONM6 (Trichoderma harzianum).
Subsequently, the isolated strains were confronted with Neo-
fusicoccum parvum, Colletotrichum gloeosporioides, Diaport-
he sp. and Phomopsis perseae, observing in vitro inhibitions
greater than 80 %. In the in vivo evaluation, the TSONM6
strain (Trichoderma harzianum) showed greater antagonistic
activity against C. gloeosporioides, Diaporthe sp. and P. persea.
Additionally, the avocado fruits treated with TSONM6, pre-
sented minimum percentages (< 2 %) of pulp and peduncle
rotting. Therefore, Thichoderma harzianun could be a good
alternative for postharvest biological control of avocado.
Key words: Anthracnose, avocado fruits, biological control,
Trichoderma harzianum.
INTRODUCCIÓN
El aguacate (Persea americana Mill) variedad Hass, es
uno de los productos más exitosos de la exportación agroali-
mentaria en México. En los últimos años la demanda mundial
de este fruto se incrementado considerablemente (SIAP,
2021). Los frutos de aguacate son susceptibles a enferme-
dades postcosecha como la antracnosis y a la pudrición pe-
duncular causada por varias especies de hongos incluyendo
a Neofusicoccum parvum, Colletotrichum gloeosporioides Dia-
porthe sp. y Phomopsis perseae (Hartill y Everett, 2002; Santos
et al., 2011; Twizeyimana et al., 2013). Las enfermedades de
los frutos en postcosecha se maniestan principalmente
DOI: 10.18633/biotecnia.v25i1.1726
25
Volumen XXV, Número 1 25
López-López et al: Antagonismo de cepas de Trichoderma aisladas en Tanaxuri/ XXV (1): 24-33 (2023)
durante el proceso de maduración y se potencian debido a
los daños mecánicos, desórdenes siológicos, temperatura
inadecuada de almacenamiento, largos periodos de refrige-
ración, época de cosecha y edad del fruto, entre otros (Arpaia
et al., 2018; Bowen et al., 2018).
La antracnosis es la fuente principal de pérdidas pre
y postcosecha ya que ocasiona una reducción en la calidad
y cantidad de los productos, y ocurre en la mayoría de las
zonas productoras de aguacate del mundo (Silva-Rojas y
Ávila-Quezada, 2011). Las pérdidas pueden llegar hasta el
100 % dependiendo del patógeno y las condiciones climáti-
cas (Landero-Valenzuela et al., 2016). El principal método se
basa en la aplicación de fungicidas químicos no biodegrada-
bles (Everett et al., 2011). Sin embargo, el empleo excesivo
de plaguicidas sintéticos está ocasionando daños en la salud
humana, el medio ambiente, la biodiversidad y la seguridad
alimentaria, lo que ha provocado un rechazo generalizado
hacia el control químico de plagas en la producción agrícola
(Kniss y Coburn, 2015; Sarwar, 2015; Ibrahim, 2016). Esta
problemática ha conducido a la búsqueda de nuevas alter-
nativas para el manejo de enfermedades de plantas, que
sean ecológicas y económicamente viables (Rios et al., 2016),
y con ello, reducir el impacto negativo de los agroquímicos al
medio ambiente (Companioni et al., 2019).
El control biológico de enfermedades de plantas,
incluyendo patógenos fúngicos, ha sido considerado como
un método alternativo viable para el control químico (He-
ydari y Pessarakli, 2010). En este sentido, varias especies del
género Trichoderma son utilizadas como agentes de control
biológico, debido a su adaptabilidad a diversas condiciones
ecológicas (Druzhinina et al., 2011), así como a su habilidad
antagónica, conocida como hiperparasitismo necrotróco o
micoparasitismo contra topatógenos (Kubicek et al., 2011).
Además de los efectos beneciosos que ocurren en las inte-
racciones con agentes patógenos, especies de Trichoderma
spp. presentan un efecto positivo en plantas mejorando sus
propiedades como la biomasa, rendimiento y calidad, en la
mayor parte de cultivos agrícolas en donde se utilizan (Mesa-
Vanegas et al., 2019). Por otro lado, las especies del género
Trichoderma muestran un alto nivel de diversidad genética y
pueden ser utilizadas para producir una amplia gama de pro-
ductos de interés comercial y ecológico (Lorito et al., 2010).
Por todo lo anterior, el objetivo de esta investigación
fue caracterizar e identicar cepas de Trichoderma aisladas
directamente del cultivo de aguacate en huertos comerciales
en la localidad de Tanaxuri, Michoacán, así como determinar
su efectividad en el control biológico de hongos causantes
de pudriciones postcosecha de aguacate.
MATERIALES Y MÉTODOS
Material vegetal y topatógenos
Se usaron frutos de aguacate Hass cosechados en
estado de madurez siológica (21.5 % de materia seca, de
acuerdo con los límites establecidos de la Norma Mexicana
NMX-FF-016-SCFI-2006) en el año 2018 obtenidos del huerto
orgánico Negrete, ubicado en la localidad de Tanaxuri, Mi-
choacán (Latitud 19° 25’ 2’’ Norte, Longitud 102° 3’ 0’’ Oeste).
Los topatógenos utilizados en la presente investigación
(Neofusicoccum parvum, Colletotrichum gloeosporioides, Dia-
porthe sp. y Phomopsis perseae), fueron obtenidos del cepario
del laboratorio de Fitopatología de la Facultad de Agrobiolo-
gía de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo
campus Uruapan Michoacán; aislados a partir de frutos de
aguacate postcosecha colectados en huertos aguacateros en
Uruapan Michoacán.
Aislamiento de cepas de Trichoderma
El aislamiento de cepas se realizó de acuerdo con la
metodología propuesta por Ceja-Torres et al. (2000). Se co-
lectaron muestras de 150 g de suelo y raíz (tomando de los
primeros 15 cm de profundidad). De las raíces se realizaron
cortes de 1 cm2 y, se desinfestaron con un lavado con hipo-
clorito de sodio al 2 % por 3 min, posteriormente los cortes
se lavaron dos veces con agua destilada estéril agitando
hasta lograr una mezcla homogénea y se colocaron en cajas
petri con agar papa dextrosa (PDA, por sus siglas en inglés,
BD Bioxon) suplementado con 0.025 mg/mL de cloranfenicol
(Sigma) y se incubaron a 28 ºC durante 2 a 4 días. Los creci-
mientos obtenidos se transrieron en nuevas cajas Petri con
medio PDA, utilizando un asa de platino, posteriormente,
se realizó el aislamiento de colonias individuales a través
de cultivos monospóricos. Para los aislamientos a partir de
muestras de suelo, se pesaron 10 g y se suspendieron en
90 mL de agua destilada estéril. Finalmente, se efectuaron
diluciones seriadas hasta obtener una concentración de 1
x 103 conidios por mL. Se tomaron 20 L de la dilución y se
sembraron en cajas de Petri con medio PDA con 0.025 mg/
mL de cloranfenicol. Para asegurar la autenticidad y pureza
de las cepas obtenidas, se realizaron cultivos monoconidiales
como indica Samuels et al. (2006).
Caracterización e identicación de las cepas aisladas de
Trichoderma
A) Caracterización morfológica. Tradicionalmente se
examinaron i) características macroscópicas de la colonia
(crecimiento radial, color del micelio, presencia de pigmentos
difusibles, anillos concéntricos), y ii) características microscó-
picas (forma y tamaño de conidióforos, alides, conidios y
clamidosporas), basadas en Samuels et al. (2002 y 2012).
B) Identicación molecular. La identicación mole-
cular se basó en la amplicación por PCR de fragmentos de
la región del ADN (regiones ITS) y del factor de elongación
1-alfa (Tef 1-α). La extracción del ADN genómico se realizó
empleando el protocolo descrito por Cenis (1992). Para la
amplicación por PCR se utilizaron los oligonucleótidos
reportados por Chakraborty et al. (2010) para la región
del ADNr [ITS1 (5´-TCCGTAGGTGAACCTGCGG–3´) e ITS4
(5´-TCCTCCGCTTATTGATATGC–3´)], y los reportados por
Komon-Zelazowska et al. (2007) para el gen Tef 1-α [tef 728f
(5´-CATCGAGAAGTTCGAGAAGG–3´) y tef 1R (5´-GCCATCCTT-
GGGAGATACCAGC–3´)]. En cada reacción de PCR se utilizaron
20 ng de ADN, buer 1 X, 3 mM de MgCl2, 0.2 mM de dNTPs,
26 Volumen XXV, Número 1
26
López-López et al: Biotecnia / XXV (1): 24-33 (2023)
0.6 µM de cada iniciador, 0.2 U de Taq polimerasa (Platinum®
Taq DNA polymerase, Invitrogen), para un volumen nal de
20 µL. Las condiciones de amplicación para ambos frag-
mentos incluyeron una desnaturalización inicial a 95 °C por
5 min, seguida de 35 ciclos a 94 °C por 1 min, 55 °C por 2 min,
72 °C por 1 min, y una extensión nal a 72 °C por 10 min. Los
fragmentos de ADN amplicados se recuperaron por electro-
foresis en gel agarosa al 2 %, teñido con bromuro de etidio y
visualizado en transiluminador (marca: Labnet; modelo: TM-
26) posteriormente los fragmentos se puricaron utilizando
el kit “PureLinkTM Quick Gel Extraction and PCR Purication”
(Invitrogen). Se obtuvo la secuencia en ambas direcciones de
los fragmentos puricados (Laboratorio LANGEBIO – CINVES-
TAV Irapuato, Gto.) y las secuencias se compararon, con las
secuencias nucleotídicas de hongos de la base de datos del
National Center Biotechnology Information (NCBI) emplean-
do la herramienta BLASTN (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/
BLAST).
Evaluación in vitro de la capacidad antagónica de Tricho-
derma
Para conocer la capacidad de inhibición las cepas de
Trichoderma sobre los hongos topatógenos empleados, se
realizaron pruebas de confrontación, usando el protocolo
descrito por Ibarra-Medina et al. (2010) con ligeras modica-
ciones. Se activaron las cepas monoconidiales a 28 °C duran-
te 96 h en medio PDA. Para la confrontación, se colocaron
discos de micelio de (5 mm de diámetro) de Trichoderma
creciendo en PDA en un extremo de una caja de Petri y del
hongo topatógeno en el extremo opuesto. Posteriormente,
se incubaron a 28 ºC durante 7 días. Los ensayos se realizaron
por triplicado. Se tomaron lecturas cada 12 h para determi-
nar el número de horas al primer contacto entre las hifas del
antagonista y el topatógeno, así como el comportamiento
en general. Se midió el crecimiento de ambas colonias (cm) y
se evaluó el porcentaje de inhibición del crecimiento micelial
radial (ICR), basándose en la siguiente fórmula:
% ICR =
. ()
6.5 ∗100
Donde: CREC= crecimiento radial de la cepa antago-
nista (cm), 6.5 = distancia en cm entre los puntos de siembra
de las cepas de Trichoderma y el topatógeno.
Evaluación in vivo de la capacidad antagónica de Tricho-
derma harzianum (TSONM6)
Con el n de realizar estudios de inhibición en el
fruto de aguacate, se obtuvieron los conidios de la cepa que
presentó mayor capacidad in vitro e identicada molecular-
mente T. harzianum y se procedió de acuerdo a la metodo-
logía propuesta por Ibarra-Medina et al. (2010). Se cultivó T.
harzianum en medio PDA a 28 ºC por siete días y se vericó la
producción de conidios. Posteriormente, a la placa de Petri se
le añadieron 10 mL de tween 80 estéril a una concentración al
0.1 % y se estrió con una espátula de Drigalsky para la recupe-
ración de los conidios. Seguido de esto, se ltró la suspensión
de conidios, recuperándose en un matraz Erlenmeyer de 50
mL, a través de una bra de poliéster para eliminar restos de
micelio. Los conidios se contabilizaron en cámara Neubauer y
se mantuvieron en tween 80 a una concentración de 0.01 % a
4 ºC hasta su uso. Los hongos topatógenos se cultivaron en
PDA, a 25 ºC por 7 días.
Posteriormente, para realizar el ensayo in vivo (frutos)
se siguió el protocolo descrito por Janisewicz et al. (1988),
con algunas modicaciones. En condiciones controladas y en
frutos uniformes en cuanto a tamaño y madurez siológica,
se llevó acabo la inoculación de una concentración de 1 x
106 conidios por mL de T. harzianum en el área peduncular
del fruto de aguacate con madurez siológica, previamente
desinfestado (por inmersión en una solución de hipoclorito
de sodio al 2 % durante 3 min, se enjuagaron con agua
destilada estéril y se secaron por escurrimiento). Se realizó la
inoculación de cada uno de los topatógenos colocando un
disco de PDA de 5 mm con crecimiento activo en la misma
zona en donde se inocularon los conodios de Trichoderma.
Posteriormente, se incubaron por 7 días a 18 ± 2 °C a 95 % de
humedad relativa. El experimento se dividió en cuatro grupos
por triplicado. Tratamiento 1: Testigo (conidos de T. harzia-
num); Tratamiento 2: Testigo del topatógeno (disco de PDA
con micelio de topatógeno); Tratamiento 3: Confrontación
(conidios de T. harzianum más disco de PDA con micelio de
topatógeno) y Tratamiento 4: Agua destilada estéril.
Al concluir el periodo de incubación se evaluó el
efecto de los inóculos en las áreas pedunculares a través
de la comparación de cortes longitudinales en los frutos y
se determinó el porcentaje de daños basados en escalas
de pudriciones de pedúnculo y cuerpo del fruto (Figura 1;
Ochoa, 2014). Todos los experimentos se llevaron a cabo por
triplicado.
Análisis estadístico.
Se llevó a cabo un diseño factorial. Los datos fueron
sometidos al análisis de varianza (ANOVA), seguidos de la
prueba de la mínima diferencia signicativa (LSD) con un
nivel de conanza del 95 %, usando el programa Statgraphics
Centurion XVI (StatPoint Technologies, Inc., Warrenton, VA,
USA). Todos los experimentos se llevaron a cabo por tripli-
cado.
RESULTADOS
Aislamiento e identicación de las cepas de Trichoderma
Se obtuvieron seis aislamientos de cepas nativas de
suelo y raíz, de acuerdo con las características morfológicas
(micro y macroscópicas) se identicaron como de Trichoder-
ma sp. (Tabla 1). Se analizaron los conidios, álides, hifas y
conidióforos presentes en el soma vegetativo. De acuerdo
con la velocidad de crecimiento observada en cada aislado,
se seleccionó la cepa TSONM6, para ser identicada molecu-
larmente y utilizada en el ensayo in vivo. Al efectuar el análisis
de la secuencia, se identicó como Trichoderma harzianum,
mostrando un amplicón de 600 pb para ambos fragmentos,
27
Volumen XXV, Número 1 27
López-López et al: Antagonismo de cepas de Trichoderma aisladas en Tanaxuri/ XXV (1): 24-33 (2023)
A
B
Figura 1. Escala de porcentaje de pudrición del cuerpo del fruto (A) y del pedúnculo (B) del fruto de
aguacate. Imagen adaptada del compilado de la guía realizada por Ochoa (2014).
Figure 1. Rottage percentage scale of fruit body (A) and peduncle (B) of avocado fruit. Image adapted
from the compilation of the guide made by Ochoa (2014).
evidenciando una identidad del 99.59 y 96.43 % con ambos
marcadores (ITS y gen Tef 1-α, respectivamente) (Tabla 2).
Evaluación in vitro de la capacidad antagónica de las
cepas de Trichoderma
Los aislados de Trichoderma TSONM1, TRONM2,
TSONM3, TSONM4, TSONM5 y T. harzianum presentaron
diferentes niveles de actividad antagónica contra los topa-
tógenos ensayados (N. parvum, C. gloeosporioides, Diaporthe
sp. y P. perseae). La confrontación, permitió evidenciar a
la cepa de T. harzianum con mayor capacidad antagónica
frente a N. Parvum con 88.8 % de inhibición, misma que fue
estadísticamente signi cativa al igual que la cepa TSONM3 Y
TSONM5. Por otro lado, el resto de las cepas se mantuvieron
en el rango del 73.8 al 77.2 % (Tabla 3), no observándose
diferencias signi cativas entre ellas.
En la confrontación de las cepas aisladas contra C.
gloeosporioides (Tabla 3), se determinó que las cepas de
mayor actividad antagónica fueron TSONM1, TRONM2 y
TSONM3 con 75.0 % de inhibición, no mostrando diferencias
signi cativas entre ellas al igual que las cepas TSONM5 y T.
harzianum que formaron el mismo grupo pero que presenta-
ron un 72.7 y 73.8 % de inhibición, respectivamente. En tanto
a las cepas que dieron mayor inhibición en la confrontación
de Diaporthe sp. (Tabla 3) fue T. harzianum con un 82.2 %, y
de acuerdo al análisis estadístico fueron estadísticamente
similares a las cepas TSONM1, TSONM3 y la TSONM5 al no
mostrar diferencias signi cativas. Por último, en la confron-
tación con P. perseae (Tabla 3), las cepas TSONM1, TSONM3,
TSONM4, TSONM5 y T. harzianum fueron estadísticamente
iguales en cuanto a su actividad de inhibición, presentando
porcentajes de inhibición entre 80.0 – 84.4 %. Se encontró
28 Volumen XXV, Número 1
28
López-López et al: Biotecnia / XXV (1): 24-33 (2023)
Código Material Cepa identicada Características microscópicas Características macroscópicas
TSONM1 Suelo Trichoderma spp.
Forma y color de la hifa fúngica
típica, álide (largas, delgadas,
solitarias a lo largo del eje,
asimétricas), forma y color
de los conidióforos (diversas
ramicaciones con aspecto
piramidal), forma y color de
los conidios (citriformes y
subglobosos) y clamidosporas
de forma individual.
Velocidad de crecimiento
rápido, color del micelio que
es eventualmente blanco
y se torna verde intenso y
abundante, con la formación
de masas conidiales en anillos
concéntricos.
TRONM2 Raíz Trichoderma spp.
TSONM3 Suelo Trichoderma spp.
TSONM4 Suelo Trichoderma spp.
TSONM5 Suelo Trichoderma spp.
TSONM6 Suelo Trichoderma
harzianum*
Tabla 1. Aislamiento e identicación de cepas nativas de Trichoderma de Tanaxuri, Michoacán.
Table 1. Isolation and identication of native Trichoderma strains from Tanaxuri, Michoacán.
*Caracterizado molecularmente.
Tabla 2. Identicación molecular de la cepa de Trichoderma harzianum.
Table 2. Molecular identication of the Trichoderma harzizanum strain.
Código Cepa identicada
Región ITS Gen Tef 1-α
% Identidad Número de accesión
(GenBank) % Identidad Número de accesión
(GenBank)
TSONM6 Trichoderma harzianum 99.59 ON407085 96.43 ON423614
Accesado el 6 de junio de 2022.
Tabla 3. Porcentaje de inhibición in vitro de las cepas de Trichoderma contra los topatógenos.
Table 3. Trichoderma strains in vitro inhibition percentage against phytopathogens.
Cepa aislada Porcentaje de inhibición
Neofusicoccum parvum Colletotrichum gloeosporioides Diaporthe sp. Phomopsis perseae
TSONM1 76.6 ± 1.6b75.0 ± 0.0a77.2 ± 2.5ab 80.0 ± 2.9ab
TRONM2 73.8 ± 3.4b75.0 ± 0.0a75.5 ± 1.0b77.7 ± 2.5b
TSONM3 78.8 ± 4.2ab 75.0 ± 0.0a78.3 ± 1.7ab 84.4 ± 1.9a
TSONM4 75.0 ± 0.0b71.1 ± 1.0b76.1 ± 3.8b81.1 ± 2.5ab
TSONM5 77.2 ± 8.6ab 72.7 ± 1.9ab 80.0 ± 4.4ab 83.3 ± 5.0ab
TSONM6 (Trichoderma
harzianum) 88.8 ± 5.4a73.8 ± 1.9ab 82.2 ± 3.8a82.2 ± 5.4ab
Letras diferentes en la misma columna indican diferencias signicativas (p < 0.05).
que todas las cepas nativas de Trichoderma fueron efectivas
al controlar a los cuatro hongos topatógenos. Sin embargo,
es importante destacar que la cepa de T. harzianum mostró
actividades de inhibición superiores al 80 % contra N. parvum,
Diaporthe sp. y P. perseae, aunado a esto, al ser la cepa que
se caracterizó molecularmente, se seleccionó para continuar
con los estudios in vivo en el fruto de aguacate.
Evaluación in vivo de la capacidad antagónica de Tricho-
derma harzianum (TSONM6)
De acuerdo a la escala de porcentaje de pudrición
del cuerpo del fruto y del pedúnculo del fruto de aguacate
(Figura 1). Los hongos topatógenos mejor inhibidos por la
cepa antagónica de T. harzianum a siete días de incubación
fueron C. gloeosporioides, Diaporthe sp. y P. persea con apro-
ximadamente 90 % de inhibición, no habiendo diferencia
signicativa entre ellos (p > 0.05) (Figura 2). La cepa de T.
harzianum mostró menor eciencia para inhibir a N. parvum
cuyo porcentaje de inhibición fue de 30 %. Por otro lado, al
comprobar el comportamiento de la cepa de T. harzianum y
los topatógenos en frutos de aguacate, se demostró que N.
parvum y P. perseae presentaron mayor agresividad en la for-
ma de colonizar la pulpa en los frutos con pudrición de 83.3
y 66.7 %, respectivamente (Figura 3), y en menor medida C.
gloeosporioides y Diaporthe sp. mostraron entre un 30 y 23.3
% de pudrición, respectivamente (Figura 3). Por el contrario,
en los frutos testigos en el cual se inoculó la cepa de T. harzia-
num, no se desarrollaron síntomas de pudrición.
29
Volumen XXV, Número 1 29
López-López et al: Antagonismo de cepas de Trichoderma aisladas en Tanaxuri/ XXV (1): 24-33 (2023)
DISCUSIÓN
Aislamientos de Trichoderma
El aislamiento del género Trichoderma obtenido de los
sitios de interés para este estudio, prevaleció en suelo como
material de procedencia. Al igual que en el estudio de Zafari
et al. (2013), se aislaron cepas de Trichoderma lo cual sugiere
que hay un amplio dominio de este género sin importar el
cultivo ni las condiciones bióticas y abióticas. Trichoderma es
fácilmente aislado del suelo por métodos convencionales,
en gran parte debido a su rápido crecimiento, abundante
conidiación, formación de clamidosporas y colonización de
sustratos orgánicos, lo que facilita un rápido desarrollo en va-
rios sustratos (Gupta et al., 2014). Sin embargo, el aislamiento
de Trichoderma, puede deberse a varios factores limitantes,
por lo que se puede atribuir a la época de invierno en que
se efectuaron los muestreos, los cuales se caracterizan por
temperaturas bajas y humedades relativas altas. Sin embar-
go, Trichoderma puede ser afectado por la interacción con
diversos factores bióticos y abióticos (actividad de agua,
temperatura, oxigenación y pH), mismos que comprometen
su desempeño como biocontrolador (Santamarina et al.,
2006; Martínez et al., 2013). Aunado a lo anterior, la cantidad
de materia orgánica, así como las condiciones climáticas, ed-
á cas y geográ cas que se tienen en la región de Michoacán,
pueden afectar el desarrollo y desempeño de Trichoderma.
Wang et al. (2016), mencionan que la ocurrencia de la especie
de Trichoderma es modulada por varios factores incluyendo
microclima, la disponibilidad de sustratos, así como también
interacciones de complejos ecológicos.
Identi cación de las cepas aisladas de Trichoderma
Aunque los microorganismos pueden ser identi -
cados basados en sus caracteres morfológicos, las técnicas
moleculares son hoy en día, más ampliamente utilizadas, y
en general, son herramientas más aceptadas para la identi -
cación ya que ofrecen información rápida y con able para el
estudio de identidad (Gajera y Vakharia, 2010). Las secuencias
de espaciadores transcritos internos (ITS) y regiones como el
factor de elongación 1-α (Tef 1-α) son las más utilizadas en la
identi cación, las cuales actúan como huellas dactilares en la
identi cación de los hongos (Fernández-Ortuño et al., 2010).
La ampli cación del segmento de interés fue similar a
lo obtenido por Alvarado-Marchena y Rivera-Méndez (2016),
quien aisló e identi có molecularmente cepas Trichoderma
en áreas de producción de ajo y cebolla. Por la alta similitud
obtenida en el alineamiento múltiple de las secuencias, se
comprueba que los marcadores ITS y Tef 1-α son técnicas
con ables para la identi cación de Trichoderma spp. (Rios et
al., 2016; Wang et al., 2016). El uso de la base de datos (Gen-
Bank NBCI) demostró que, a través de la región ampli cada
de ADN de las cepas estudiadas, fue factible determinar la
identidad que oscilaron entre 99.59 y 96.43 % con las espe-
cies identi cadas como Trichoderma harzianum en la base
de datos. Esta especie es usada ampliamente para el control
biológico de patógenos de plantas (Steindor et al., 2014;
Troian et al., 2014).
Capacidad antagónica in vitro de las cepas de Trichoderma
El aislamiento de hongos por sí solo no es una garantía
de que estos aislados sean buenos antagonistas, por lo que
es necesario llevar a cabo estudios in vitro e in vivo para de-
terminar su capacidad antagónica frente al topatógeno de
interés (Hernández-Lauzardo et al., 2007). Además, evaluar su
efectividad biológica en plantas bajo diferentes condiciones.
Lo anterior, permitirá validarlos al momento de aplicarlos en
ensayos en condiciones de campo (Hernández-Melchor et al.,
2019). El crecimiento del antagonista de T. harzianum re ejó
la habilidad de adaptarse a condiciones de crecimiento in
vitro y de colonizar rápidamente un espacio determinado,
resultados similares fueron obtenidos en el estudio de Singh
et al. (2014) con cepas de Trichoderma spp. contra Colleto-
trichum falcatum Went. Lo que favoreció la inhibición del
crecimiento de los hongos topatógenos, situación que se
demostró en las primeras horas del enfrentamiento.
Figura 2. Inhibición in vivo de la cepa nativa Trichoderma harzanium
(TSONM6) contra los diferentes topatógenos. Letras diferentes entre los
distintos patógenos indican diferencia signi cativa (p < 0.05).
Figure 2. In vivo inhibition of the native strain Trichoderma harzanium
(TSONM6) against the di erent phytopathogens. Di erent letters between
the di erent pathogens indicate signi cant di erences (p < 0.05).
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
N. parvum C. gloeosporioides Diaporthe sp P. perseae
% de inhibición
Fitopatógenos
b
a
a
a
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
N. parvum C. gloeosporioides Diaporthe sp P. perseae Antagonista
(TSONM6)
% de pudrición
Fitopatógeno/antagonista
a
a
bb
b
Figura 3. Porcentaje de pudrición en frutos de aguacate inoculados con
topatógenos y la cepa antagónica TSONM6 (Trichoderma harzanium).
Letras diferentes entre los distintos patógenos indican diferencia
signi cativa (p < 0.05).
Figure 3. Rottage percentage in avocado fruits inoculated with
phytopathogens and the antagonistic strain TSONM6 (Trichoderma
harzanium). Di erent letters between the di erent pathogens indicate
signi cant di erences (p < 0.05).
30 Volumen XXV, Número 1
30
López-López et al: Biotecnia / XXV (1): 24-33 (2023)
Krauss et al. (2010) mencionan que los bioensayos
realizados con Trichoderma han sido efectivos y que, por su
naturaleza, el control biológico no elimina, sino que reduce
las poblaciones del patógeno y, como consecuencia, reduce
la incidencia de la enfermedad. No obstante, a pesar de las
potencialidades de estos antagonistas autóctonos, profun-
dizar en el conocimiento de los mecanismos especícos a
través de los cuales ejercen su acción, ayudará a mejorar su
efectividad cuando sean aplicados como inoculantes micro-
bianos (Villamil et al., 2015). Las propiedades antagónicas de
Trichoderma hacia hongos patógenos se basan en la activa-
ción de múltiples mecanismos que incluyen la competencia
por nutrientes y espacio, el micoparasitismo, la antibiosis, la
promoción del crecimiento vegetal, e inducción de respues-
tas de defensa vegetal (Albes-de-Aguiar et al., 2014; Vargas-
Hoyos y Gilchrist-Ramelli, 2015). La aplicación de Trichoder-
ma es basada en el entendimiento de estos mecanismos de
acción contra un largo set de bacterias y hongos, en ciertos
casos infecciones virales (Keswani et al., 2014), lo que le per-
mite ser un buen candidato para el control biológico debido
a los diferentes modos de acción que tienen para inhibir el
crecimiento de otros hongos.
Se ha reportado que Trichoderma excreta una varie-
dad de metabolitos secundarios con la nalidad de inducir
la comunicación molecular mediante la inducción de las
señalizaciones químicas, contribuyendo al establecimiento
de interacciones con otros microorganismos en diversas vías
para el control de los patógenos (Keswani et al., 2014). Algu-
nos de los metabolitos secundarios de importancia agrícola
sintetizados por especies de Trichoderma se relacionan con
compuestos volátiles y no volátiles con actividad antimicro-
biana y defensa vegetal, destacando diterpenos tetracíclicos
(harziandiona), sesquiterpenos (tricotecenos y tricodermina),
y el triterpeno viridin (Zeilinger et al., 2016), que coneren sus
propiedades como agente de biocontrol hacia organismos
topatógenos (Asad et al., 2015; Chen et al., 2016).
Capacidad antagónica in vivo de Trichoderma harzianun
(TSONM6)
La cualidad natural que ejercen los antagonistas
sobre los diversos topatógenos en la actualidad a ganado
utilidad, no obstante, para aplicarlos de forma exitosa es
primordial discernir los diversos mecanismos de acción que
presentan las cepas. Uno de los principales mecanismos es
que, Trichoderma parasita las células del patógeno y degrada
su pared celular, la retracción de la membrana plasmática y
desorganización de citoplasma (Romero-Cortes et al., 2015),
por la acción hidrolítica de enzimas como quitinasas y glu-
canasas; otro mecanismo reportado para este hongo es la
antibiosis. Cabe mencionar que los metabolitos secundarios
producidos por Trichoderma dependen del tipo de cepa y
se han clasicado en tres categorías: 1) antibióticos volátiles
como 6-pentil-α-pirona y aquellos derivados del isocianuro;
2) compuestos solubles en agua (ácido heptenoico) y 3) oli-
gopéptidos ricos en ácido γ-aminobutírico (Khan et al., 2020;
Thapa et al., 2020).
El daño ocasionado por los patógenos fúngicos en
frutos postcosecha fue observado a diferentes grados, lo que
se relaciona con una dependencia de factores extrínsecos
tales como tiempo de exposición, temperatura y humedad.
Aunado a estos factores se encuentra el ciclo vital propio de
cada patógeno. No siempre se ha observado consistencia al
extrapolar los resultados del laboratorio a condicionesin situ.
Se han obtenido respuestas contradictorias cuando se trata
de relacionar el daño celular en el fruto con el compuesto
producido por el antagonista (Hernández-Lauzardo et al.,
2007).
Domínguez-Guerrero et al. (2012), encontraron que
las diferentes especies de Colletotrichum spp. tienen gran
variabilidad genética y molecular, causando que el grado de
daño sea variable entre ellas. Por esta misma razón, Trinidad-
Angel et al. (2017) observaron que los primeros signos de la
antracnosis en la evaluación in vivo comenzaron a aparecer
entre el tercer y cuarto día de incubación y el daño fue en
aumento al comenzar la maduración del fruto. Lo que puede
deberse a que se trata de una enfermedad latente; es decir,
la infección se presenta en estados tempranos del desarrollo
del fruto e incluso desde la oración, y se mantiene latente
hasta que el fruto alcanza las condiciones óptimas como son
la máxima producción de etileno, misma que desencadena
eventos enzimáticos que estimulan el desarrollo del hongo,
así como la disminución de la concentración de algunos
compuestos que inhiben el desarrollo del mismo (Alarcón-
Restrepo y Chavarriaga-Montoya, 2007).
Por otro lado, en este estudio se visualizó una mayor
susceptibilidad a la infección por N. parvum. Ochoa (2014)
menciona que, durante la maduración, los niveles de com-
puestos antifúngicos en el fruto declinan, lo que permite que
se active el crecimiento del hongo. Las células más externas
de la cutícula y de la pulpa son colonizadas, llevando el de-
sarrollo de los síntomas. Considerando que la inoculación de
topatógeno sobre los frutos tuvo una concentración de 1 x
106 de esporas por mL, sería importante considerar lo men-
cionado por Gupta et al. (2014), donde describe que, en su
mayoría, los productos comerciales del mercado se formulan
con una concentración de antagonista entre 1 × 108 y 1 × 109
UFC esporas viables/gramo de producto formulado. Por lo
que T. harzianum (TSONM6) podría ser una buena alternativa
para el control biológico del aguacate en postcosecha.
CONCLUSIONES
Se logró aislar e identicar a nivel género seis cepas
de Trichoderma de raíz y suelo de cultivos de aguacate, con
la capacidad de inhibir in vitro a los patógenos N. parvum, P.
persea, C. gloeosporioides y Diaporthe sp. La cepa TSONM6,
identicada molecularmente como Trichoderma harzianum,
mostró la mayor capacidad antagónica principalmente con-
tra los patógenos del aguacate C. gloeosporioides, Diaporthe
sp. y P. persea. Por lo tanto, esta cepa puede utilizarse en fru-
tos de aguacate postcosecha para el control de la antracnosis
y así aumentar la calidad y cantidad de este cultivo, impac-
tando signicativamente en la economía. Sin embargo, aún
31
Volumen XXV, Número 1 31
López-López et al: Antagonismo de cepas de Trichoderma aisladas en Tanaxuri/ XXV (1): 24-33 (2023)
falta discernir los mecanismos de acción precisos implicados
en la actividad de esta cepa en el control biológico, lo que
permitirá seleccionar cepas nuevas, ecaces y que a la vez
facultará un uso adecuado en el cultivo de aguacate.
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34 Volumen XXV, Número 1
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
34
*Autor para correspondencia: Francisco Daniel Hernández
CastilloCorreo electrónico: fdanielhc@hotmail.com
Recibido: 5 de mayo de 2022
Aceptado: 18 de septiembre de 2022
Efectividad biológica de extractos de Agave striata y Fouquieria
splendens contra Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis
Biological eectiveness of Agave striata and Fouquieria splendens extracts against
Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis
Jesús Eduardo Ramírez Méndez, Francisco Daniel Hernández Castillo*, Marco Antonio Tucuch Pérez, Isaac Irving
Camacho Aguilar, Roberto Arredondo Valdés, José Ángel Villarreal Quintanilla
Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro. Departamento de Parasitología. Calzada Antonio Narro , Buenavista. CP.
. Saltillo, Coahuila, México.
Universidad Autónoma de Coahuila Facultad de Ciencias Químicas Departamento de Nanobiociencias. Saltillo, Coahuila,
México. Ing. J.Cardenas Valdez S/N, Col. República, CP. . Saltillo, Coahuila, México.
Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro. Departamento de Botánica. Calzada Antonio Narro , Buenavista. CP.
. Saltillo, Coahuila, México.
RESUMEN
El cancro bacteriano es una de las enfermedades del to-
mate (Solanum lycopersicum), la cual es causada por la bacteria
Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis (Cmm). En el
presente trabajo se realizó la identicación de Cmm mediante
PCR de punto nal utilizando los primers CMM5F y CMM6R. Se
evaluó la efectividad de los extractos metanólicos de Agave
striata y Fouquieria splendens sobre Cmm in vitro e invernadero,
así también se obtuvo información acerca de la composición de
toquímicos presentes en las plantas. El ensayo in vitro se realizó
mediante la técnica de microdilución en placa desde los 3.9
mg/L a 1000 mg/L, se determinó la Ci50 y Ci90 de cada extracto
. En el experimento en invernadero se evaluó el efecto de los
extractos y un producto orgánico “Biobacter” contra Cmm, se
calculó la incidencia, severidad y parámetros morfométricos. Los
resultados in vitro indicaron que los extractos de F. splendens y A.
striata presentan inhibición sobre el topatógeno, sin embargo,
el extracto de F. splendens mostro control a menores concentra-
ciones que con A striata. El ensayo en invernadero demostró que
la incidencia, severidad y parámetros morfométricos fue menor
con el extracto de F. splendens, así después con el producto
Biobacter.
Palabras clave:
Clavibacter michiganensis subsp. michiganen-
sis, tomate, extractos metanólicos, efectividad biológica.
ABSTRACT
Bacterial canker is one of the tomatoes (Solanum
lycopersicum) diseases caused by the bacterium Clavibacter
michiganensis subsp. michiganensis (Cmm). In this study,
Cmm was identied by end-point PCR using the primers
CMM5F and CMM6R. The ecacy of methanolic extracts of
Agave striata and Fouquieria splendens on Cmm in vitro under
greenhouse conditions was evaluated, as well as information
about the composition of phytochemicals present in plants.
The in vitro assay was performed using the plate microdilution
technique from 3.9 mg/L to 1000 mg/L, the Ci50 and Ci90 of
each extract was determined. In the greenhouse experiment,
the eect of the extracts and an organic product “Biobacter”
against Cmm was evaluated on incidence, severity, and
morphometric parameters. The in vitro results indicated that
the extracts of F. splendens and A. striata showed inhibition
on the phytopathogen. The greenhouse trial showed that
the incidence, severity and morphometric parameters were
lower with F. splendens extract, subsequently, with Biobacter
product.
Keywords: Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis,
tomato, methanolic extracts, biological eectiveness.
INTRODUCCIÓN
El tomate es una de las hortalizas más importantes a
nivel mundial; con una supercie cultivada durante el 2020 de
5,051,983 ha y una producción de 186,821,216 t. Los principales
países productores de tomate son China, India, Turquía, Estados
Unidos y Egipto, en tanto que México ocupa el noveno lugar en
producción de 4,137,342 t y una supercie sembrada de 84,926
ha (FAO, 2020). México contribuye con el 19 % de volumen de
las exportaciones a nivel mundial, ubicándolo como el principal
país exportador por encima de España (14 %) y Países Bajos
(13 %) (FAOSTAT, 2020). La producción del cultivo del tomate
es afectada por diversos problemas tosanitarios causados por
plagas insectiles y microrganismos topatógenos tales como
hongos, nematodos, bacterias y virus (Arie et al., 2007). Las
enfermedades bacterianas son unas de las principales proble-
máticas debido a su capacidad de
infectar y la dicultad para
ser controladas en los sistemas de producción (Calleros, 2013).
Entre las principales especies bacterianas responsables de en-
fermedades en el tomate se encuentran Pseudomonas syringae
pv. tomato (Pst), Ralstonia solanacearum (Rs), Agrobacterium
tumefeciens (At), Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (Xcv)
y Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis (Cmm) (Koike
et al., 2007; López, 2017). Cmm es conocida como “el cáncer” o
“cancro bacteriano” (Davis et al., 1984), es una de las principales
especies de interés económico por el alto grado de pérdidas que
ocasiona en el cultivo de tomate (de León et al., 2011; Nandi et
al., 2018), las cuales pueden alcanzar el 100 % si no es controlada
(EFSA, 2014; Hadas et al., 2014; FIRA, 2016). Su principal fuente
de inóculo es la propagación por medio de semillas infectadas,
trasplantes de plantas infectadas, y restos de la planta localizada
DOI: 10.18633/biotecnia.v25i1.1751
35
Volumen XXV, Número 1 35
Ramírez-Méndez et al: Efectividad biológica de extractos de Agave striata / XXV (1): 34-42 (2023)
en el suelo (Gartemann et al., 2003; Kawaguchi et al., 2010). Esta
especie muestra una gran variabilidad en la virulencia (Alvarez et
al., 2004), pudiendo sobrevivir en restos de plantas hasta por dos
años (Fatmi y Schaad, 2002; Sen et al., 2018). Las estrategias de
control disponibles para Cmm son principalmente la prevención
y exclusión (Xu et al., 2010; De León et al., 2011), la soluciones se
basan en la rotación del cultivo, buenas prácticas agrícolas y el
uso de semillas sanas (Sen et al., 2015; Tíreng-Karut et al., 2019).
Por su parte los productos químicos no han sido ecientes
(Balestra et al., 2009), siendo el uso de compuestos cúpricos y
de antibióticos los que han mostrado mayor efecto sobre el pa-
tógeno (Milijacevic et al., 2009), sin embargo, sus efectos tóxicos,
su potencial de acumulación en los suelos y su capacidad para
inducir resistencia en los microorganismos topatógenos hacia
los ingredientes activos, no permite su uso en la agricultura
de algunos países. Debido a lo anteriormente mencionado, se
realizan trabajos de investigación para desarrollar alternativas
orgánicas, amigables con el medio ambiente y que no generen
resistencia en los microorganismos (Basim et al., 2000; Sarwar,
2015), mediante extractos de plantas y sus principios activos por
sus diversos efectos antimicrobianos (Scarpari et al., 2017; Valdés
et al., 2017; Simonetti et al., 2020; Bahaman et al., 2021). Siendo
las plantas del género Agave una de las que han mostrado ac-
tividad antibacteriana (Krishnaveni, 2017; López-Romero et al.,
2018; Camacho-Campo et al., 2020); así también como la especie
Fouquieria splendens (Rodríguez-Garza, 2010; Vega-Menchaca et
al., 2013). Agave striata es una especie endémica de México, y
su distribución se encuentra en el Desierto Chihuahense desde
el estado de Hidalgo hasta Coahuila (Trejo et al., 2016), por su
parte Fouquieria splendens es la especie más distribuida de la fa-
milia Fouquieriaceae y se puede encontrar desde el suroeste de
los Estados Unidos, y en México se encuentra en los desiertos de
Chihuahua y Sonora, desde San Luis Potosí y Tamaulipas hasta
la parte sur de Zacatecas, Querétaro e Hidalgo (Nevárez-Prado
et al., 2021). Los objetivos del presente trabajo son; determinar
la presencia de toquímicos en los extractos metanólicos de las
hojas de A. striata y de los tallos de F. splendens, y determinar su
actividad antibacteriana in vitro e invernadero
contra Cmm en
tomate.
MATERIALES Y MÉTODOS
Aislamiento de Cmm
La cepa de Cmm se obtuvo de plantas de tomate
Saladette variedad Rio grande, de la zona productora de
tomate del municipio de Ahome, en el Estado de Sinaloa.
Se obtuvieron muestras de tallos y hojas con síntomas ca-
racterísticos de la enfermedad, ya que mostraban presencia
de chancros en los tallos y marchitamiento marginal en los
foliolos (Gartemann et al., 2008), en el laboratorio de Mico-
logía y Biotecnología del Departamento de Parasitología de
la UAAAN las muestras se desinfectaron con una solución de
cloro al 3 % durante 3 min, posteriormente se enjuagaron con
agua destilada estéril tres veces y se dejó secar sobre papel
estraza estéril. Una vez secas, las muestras se maceraron en
bolsas de maceración con agua destilada estéril, posterior-
mente se tomó un tubo cónico con 9 mL de agua destilada
estéril y se le agrego 1 mL de líquido de la maceración de las
muestras, de este se realizó una dilución de 10-6, y posterior-
mente se sembró en un medio King B (KB) y se re-aislaron las
colonias con crecimiento similar al de Cmm, se eligieron las
que presentaron las colonias amarillas, mucoides convexas,
a las cepas aisladas se les realizaron pruebas bioquímicas,
propuestas por Shaad et al. (2001).
Identicación molecular de Cmm
Se realizó la extracción de ADN de acuerdo con la me-
todología de Doyle y Doyle (1990), con algunas modicacio-
nes. Para la reacción de la PCR de punto nal se utilizaron los
primers marca Probiotek CMM5F (5´GCGAATAAGCCCATAT-
CAA3´) y CMM6R (5´CGTCAGGAGGTCGCTAATA3´) especícos
para este patógeno, derivados del gen de patogenicidad
pat-1 (serina proteasa) presente en el plásmido pCM2, cuyo
tamaño de amplicón es de 614 pb aproximadamente (Dreier
et al., 1995). En la reacción de PCR se emplearon 7 L de
Taq&GoT Mastermix (MB Biomedicals), 5 L de cada primer
y 1 L de ADN. Las condiciones para relalizar la amplicación
requieren de una tempreatura inicial de 95 °C durante 3 min,
94° por 30 seg, 55 °C por 1 min, 72 °C por 1 min y 72 °C por 5
min, con un total de 30 ciclos, en un termociclador MaxyGe-
ne (AxyGen, USA). Posteriormente se realizó la electroforesis
mediante un buer TBE 1X con un gel de agarosa al 1.2 %,
para la visualización del gel se utilizó un fotodocumentador
UVP.
Colecta de plantas
Se colectaron plantas de A. striata y F. splendens, ubi-
cadas en el municipio de General Cepeda, Coahuila, México
(25°21’31.09’N y 101°27’54.91’’O a 1525 m.s.n.m.)
,
durante el
mes de Mayo del 2021. Se depositaron en bolsas de estraza
para su traslado al laboratorio de Micología y Biotecnología
del departamento de Parasitología Agrícola de la Universidad
Autónoma Agraria Antonio Narro (UAAAN). En el laboratorio las
plantas se lavaron con agua corriente, se secaron y se separaron
las partes áreas de las raíces. Posteriormente las partes aéreas de
las plantas se colocaron en una estufa de secado (Arsa AR-130D,
México) a 60 °C hasta presentar peso constante. Finalmente,
cada planta se trituró con un molino (Surtek Mogra1, México),
se pasaron por una licuadora (Mabe, México); nalmente se
tamizaron con un tamiz de 0.2 µm para guardarse en recipientes
oscuros debidamente identicados hasta su uso.
Preparación de los extractos
Los extractos se prepararon de acuerdo a el método
reportado por Jasso de Rodríguez et al. (2015), con algunas
modicaciones, utilizando como solvente metanol al 96 %; se
depositaron 42 g del polvo de cada planta en matraces de 1L
adicionando 750 mL del solvente; se colocaron en una parrilla
de agitación (Thermo Scientic
Cimarec, USA) durante 72 h a
una temperatura de 60 °C. Posteriormente el solvente se separó
mediante un rotavapor (IKA RV 10 digital V, USA) a 150 r.p.m a
temperaturas de 70 °C. Una vez obtenida la fracción metanólica
esta se vertió en recipientes de vidrio y se colocaron en una
36 Volumen XXV, Número 1
36
Ramírez-Méndez et al: Biotecnia / XXV (1): 34-42 (2023)
estufa de secado (Arsa AR-130D, México) a 50 °C durante 48
h, f
inalmente se obtuvieron los extractos y se colocaron en
frascos ámbar para su posterior uso.
Análisis de compuestos toquímicos
Para la identicación de los compuestos toquímicos los
extractos se prepararon a concentración de 1000 mg/L, y poste-
riormente se realizó el análisis de presencia de: alcaloides (Prue-
ba de Dragendorf y Sonneschain); azúcares reductores (Prueba
de Feling y Benedict); carbohidratos (Prueba de Molisch); caro-
tenoides (H2SO4 y FeCl3); cumarinas (Prueba de Erlich); esteroles
y terpenos (Prueba de Liberman-Burchard y Rhosenthalert);
avonoides (Prueba de Shinoda y de NaOH); glicósidos cianogé-
nicos (Prueba de Gringnard); purinas (Prueba de HCl); quinonas
(Prueba de Hidróxido de amonio, H2SO4 y
Borntrager); saponi-
nas (Prueba de Espuma) y taninos (Prueba de Gelatina y FeCl3,
K3[Fe(CN)6]) (
Sahgal et al., 2009; Usman et al., 2009).
Efectividad antibacteriana de los extractos metanólicos
de plantas sobre Cmm in vitro
Ensayo in vitro
Se utilizó la metodología descrita por Tucuch-Pérez et
al. (2020) mediante microplacas de poliestireno de 96 pozos;
en ellas, la primera columna (testigo negativo) se le agregaron
110 L de caldo nutritivo (medio) y 40 L de cloruro de 2,3,5
trifeniltetrazolio (revelador), a la segunda columna (testigo
positivo) se le agregaron 100 L de medio más 10 L de sus-
pensión bacteriana de Cmm a concentración de 1x106 unidades
formadoras de colonias bacterianas (UFC) UFC/mL y 40 L de
revelador, la tercera columna (testigo solvente) se preparó con
100 L de medio y solvente (metanol) en una relación 1:1 (v/v)
más 10 L de suspensión bacteriana y 40 L de revelador, a par-
tir de la columna cuatro, se agregaron 100 L del extracto a una
concentración de 2000 mg/L, quedando en la columna cuatro
a 1000 mg/L, se mezcló y se transrieron 100 L a la siguiente
columna, así sucesivamente hasta la columna doce, obteniendo
concentraciones de 1000 a 3.9 mg/L. El siguiente paso consistió
en agregar 40 L de reverador, y nalmente se adicionaron 10
L de una suspensión bacteriana de Cmm a concentración de
1 x 106. Cada microplaca se consideró una repetición con ocho
unidades experimentales, y se realizaron tres repeticiones por
tratamiento; se incubaron a 26 °C por 48 h y nalmente se realizó
una lectura de absorbancia a 490 nm en un espectrofotómetro
(Thermo scientic multiskan go 51119200, USA).
Porcentaje de inhibición
El porcentaje de inhibición se determinó mediante la
fórmula propuesta por Arredondo-Valdés et al. (2021), donde:
Porcentaje de inhibición = (1 - (As/Ac) (100))
Ac: Absorbancia de la solución control.
As: Absorbancia de la solución muestra.
Actividad biológica de los extractos metanólicos de A.
striata y F. splendens contra Cmm bajo condiciones de
invernadero
El experimento se llevó a cabo en el invernadero del De-
partamento de Parasitología (25°21’08.01”N y 101°01’38.00”O)
de la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro (UAAAN),
ubicada en la ciudad de Saltillo, Coahuila, México, durante el
ciclo otoño-invierno de 2021.
Inoculación y trasplante
Se utilizaron plantas de tomate variedad Rio Grande, con
desarrollo de 25 días después de la siembra y con altura de 9
cm aproximadamente al momento del trasplante. Se prepararon
vasos de unicel de 1L, y se les agregó 800 gramos de sustrato; el
cual consistió de 45 % suelo (previamente pasteurizado), 45 %
peat moss y 10 % perlita. Se realizaron heridas en la supercie de
las primeras dos hojas verdaderas y el tallo con un hisopo estéril,
posteriormente se asperjaron las heridas con una solución de
400 L de Cmm a concentración de 1 x 106 UFC/mL, una vez
inoculadas se dejaron reposar por 20 min, para después aplicar
los tratamientos de los extractos de F. splendens, A. striata y el
producto comercial Biobacter O®.
Aplicación de los tratamientos
Los tratamientos utilizados fueron T1 =Testigo absoluto,
T2 = Testigo inoculado, T3 = Extracto de hojas de A. striata (1828
mg/L), T4 = Extracto de tallos de F. splendens (1736 mg/L) y T5 =
Testigo comercial (Biobacter O® 1 L/ha). En relación a los extrac-
tos vegetales la concentración utilizada se seleccionó tomando
la Cl90 del experimento in vitro. Estos se aplicaron por aspersión
mediante bombas aspersoras de 3 L
(
J.H. Company 10344, USA).
Se realizaron tres aplicaciones, la primera se realizó después la
inoculación de la bacteria; las otras aplicaciones se realizaron a
los 7 y 14 d después de la primera aplicación, estas se realizaron
directamente en la planta, en cada aplicación se asperjaron tres
veces en la parte aérea y tres veces en la parte del tallo.
Variables evaluadas
Se evaluó la incidencia y severidad de la enfermedad,
tanto en follaje como los tallos de las plantas. De igual forma,
se evaluaron variables agronómicas, tales como: peso fresco y
seco de la biomasa aérea y de la raíz, altura de planta, longitud
de raíz y diámetro de tallo. La incidencia de la enfermedad se
determinó utilizando la siguiente fórmula:
Incidencia (I) = No. de plantas enfermas / Total de plantas 𝑥 100
La severidad se evaluó mediante la escala propuesta por
Mohd Nadzir et al. (2019), la cual mide de un rango del 0 al 5
donde: 0 = Sin síntomas, 1 = 0 - 25 % de hojas marchitadas en
la planta, 2 = 26 - 50 % de hojas marchitadas en la planta, 3 =
51 - 75 % de hojas marchitadas en la planta, 4 = 76 - 100 % de
hojas marchitadas en la planta y 5 = Plantas muertas.
37
Volumen XXV, Número 1 37
Ramírez-Méndez et al: Efectividad biológica de extractos de Agave striata / XXV (1): 34-42 (2023)
Análisis estadístico
En el ensayo in vitro se realizó un análisis Probit para
determinar la concentración inhibitoria al 50 % y al 90 % (Ci50-
Ci90) de cada extracto utilizando el programa estadístico Statis-
tical AnalysisSys, V9.0., con los resultados obtenidos se realizó
análisis de varianza con las concentraciones inhibitorias; en el
estudio se evaluaron los tratamientos con tres repeticiones y
se realizaron pruebas de rango de Duncan (p < 0.05). Para el
experimento bajo condiciones de invernadero se realizó un
diseño completamente al azar con cinco tratamientos y cuatro
repeticiones. Los datos de las variables evaluadas (incidencia,
severidad y parámetros morfométricos) se sometieron a ANVA y
pruebas de comparación de medias de Duncan (p < 0.05), con el
programa estadístico Statistical AnalysisSys, V9.0, cumpliéndose
los supuestos de normalidad.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Pruebas preliminares para identicación de Cmm
A las cepas previamente aisladas de las muestras de
las plantas de tomate con la posible presencia de Cmm se les
realizaron pruebas bioquímicas, propuestas por Shaad et al.
(2001), en donde la cepa denominada “CV1” mostro similitud
con las reportadas para esta bacteria (Tabla 1).
traquinonas y benzoquinonas), así como cumarinas (Tabla 2). Se
han encontraron en A. striata presencia de avonoles (derivados
de quercetina) (Almaraz-Abarca et al., 2013), así como saponinas
esteroidales (Marker y López, 1947). La presencia de saponinas
esteroidales en el género Agave ha sido bien documentada
(Scout y Eagleson, 1988) así los como compuestos alcaloides,
avonoides, terpenoides, cumarinas, azúcares reductores, inuli-
na, fructanos, entre otros (Chigodi et al., 2013; Almaraz-Abarca et
al., 2013). En las especies de A. salmiana y A. fourcroydes encon-
traron saponinas, avonoides, alcaloides, taninos (Valdivia et al.,
2018; Delgado-Alvarado, 2021). Así también se han encontrado
presencia de carbohidratos, azucares reductores, quinonas y
lactonas sesquiterpenicas en hojas de A. Americana (Cervantes-
Tenorio y Reyna-Pizán, 2019), así como glucósidos cardiotónicos
en A. angustifolia (Camacho-Campos et al., 2020). Por su parte
la especie F. splendens presentó: alcaloides, carbohidratos, avo-
noides (avonones, avonas, avononas y chalconas), azucares
reductores, saponinas (triterpenoides), taninos (derivados Acido
Tabla 1. Resultados de puebas bioquímicas correspondientes a la cepa “CV1”.
Table 1. Results of biochemical tests corresponding to the “CV1” strain.
Prueba Reacción “CV1” Resultado
Crecimiento en B de King + +
Crecimiento a 28 °C + +
Colonias amarillas, mucoides y convexas + +
Tinción de Gram + +
Prueba de RYU - +
Oxidasa - +
Catalasa + +
Identicación molecular de Cmm
Se conrmó que la cepa denominada “CV1” amplicó con
los primers CMM5F/CMM6R especícos para Clavibacter michi-
ganensis subsp. michiganensis (Figura 1)
mediante la técnica de
PCR de punto nal.
Análisis de los Fitoquímicos identicados en A. striata y
F. splendens
El extracto metanólico de A. striata presentó: alcaloides,
carbohidratos, avonoides (avonones y chalconas), saponinas
(triterpenoides y esteroidales), taninos (fenoles), quinonas (an-
Tabla 2. Fitoquímicos identicados en extractos metanólicos.
Table 2. Phytochemicals identied in methanolic extracts.
A C F GC AZ S T Q Cu PCa
F1 F2 F3 F4 Az1 Az2 S1 S2 T1 T2 T3 T4 Q1 Q2 Q3
A. striata + + + - - + - - - + - - - - + + + - + - -
F. splendens + + + + + + - + + + - + + - + + + - + - -
+ = Fitoquímico presente, - = Fitoquímico ausente; A = Alcaloides, C = Carbohidratos, F = Flavonoides, GC = Glucósidos
Cianogenicos, AZ = Azucares Reductores, S = Saponinas, T = Taninos, Q = Quinonas, Cu = Cumarinas, P = Purinas, Ca = Carotenoides,
F1 = Flavonones, F2 = Flavonas, F3 = Flavononas, F4 = Chalconas, Az1 = , Az2, S1 = Triterpenoides, S2 = Esteroidal, T1 = Gelatina, T2
= Derivados Acido Gálico, T3 = Derivados Catecoles, T4 = Fenoles, Q1 = Antraquinonas, Q2 = Benzoquinonas, Q3 = Antronas.
Figura 1. Visualización del segmento de 614 bp. Carril “M” corresponde al
marcador molecular de 10, 000 bp; Carriles 1, 2, 3 y 4 corresponden a la misma
cepa “CV1”, aislada de las plantas de tomate colectadas con síntomas de Cmm;
carril 5 corresponde a un control positivo (C+) (Cmm); y el carril 6 a un control
negativo (C-) (Xanthomonas campestris pv. vesicatoria). *Cepas control + (Cmm)
y – (Xcv) obtenidas de la colección microbiológica del laboratorio de Fitopatolo-
gía del Departamento de Parasitología de la UAAAN.
Figure 1. Visualization of the 614 bp segment. Lane “M” corresponds to the
10,000 bp molecular marker; Lanes 1, 2, 3 and 4 correspond to the same strain
“CV1”, isolated from tomato plants collected with Cmm symptoms; lane 5 co-
rresponds to a positive control (C+) (Cmm); and lane 6 to a negative control (C-)
(Xanthomonas campestris pv. vesicatoria). *Control strains + (Cmm) and – (Xcv)
obtained from the microbiological collection of the Phytopathology laboratory
of the Department of Parasitology of UAAAN.
38 Volumen XXV, Número 1
38
Ramírez-Méndez et al: Biotecnia / XXV (1): 34-42 (2023)
Galico, derivados de catecol y fenoles) y quinonas (antraquino-
nas y benzoquinonas) (Tabla 2). Bate-Smith (1964), describe que
los constituyentes más característicos del género Fouquieria
corresponden a la avonoides (leucocianidina, kaempferol y
quercetina), ácido p-cumárico, ácido cafeico, ácido ferúlico,
ácido elágico, cumarina y escopoletina. Rodríguez-Garza (2010),
encontró en F. splendens presencia de grupos carbonilo, oxidri-
los fenólicos, esteroles y metilesteroles, cumarinas, saponinas,
sesquiterpenlactonas y avonoides. Dentro de la composición
del ocotillo se descubrió que tanto los tallos como las hojas
producían soluciones amarillas producto de varios avonoi-
des como el kaempferol, ermanina y cetina, además avonas
apigenina, acacetina, luteolina y crisoeriol. Entre estos, apige-
nina y ermanina, rutina y quercetina-3-O-glucósido fueron los
principales compuestos fenólicos en las hojas (Wollenweber,
1994; Monreal-García et al., 2019), también se han encontrado
triterpenos, triterpenoides, saponinas esteroideas y compuestos
iridoides (Takhtajan, 2009), y dentro de las ores los toestero-
les y alcanos de cadena larga y corta; y en el tallo compuestos
como el Dammaran-triterpeno, el fouquierol y el isofouquierol,
así como el dammarendiol en las raíces (Hegnauer, 1989;
Waterman, 1985). Por otro lado, en el ocotillo se ha aislado el
pyxinol y el ocotillol, el último es una saponina triterpenoides
el cual presenta actividades interesantes como la inhibición del
crecimiento de bacterias con bajas tasas de toxicidad (Pokhilo y
Uvarova, 1988; Bi Y. et al., 2017).
Efectividad antibacteriana in vitro
Los extractos de las hojas de A. striata y de los tallos de
F. splendens presentaron efecto inhibitorio en el crecimiento de
Cmm (Figura 2 y Tabla 3), se observó que A. striata inhibio desde
125 mg/L y F. splendens desde 62.5 mg/L con 20.86 % y 7.69 %
respectivamente, por su parte el análisis Probit estimo una Ci50 y
Ci90 de 389.28 y 1828 mg/L para A. striata, y 308.82 y 1736 mg/L
para F. splendens (Tabla 4).
No se encuentra en la literatura cientíca reportes sobre el
efecto de extractos de A. striata y F. splendens en la inhibición de
Cmm. El género Agave ya ha mostrado efecto bactericida con las
especies de A. argentium, A. stricta, A. americana y A. angustifolia
los cuales mostraron actividad antibacteriana contra
S. aureus y
E. coli que afectan la salud humana (Krishnaveni, 2017; López-
Romero et al., 2018; Camacho-Campo et al., 2020). Así mismo la
especie F. splendens ha mostrado efecto antibacteriano contra
S.
aureus y E. coli (Rodríguez-Garza, 2010; Vega-Menchaca et al.,
2013), y contra B. cereus, B. subtilis (Rodríguez-Garza, 2010)
.
Sin embargo la actividad antibacteriana de extractos vegetales
contra Cmm ya ha sido reportada por Arredondo-Valdés et al.
(2020) con extractos etanólicos de hojas de Magnolia tamauli-
pana reportando una IC50 y IC90 de 64.75 – 176.73 ppm; además
Arredondo-Valdés et al. (2021) utilizaron extractos etanólicos de
hojas de Moringa oleifera contra Cmm, obteniendo una IC50 fue
de 350.48 ppm. Pérez-Pérez et al. (2020) señalan que los extrac-
tos metanólicos, hexánico y de acetato de etilo a partir de raíces
de Jatropha dioica Seseé (Sangre de drago), también inhibieron
el crecimiento de Cmm, con una mejor respuesta con acetato
de etilo con una CI50 de 2.0 ± 0.43 mg mL-1. De igual manera se
reportan con los extractos metanólicos de hojas de Calendula
ocinalis y Echinacea purpurea actividad inhibidora contra Cmm
(Aksoy et al., 2021).
Efectividad biológica de los extractos metanólicos de A.
striata y F. splendens contra Cmm en el cultivo de tomate
bajo condiciones de invernadero
Incidencia y severidad de la enfermedad
Los resultados muestraron que no se encontraron dife-
rencias estadísticas entre los tratamientos, a excepción del trata-
miento con F. splendens contra el tratamiento inoculado. Siendo
la incidencia de F. splendens 25 %, A. striata y Biobacter 50 % y el
testigo inoculado 100 %. (Tabla, 5). Por su parte, la severidad no
mostró diferencias signicativas entre tratamientos, a excepción
del testigo inoculado el cual presento una severidad de 3.25,
siendo superior a la presentada por los tratamientos aplicados,
los cuales mostraron una severidad de 1, 0.5 y 0.25 en el caso
de A. striata, F. splendens y Biobacter. El efecto obtenido sobre la
disminución de la enfermedad de Cmm en las plantas tratadas
puede ser debido a que los extractos de A. striata y F. splendens
presentaron toquímicos tales como: alcaloides, carbohidratos,
avonoides, saponinas, taninos, quinonas, cumarinas, sin embar-
go F. splendens también presento azucares reductores y mayor
presencia de taninos.
Dichos compuestos presentan actividad
antibacteriana al
degradar y alterar la pared celular, inhiben la
actividad enzimática e inactiva tóxicos de origen microbiano
(Sepúlveda-Jiménez et al., 2003;
Ávalos y Pérez, 2009;
Andrade-
Bustamante et al., 2017).
La presencia de taninos
hidrolizables,
en su mayoría elagitaninos y galotaninos (precursores del ácido
gálico) han mostrado efectividad antibacteriana, pues tienen la
capacidad de formar enlaces con glicoproteínas presentes en las
membranas bacterianas, causando inestabilidad e inhibición a
varias funciones vitales de los microorganimos, como: protec-
ción celular, transporte de nutrientes o proteínas y obtención
de energía (Rosero-Ortiz, 2021), estos se encuentran presentes
en los extractos de F. splendens, debido a esto pudo haber sido
mayor la ecacia en el control de F. splendens contra Cmm.
Figura 2. Inhibición de Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis por
extractos de Agave striata y Fouquieria splendens determinado por el método
de micriodilucion en placa.
Figure 2. Inhibition of Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis by
extracts of Agave striata and Fouquieria splendens determined by the plate
microdilution method.
39
Volumen XXV, Número 1 39
Ramírez-Méndez et al: Efectividad biológica de extractos de Agave striata / XXV (1): 34-42 (2023)
Parámetros morfométricos evaluados
Los resultados obtenidos en los parámetros morfométri-
cos evaluados (Tabla 6), muestran que los tratamientos (A. stria-
ta, F. splendens y Biobacter) mostraron similitud estadística con
el testigo absoluto en diámetro de tallo, para altura de planta F.
splendens y Biobacter mostraron relación estadística con el testi-
go absoluto, para tamaño de raíz los tratamientos no mostraron
diferencias signicativas entre ellos, y solo F. splendes mostró
similitud con el testigo absoluto, para peso fresco tampoco se
observaron diferencias entre los tratamientos y solo Biobacter
mostró similitud con el testigo absoluto, para el peso seco el
mejor tratamiento fue Biobacter el cual se separó estadística-
mente de los tratamientos de A. striata y F. splendens, esto se
puede entender ya que el producto Biobacter en su formulación
orgánica además de extractos vegetales, por esporas de bacte-
rias bioestimuladoras de Bacillus spp. Por su parte F. splendens
mostro similitud estadística en diámetro de tallo, altura de
planta y tamaño de raíz con el testigo absoluto, lo que podría
indicar que este extractos pudiera tener acción bioestimuladora
de crecimiento en las plantas tratadas.
CONCLUSIONES
Los compuestos toquímicos determinados en los ex-
tractos metanólicos de
A. striata y F. splendens pertenecen a las
familias de los alcaloides, carbohidratos, avonoides, saponinas,
taninos, quinonas, cumarinas, sin embargo, F. splendens tuvo
mayor presencia de taninos, avonoides y precenica de azúcares
reductores. En el ensayo in vitro ambos extractos mostraron acti-
vidad antibacteriana sobre Cmm, sin embargo, en el experimen-
to bajo condiciones de invernadero el extracto de F. splendens
mostró mayor reducción en la incidencia y severidad, seguido
de Biobacter, y por último el extracto de A. striata. En cuanto
a los parámetros morfométricos los tratamientos con mayor
efectividad biológica contra Cmm fueron Biobacter y F. splen-
dens. Los resultados muestran que la presencia de toquimicos
en los extractos puede estar relaciónado con la eciencia en el
control de Cmm, ya que F. splendens presento mayor número de
toquimicos que A. striata.
AGRADECIMIENTOS
Agradezco al Consejo Nacional de Ciencia y Tecno-
logía, mediante el proyecto de asignación 2020-000026-
02NACF-17358, y a la Universidad Autónoma Agraria Antonio
Narro con clave 38111-425101001-2455.
REFERECNIAS
Aksoy, H.M., Arslanoğlu, .F., Edbeib, M.F., Kaya, Y. y Marakli, S.
2021. Actividad antibacteriana de los extractos de Calendula
ocinalis y Echinacea purpurea contra el agente causal del
cancro bacteriano del tomate: Clavibacter michiganensis subsp.
michiganensis. Boletín Latinoamericano y del Caribe de Plantas
Medicinales y Aromáticas. 20: 496-502.
Tabla 3: Porcentaje de inhibición de las diferentes concentraciónes de los extractos metanólicos de hojas de Agave striata y tallos de
Fouquieria splendens.
Table 3: Inhibition percentage of the dierent concentrations of methanolic extracts from leaves of Agave striata and stems of Fou-
quiria splendens.
Tratamientos 1000 mg/L 500 mg/L 250 mg/L 125 mg/L 62.5 mg/L 31.2 - 3.9 mg/L
A. striata 66.34 58.89 55.81 20.86 0 0
F. splendens 67.74 59.67 57.10 43.82 7.69 0
Tabla 4. Valores de las concentraciones inhibitorias al 50 y 90 % (Ci50 y Ci90)
de los extractos de Agave striata y Fouquieria splendens sobre Clavibacter
michiganensis subsp. michiganensis In Vitro.
Table 4. Inhibitory concentration at 50 and 90 % (Ic50 and Ic90) of Agave stri-
ata and Fouquieria splendens extracts on Clavibacter michiganensis subsp.
michiganensis In Vitro.
Tratamientos Ci50 Ci90
A. striata 389.28 mg/L 1828 mg/L
F. splendens 308.82 mg/L 1736 mg/L
Tabla 5: Incidencia y Severidad en follaje de plantas de tomate inoculadas
con Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis y tratadas con extractos
de Agave striata y Foquieria splendens.
Table 5: Incidence and Severity in tomato plants foliage inoculated with
Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis and treated with Agave
striata and Foquieria splendens extracts.
Tratamientos
Incidencia Severidad
1. Tratamiento Absoluto 0a0a
2. Tratamiento Inoculado 100b3.25b
3. Tratamiento con extracto de A. striata 50ab 1.00a
4. Tratamiento con extracto de F. splendens 25a0.25a
5. Tratamiento producto comercial “Biobacter O®” 50ab 50a
*Valores con la misma letra son estadísticamente similares (Duncan, p <
0.05).
Tabla 6: Parámetros morfométricos de plantas inoculadas de tomate con
Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis, y tratadas con extractos de
Agave striata y Foquieria splendens bajo condiciones de invernadero.
Table 6: Morphometric parameters of tomato plants inoculated with Clavi-
bacter michiganensis subsp. michiganensis, treated with Agave striata and
Foquieria splendens extracts under greenhouse conditions.
Tratamientos
Diámetro
de tallo
(mm)
Altura de
tallo (cm)
Tamaño de
raíz (cm)
Peso fresco
(g)
Peso seco
(g)
Absoluto 4.06 ± 0.73
a
13.8 ± 1.18
a
6.55 ± 0.91
a
3.86 ± 0.57
a
0.36 ± 0.08
a
Inoculado 2.78 ± 0.27
c
6.3 ± 0.91
c
3.92 ± 0.62
c
2.06 ± 0.14
c
0.18 ± 0.02
d
A. striata 3.54 ± 0.23
ab
9.25 ± 1.08
b
5.5 ± 0.32
b
2.39 ± 0.51
bc
0.26 ± 0.03
c
F. splendens 3.78 ± 0.17
ab
12.9 ± 0.56
a
6.75 ± 0.75
ab
2.81 ± 0.19
bc
0.27 ± 0.03
c
5. Biobacter 3.18 ± 0.14
ab
11.4 ± 1.80
a
5.57 ± 0.25
b
3.24 ± 0.97
ab
0.31 ± 0.03
b
*Valores con la misma letra son estadísticamente similares (Duncan, p <
0.05).
40 Volumen XXV, Número 1
40
Ramírez-Méndez et al: Biotecnia / XXV (1): 34-42 (2023)
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http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
43
Physicochemical, techno-functional and antioxidant characterization of
coee silverskin
Caracterización sicoquímica, tecno-funcional y antioxidante de la piel plateada del café
Rey David Vargas-Sánchez, Brisa del Mar Torres-Martínez, Gastón Ramón Torrescano-Urrutia, Armida Sánchez-
Escalante*
Coordinación de Tecnología de Alimentos de Origen Animal (CTAOA). Laboratorio de Investigación en Carne y Productos
Cárnicos, Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C. (CIAD). Carretera Gustavo Enrique Astiazarán Rosas
#, Hermosillo , Sonora, México.
*Autores para correspondencia: Armida Sánchez-Escalante
Correo electrónico: armida-sanchez@ciad.mx
Recibido: 13 de mayo de 2022
Aceptado: 28 de agosto de 2022
ABSTRACT
Coee residues have been considered a valuable
source of nutritional and functional components, thus are
considered as a potential ingredient for foods. The aim of
this study was to evaluate the physicochemical, techno-
functional, and antioxidant properties of coee silverskin
akes and powder. The results indicated that coee silverskin
akes and powder showed pH near to neutrality, and the
color was Roman coee and Deep coee, respectively, which
show that milling process change this parameter. Coee
silverskin akes showed the highest water and oil-holding
capacity, while both coee residues exert slight swelling and
foam capacity, and foam stability, without eect of milling
process. However, both residues do not exert emulsion and
gelling capacity, as well as emulsion stability. The presence
of phenols, avonoids, caeoylquinic acid and alkaloids
(powder > akes) were detected in both residues, which
exert free- and radical-cation scavenging activity (powder
= akes), reducing power properties, and lipid oxidation
inhibition (powder > akes). In conclusion, coee silverskin
can be proposed as a functional ingredient for food industry.
Keywords: coee residues, chemical compounds, physico-
chemical properties, techno-functional properties, antioxi-
dant.
RESUMEN
Los residuos de café se han considerado una fuente
valiosa de componentes nutricionales y funcionales, por
ello se consideran un ingrediente potencial para la industria
alimentaria. El objetivo del estudio fue evaluar las propiedades
sicoquímicas, tecno-funcionales y antioxidantes de
hojuelas y harina de la piel plateada de café. Las hojuelas y
la harina de piel plateada de café mostraron un pH cercano
a la neutralidad, y el color fue café romano y café profundo,
respectivamente, lo que indica que el proceso de molienda
cambia este parámetro. Los resultados indicaron que las
hojuelas de cascarilla de café mostraron la mayor capacidad
de retención de agua y aceite, mientras que ambos residuos
presentaron ligera capacidad de hinchamiento, formación
de espuma y estabilidad de espuma, sin efecto del proceso
de molienda. Sin embargo, ambos residuos no presentaron
capacidad de emulsión y gelicación, así como estabilidad
de la emulsión. La presencia de fenoles, avonoides, ácido
cafeoilquínico y alcaloides (harina > hojuelas) fue detectada
en ambos residuos, los cuales ejercieron actividad contra
radicales libres y cationes (harina = hojuelas), poder reductor
e inhibición de oxidación de lípidos (harina > hojuelas). En
conclusión, la cascarilla de café puede proponerse como
ingrediente funcional para la industria alimentaria.
Palabras clave: residuos de café, compuestos químicos,
propiedades sicoquímicas, propiedades tecno-funcionales,
antioxidante.
INTRODUCTION
In Mexico, processed food production represented
22.5 % of the manufacturing GDP (gross domestic product)
and 3.6 % of total GDP in 2018, mainly bakery products fo-
llowed by the meat sector (CDRSSA, 2019). Regarding meat
products, poultry is the most popular meat used in their
formulation (51 % of total production), especially destined to
produce hams and sausages. Meat products formulated with
red meats (22 % of total production) were represented by
hams, including cooked, American, Virginia, smoked, baked,
and York. Cold meats represented 27 % of total production,
including sausages, chorizo, bacon, mortadella, and others.
Additionally, the average domestic consumption of meat
products was 0.7 kg in the last ve years (COMECARNE, 2021).
Moreover, intrinsic and extrinsic factors may adversely
aect food quality and shelf life in terms of lipid oxidation,
during formulation, transportation, and storage period.
Consequently, lipid oxidation results in negative eects on
physicochemical and functional properties. Thus, food addi-
tives have been widely used in the meat industry to improve
nutrimental, sensory, and functional properties (Oswell et al.,
2018; Domínguez et al., 2019).
A food additive is any substance used directly or in-
directly in the production, processing, treatment, packaging,
transport, or storage, becomes a component, or otherwise
aects the characteristics of any food. However, these subs-
tances may be given to a testing and approval process to be
generally recognized as safe or GRAS (USDA, 2021). Although
consumer feelings on synthetic additives have been discus-
DOI: 10.18633/biotecnia.v25i1.1755
44 Volumen XXV, Número 1
44
Vargas-Sánchez et al: Biotecnia / XXV (1): 43-50 (2023)
sed, meat processors have used natural ingredients to im-
prove technological requirements and increase consumer’s
expectations (Balestra and Petracci, 2019).
In this context, it has been proved that coee residues
(husk, pulp, silverskin, and spent coee grounds) are an
important source of nutritional and functional components.
Thus, spent coee grounds powder and extracts have been
used as functional ingredients for minced pork and chicken
meat to reduce the oxidation process (Jully et al., 2016; Kim et
al., 2016). Also, it has been reported that coee husk powder
improves physicochemical (pH and color), techno-functional
(cooking loss), and oxidative stability (lipid oxidation) in raw
and cooked pork patties (Martuscelli et al., 2021a). However,
data on coee residues’ physicochemical and functional pro-
perties as natural additives are still limited.
Therefore, this work aimed to evaluate coee
silverskin’s physicochemical, techno-functional, and antioxi-
dant properties.
MATERIALS AND METHODS
Coee residues processing
A commercial supplier (CAFFENIO®) in Hermosillo,
Mexico, donated coee silverskin akes from dark Coea
arabica L. To obtain the powder, coee silverskin akes were
pulverized at 20 mesh of particle size (hammer mill, Pulvex
200, DF, Mexico). Both materials were packed under vacuum
(vacuum sealer, Food Saver®, FLA., USA) and stored at room
temperature (25 °C) until analysis.
Physicochemical characterization
Measurement of pH
The pH of coee residues and the commercial stan-
dard was measured after homogenization with distilled
water at a 1:10 ratio with a potentiometer (pH211, Hanna Ins-
truments Inc., RI, USA) with automatic temperature control
(AOAC, 2020).
Color measurement
The color measurement was performed using a
spectrophotometer (CM-508d, Konica Minolta Inc., TYO, Ja-
pan). The registered values were lightness (L*, ranging from
0-black to 100-white), redness (a*, takes positive values for
reddish colors and negative values for greenish colors), ye-
llowness (b*, takes positive for yellowish colors and negative
for bluish colors), Chroma (C*), and hue angle (h*). The coee
residues were placed in 3.5 cm diameter Petri dishes, and
ten measurements were performed on the samples surface
(Robertson et al., 1977).
Techno-functional characterization
The techno-functional properties of coee residues
and commercial standard were measured as previously des-
cribed with slight modications (Haque et al., 2020; López-
Marcos et al., 2015).
Water-holding capacity (WHC)
Samples (0.1 g) were homogenized with 1.5 mL of dis-
tilled water at 10,000 rpm for 1 min, and kept at 25 °C for 30
min. Subsequently, the test tubes were centrifuged at 15,000
x g for 20 min at 4 °C. The supernatant was decanted, and the
test tubes with the sediments were weighed. The WHC (%)
was calculated as [(Final weigh of the tube with the sample
– Initial weigh of the tube with the sample) / (Weigh of the
sample)] x 100.
Oil-holding capacity (OHC)
Samples (0.1 g) were homogenized with 1.5 mL of
commercial corn oil at 10,000 rpm for 1 min, and kept at 25 °C
for 30 min. Subsequently, the test tubes were centrifuged at
15,000 x g for 20 min at 4 °C. The supernatant was decanted,
and the test tubes with the sediments were weighed. The
OHC (%) was calculated as [(Final weigh of the tube with the
sample – Initial weigh of the tube with the sample) / (Weigh
of the sample)] x 100.
Swelling capacity (SC)
Samples (0.5 g) were homogenized with 5 mL of dis-
tilled water at 10,000 rpm for 1 min, using a graduated tube,
and kept at 25 °C for 1 h. The initial and nal volume occupied
by the samples was measured, and the increase in sample
volume after incubation indicates SC.
Foaming capacity (FC)
Samples (0.5 g) were homogenized with 10 mL of dis-
tilled water at 5,000 rpm for 5 min at 4 °C (Ultraturrax T25, IKA,
Stau, Germany). The foam produced within 30 sec, shows FC.
Foaming stability (FS)
The volume of the foam initially produced was measu-
red within 30 sec, and test tubes were incubated at 25 °C for
30 min. Then, the volume of the foam was measured, and a
reduction in the volume showed the absence of FS.
Emulsion capacity (EC)
Samples (0.5 g) were homogenized with 10 mL of
distilled water at 8,000 rpm for 1 min at 4 °C. The resultant
solution was homogenized with 10 mL of commercial corn
oil, under the same conditions. A two-phase suspension
formation shows EC.
Emulsion stability (ES)
The previously prepared emulsion was heated for 30
min at 80 °C, cooled at 25 °C, and centrifuged at 12,000 x g for
5 min at 4 °C. If the rst emulsion is not broken, it indicates ES.
Gelling capacity (GC)
The coee residues were homogenized with distilled
water to obtain several suspensions at 0, 2.5, 5, 10, 15, and
20 % (w/v) and boiled for 1 h. Subsequently, test tubes were
cooled for 1 h at 0 °C. The tubes were inverted to see gel
formation.
45
Volumen XXV, Número 1 45
Vargas-Sánchez et al: Physicochemical, techno-functional and antioxidant / XXV (1): 43-50 (2023)
Antioxidant activity
Phytochemical prole
The qualitative phytochemical analysis of coee
residues was conducted according to standard methods
(Griths et al., 1992; Samejo et al., 2011; Samejo et al., 2013).
Texturized soy protein was used as a commercial standard. A
total of 0.5 g of coee residues and the commercial standard
were homogenized with 10 mL of distilled water at 10,000
rpm for 1 min (vortex mixer, Fisher ScienticTM, CA, USA) and
ltered (Whatman 1 lter paper) to extract phytochemicals
(stock solution). In avonoids and steroids analysis, metha-
nol and CHCl3 were used as solvent extraction, respectively.
In addition, phenols, avonoids and caeoylquinic acid
prole were determined by the ferric chloride, Shinoda and
sodium nitrite tests, respectively. While, alkaloids, terpenoids,
steroids and saponins were evaluated by the Dragendor´s,
Salkowski, Lieberman-Burchard and foam tests, respectively.
Phytochemical content
The quantitative phytochemical analysis of the coee
residues and the commercial standard was also conducted.
In brief, the compounds were extracted using an aqueous
solution as solvent (1:10, solid-solvent ratio) by ultrasound-
assisted method at 42 KHz for 30 min at 25 °C (Bransonic
3800, Ultrasonics Corp., Jeju, Korea). The resultant solution
was ltered (Whatman No. 4 lter paper), concentrated un-
der reduced pressure at 60 °C (rotary evaporator Yamato RE-
301BW, Tokyo, Japan) and dried (Freeze dryer Yamato DC401,
Tokyo, Japan). The obtained extracts were stored at −20 °C in
the dark until analysis.
Total phenolic content (TPC) was determined by the
Folin-Ciocalteu method (Ainsworth and Gillespie, 2007). An
aliquot of each extract (20 µL, 5 mg/mL) was homogenized
with 80 µL of distilled water, 60 µL of Na2CO3 (7 %, w/v), and 40
µL of Folin-Ciocalteu’s reagent (0.25 N). The resultant solution
was mixed with 80 µL of distilled water and incubated for 1
h at 25 °C, in the dark. The absorbance was measured at 750
nm in a spectrophotometer (Multiskan FC UV-Vis, Thermo
Scientic, Tokyo, Japan), and results were expressed as mg
equivalents of gallic acid per g of dried extract (mg GAE/g).
Total avonoids content (TFC) was evaluated by the
aluminum chloride-complex formation method (Popova et
al., 2004). An aliquot of each extract (20 µL, 5 mg/mL) was
homogenized with 130 µL of methanol and 20 µL of AlCl3 (5
%, w/v). The resultant mixture was incubated for 30 min at 25
°C, in the dark. The absorbance was measured at 415 nm, and
results were expressed as mg equivalents of quercetin per g
(mg QE/g).
Caeoylquinic acid content (CAC) was also determi-
ned (Griths et al., 1992). An aliquot of each extract (100 µL, 5
mg/mL) was homogenized with 200 µL of urea (0.17 M), 200
µL of glacial acetic acid (0.1 M) and 500 µL of distilled water.
The resultant solution was mixed with 500 µL of NaNO2 (0.14
M) and 500 µL of NaOH (1 M), centrifuged at 2,250 x g for 10
min at 4 °C (Sorvall ST18R, Thermo Fisher Scientic, Waltham,
USA). The absorbance was measured at 510 nm, and results
were expressed as mg equivalents of chlorogenic acid per g
(mg CAE/g).
Free-radical scavenging activity
The free-radical scavenging activity (FRSA) was de-
termined by the DPPH test (Molyneux, 2004). An aliquot of
each extract (100 µL, 5 mg/mL) were homogenized with 100
µL of DPPH• solution (300 µmol), and incubated for 30 min
at 25 °C, in the dark. Ascorbic acid (25 µg/mL) was used as a
positive control. The absorbance was measured at 520 nm,
and results expressed as FRSA (%) = [(Absorbance of DPPH•
solution at 0 min) – (Absorbance of DPPH• solution + extract
at 1 h) / [(Absorbance of DPPH• solution at 0 min)] × 100.
Radical cation scavenging activity
The radical cation scavenging activity (RCSA) was
determined by the ABTS•+ test (Re et al., 1999). Prior to ob-
tain the radical cation, equal parts of ABTS solution (7 mM)
and potassium persulfate (2.45 mM) were homogenized
and incubated for 16 h at 25 °C, in the dark. Afterward, the
formed radical was diluted with an ethanol solution to ob-
tain an absorbance of 0.8, and 20 µL of each extract (5 mg/
mL) was mixed with 180 µL of the radical. Ascorbic acid (25
µg/mL) was used as a positive control. The absorbance was
measured at 734 nm, and results were expressed as RCSA (%)
= [(Absorbance of ABTS•+ solution at 0 min) – (Absorbance of
ABTS•+ solution + extract at 10 min) / [(Absorbance of ABTS•+
solution at 0 min)] × 100.
Reducing power ability
The reducing power ability (RPA) was measured by
the Prussian-blue test (Berker et al., 2010). An aliquot of each
extract (100 µL, 5 mg/mL) was homogenized with 300 µL of
phosphate buer (0.2 M, pH 6.6) and 300 µL of potassium
ferricyanide (1 %, w/v), and incubated in a water bath for 20
min at 50 °C. The resultant solution was mixed with 300 µL
of trichloroacetic acid (10 %, w/v) and centrifuged at 4,200
x g for 10 min at 4 °C. Thereafter, 500 µL of the supernatant
was mixed with 100 µL of distilled water and 250 µL of ferric
chloride (0.1 %, w/v). Ascorbic acid (25 µg/mL) was used as a
positive control. The absorbance was measured at 700 nm,
and results expressed as absorbance increase at the same
wavelength.
Ferric-reducing antioxidant power
The ferric-reducing antioxidant power (FRAP) test was
also determined (Benzie and Strain, 1999). An aliquot of each
extract (20 µL, 5 mg/mL) was homogenized with 180 µL of
FRAP solution [10:1:1, 300 mM buer sodium acetate in gla-
cial acetic acid at pH 3.6 and 10 mM 4,4,6-tripyridyl-S-triazine
(TPZ) in 40 nM HCl and 20 mM FeCl3] and incubated for 8 min
at 25 °C, in the dark. Ascorbic acid (25 µg/mL) was used as a
positive control. The absorbance was measured at 595 nm,
and results were expressed as mg of Fe2+ equivalents per g
(mg Fe2+/g).
46 Volumen XXV, Número 1
46
Vargas-Sánchez et al: Biotecnia / XXV (1): 43-50 (2023)
Lipid oxidation in a meat system
The lipid oxidation (LOX) was measured by the TBARS
test (Kim et al., 2016). An aliquot of each extract (1 mL, 5 mg/
mL) were homogenized with 10 mL of an aqueous pork meat
extract (10 %, w/v), and incubated at 37 °C for 8 h in a water
bath. After, 0.5 mL of the mixture were mixed with 1 mL of
TCA (10 %, w/v) and 1.5 mL TBA solution (0.02 M), placed in
a water bath for 20 min at 97 °C, and then cooled. The absor-
bance was measured at 531 nm, and results were expressed
as mg of malondialdehyde per kg of meat (mg MDA/kg).
Statistical analysis
Results obtained from physicochemical, WHO and
OHC, antioxidant, phytochemical content, antiradical,
reducing power, and lipid oxidation inhibition tests, were
expressed as mean ± standard deviation. These data from
the three independent trials were subjected to one-way
analysis of variance (ANOVA), while Tukey tests were conduc-
ted for means comparison at p < 0.05. In addition, results of
qualitative phytochemical screening, the rest of the test of
techno-functional properties and antioxidant activity were
expressed as follows: (+), present slight functionality; (++),
present moderate functionality; (+++), present high functio-
nality; (-), absent.
RESULTS AND DISCUSSION
Physicochemical properties
Table 1 reports the physicochemical properties of the
coee residues compared to the commercial standard. The
results show that coee silverskin powder and ake showed
lower pH values than texturized soy (p < 0.05). Also, results
of color parameters write down that coee silverskin powder
and akes showed lower L*, b*, C* and h* values than textu-
rized soy, as well as the highest a* values (p < 0.05), while co-
ee silverskin powder showed the lowest L* values (p < 0.05).
In addition, the color data also includes information related
to the RGB and Hex color of soybeans and the silverskin of
coee in akes and our, which according to these the color
name is light brown, roman coee or brown bear, and deep
coee or bole, respectively.
A recent work proposed coee silverskin powder
derived from a mixture of ve Arabicas and ve Robusta
varieties as a potential food-safe ingredient, thus, measuring
physicochemical parameters like pH (5.34) and color (L* =
20.8, a* = 4.27, b* = 13.4, C* = 14.2). They concluded that pH
values could be associated with phenolic components. At the
same time, the color depends on the interaction of constitu-
tive components (polyphenols, melanoidins, among others),
protein degradation, and Maillard reactions by the roasting
process (Martuscelli et al., 2021b). Another study showed
that a reduction of particle size in coee beans increases the
sensory acidity in the beverage, which denotes in the extrac-
table compounds (Getaneh et al., 2020).
In contrast with our study, a decrease was reported for
pH values of coee parchment residue (C. arabica) by eect
of the milling procedure, which was associated with the
bioavailability of certain phytochemicals such as phenolic
acids (Benitez et al., 2019). It is important to know pH values
of natural ingredients because this allows knowing the
type of food matrix into which they could be incorporated
without aecting their functional properties (López-Marcos
et al., 2015; Benitez et al., 2019). In addition, color also plays
a key role in the perception, acquisition, and consumption of
food. Therefore, knowing and measuring this sensory attri-
bute is crucial for chefs, food bloggers, packaging designers,
industrial food processors, among others (Spence, 2018). In
agreement, it has been proven that a reduction in particle
size x time does not aect a* values (Mugabi, 2021). While
a reduction in particle size of various powders rich in ber
reduce L* values, which show that samples became darker
(Liu et al., 2016).
Techno-functional properties
According to the Codex Alimentarius (1995), food addi-
tives are employed for dierent purposes, such as sweeteners,
avor enhancers, and colorants, as well as pH regulators and
bind food components. In this context, Table 2 reports the
techno-functional properties of coee residues compared to
the commercial standard. The results say that coee silverskin
akes showed the highest WHC and OHC compared to coee
Table 1. Physicochemical properties of coee silverskin.
Tabla 1. Propiedades sicoquímicas de la piel plateada de café.
Item Soy Coee residue
Flake Powder
pH values 6.43 ± 0.03c6.09 ± 0.02a6.30 ± 0.01b
Color coordinates
L* (lightness) 72.82 ± 0.03c40.27 ± 1.22b35.94 ± 1.92a
a* (redness) 5.47 ± 0.05a7.04 ± 0.41b7.57 ± 0.26b
b* (yellowness) 27.43 ± 0.06b18.04 ± 0.70a18.78 ± 0.67a
C* (Chroma) 27.92 ± 0.02b19.36 ± 0.79a20.25 ± 0.70a
h* (hue angle) 79.13 ± 0.10c60.68 ± 0.63a68.06 ± 0.46b
RGB
Hex color #CEAE81 #745A42 #6A4F37
Color name Light brown Roman coee or brown bear Deep coee or bole
Values expressed as mean ± standard deviation of at least three independent experiments (n = 9). Dierent superscripts (a-c) between
the same row dier signicantly (p < 0.05).
47
Volumen XXV, Número 1 47
Vargas-Sánchez et al: Physicochemical, techno-functional and antioxidant / XXV (1): 43-50 (2023)
silverskin powder and texturized soy. The WHC of coee re-
sidues depends on the polysaccharides content in coee re-
sidues. A reduction of these components during processing
could aect WHC due to a lack of site interactions for water
retention. This parameter is desirable in meat products like
sausages because these residues can absorb water without
dissolving proteins. While OHC of coee residues depends
on the surface availability of hydrophobic non-polar chains,
such as dietary components or amino acids, which bind the
hydrocarbon side chain of oil. This parameter is related to
the physical entrapment of oil and food stabilization, which
could function as a avoring retainer (Benitez et al., 2019).
Further, all samples exert slight SC, FC, and FS, without
eect of milling process. While no EC, ES, and GC were shown
in coee silverskin powder, they were the highest in textu-
rized soy. In agreement, it has been reported that a mixture
of coee silverskin powder (C. arabica and C. robusta) exerts
WHC and OHC (Martuscelli et al., 2021b). Also, previous work
revealed that coee silverskin and spent coee grounds
powders (a mixture of C. arabica and C. robusta) showed
approximately 50 % of WHC and OHC. In disagree with our
study, both residues showed EC and ES (Ballesteros et al.,
2014). Additionally, it has been reported a decrease of WHC
values of coee parchment residue (C. arabica) by eect of
the milling procedure. In contrast with our study, OHC values
were unaected (Benitez et al., 2019).
WHC and OHC are important parameters that express
the potential of an ingredient to retain water and oil in a food
matrix (López-Marcos et al., 2015; Martuscelli et al., 2021b).
SC is the capacity of an ingredient to increase the surface
volume in the presence of excess water (Benitez et al., 2019),
while FC and FS express the capacity of an ingredient to in-
crease the interfacial area and the eectiveness to maintain
the foam stable after the time (Haque et al., 2020). EC express
the capacity of an ingredient to form a homogeneous
dispersion of two immiscible liquids or emulsion, while ES
describes the eectiveness of an ingredient in maintaining
a stable emulsion after the thermal eect (Ballesteros et al.,
2014; López-Marcos et al., 2015; Martuscelli et al., 2021b).
Antioxidant properties
Moreover, phytochemicals (from the Greek word
Phyto, meaning plant) are bioactive chemical compounds
found in dierent amounts in plant parts (fruits, seeds,
owers, leaves, stems, and roots), which depends on plant
species, growing, and processing conditions. Also, it is well
known that phytochemicals improve the protection to plant
cells against environmental hazards like pollution, stress,
UV-exposure, and pathogenic damage. Although these com-
pounds are not essential nutrients for human body, it has
been reported that they exert several biological functions
of interest for the food industry (Saxena et al., 2013). Table
3 reports the phytochemical content of the coee residues
compared to the commercial standard. The results of the
qualitative phytochemical prole showed that phenols and
Table 2. Techno-functional properties of coee silverskin.
Tabla 2. Propiedades tecno-funcionales de la piel plateada de café.
Item Soy Coee residue
Flake Powder
WHC (%) 49.75 ± 1.05b53.75 ± 1.24c29.09 ± 0.03a
OHC (%) 15.79 ± 0.34a52.90 ± 1.67c36.28 ± 1.13b
SC + + +
FC + + +
FS + + +
EC +++ - -
ES +++ - -
GC
0% - - -
2.5% - - -
5% ++ - -
10% +++ - -
15% +++ - -
20% +++ - -
Values expressed as mean ± standard deviation of at least three indepen-
dent experiments (n=9). Dierent superscripts (a-c) between the same row
dier signicantly (p < 0.05).
WHC, water-holding capacity; OHC, oil-holding capacity; SC, swelling capa-
city; FC, foaming capacity; EC, emulsion capacity; ES, emulsion stability; GC,
gelling capacity. (+), present slight functionality; (++), present moderate
functionality; (+++), present high functionality; (-), absent.
Table 3. Phytochemical content of coee silverskin.
Tabla 3. Contenido de toquímicos de la piel plateada de café.
Qualitative prole Soy Coee residue
Flake Powder
Phenols + ++ +++
Flavonoids + ++ ++
Caeoylquinic acid - ++ +++
Alkaloids - + ++
Terpenoids - - -
Steroids - - -
Saponins - - -
Quantitative
prole Soy Coee residue
Flake Powder
TPC (mg GAE/g) 115.07 ± 3.51a263.31 ± 2.90b268.17 ± 2.39b
TFC (mg QE/g) 55.08 ± 2.08a64.42 ± 2.60b64.39 ± 2.36b
CAC (mg CAE/g) 25.47 ± 0.51a74.48 ± 1.90b82.59 ± 1.78c
(+), slightly present; (++), moderately present; (+++), highly present; (-),
absent.
Values expressed as mean ± standard deviation of at least three indepen-
dent experiments (n = 9). TPC, total phenolic content; TFC, total avonoid
content; CAC, caeoylquinic acid content. Dierent superscripts (a-c)
between the same row dier signicantly (p < 0.05).
48 Volumen XXV, Número 1
48
Vargas-Sánchez et al: Biotecnia / XXV (1): 43-50 (2023)
caeoylquinic acid were highly present in coee silverskin
powder, while these compounds were not detected in textu-
rized soy. Flavonoids were moderately present in both coee
residues, and coee silverskin akes showed moderately
presence of alkaloids. In addition, terpenoids, steroids, and
saponins were not detected in all samples. Regarding the
quantitative prole, both coee residues showed high (p <
0.05) TPC and TFC values (>200 mg GAE and 60 mg QE/g,
respectively) than texturized soy, while coee silverskin
powder showed high CAC (approx. 80 mg CAE/g) than coee
silverskin akes and texturized soy (p < 0.05).
It has been evidenced that soy is an important source
of nutrients like proteins, essential amino acids, and carbohy-
drates, although oligosaccharides, stachyose, and ranose,
trypsin inhibitors, lectins, gliadin, phytates, mycotoxins, and
saponins have been considered antinutritional substances
in soy, which are inactivated by adequate thermal proces-
sing (Banaszkiewicz, 2011). In agreement, a preliminary
phytochemical screening showed the presence of alkaloids
and avonoids in an ethanol extract obtained from coee
silverskin powder (C. arabica). In contrast, saponins and ter-
penoids were also identied in this extract (Al-Yousef et al.,
2017). In addition, a quantitative screening demonstrated
the presence of phenolic, avonoids, and caeoylquinic acid
in extracts obtained from coee residues (C. arabica), inclu-
ding coee silverskin and spent coee grounds (Zengin et al.,
2020). Although, phytochemicals are present in diverse types
of waste from the coee processing industry (Ballesteros et
al., 2014; Zengin et al., 2020), it has been also demonstrated
that a reduction of the particle size improves chemical com-
pound recovery. For example, an increase in carbohydrates,
phenolic, and avonoid content of coee parchment residue
(C. arabica) was reported after the milling procedure (Benitez
et al., 2019).
The Codex Alimentarius (1995) also indicate that food
additives are used with preservative purposes, for example,
to function as an antimicrobial agent and improve antioxi-
dant eect against the oxidation process. In this regard, Table
4 shows the antioxidant properties of the coee residues
compared with a commercial antioxidant standard (ascorbic
acid, Asc), and the results indicate that Asc showed higher
FRSA (> 90 % of inhibition) than coee silverskin powder and
akes (approx. 40 % of inhibition for both), while, Asc and co-
ee silverskin powder showed higher RCSA activity (approx.
90 % of inhibition for both) than coee silverskin akes (<
85 % of inhibition) (p < 0.05), which indicate a positive eect
of milling procedure. Concerning reducing power, RPA and
FRAP values were presented in the order Asc > coee silvers-
kin powder > coee silverskin akes (p < 0.05). In addition,
coee silverskin powder showed the lowest TBARS values
(< 0.1 mg MDA/kg), which indicates a positive eect of the
milling procedure.
In agreement, the antiradical (FRSA and RCSA) and
the reducing power activity (FRAP) of extracts obtained from
coee residues (C. arabica) like silverskin and spent coee
grounds has been demonstrated (Zengin et al., 2020). A
previous study indicates that coee silverskin powders and
spent coee grounds (mixture of C. arabica and C. robusta)
exert antiradical FRSA and FRAP potential (Ballesteros et al.,
2014). Additionally, an increase of RCSA of coee parchment
residue (C. arabica) was observed after the milling procedure
(Benitez et al., 2019). The FRSA (DPPH• assay) are methods
that involve the hydrogen atom transfer as reaction me-
chanisms [free radical (X•) + Antioxidant compound (OH) →
Neutralized radical (XH + O•)], while the RCSA (ABTS•+ assay),
RPA (Prussian-blue) and FRAP methods involve the electron
transfer mechanisms [radical cation (X•+) + Antioxidant com-
pound (OH) → Neutralized radical (XH + O•+)] (Berker et al.,
2010; Echegaray et al., 2021). In addition, it has been reported
that TBARS method could involve both mechanisms (Veláz-
quez et al., 2021).
CONCLUSIONS
Physicochemical results indicated that coee silvers-
kin akes and powder showed pH near to neutrality, and the
color was Roman coee and Deep coee, respectively, which
indicates that the milling process changed this parameter.
In addition, techno-functional determinations showed that
coee silverskin akes showed the highest WHC and OHC,
while both coee residues exert slight SC, FC, and FS, without
the eect of the milling process. However, both residues not
showed EC, ES, and GC. Furthermore, phytochemical scree-
ning revealed the presence of metabolites in coee silverskin
(powder > akes), like phenols, avonoids, caeoylquinic
acid, and alkaloids, while terpenoids, steroids, and saponins
were not detected. Regarding antioxidant activity, coee
silverskin powder showed high FRSA, RCSA, RPA, and FRAP
values, as well as the lowest TBARS values, which indicate
that the milling process increases antioxidant properties. In
conclusion, coee silverskin can be proposed as a functional
ingredient for the food industry.
Table 4. Antioxidant properties of coee silverskin.
Tabla 4. Propiedades antioxidantes de la piel plateada de café.
Test Ascorbic acid Coee residue
Flake Powder
FRSA
(% DPPH• inhibition) 96.10 ± 0.15b39.42 ± 2.12a38.21 ± 3.39a
RCSA
(% ABTS•+ inhibition) 90.25 ± 1.52b80.22 ± 0.47a87.89 ± 2.41a
RPA
(Abs at 700 nm) 1.22 ± 0.11c0.90 ± 0.05a115.07 ± 3.51b
FRAP
(mg Fe2+/g) 2.90 ± 0.15c1.55 ± 0.23a2.65 ± 0.13b
TBARS
(mg MDA/kg) 0.20 ± 0.01b0.19 ± 0.02b0.09 ± 0.01a
Values expressed as mean ± standard deviation of at least three indepen-
dent experiments n = 9). FRSA, free-radical scavenging activity; RCSA,
radical-cation scavenging activity; RPA, reducing power ability; FRAP, ferric-
reducing antioxidant power; TBARS, thiobarbituric acid reactive substances.
Dierent superscripts (a-c) between the same row dier signicantly (p <
0.05).
49
Volumen XXV, Número 1 49
Vargas-Sánchez et al: Physicochemical, techno-functional and antioxidant / XXV (1): 43-50 (2023)
ACKNOWLEDGEMENTS
The authors gratefully acknowledge CONACYT for the
fellowship of the project #739, program “Investigadoras e
Investigadores por México”.
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51
Volumen XXV, Número 1
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
51
Inclusión dietaria de clinoptilolita como aditivo en la producción de
rumiantes
Dietary inclusion of clinoptilolite as a feed additive in ruminants production
Ana Tánori-Lozanoa, Maricela Montalvo-Corrala, Araceli Pinelli-Saavedraa, Martín Valenzuela-Melendresa, Zamorano-
García Libertada, José Luis Dávila-Ramírezb, Humberto González-Ríosa*
a Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C., Carretera Gustavo Enrique Astiazarán Rosas # . Colonia La
Victoria. CP. , Hermosillo Sonora, México.
b Ciencia Aplicada para el Desarrollo Tecnológico, A.C. (CIADETEC, A.C.), Pedro Moreno # , Col. Centro Norte. Hermosillo,
Sonora, México.
*Autor para correspondencia: Humberto González-Ríos
Correo electrónico: hugory@ciad.mx
Recibido: 3 de junio de 2022
Aceptado: 21 de septiembre de 2022
RESUMEN
En los últimos años, las investigaciones se han centra-
do en el estudio, desarrollo y validación de compuestos de
origen natural que se puedan utilizar de manera ecaz y se-
gura como alternativa a los promotores de crecimiento con-
vencionales que se emplean rutinariamente en la producción
pecuaria, de modo que estos no comprometan el bienestar
animal, ni las características de calidad de la carne. Una de
estas alternativas es el uso de minerales como las zeolitas
de tipo clinoptilolita. La clinoptilolita al ser adicionada al ali-
mento de rumiantes, ha demostrado tener efectos benécos
sobre algunos parámetros de la fermentación ruminal, lo cual
se traduce en una mejora en el comportamiento productivo
del animal. Los reportes sobre el uso en rumiantes son limita-
dos y en algunos casos los resultados son inconsistentes. En
esta revisión se discuten los efectos que se han encontrado
en ovinos y bovinos al ser suplementados con distintas dosis
de clinoptilolita.
Palabras clave: Rumiantes, Clinoptilolita, Comportamiento
productivo, Fermentación ruminal.
ABSTRACT
In recent years, research has focused on the study,
development and validation of compounds of natural origin
that can be used eectively and safely as an alternative to
conventional growth promoters routinely used in livestock
production, so that these do not compromise animal welfare,
or the meat quality characteristics. One of these alternatives
is the use of minerals such as zeolites of the clinoptilolite
type. Clinoptilolite, when added to ruminant feed, has been
shown to have benecial eects on some parameters of
ruminal fermentation, which translates into an improvement
in the productive behavior of the animal. However, there
is a lack of studies on ruminants, and in some cases have
been inconclusive. Thus, the aim of this review is to discuss
the eects of the dietary inclusion of clinoptilolite as a feed
additive in ovines, and bovines supplemented with dierent
levels of Clinoptilolite
Key words: Ruminants, Zeolites, Productive performance,
Ruminal fermentation.
INTRODUCCIÓN
El cambio climático y la resistencia a antibióticos son
dos de las principales amenazas a la salud animal y humana,
y entre los diferentes factores que contribuyen a su impacto,
la ganadería tiene una participación importante debido a
la generación de gases de efecto invernadero (GEI) que se
producen durante la fermentación ruminal (FR) (Gerber et al.,
2013). A su vez, la demanda de carne y leche proveniente de
rumiantes aumenta de manera proporcional al incremento
de la población humana (Baldi y Gottardo, 2017), por lo cual,
la industria pecuaria además de aumentar la población de
sus hatos ganaderos, ha buscado implementar diferentes es-
trategias que garanticen una eciencia en la FR y en la utiliza-
ción de alimento con el n de obtener un mayor rendimiento
de leche y carne. Dentro de estas estrategias se encuentra el
uso de aditivos que modulen algunos parámetros de la FR,
donde de manera recurrente los productores utilizan ionófo-
ros o antibióticos promotores de crecimiento (APC) en dosis
subterapéuticas con el objetivo de promover el crecimiento,
mejorar la conversión alimenticia e incluso prevenir infeccio-
nes (Dibner y Richards, 2005). Su mecanismo de acción se en-
cuentra relacionado con la inhibición en algunas poblaciones
de microorganismos no deseados, lo cual promueve cambios
en el microbioma ruminal (MOR) y consecuentemente en la
dinámica de la FR. Estos cambios mejoran la utilización de
nutrientes y uso de la energía (Dennis et al., 1981; Gaskin et
al., 2002; Dibner y Richards, 2005). Sin embargo, existe la pre-
ocupación de que el uso imprudente de los APC conduzca al
desarrollo de resistencias antimicrobianas y transferencia de
genes resistentes a antibióticos a humanos, representando
un peligro para la salud del consumidor (Castanon, 2007;
Mathew et al., 2007). Por ello se han propuesto otro tipo de
aditivos alimenticios con propiedades nutracéuticas, capaces
de sustituir a estos compuestos, manteniendo los benecios
reportados y garantizando una producción sustentable.
Dentro de este grupo de aditivos se encuentran los
de uso común como ácidos orgánicos, enzimas digestivas,
probióticos y prebióticos; además se encuentran aquellos
aditivos alternativos como extractos vegetales y minerales
como zeolitas de tipo clinoptilolita (Spears, 1996; Benchaar
DOI: 10.18633/biotecnia.v25i1.1759
52 Volumen XXV, Número 1
52
Tánori-Lozano et al: Biotecnia / XXV (1): 51-60 (2023)
et al., 2008; Meschiatti et al., 2019; Zayed et al., 2020). Debido
a su potencial en la producción animal, recientemente se ha
incrementado el interés en el uso de estos aditivos alterna-
tivos. Sin embargo; las dosis, tipos de dietas o tiempos de
exposición efectivos en rumiantes o monogástricos aún no
se han dilucidado completamente, observándose en algunos
casos efectos nulos o poco convenientes, aunado a que su
uso prolongado podría conllevar a una adaptación meta-
bólica, reduciendo el efecto esperado en el animal (Patra y
Saxena, 2009; Peña-Torres et al., 2019).
En el caso particular de la clinoptilolita (CTL), las dosis
efectivas para monogástricos son conocidas y en la industria
avícola es común incluirlas en la dieta de las aves de postura
y pollos de engorda (Kyriakis et al., 2002; FEEDAP, 2013; Hcini
et al., 2018). Por otra parte, aunque algunas investigaciones
han reportado cambios favorables en los parámetros de la
FR, la adición de CTL en la dieta de rumiantes no es una prác-
tica rutinaria (McCollum y Galyean, 1983; Khachlouf et al.,
2018; Roque-Jiménez et al., 2018). Esta revisión tiene como
objetivo mostrar la información actual del uso de la CTL y su
efecto en la producción de bovinos y ovinos.
Denición y propiedades de las zeolitas tipo Clinoptilolita
Las zeolitas son aluminosilicatos hidratados de estruc-
tura tridimensional constituidos por tetraedros de óxido de
silicio y aluminio, los cuales se encuentran compensados con
cationes intercambiables de potasio, calcio, magnesio y so-
dio; cuya función es estabilizar la carga de material (Mump-
ton, 1998; Coombs et al., 1998). Su estructura les permite
formar cavidades ocupadas por iones relativamente inocuos
y moléculas de agua, las cuales muestran gran libertad de
movimiento. Esto les brinda sus propiedades especícas: el
intercambio catiónico, tamizado molecular, adsorción y la
deshidratación reversible (Bish y Ming, 2001; Li et al., 2017).
Las zeolitas se formaron a partir de la vitricación de
las cenizas volcánicas, es por ello que se encuentran catalo-
gadas como minerales provenientes de rocas volcánicas, de
los cuales se han registrado más de 50 especies (divididas en
grupos) donde cada una tiene sus características sicoquími-
cas únicas. En la industria pecuaria la zeolita de tipo CTL es
la más empleada como aditivo alimenticio debido a que ha
mostrado tener efectos benécos en el rendimiento y salud
animal, además, ha demostrado ser un aditivo inerte en el
sistema digestivo, debido a que no reacciona químicamente
con otros nutrientes o uidos corporales, por lo que no causa
efectos adversos a la salud (Coombs et al., 1998; Valpotić et
al., 2017).
La CTL (Ca Na4 K4 [AlO2]5 [SiO2]30 .24H2O) tiene una re-
lación silicio/aluminio ≥4, misma que la hace pertenecer al
grupo de las zeolitas de tipo heulandita (Bish y Ming, 2001;
Jha y Singh, 2016), es clasicada como un material micro-
mesoporoso (0.30 a 4 nm) con una capacidad de intercambio
catiónico (CIC) de 2.2 meq/100g (Jha y Singh, 2016; Król,
2020) y una anidad más pronunciada por algunos elemen-
tos: Cs+ > Rb+ > K+ > NH4
+ > Ba2+ > Sr2+ > Na+ > Ca2+ > Fe3+ > Al
3+ > Mg2+ >Li+ (Ames, 1960).
Dentro de los efectos estudiados que ha tenido la
CTL, se encuentran la desintoxicación de organismos huma-
nos y animales, efecto antibacterial, mejoras en la nutrición
e inmunidad de los animales, dosicación de fármacos, se-
paración de biomoléculas, puricación de agua, suelo y aire,
absorbente de contaminantes radioactivos y descontamina-
ción de aguas residuales descargadas de centro nucleares
(Rostami y Jafari, 2014; Delkash et al., 2015; Song et al., 2015;
Yuna, 2016; Valpotić et al., 2017). Debido a sus propiedades
presentadas en los animales de engorde, principalmente en
aves y cerdos, recientemente se ha propuesto como alterna-
tiva para sustituir o complementar el efecto de los promo-
tores de crecimiento tradicionales. El aprovechamiento de
los nutrientes cuando se suplementa con este mineral, es
atribuido principalmente a dos propiedades especícas, su
CIC y su competencia como adsorbente. Estas propiedades
posibilitan drenar moléculas no deseadas del organismo,
regular la microbiota intestinal, permitiendo con ello un
mayor tiempo de retención de los nutrientes, además de una
liberación dosicada de los mismos en el tracto digestivo
(Wu et al., 2013; Tondar et al., 2014; Valpotic et al., 2016).
Adsorción e intercambio catiónico de las Zeolitas
La adsorción se describe como un proceso donde ocu-
rren interacciones de tipo físicas, químicas o iónicas entre las
moléculas de un adsorbente y adsorbato, las cuales inuyen
en la concentración de un compuesto o uido (adsorbato)
sobre la supercie de un sólido (adsorbente). La CIC de
las zeolitas se considera dentro del proceso de adsorción,
debido a que los iones del adsorbato solamente son reem-
plazados por los iones de compensación de la zeolita a través
de interacciones electroestáticas que buscan neutralizar la
carga (Kammerer et al., 2019). Por lo tanto, se le conoce como
CIC a la capacidad de sustitución o desplazamiento de los
cationes de compensación de acuerdo con su radio iónico y
concentración de carga. Esta capacidad se relaciona directa-
mente con la cantidad de aluminio que contiene la zeolita;
entre menor sea la relación silicio-aluminio, mayor será su
CIC (Weitkamp y Puppe, 2013).
Últimamente, investigadores han centrado su interés
en el estudio de las propiedades adsorbentes de la zeolita
y otros materiales para la recuperación de diferentes com-
puestos, por una parte, para disminuir la carga orgánica
de las aguas residuales y por otro lado para utilizarlos en el
sector de la cosmética, farmacéutica y alimentaria, con el n
de enriquecer sus productos a una inversión relativamente
económica al tratarse de un material de bajo costo (Ahma-
ruzzaman, 2008; Thiel et al., 2013; Kammerer et al., 2019).
Además, se han realizado distintos trabajos con zeolitas para
la dosicación controlada o retención de fármacos, aditivos
o nutrientes en el organismo, de tal manera que estos sean
mejor aprovechados. Por ejemplo, cuando son incluidos en
la dieta de animales de producción, este aprovechamiento
se ve reejado en mejoras en el comportamiento productivo
(Toprak et al., 2016; Valpotić et al., 2017). Otra propiedad de
las zeolitas, es su capacidad para atrapar a las micotoxinas
53
Volumen XXV, Número 1 53
Tánori-Lozano et al: Inclusión dietaria de clinoptilolita como aditivo en la / XXV (1): 51-60 (2023)
encontradas en productos alimenticios para animales, lo cual
disminuye el impacto que estas pudieran causar en la salud
animal (Di Gregorio et al., 2014).
Un estudio probó la capacidad de las zeolitas para
prolongar el tiempo de liberación de un extracto fenólico,
dentro de los resultados encontrados, se observó que, en el
transcurso de 3 h, solamente se había liberado el 60 % del
extracto de los hidrogeles que contenían 3 % de zeolita, este
efecto se le atribuye a que la zeolita provocó una mayor reticu-
lación en el material, además de un menor valor de liberación
inicial (Cursaru et al., 2020). Mientras tanto, en otro estudio
donde se evaluaron las propiedades de desorción de la CTL
(se utilizaron tres tamaños de partícula: pequeño, mediano
y grande; 1.5-10 µm, 5-16 µm y 11-40 µm respectivamente)
modicada con aspirina bajo condiciones gástricas, se en-
contró que, a un pH de 2.0 y un tamaño de partícula grande
(11-40 µm), la liberación de aspirina fue aproximadamente
un 20 % menor que los otros tratamientos. Por otra parte, a
un pH de 6.5 (intestinal) se alcanzó el 80 % de liberación de
aspirina, lo cual indica que las propiedades de adsorción y
desorción de la zeolita son dependientes del pH y tamaño
de partícula (Tondar et al., 2014). Con respecto a lo anterior,
otros autores han observado que trabajar a un pH menor
al pka de la zeolita favorece la recuperación de moléculas,
esto debido a la carga negativa de la zeolita y al principio de
Coulomb; por lo que es importante mencionar que el punto
de inexión sobre la inuencia del pH en la capacidad de
adsorción de la zeolita se encuentra en un valor alrededor
de 4.5 (Ahmaruzzaman, 2008; Dávila-Guzman et al., 2012;
Tondar et al., 2014).
Modicación química de las Zeolitas
Con el n de aprovechar y potencializar las propie-
dades de las zeolitas, éstas son sometidas a un proceso de
modicación o activación de tal manera que este material se
pueda emplear como adsorbente o dosicador de fármacos
(Tondar et al., 2014; Servatan et al., 2020) o de distintas mo-
léculas orgánicas (Martins et al., 2020), también, mediante el
uso de óxidos o iones metálicos como el zinc, cobre o plata,
éstas potencializan su efecto bactericida o bacteriostático
(Copcia et al., 2011; Hagiware et al., 2011; Ambrozova et al.,
2017; Milenkovic et al., 2017; Fanta et al., 2019), así mismo se
han visto zeolitas impregnadas de urea que son utilizadas en
la alimentación de rumiantes (Erwanto et al., 2011; Kardaya
et al., 2012; Laza-Knoerr y Dumargue, 2020; Sallam et al.,
2022). Este principio se basa en la CIC de la zeolita, misma
que le permite descationizar selectiva y parcialmente los
cationes de compensación, para posteriormente cargar los
cationes de interés según el grado de anidad con el material
(Ames, 1960; Sallam et al., 2022). Por lo general para lograr
esta modicación química, las zeolitas son sometidas a un
proceso de elución llevado a cabo en soluciones acuosas a
una concentración y temperatura conocida (Cerri et al., 2002;
Montes-Luna et al., 2015).
La zeolita también puede ser modicada por medio
de métodos físicos y mostrar efectos favorables, por ejemplo,
en un estudio donde se incorporó zeolita vibro activada y mi-
cronizada en la ración de vacas lecheras, la zeolita demostró
reducir las incidencias de infecciones intramamarias de las
vacas (Đuričić et al., 2020). Por otra parte, El-Nile et al. (2021),
estudiaron el efecto que tiene la nano-zeolita (zeolita reduci-
da mecánicamente) sobre los parámetros de la FR en cabras.
En este estudio se reportó una reducción en la producción de
metano y una mejora en la producción total de ácidos grasos
volátiles ruminales (AGV) y ácido propiónico en las cabras
suplementadas.
Uso de la clinoptilolita natural en la industria pecuaria
como estrategia de mejora en los parámetros producti-
vos
La zeolita de tipo CTL es empleada en la nutrición
animal principalmente por sus efectos sobre la salud de aves,
cerdos y vacas lecheras, además es un ingrediente inerte
que tiene efectos benécos sobre la producción; para el
caso especíco de rumiantes como bovinos y ovinos, se ha
observado que además de modular los parámetros de la FR,
las zeolitas ocasionan cambios en algunas poblaciones de
bacterias y protozoos del MOR (Galindo et al., 1986; Goodarzi
y Nanekarani, 2012), reejándose en la producción de carne
y leche.
Efectos en la fermentación ruminal
La CTL tiene una alta anidad por los iones de amonio,
se ha reportado una captura de hasta el 15% de éstos en el
rumen, los cuales son liberados lentamente por un intercam-
bio con los iones de sodio contenidos en la saliva que ingresa
al rumen durante la rumia (Mumpton, 1998). Esto favorece la
eciencia en la síntesis de la proteína microbiana y reducción
en las altas concentraciones de nitrógeno amoniacal (NH3-N),
cuando en la alimentación del rumiante se agregan com-
puestos nitrogenados no proteicos (NNP) (White y Ohlrogge,
1983; Sallam et al., 2022). Además, se han observado cambios
en los parámetros de la FR al incorporar CTL natural o modi-
cada en la dieta de rumiantes (Cuadro 1). Por ejemplo, se han
visto mejoras en la relación acetato:propionato (A:P) durante
la producción de AGV ruminales (McCollum y Galyean, 1983;
Kardaya et al., 2012), además de una reducción de hasta el 49
% en las concentraciones de gas metano (Kardaya et al., 2012;
El-Nile et al., 2021).
A continuación, se presentan algunos ejemplos de
diferentes estudios donde se evalúan los cambios en los pa-
rámetros de la FR y digestibilidad al suplementar a bovinos
y ovinos con diferentes dosis de CTL. Por ejemplo, se tomó
una muestra de líquido ruminal de ovinos suplementados
con dos tipos de CTL y su combinación (cálcica y potásica), y
se midió el pH, NH3-N, la concentración total de AGV y pobla-
ción de bacterias a diferentes horas post-alimentación (0, 3, 6
y 10). En este estudio se observó que la CTL cálcica mantuvo
el pH ruminal cerca de la neutralidad a las 3, 6 y 10 horas,
además, las concentraciones totales de AGV, y la población
de bacterias celulolíticas fueron más altos en comparación
con los demás tratamientos (Goodarzi y Nanekarani, 20112).
54 Volumen XXV, Número 1
54
Tánori-Lozano et al: Biotecnia / XXV (1): 51-60 (2023)
Cuadro 1: Cambios en los parámetros de la fermentación ruminal y digestibilidad de bovinos y ovinos suplementados con clinoptilolita
Table 1: Eects of dietary clinoptilolite on rumen fermentation characteristics and digestibility in bovines, and ovines
Tiempo de exposición y dosis em-
pleada
Especie
(n) Efecto observado Referencia
CTL cálcica y potásica, 0 y 4 % por 3
sem
Ovinos
n = 4
↑ pH, población de bacterias celulolíticas, produc-
ción total de AGV y absorción del NH3-N Goodarzi & Nanekarani (2012)
Zeolita natural: 0, 20, 40 y 60 g/kg por
52 d
Ovinos Rambouillet
n = 40 ↑ Producción total de AGV, pH y retención de N Roque-Jiménez et al. (2018)
CTL al 1.4 % por 12 sem Vacas Holstein
n = 30
T↑ pH ruminal
T↓ Concentración total de AGV y ácido propiónico Dschaak et al. (2010)
CTL-Ca: 0, 10, 20 y 30 g/kg por 35 d Novillos Holstein
n = 4
T↑ Concentración total de AGV, relación A:P
↑ Degradación de la materia orgánica, almidón y el
ujo del NH3-N al duodeno
Urías-Estrada et al. (2017)
CTL potásica al 0, 1.5, 3 y 4.5 % por 17 d Ovinos Pelibuey
n = 4 ↑Concentración de ácido propiónico Ruíz et al. (2007)
CTL al 0, 1.25, 2.5 y 5 % por períodos
de 14 d
Novillos
n = 4
↑Concentración de ácido propiónico
T↑ Concentración total de AGV, digestibilidad de
nutrientes
↓ pH y nivel de NH3-N
McCollum & Galyean (1983)
CTL al 0, 3, 6 y 9 % por períodos de 17 d Ovinos
n = 8
Cambios en la digestibilidad de la materia seca,
proteína y bra Ghaemia et al. (2010)
CTL 200 g/d por 12 sem Vacas Holstein
n = 16
↑ pH
↓ Concentración de ácido propiónico Karatzia et al. (2011)
Zeolita natural al 2 % por 45 d Ovinos Arabi
n = 45 ↑ pH y concentración de ácido acético Mahdavirad et al. (2021)
Zeolita al 0, 30 y 60 g/d por 90 d Ovinos Mehraban
n = 48 ↑ Digestibilidad de la PC, MO y bra. Forouzani et al. (2004)
Zeolita natural 1 % y Zeolita impregna-
da con urea 2 % por 11 d
Ovinos
n=24
↓ pH ruminal, concentración de ácido acético y
metano
Mejor relación acetato:propionato
Kardaya et al. (2012)
CTL cálcica 3 % por 120 d Novillos Holstein
n = 45 ↑Concentración de NH3-N (5.5 h post alimentación) Sadeghi & Shawrang (2006)
CTL 1 y 2 % por 90 d Ovinos Barki
n = 30
↑ pH y digestibilidad de la PC, MO y bra.
↓ Nivel de NH3-N (3 y 6 h post alimentación) Ghoneem et al. (2022)
T: Tendencia; NH3-N: Nitrógeno amoniacal; AGV: Ácidos grasos volátiles; N: Nitrógeno; PC: Proteína cruda; MO: Materia orgánica
En otro trabajo donde se analizaron los parámetros de
la FR, se observó un pH más alto en los corderos suplemen-
tados y una mayor producción de AGV al adicionar 40 y 60 g/
kg de zeolita en el alimento (Roque-Jiménez et al., 2018). Se
puede observar que la mayoría de los estudios han reportado
un pH ruminal alcalino en los animales suplementados con
CTL (Dschaak et al., 2010; Karatzia et al., 2011; Mahdavirad et
al., 2021). Sin embargo, en un estudio realizado en novillos
donde se probaron 3 dosis diferentes de CTL (1.25, 2.5 y 5
%), se reportó un pH ligeramente ácido en los tratamientos
donde se incluyó 2.5 y 5 % de CTL; no obstante, se reportó
una mayor concentración de AGV totales y ácido propiónico
(McCollum y Galyean, 1983). En este trabajo las concentra-
ciones de AGV tendieron a incrementarse en los grupos
experimentales (107.7, 106.6 y 106.8 mmol/L) con respecto
al control (104.8) y se presentó un aumento signicativo en la
producción de ácido propiónico (38.1 vs 35.2%) para el grupo
donde se incluyó 2.5 % de CTL en la dieta. El aumento en la
producción de AGV y ácido propiónico ha sido constante en
ovinos (Ruíz et al., 2007; Goodarzi y Nanekarani, 2012; Roque-
Jiménez et al., 2018; Sallam et al., 2022) y novillos (McCollum
y Galyean, 1983; Urías-Estrada et al., 2017) cuando se utilizan
dosis mayores al 1.5 % de CTL en la dieta. Por ejemplo, en
ovinos de pelo, se reportó un incremento signicativo en las
concentraciones de propionato al adicionar 1.5 % de CTL en
el alimento (Ruíz et al., 2007). Con respecto a los efectos en la
digestibilidad, se ha demostrado que la CTL mejora la diges-
tibilidad de los nutrientes, por ejemplo, la inclusión de CTL
en la dieta de ovinos redujo la digestibilidad de la materia
seca, pero en cambio mejoró la digestibilidad de la proteína,
materia orgánica y de la bra en los ovinos (Forouzani et al.,
2004; Ghaemnia et al., 2010; Ghoneem et al., 2022; Sallam et
al., 2022) y novillos suplementados con diferentes dosis de
CTL (Galindo et al., 1982; McCollum y Galyean, 1983; Urías-
Estrada et al., 2017).
Por otra parte, la zeolita modicada también ha
demostrado potencial para modular algunos parámetros
de la FR, por ejemplo, Kardaya et al. (2012), estudiaron el
efecto que tiene la zeolita impregnada con urea sobre las
características de FR en ovinos. Los resultados mostraron que
55
Volumen XXV, Número 1 55
Tánori-Lozano et al: Inclusión dietaria de clinoptilolita como aditivo en la / XXV (1): 51-60 (2023)
tanto la zeolita como la zeolita modicada con urea pueden
ser utilizadas para mejorar la relación A:P y reducir hasta en
un 37% la producción de metano en el rumen, sin afectar la
producción del resto de los AGV. Además, se observó que los
tratamientos con zeolita mantuvieron las concentraciones
de NH3-N en rumen y las concentraciones de urea en plasma
dentro de un rango normal-bajo. Estos cambios pueden
ser atribuidos a la propiedad de adsorción-desorción de la
zeolita, permitiéndole crear reservas de NH3-N en el rumen
(Sadeghi y Shawrang, 2006; Kardaya et al., 2012). En la mayo-
ría de los sistemas de producción, el nitrógeno derivado de
la degradación de las proteínas se produce por encima de la
capacidad de los microorganismos ruminales para utilizarlo
para su crecimiento, por lo que el exceso de NH3-N se absor-
be a través de las paredes ruminales e ingresa al ciclo de la
urea en el hígado, para posteriormente reingresar al rumen
por medio de la saliva o ser excretado en la orina. Esto incre-
menta la liberación de nitrógeno al medio ambiente y puede
generar un aumento en los costos de producción.
El mecanismo de acción de este mineral se encuentra
relacionado a las modulaciones que ocasiona en el ambiente
ruminal: La zeolita ocasiona un efecto buferizante en el
rumen (debido a su alta capacidad de intercambio de iones
de H+), proporcionando condiciones favorables para el desa-
rrollo y la actividad de las bacterias celulolíticas del rumen,
además de una mejor eciencia digestiva y producción de
AGV (White y Ohlrogge, 1983; Pond y Mumpton, 1984; Goo-
darzi y Nanekarani, 2012). Además, las reservas de NH3-N y su
liberación controlada en el rumen debido a la CIC de la zeo-
lita, permite una mayor utilización del nitrógeno de la dieta
para la síntesis de proteína microbiana (White y Ohlrogge,
1983; Pond y Mumpton, 1984; Sadeghi y Shawrang, 2006;
Erwanto et al., 2011). Así mismo, en la mayoría de los estudios
presentados anteriormente, se ha reportado un aumento en
las concentraciones de propionato y en la reducción de la
síntesis de metano. Estos cambios pueden estar relacionados
a la CIC de la zeolita, permitiéndola actuar como sumidero
de H+ molecular y ocasionando una disminución en su dispo-
nibilidad para la reducción de dióxido de carbono a metano
por actividad de los metanógenos; otra posible explicación
sugiere un efecto directo de la zeolita sobre la composición
de las comunidades del MOR y sus productos nales.
Se ha reportado que un cambio en el patrón de
producción en los AGV hacia una mayor producción de pro-
pionato es consecuencia de una mayor digestión ruminal del
almidón o de un uso más eciente de la energía, debido a
que las bacterias ruminales utilizan más iones de H+ para la
síntesis de propionato en lugar de acetato o metano (Boadi
et al., 2004; Urías-Estrada et al., 2017). Los cambios en las con-
centraciones de propionato y metano podrían beneciar tan-
to a la eciencia de la producción ganadera como al medio
ambiente. El metano que se forma durante la FR contribuye
al 40 % de los gases de efecto invernadero que se generan en
la producción de rumiantes, además, la producción de este
gas representa para el rumiante hasta un 12 % de pérdida de
la energía bruta del alimento (Beauchemin et al., 2020).
Efectos en el comportamiento productivo y característi-
cas de la canal
A pesar de los potenciales efectos positivos sobre
los parámetros de FR, el efecto de las zeolitas sobre el ren-
dimiento en rumiantes no ha sido concluyente (Cuadro 2).
Desde una perspectiva metabólica, las zeolitas no tienen un
efecto directo sobre el rendimiento del ganado; sin embargo,
al neutralizar el pH ruminal, proporcionan condiciones rumi-
nales más favorables para un mejor desarrollo y actividad de
las bacterias, y por consecuencia una mejora en la producti-
vidad animal. De acuerdo con esto, corderos (Deligiannis et
al., 2005; Norouzian et al., 2010; Stojković et al., 2012; Estrada-
Angulo et al., 2017; Abdelrahman et al., 2021) de diferentes
razas y novillos (Sherwood et al., 2005) registraron mejores
ganancias de peso y eciencia alimenticia cuando fueron
suplementados con CTL. Sin embargo, algunos estudios han
demostrado que la suplementación con CTL no tiene efecto
sobre el comportamiento productivo animal (McCollum y
Galyean, 1983; Bosi et al., 2002; Toprak et al., 2016; Mahdavirad
et al., 2021); no obstante, tampoco se ha reportado un efecto
negativo sobre la producción, a excepción del estudio de
Pond et al. (1984); En este trabajo se encontró una reducción
en las ganancias de peso de los corderos suplementados con
CTL y urea como fuente de NNP.
Por otro lado, los cambios en las características de la
canal por efecto de la suplementación con CTL son limita-
dos y además, los resultados encontrados hasta ahora son
poco claros; algunos estudios reportan canales más magras
y con una tendencia al aumento del área del ojo de costilla
(Estrada-Angulo et al., 2017; Coronel-Burgos et al., 2017; Sa-
llam et al., 2022; Ghoneem et al., 2022), mientras que otros
autores no han observado efecto alguno en ninguna de las
características de calidad de las canales (Pond et al., 1984;
Deligiannis et al., 2005; Sherwood et al., 2005) aun cuando los
animales suplementados presentaron mejores ganancias de
peso con respecto al grupo control. Una de las características
de calidad de la canal de gran importancia económica es el
rendimiento (relación entre el peso de la canal caliente y peso
vivo del animal), y es bien conocido que se puede mejorar
aumentando el nivel nutricional de la dieta (Alexandre et al.,
2009). En este sentido, la zeolita al ser un ingrediente que no
tiene ningún aporte energético, disminuye la concentración
de energía neta cuando es incluida en la dieta (Coronel-Bur-
gos et al., 2017; Estrada-Angulo et al., 2017). Esta reducción
de la densidad energética de la dieta puede reejarse en una
menor deposición de tejido muscular y grasa corporal en las
canales de los animales suplementados, y por consecuencia
en el rendimiento de éstas. Sin embargo, se requiere de más
investigación para establecer si la CTL puede mejorar las
características de las canales y además, aclarar las condicio-
nes nutricionales de la dieta para una mejor utilización de la
energía bajo una suplementación con este mineral.
Por otra parte, Khachlouf et al. (2018) recientemente
realizaron un meta-análisis sobre los efectos en la produc-
ción y composición de la leche proveniente del ganado
lechero suplementado con zeolita, principalmente CTL. El
56 Volumen XXV, Número 1
56
Tánori-Lozano et al: Biotecnia / XXV (1): 51-60 (2023)
Cuadro 2: Efectos en el comportamiento productivo y caraterísticas de la canal de bovinos y ovinos suplementados con clinoptilolita.
Table 2: Eects of dietary clinoptilolite on feedlot performance and carcass traits in bovines and ovines.
Tiempo de exposición y dosis
empleada
Especie
(n) Efecto observado Referencia
CTL al 0, 1.5 y 3 % por 6 sem Ovinos Balouchi
n = 30 ↑ GDP Norouzian et al. (2010)
Zeolita al 0, 30 y 60 g/d por 90 d Ovinos Mehraban n = 48
↑ Consumo de alimento
↑NS CA y AOC
↓Menor deposición de grasa dorsal
Forouzani et al. (2004)
CTL al 0, 1.5, 3 y 4.5 % por 75 d Ovinos Kathadin x Pelibuey
n = 40
↑ Masa magra ↓ grasa tisular y visceral
T↑ AOC Coronel-Burgos et al. (2017)
CTL 1 y 2 % por 90 d Ovinos Barki
n = 30 T↑ GDP y T↓ CA Ghoneem et al. (2022)
Zeolita natural: 0, 20, 40 y 60 g/kg por
52 d
Ovinos Rambouillet
n = 40 ↑GDP y CA Roque-Jiménez et al. (2018)
CTL: 0 y 3% por 3 meses Ovinos Karagouniko
n = 24
↑GDP y consumo de alimento
Características de la canal sin cambio Deligiannis et al. (2005)
CTL al 0, 1.5, 3 y 4.5 % por 75 d Ovinos Kathadin x Pelibuey
n = 40
↑CA
Sin cambio en consumo de alimento Estrada-Angulo et al. (2017)
CTL al 1.2 % por 168 d Bovinos
n = 96
↑NS GDP (3.4 %) y CA (2.8 %) Sherwood et al. (2005)
CTL al 0, 1, 2 y 3 % por 56 d Ovinos Kathadin x Pelibuey
n = 40
Sin cambios en el comportamiento
productivo
↓Menor deposición de grasa dorsal
Estrada-Angulo et al. (2017)
CTL al 1 y 2 % por 56 d Ovinos Naemi
n = 24
↑ Ganancia total de peso y consumo de
alimento Abdelrahman et al. (2021)
Alimento a base de CTL Ovinos
n = 15
↑ Ganancia total de peso, GDP y CA ↓
Incidencia de diarreas Stojkovic et al. (2012)
Aluminosilicato de sodio: 0 y 200 g/d
por 100 d
Vacas Holstein
n = 42
↑Producción de leche (+2.18 kg/vaca)
Sin cambios en la composición química de la
leche
Khachlouf et al. (2019)
CTL al 0, 150 y 300 g/d por 20 sem Vacas Holstein
n = 90 Sin cambios en la producción de leche Marin et al. (2020)
T: Tendencia; GDP: Ganancia diaria de peso; NS: Resultado no signicativo AOC: Área del ojo de costilla; CA: Conversión alimenticia
meta-análisis reveló un aumento en la producción de leche
cuando las vacas son suplementadas con dosis entre los 200
y 300 g/d. Una mejora en el rendimiento de la leche puede ser
resultado de una modicación en algunos de los parámetros
de la FR como: un aumento en la producción de propionato,
mejoras en la digestibilidad o una mayor síntesis de proteína
microbiana (Marin et al., 2020). No obstante, algunos autores
no reportaron cambios en la producción de leche (Bosi et al.,
2002; Dschaak et al., 2010; Khachlouf et al., 2019); estas incon-
sistencias pueden estar relacionados a la dosis utilizada, la
composición de la dieta o de la zeolita, consumo de alimento
o el tamaño de partícula del alimento (Khachlouf et al., 2018;
Marin et al., 2020).
Es importante resaltar que con respecto a la inuencia
en la calidad de la carne de rumiantes por la suplementación
con CTL, hasta nuestra revisión se cuenta con muy poca
información disponible en la literatura. No obstante, los re-
sultados de un estudio reportan una mejora en el color de la
carne de corderos suplementados con 1 % de CTL, principal-
mente en los parámetros L*, a* y C*, además se observó una
mejora en el perl lipídico e índices nutricionales de la carne
de los corderos suplementados (Tánori-Lozano et al., 2022).
Este último resultado, coincide con los cambios reportados
en el perl lipídico de la carne de aves suplementadas con
CTL (Mallek et al., 2012; Hcini et al., 2018).
Seguridad de la Clinoptilolita
Con respecto al uso de CTL, hasta el momento no
se han reportado efectos tóxicos a su exposición durante
períodos largos, incluso algunos estudios han encontrado
resultados prometedores sobre la inhibición del desarrollo
de células cancerígenas (Pavelić et al., 2018; Eisenwagen y
Pavelić, 2020). Recientemente se ha discutido la posibilidad
de que ocurra una desorción de los metales pesados atrapa-
dos en las zeolitas cuando esta transita por el intestino; sin
embargo, debido a la alta anidad que tiene la CTL por los
metales pesados, la adsorción es casi irreversible (Hamidpour
et al., 2010; Tondar et al., 2014).
La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria
(EFSA) aprobó el uso de CTL como un aditivo seguro para
utilizarse en la industria pecuaria a dosis de hasta 10,000 mg/
kg. La CTL al ser un aditivo inerte, no se absorbe ni se degrada
durante su paso por el tracto digestivo, por lo que es comple-
tamente excretada en las heces (FEEDAP, 2013). En ninguno
de los estudios anteriores se reportaron efectos negativos
sobre la productividad o salud de los animales que fueron
suplementados con CTL. Por el contrario, la adición del mi-
neral a la dieta contribuyó a su salud, disminuyendo el índice
de diarreas o infecciones intramamarias (Deligiannis et al.,
2005; Norouzian et al., 2010; Stojković et al., 2012; Khachlouf
et al., 2019; Đuričić et al., 2020), así como las concentraciones
57
Volumen XXV, Número 1 57
Tánori-Lozano et al: Inclusión dietaria de clinoptilolita como aditivo en la / XXV (1): 51-60 (2023)
de aatoxinas (Katsoulos et al., 2016) y de metales pesados
(Khachlouf et al., 2019) en la leche de vacas. Otra de las preo-
cupaciones sobre el uso de zeolitas en la nutrición animal, es
su potencial efecto de adsorber minerales o vitaminas esen-
ciales, lo que a largo plazo pudiera provocar desbalances
nutricionales y repercutir negativamente en la productividad
animal. No obstante, varios estudios han mostrado que la
suplementación con CTL no tuvo efectos adversos sobre las
concentraciones séricas de Cu, Fe, Zn, Na, K, Ca, Mg y vitami-
nas A y E (Bosi et al., 2002; Papaioannou et al., 2002; Katsoulos
et al., 2005; Khachlouf et al., 2019). Incluso, Khachlouf et al.
(2019) reportaron un incremento en las concentraciones de
Ca sanguíneo en las vacas suplementadas con 200 g/d de
CTL en su etapa pre-parto y lactancia; este resultado sugiere
que la inclusión de CTL en la dieta de las vacas podría reducir
la incidencia de hipocalcemia post-parto.
Conclusiones y perspectivas futuras
La continua preocupación por el riesgo a la salud
humana y animal que representa el uso indiscriminado de
los APC, aunado al necesario traslado hacia un sistema de
producción sustentable con menor impacto ambiental,
requiere la búsqueda de ingredientes con valor nutricional
y/ o propiedades bioactivas que compitan con los promo-
tores de crecimiento tradicionales. Sin embargo, hoy en día
existen muchas preguntas e incertidumbre sobre el uso de
estos ingredientes alternativos para implementarse rutina-
riamente en la producción animal, principalmente debido al
desconocimiento sobre los benecios que éstos compuestos
pueden tener tanto en el aspecto económico, como produc-
tivo y ambiental. Por otro lado, el uso de productos de origen
natural tiene poca aceptación por parte de los productores a
causa de que los efectos de algunos de estos compuestos son
moderados e incluso en algunos casos inconsistentes. Hasta
el momento, según la información actual, el uso de CTL en la
dieta de rumiantes pudiera ser una estrategia prometedora
para la obtención de mejores resultados en la producción y
calidad de carne y leche proveniente de rumiantes.
Los resultados presentados en esta revisión muestran
el potencial que tiene la CTL en la producción animal, por lo
cual se requiere realizar más investigaciones sobre el uso de
este aditivo, con la nalidad de establecer las condiciones de
dosicación, composición de la dieta y de la zeolita, así como
el tamaño de partícula del mineral. Además, se requieren
nuevos estudios sobre los efectos en la calidad de la carne
de los rumiantes.
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Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
61
Polyphenolic-rich extracts from Ilex paraguariensis and Larrea divaricata
leaves and their antioxidant and antiCOVID-19 potential
Extractos polifenólicos de las hojas de Ilex paraguariensis y Larrea divaricata y su potencial antioxidante y
antiCOVID-19
Juan C. Contreras-Esquivel, Carlos N. Cano-González, Juan Ascacio-Valdes, Jorge A. Aguirre-Joya, David Aguillón-
Gutierrez, Javier Breccia, Judith D. Espinoza-Perez, Cristóbal N. Aguilar, and Cristian Torres-León*
School of Chemistry, Universidad Autónoma de Coahuila. Unidad Saltillo, Saltillo, Coahuila, , Mexico
Research Center and Ethnobiological Garden, Universidad Autonoma de Coahuila. Unidad Torreón, Viesca, Coahuila, ,
Mexico
INCITAP-Institute of Earth and Environmental Sciences of La Pampa (CONICET-UNLPam) National Scientific and Technical
Research Council-National, University of La Pampa, Santa Rosa, La Pampa, , Argentina
Coyotefoods. Simon Bolivar A, Saltillo, Coahuila, Mexico.
*Autor para correspondencia: Prof. Cristian Torres León
Correo electrónico: ctorresleon@uadec.edu.mx
Recibido: 1 de junio de 2022
Aceptado: 3 de septiembre de 2022
ABSTRACT
Yerba mate (Ilex paraguariensis A.St. Hil) and jarilla
(Larrea divaricata Cav.) leaves are commonly used as tea infu-
sions in some Latin American countries. This study was con-
ducted to evaluate the antioxidant activity (FRAP, ABTS, and
DPPH) and the inhibitory potential of yerba mate and jarilla
extracts on the 3CL protease (Mpro) from coronavirus SARS-
COV-2 by a molecular docking approach. The main bioactive
compounds present in the plant extracts were identied by
HPLC-MS. According to the results, the extracts of yerba mate
and jarilla showed high antioxidant activity in DPPH (> 91 %),
ABTS (> 90 %), and FRAP (> 47 mg TE/g) assays. Additionally,
the phenolic compounds present in yerba mate, quercetin-
3-O-rutinoside (rutin) (-9.60 kcal/mol) and 3,4-dicaeoylqui-
nic acid (- 8.20 kcal/mol) were more eective on Mpro than
the antiviral drugs remdesivir and ribavirin. The compounds
rutin and 3,4-dicaeoylquinic acid have a high anity and
interaction with one of the catalytic residues Cys145 of Mpro.
The glycosylation of phenolic compounds aects biological
activities: positively anti-COVID-19 and negatively antio-
xidant. The results suggest that extracts of yerba mate and
jarilla leaves could enhance the body’s antioxidant defenses
and can be used to improve health.
Keywords: COVID-19, phenolic compounds, Ilex
paraguariensis, antioxidant activity, molecular
docking.
RESUMEN
Las hojas de yerba mate (Ilex paraguariensis A.St. Hil)
y jarilla (Larrea divaricata Cav.) se usan comúnmente como
infusión de té en algunos países de América Latina. Este es-
tudio se realizó para evaluar la actividad antioxidante (FRAP,
ABTS y DPPH) y el potencial inhibitorio de los extractos de
yerba mate y jarilla sobre la proteasa 3CL (Mpro) de corona-
virus SARS-COV-2 por enfoque de acoplamiento molecular.
Los principales compuestos bioactivos presentes en los
extractos de plantas fueron identicados por HPLC-MS. De
acuerdo con los resultados, los extractos polifenólicos de
yerba mate y jarilla presentaron alta actividad antioxidante
en los ensayos DPPH (> 91 %), ABTS (> 90 %) y FRAP (> 47
mg TE/g). Además, los compuestos fenólicos presentes en la
yerba mate, quercetina-3-O-rutinósido (rutina) (-9,60 kcal/
mol) y ácido 3,4-dicafeoilquínico (- 8,20 kcal/mol) han de-
mostrado ser más efectivos (en Mpro) que los medicamentos
antivirales remdesivir y ribavirin. Los compuestos rutina y
ácido 3,4-dicafeoilquínico tienen alta anidad e interacción
con uno de los residuos catalíticos Cys145 de Mpro. Estos
resultados sugieren que las hojas de yerba mate y jarilla
podrían potenciar las defensas antioxidantes del organismo
y podrían beneciar la salud.
Palabras clave: COVID-19, compuestos fenólicos, Ilex para-
guariensis, actividad antioxidante, acoplamiento molecular.
INTRODUCTION
Natural products, especially medicinal plants and their
phytochemicals, have been used for the treatment of various
diseases since long time ago. They could be ecacious
sources for prevention and treatment of diseases with new
approaches, since approximately 60 % of the new medicines
produced since 1981 come from plants (Newman and Cragg,
2020).
Medicinal plants have great potential in the preven-
tion and treatment of infectious diseases. Despite the lack of
strong evidence-based medicine, plants used in traditional
medicine in many countries may have to contribute to the
control of COVID-19 (Chen et al., 2020). Medicinal plants are
rich in bioactive compounds such as phenolic or polypheno-
lic compounds; these molecules are secondary metabolites
of plants that have biological properties such as antioxidant
(which helps to increase defenses) and antiviral activities
(Torres-León et al., 2017b) 2,3,4,6-Penta-O-Galloyl-β-D-Glu-
cose (PGG. For example, bioactive compounds of traditional
Mongolian medicine showed high anti-COVID-19 potential
(Yu et al., 2020) ETCM database and document mining
methods were used to collect active compounds. Swiss Tar-
getPrediction and SuperPred server were used to nd targets
of compounds with smiles number. Drugbank and Genecard
database were used to collect antiviral drug targets. Then
DOI: 10.18633/biotecnia.v25i1.1762
62 Volumen XXV, Número 1
62
Contreras-Esquivel et al: Biotecnia / XXV (1): 61-66 (2023)
the above targets were compared and analyzed to screen
out antiviral targets of Mongolia medicine. Metascape data-
base platform was used to enrich and analyze the GO (Gene
ontology. The antioxidant activity of phenolic compounds
depends on the number of hydroxyl and methoxy groups
present in the ring and its structural dispositions that gener-
ate stabilized free radicals (Olszowy, 2019).
Yerba mate (Ilex paraguariensis A.St. Hil) is a plant typi-
cal of subtropical and native regions of South America, with
their leaves commonly used to produce tea infusions. Schi-
nella et al. (2000), have suggested that the ingestion of yerba
mate leaves is an eective and economic way to increase the
antioxidant defenses. Pharmacological properties attributed
to yerba mate have been related to its high content of po-
lyphenolic compounds (Colpo et al., 2016).
Jarilla (Larrea divaricata Cav.) is another medicinal
plant of interest in Latin America. This plant is commonly
known as creosote bush, and it is widely used in folk medi-
cine, mainly in Argentina and Mexico (Agüero et al., 2011).
These plants can be promising sources of phenolic
compounds. However, the evaluation of antiviral activity
against the COVID-19 protease (Mpro) has not been evalu-
ated. Mpro is essential for virus replication and is in the life
cycle of the coronavirus (Gimeno et al., 2020) the scientic
community has been under pressure to react and make prog-
ress in the development of an eective treatment against
the virus responsible for the disease. Here, we implement
an original virtual screening (VS. Kong et al. 2020a) recently
introduced a docking server for docking molecules against
potential targets Mpro of COVID-19. Molecular docking is
an in silico technique for predicting the binding ability and
binding mode of a protein and molecules (ligands) based
on the geometry. There are two parameters to evaluate a
better docking, a docking score and the type of interaction.
Computational analysis has a primary role in the early drug
discovery process (Kulkarni et al., 2020). Therefore, the aim of
this study was to evaluate the antioxidant activity in vitro and
anti-covid potential of the bioactive compounds of yerba
mate and jarilla on Mpro.
MATERIALS AND METHODS
Plant materials
Dried yerba mate (I. paraguariensis A.St. Hil) with leaf
grinded and stems (1 kg package of Playadito con palo) was
obtained from Cooperativa Agricola de la Colonia Liebig
Ltda. (Colonia Liebig’s, Corrientes, Argentina). Dried jarilla (L.
divaricata Cav.) leaf grinded (0.5 kg package) was purchased
from Homeopathic Argentinian Pharmacy (60th avenue and
10th corner, La Plata, Buenos Aires, Argentina).
Polyphenolic extracts
Ultrasound-Assisted Extraction (UAE) (Branson,
St. Louis , MO, USA) was performed according to Cárde-
nas-Hernández et al. (2020). Briey, a 1 g sample of the plant
was weighed and diluted in 20 mL of ethanol (90 %, v/v). The
extraction was performed for 20 min at 35 °C (frequency: 60
Hz and power: 42 KHz). Samples were transferred to conical
tubes and taken to a centrifuge (SORVALL: Biofuge primo ™
R) at 3500 x g at 20 °C (10 min). Subsequently, ltration of
each sample was carried out (11 µm through lter paper)
and the extracts were stored at -5 °C. The extraction yield was
calculated by weight dierence. Briey, an extract of 5 mL
was evaporated at room temperature (28 °C). The weight of
the residue was multiplied by 4 to normalize the real volume
of the experiment (20 mL).
Antioxidant activity
The antioxidant activity in the ethanol extracts was
determined by: DPPH• (Molyneux, 2004), ABTS•+ (Re et al.,
1999), and FRAP (Benzie and Strain, 1996). Each sample was
measured in triplicate. The results of DPPH• and ABTS•+ tests
were expressed as a percentage reduction. FRAP assay was
expressed as Trolox Equivalents (TE) with a calibration curve
of Trolox (0.1–1.0 mg/mL).
Analytical RP-HPLC-ESI-MS
A Varian High-Performance Liquid Chromatography
coupled to a mass spectrophotometer (Varian 500-MS IT
Mass Spectrometer, USA; PDA detector Varian Pro Star 330,
USA) was used to identify the main components in the ex-
tract according to Torres-León et al. (2017). Samples (5 µL)
were injected into a Denali C18 column (150 mm × 2.1 mm,
3 µm, Grace, USA). The thermostat temperature was main-
tained at 30 °C. The eluents were as follows: formic acid (0.2%,
v/v; A solvent) and acetonitrile (B solvent). The gradient was
characterized by using initial, 3 % B with retention time of
0 – 5min, 9 % B linear with retention time of 5 – 15min, 16 %
B linear with retention time of 15 – 45min, 50 % B linear.
Determination of physicochemical parameters of the
main protease (Mpro)
Main Protease (Mpro; 6WQF_A) was taken from the
NCBI database (https://www.ncbi.nlm.nih.gov). Analysis of
the physical parameters of main protease (Mpro) is done by
studying the number of amino acids and their composition,
molecular weight, aliphatic index, theoretical pI, extinction
coecient, instability index, and grand average of hydropho-
bicity using ExPASy (http://web.expasy.org/protparam).
Molecular docking
A docking Server was used to predict the binding be-
tween the phytochemicals of yerba mate and jarilla extracts
and the main COVID-19 protease (Mpro) (Torres-León et al.,
2020) (https://ncov.schanglab.org.cn/index.php), which is
also named chymotrypsin-like protease (3CLpro) (Kong et
al., 2020b). The structures of bioactive compounds identied
by the HPLC-MS analysis (used as ligands) were downloaded
in SDF le format from: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/.
The veried inhibitors were evaluated as positive controls
(Remdesivir and Ribavirin). The main aim of this molecular
interaction study was to identify the phytochemicals inter-
acting with the crystal structure of protease (Mpro) in silico.
All interaction visualization analysis studies were performed
with the PyMol molecular visualization tool.
63
Volumen XXV, Número 1 63
Contreras-Esquivel et al: Polyphenolic-rich extracts from Ilex paraguariensis / XXV (1): 61-66 (2023)
Statistical analysis
Results were expressed as mean values ± SD. The
student’s t-test was run to determine signicant dierences
(p < 0.05). All statistical determinations were performed
using Statistica 7.0 software (StatSoft, Tulsa OK, USA).
RESULTS AND DISCUSSION
Table 1 shows the extraction yield of yerba mate
and jarilla leaves. The extraction yields (Ultrasound-Assisted
Extraction, UAE) did not present a signicant dierence bet-
ween the plants studied (p > 0.05). The results obtained for
yerba mate are similar to a previous report (12 %) (Jacques et
al., 2007). These authors recommended UAE instead of ma-
ceration due to the considerable gain in time and enhanced
extraction eciency. The jarilla extraction yield was higher
than that reported (2.9 %) by Aguirre-Joya et al. (2018).
Table 1. Extraction yields and antioxidant potential of Ilex paraguariensis
A.St. Hil and Larrea divaricata Cav extracts.
Tabla 1. Rendimientos de extracción y potencial antioxidante de extractos
de Ilex paraguariensis A.St. Hil y Larrea divaricata Cav.
Analysis Ilex paraguariensis A.St. Hil Larrea divaricata
Cav.
Extraction yield (%) 12.0 ± 0.46 12.8 ± 0.57
DPPH. (%) 91.5 ± 0.11 92.4 ± 0.56
ABTS.+ (%) 90.5 ± 1.10 93.0 ± 0.78*
FRAP (mg TE/g) 47.6 ± 4.00 108.0 ± 5.88*
Values are presented as means ± SD (n = 3). *Signicantly dierent by t-test
(p < 0.05).
Antioxidant activity
The results of the DPPH assay (Table 1) showed that
both extracts have a high antioxidant activity (> 90 %);
without presenting a signicant dierence between the
plants. These results were similar (92 %) to those reported
in Larrea genus (Aguirre-Joya et al., 2018) and higher than
those reported in yerba mate leaves from Brazil, Argentina,
and Uruguay (< 80 %) (Colpo et al., 2016). The results in the
ABTS•+ assay also showed high antioxidant activity in both
samples (> 90 %). Extracts of jarilla (93 %) were signicantly
higher than those of yerba mate (90.5 %). Finally, the FRAP
analysis showed that the extracts were able to reduce the
ferric ion to ferrous ion. The jarilla extract showed a high
antioxidant activity, signicantly higher than yerba mate (p
> 0.05). This trend was similar in the ABTS•+ test; these assays
are associated with its ability to scavenge free radicals. The
results showed that yerba mate and jarilla leaves have high
antioxidant activity. This biological activity is attributed to the
presence of bioactive compounds such as polyphenols. The
antioxidant activity of phenolic compounds depends on the
number of hydroxyl and methoxy groups present in the ring
and their dispositions in its structure. Generally, glycosylation
of 3-hydroxyl groups reduces the antioxidant properties of
compounds. For this reason, yerba mate has less antioxidant
activity due to the presence of rutin (Olszowy, 2019). The
consumption of these plants can increase the antioxidant
defenses in people (Schinella et al., 2000).
Analytical RP-HPLC-ESI-MS
The identication of phenolic compounds of yerba
mate and jarilla extracts was performed by comparing the
retention time by HPLC analysis with MS. The molecular
weight was compared with the literature and the database
of the Food Research Department (DIA-UAdeC). In this study,
four phenolic compounds were separated and identied
in each extract (Table 2). In general, yerba mate extract
contained neochlorogenic acid, chlorogenic acid, rutin, and
3,4-dicaeoylquinic acid. Chlorogenic acid is a compound
that derives from caeic acid and is present in higher concen-
trations in yerba mate extract. Thus corroborating the results
presented in the literature (Agüero et al., 2011; Zapata et al.,
2019).
The HPLC-MS analysis showed that jarilla leaves
are a source of 3'-O-methyl-nordihydroguaiaretic acid, p-
hydroxybenzoyl glucoside, meso (rel7S,8S,7’R,8’R)-3,4,3’,4’-
tetrahydroxy-7,7’-epoxylignan and nordihydroguaiaretic
acid. These lignans and others have been previously reported
in Larrea spp. extracts (Agüero et al., 2011; Vargas-Arispuro et
al., 2005)nordihydroguaiaretic acid (NDGA. Variations in the
phenolic prole may be due to factors such as the extraction
method or growing conditions of the plants.
Determination of physicochemical parameters of the
main protease (Mpro)
The main protease (Mpro) structure is composed of
the I, II, and III domains (Kneller et al., 2020); residues 8 – 10,
102 – 184, and 201 – 303, respectively. The number of amino
acids is 306. In the present study, the theoretical isoelectric
point (pI) was 5.92 - 5.95. The molecular weight of the protein
is 33796.64 Da. The instability index is 27.65; a value < 40
indicates that the protein structure is stable. The average ex-
tinction coecient is 33640. The aliphatic index is 82.12. The
GRAVY value was - 0.019, this value indicates that the protein
is hydrophilic and non-polar.
Molecular docking
The application of the COVID-19 docking server
elucidated the interactions between the lead-likeness com-
pounds and Mpro (Table 2).
All the identied compounds in the yerba mate and
jarilla leaves extracts showed an inhibitory potential against
Mpro. According to in silico results, all the compounds had
a higher anity against COVİD-19 protease (< - 7.20 kcal/
mol) than Ribavirin (- 6.40 kcal/mol). Additionally, the yerba
mate compounds, rutin (-9.60 kcal/mol), and 3,4-dicaeo-
ylquinic acid (- 8.20 kcal/mol) had a high anity that the
broad spectrum anti-viral drug Remdesivir (- 8.10 kcal/mol).
This molecule has anti-Covid19 activity (Singh et al., 2020)
and is currently used in COVID-19 management (Hung et al.,
2020). The docking energy is lower, and the binding is more
stable, which indicates that yerba mate molecules probably
64 Volumen XXV, Número 1
64
Contreras-Esquivel et al: Biotecnia / XXV (1): 61-66 (2023)
hinder the binding of substrate proteins more eectively.
Das et al. (2020)caused by severe acute respiratory syndrome
coronavirus 2 (SARS-CoV-2, reported that rutin could bind
Mpro protein (PDB: 6Y84) with the highest anity among 33
molecules screened (including natural products, antivirals,
antifungals, and antiprotozoal agents). Furthermore, the
docking energy of the rutin derivatives was determined for
isoquercetin (monoglycosylated) and quercetin (deglycos-
ylated), resulting in - 8.70 kcal/mol and - 7.80 kcal/mol, res-
pectively. The docking energy decreases when the avonoid
loses glucose molecules.
Molecular docking predicted that polyphenols from
yerba mate and jarilla have inhibitory potential against
SARS-CoV-2 infection by interacting with the Mpro protein.
The binding between Mpro and Remdesivir, Ribavirin, the
bioactive compounds rutin and 3,4-dicaeoylquinic acid
(which presented the highest docking score) as a potential
inhibitor of COVID-19 are shown in Figure 1. They have been
represented in distinct colors for better visualization. Figure
1 corroborates the high-anity potential listed in Table 1.
There are two parameters to evaluate a better docking, a
docking score and the type of interaction. A better docking
score is one with more negative binding energy. The stability
between ligands and the receptor is attributed to dispersion
forces, hydrogen bonds, π-π interactions, and hydrophobic
interactions (Mpiana et al., 2020). Yu et al. (2020) ETCM da-
tabase and document mining methods were used to collect
active compounds. Swiss TargetPrediction and SuperPred
server were used to nd targets of compounds with smiles
number. Drugbank and Genecard database were used to
collect antiviral drug targets. Then the above targets were
compared and analyzed to screen out antiviral targets of
Mongolia medicine. Metascape database platform was used
to enrich and analyze the GO (Gene ontology, demonstrated
that molecules present in traditional Mongolian medicine,
such as chlorogenic acid, combine with SARS-CoV-2 protein
in the form of hydrogen bonds.
The results conrmed that rutin and 3,4-dicaeoylqui-
nic acid interacted with His41 and Cys145, which are cata-
lytic residues of Mpro by hydrogen bonding. Both rutin
and 3,4-dicaeoylquinic acid formed hydrogen bonds with
Cys145 amino acid residues of Mpro. The rutin derivatives
(quercetin and isoquercetin) form hydrogen bonds with the
His41 amino acid residues of Mpro. In addition to these two
key residues, several other Mpro active site amino acid res-
idues were involved in hydrogen bonding (Glu166, Thr190,
Gln189, Asn142, and Leu141) (Ghosh et al., 2020; Kneller et
al., 2020). The distance between the ligands (≤ 3 Å) in relation
to His41 and Cys145 within Mpro (active site) presents higher
interaction. Given the anity and interaction of the catalytic
amino acids, they could inhibit/decrease the catalytic activity
of the Mpro protease. These are important candidates for an
alternative treatment of SARS-Cov-2, applying them in infu-
sion or puried phenolic compounds. In silico experiments
predict promising results.
CONCLUSION
The extracts of yerba mate and jarilla leaves presented
a high antioxidant activity in vitro. The antioxidant activity
is due to the hydroxyl and methoxy groups that form the
structure of phenolic compounds and would be important
to inhibit cell damage caused by free radicals. According to
in silico results, the main compounds identied in these ex-
tracts showed an inhibitory potential against COVİD 19 Mpro
protease. However, the compounds of yerba mate, rutin, and
3,4-dicaeoylquinic acid showed a high anity and inte-
raction with one of the catalytic residues (Cys145) and rutin
Table 2. Identication of the main Ilex paraguariensis A.St. Hil and Larrea divaricata Cav. compounds and their Mpro binding anity.
Tabla 2. Identicación de los principales compuestos de Ilex paraguariensis A.St. Hil y Larrea divaricata Cav. y su anidad vinculante contra Mpro.
HPLC-MS Mpro Docking Score
Material TR (min) [M−H]− (m/z) Name Reference PubChem (kcal/mol)
Control- - Remdesivir - 121304016 - 8.10
Control - - Ribavirin - 37542 - 6.40
Ilex paraguariensis A.St. Hil
20.16 353 5-caeoylquinic acid (neo-
chlorogenic acid) (Zapata et al., 2019) 241164669 - 7.80
25.86 353.1 3-caeoylquinic acid (chloro-
genic acid) (Zapata et al., 2019) 1794427 - 7.20
34.88 609.1 Quercetin-3-O-rutinoside
(Rutin) (Perestrelo et al., 2012) 5280805 - 9.60
37.18 515.1 3,4-dicaeoylquinic acid (Zapata et al., 2019) 5281780 - 8.20
Larrea divaricata Cav.
47.91 315 3'methyl-nordihydroguaiare-
tic acid (Agüero et al., 2011) 122821 - 7.60
51.45 299 p-Hydroxybenzoyl glucoside (Perestrelo et al., 2012) - -
52.59 329
meso-(rel
7S,8S,7’R,8’R)-3,4,3’,4’-tetrahy-
droxy-7,7’-epoxylignan
(Agüero et al., 2011) - -
54.91 301.1 Nordihydroguaiaretic acid (Agüero et al., 2011) 4534 - 7.60
65
Volumen XXV, Número 1 65
Contreras-Esquivel et al: Polyphenolic-rich extracts from Ilex paraguariensis / XXV (1): 61-66 (2023)
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ylquinic acid.
Fig. 1 Representación 2D de la interacción de Mpro COVID-19 con el
fármaco antiviral (A) Remdesivir, (B) Ribavirina, (C) Rutina y (D) ácido 3,4-di-
cafeoilquínico.
derivatives His41 when compared with the antiviral drugs
Remdesivir and Ribavirin. The glycosylation of phenolic com-
pounds a ects biological activities: positively anti-COVID-19
and negatively antioxidant. These results suggest that yerba
mate and jarilla leaves could be used as a potential source
of bioactive compounds for potential use in the food and
pharmaceutical industries.
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67
Volumen XXV, Número 1
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
67
*Autor para correspondencia: Mónica Guadalupe Lozano Contreras
Correo electrónico: lozano.monica@inifap.gob.mx
Recibido: 21 de junio de 2022
Aceptado: 18 de septiembre de 2022
Evaluación de consorcios micorrícicos arbusculares nativos en
interacción con niveles de fósforo en la promoción del crecimiento y
fotosíntesis de Stevia rebaudiana Bertoni
Evaluation of native arbuscular mycorrhizal consortia in interaction with phosphorus levels in the
promotion of growth and photosynthesis of Stevia rebaudiana Bertoni
R. Cauich-Cauich, J.M. Tun-Suárez, J. Cristóbal-Alejo, E. Hererra-Parra, R. Andueza-Noh and M.G. Lozano-Contreras*
Departamento de Estudios de Posgrado e Investigación, Tecnológico Nacional de México, Conkal, Yucatán, México.
Departamento de Biotecnología, Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias, Mocochá, Yucatán,
México.
RESUMEN
La creciente demanda de Stevia rebaudiana Bertoni
como edulcorante natural, exige la búsqueda de sistemas
de producción más sostenibles. El fósforo es indispensable
en este cultivo, al estar involucrado en procesos de trans-
formación de energía y biosíntesis de toquímicos; su poca
disponibilidad afecta la producción y retarda el crecimiento
de las plantas. La simbiosis con hongos micorrícicos arbus-
culares (HMA) representa una vía sostenible para aumentar
la producción de los cultivos, gracias a una mejor absorción
de nutrientes, particularmente fósforo. El objetivo de este
estudio fue evaluar el efecto de consorcios de HMA nativos,
provenientes de las localidades: Reserva Cuxtal (RC), Tizimín
(TZ) y Colonia Yucatán (CY) pertenecientes al estado de Yu-
catán, en interacción con porcentajes de fósforo en base a su
requerimiento nutricional, sobre parámetros de crecimiento
y fotosíntesis en S. rebaudiana a nivel invernadero. Se utilizó
un diseño completamente al azar con arreglo bifactorial 4 X
5. Los resultados indicaron que, a bajas concentraciones de
fósforo, hay mayor colonización micorrícica. Los tratamientos
RC+25 % P y CY+25 % P aumentaron el crecimiento, mejo-
raron la arquitectura aérea de las plantas y la producción de
biomasa, derivado de un mayor contenido de clorola y me-
jor tasa fotosintética con respecto a plantas no inoculadas.
Palabras clave: hierba dulce; edulcorante natural; asocia-
ción; colonización; fosfato.
ABSTRACT
The growing demand for Stevia rebaudiana Bertoni as
a natural sweetener requires the search for more sustainable
production systems. Phosphorus is essential in this crop,
as it is involved in processes of energy transformation and
biosynthesis of phytochemicals; its low availability aects
production and retards plant growth. Symbiosis with arbus-
cular mycorrhizal fungi (AMF) represents a sustainable way
to increase crop production, thanks to a better absorption of
nutrients, particularly phosphorus. The objective of this stu-
dy was to evaluate the eect of native AMF consortia, from
the locations: Reserva Cuxtal (RC), Tizimín (TZ) and Colonia
Yucatán (CY) belonging to the state of Yucatán, with percen-
tages of phosphorus based on to its nutritional requirement,
on growth parameters and photosynthesis in S. rebaudiana
at the greenhouse level. A completely randomized design
with a 4X5 bifactorial arrangement was used. The results
indicated that, at low concentrations of phosphorus, there is
greater mycorrhizal colonization. The RC+25 % P and CY+25
% P treatments increased growth, improved the aerial archi-
tecture of the plants and biomass production, derived from a
higher chlorophyll content and a better photosynthetic rate
compared to non-inoculated plants.
Keywords: sweet grass; natural sweetener; association; colo-
nization; phosphate.
INTRODUCCIÓN
La creciente demanda por edulcorantes naturales sin
calorías sitúa la planta de S. rebaudiana como cultivo poten-
cial en el mercado alimentario y farmacéutico (Ahmad et al.,
2020). Las hojas de S. rebaudiana son una parte importante
en la planta, presentan una composición única de glucósidos
que son biológica y económicamente importantes, su poder
edulcorante es mayor a la sacarosa (Tavarini et al., 2015). El
rendimiento del cultivo depende en gran medida del creci-
miento de las plantas y su producción de hojas (Mandal et
al., 2013; Uçar et al., 2018), que, a su vez depende de la e-
ciencia en la absorción de nutrientes con baja disponibilidad
y movilidad en el suelo (Vafadar et al., 2014). El fósforo es un
nutriente esencial en la nutrición de la planta (Abdel-Fattah
et al., 2014), interviene en procesos de transporte, almace-
namiento y transformación de energía, en la fotosíntesis,
respiración, división y elongación celular (Dissanayaka et al.,
2021). Además, estimula la formación de órganos en las plan-
tas, el crecimiento radicular y la formación de brotes. Sin em-
bargo, en la mayoría de los suelos agrícolas, su disponibilidad
es limitada y la producción de los cultivos se ve seriamente
restringida (Richardson, 2001).
En las plantas, existen dos formas de absorción de
fósforo; una es por medio de los propios transportadores de
la planta y la otra ocurre a través de la simbiosis de hongos
micorrícicos arbusculares (HMA) (Sarmiento-López et al.,
2020). La simbiosis entre HMA y las plantas es una asociación
de tipo mutualista, ya que ambos simbiontes se benecian
(Waller et al., 2018). Los HMA obtienen fotosintatos de la
planta, a cambio, forman un sistema ramicado de hifas
DOI: 10.18633/biotecnia.v25i1.1765
68 Volumen XXV, Número 1
68
Cauich-Cauich et al: Biotecnia / XXV (1): 67-80 (2023)
extraradicales capaces de explorar el suelo más allá de la
zona de inuencia de las raíces, esta condición en el suelo
favorece la traslocación de agua y nutrientes para la planta
(particularmente de fósforo) y mejora la tasa fotosintética,
al regular la conductancia estomática, lo que promueve la
producción de los cultivos (Nouri et al., 2014; Adolfsson et al.,
2015; Tekaya et al., 2017; Kothe y Turnau, 2018). Los HMA re-
presentan una herramienta útil en la agricultura moderna, ya
que puede reducir los insumos químicos, así como el impacto
en el medio ambiente (Giovannini et al., 2020). En los últimos
años, los HMA se han utilizado para promover el aumento de
la producción en cultivos de importancia económica (Qui-
ñones-Aguilar et al., 2014; Alvarado Carrillo et al., 2014; Díaz
Franco et al., 2015). También se han reportado aumentos en
la productividad de S. rebaudiana por efecto de la simbiosis
micorrícica. Por ejemplo; Tedone et al. (2020) reportaron que
la inoculación de HMA en S. rebaudiana inuyó signicativa-
mente en la producción de biomasa seca aérea. Asimismo,
Aguirre-Medina et al. (2020) observaron un aumento en el
área foliar y en el número de hojas de S. rebaudiana a los 90
días después de la inoculación con Rhizophagus intraradices.
Los benecios sinérgicos de la inoculación de HMA en S.
rebaudiana también han mejorado signicativamente el
crecimiento de brotes y longitud de raíz (Vafadar et al., 2014).
Por su parte, Sarmiento-López et al. (2020) observaron un
aumento en el peso fresco de hojas y raíces en plantas de
S. rebaudiana inoculadas con R. irregularis y fertilizadas con
200 µM de fósforo. Adicionalmente, Mandal et al. (2013) des-
criben que la mejora en los aumentos en la producción de
los cultivos, involucra mecanismos tanto nutricionales como
no nutricionales, estos resultados sugieren la importancia
del papel del fósforo en la simbiosis de HMA y S. rebaudiana,
ya que el fósforo puede inhibir la colonización micorrícica
(Tavarini et al., 2018). En este contexto, se desconoce el nivel
de fósforo óptimo que permita el desarrollo de la simbiosis
de los HMA nativos de suelos de Yucatán con S. rebaudiana.
Por otro lado, la mayoría de las especies de HMA utilizados
en los sistemas agrícolas corresponden a cepas no nativas, la
mayoría de los productos comerciales se centran en una sola
especie, lo que limita su efectividad por el hecho de competir
con la microbiota local (Kouadio et al., 2017; Giovannini et al.,
2020). Se sabe que, la eciencia de los HMA en las plantas,
depende de la riqueza y composición de las especies inocu-
ladas, sin embargo, diferentes cepas de HMA, incluso nativas,
pueden tener un efecto diferencial en distintas especies de
plantas (Trejo et al., 2011; Vosátka et al., 2012). Por lo tanto,
el uso de consorcios nativos de HMA ha demostrado una
mayor eciencia en términos de aumentar el crecimiento
y la productividad de las plantas hospederas (Douds et al.,
2012; Eun-Hwa et al., 2013; Reyes-Ramírez et al., 2014). Por lo
anterior, el objetivo de este estudio fue evaluar la efectividad
de consorcios nativos de HMA en interacción con niveles de
fósforo en la promoción del crecimiento y tasa fotosintética
de S. rebaudiana en condiciones de invernadero.
MATERIALES Y MÉTODOS
Sitio experimental
La investigación se realizó dentro de una estructura
protegida en el área de investigación del Instituto Tecno-
lógico de Conkal, Yucatán, ubicado en Av. Tecnológico s/n
Conkal, Yucatán, al noreste de Mérida a 21º 04’ N y 89º 31’ O,
a una altitud de 8 m, el clima predominante es Awo (x´) (i´) g
(Márdero et al., 2012).
Consorcios de HMA
Se evaluaron tres consorcios nativos de HMA, que
fueron nombrados según su lugar de origen, los cuales
provenían de localidades diferentes del estado de Yucatán,
en suelos donde predominan comunidades vegetales
de selva baja caducifolia tropical y suelo de tipo Leptosol
(Durán García y García Contreras, 2010). Los consorcios se
determinaron como: 1) Reserva Cuxtal (RC); (integrado por
Glomus ambisporum G.S.Sm. y N.C. Schenck, G. pustulatum
Koske, Friese,C. Walker y Dalp, Claroideoglomus claroideum
C.Walker y A. Schussler, Funneliformis geosporum y Ambispora
gerdemannii C. Walker) identicado a nivel morfológico por
Herrera-Parra et al. (2021); 2) Tizimín (TZ) (sin identicar) y 3)
Colonia Yucatán (CY) (sin identicar). Además, se incluyó un
tratamiento testigo sin inocular.
Propagación y extracción de HMA
Los consorcios de HMA se propagaron por la técnica
de cultivo trampa (Sieverding, 1990), se utilizaron macetas
de 10 kg de capacidad con suelo tamizado y mezclado con
arena estéril (1:1 v/v) donde se sembraron semillas de sorgo
cv. Criollo (Sorghum bicolor L.) y maíz (Zea mays L.) como
macetas de propagación (Herrera-Parra et al., 2021). El cultivo
trampa se monitoreó y mantuvo en un vivero a una tempe-
ratura de 22 - 38 °C y h: 42 % en las instalaciones del Instituto
Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias
(INIFAP)–C.E. Mocochá. Después de 55 días, las plantas tram-
pa se retiraron de la maceta de propagación y se removió el
sustrato con las raíces colonizadas, posteriormente, se sem-
braron nuevas semillas y reinició el ciclo. Se realizaron riegos
a capacidad de campo, después de 80 d se suspendió el riego
con el n de estimular la esporulación de los HMA. Después
de 112 d se tomó una muestra de 100 g de cada maceta de
propagación y se extrajeron los HMA siguiendo el método
de tamizado y decantación en húmedo por centrifugación
(Gerdemann y Nicolson,1963). El suelo se homogenizó en
agua y se agitó, la solución se ltró a través de una serie de
tamices con apertura de mallas de 600, 425, 90 y 25 m, y de
las fracciones retenidas se extrajeron las esporas de los HMA
mediante ltración a vacío.
Obtención del inóculo
Para la obtención del inóculo, se desinfectaron las
esporas adicionando Tween 20 a 0.05 %, se centrifugaron a
500 rpm por 1 minuto, después se eliminó el sobrenadante
y se adicionó Cloramina T al 2 %, se centrifugó a 500 rpm
durante 15 min, estos dos procedimientos se repitieron en
69
Volumen XXV, Número 1 69
Cauich-Cauich et al: Evaluación de consorcios micorrícicos arbusculares nativos / XXV (1): 67-80 (2023)
dos ocasiones, nalmente, se retiró el sobrenadante (Bécard
y Piché, 1992). Cada consorcio contenía 110 esporas mL-1 con
un promedio de cuatro morfoespecies presentes. Los inócu-
los se mantuvieron a 4 °C hasta su aplicación.
Material vegetal
Se utilizaron plantas de Stevia rebaudiana Bertoni va-
riedad Morita II, propagadas por esqueje, a partir de plantas
cultivadas con seis meses de edad. El material vegetal fue
proporcionado por el Instituto Nacional de Investigaciones
Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), C.E. Mocochá.
Establecimiento del experimento
El trasplante se realizó el 9 de marzo de 2021, cuando
las plántulas alcanzaron una altura de 15 cm en promedio. Se
utilizaron bolsas de vivero con capacidad de 7 L. Las bolsas
se distribuyeron dentro de un invernadero a una distancia
de 0.30 y 1.0 m entre plantas e hileras, respectivamente. Se
aplicó riego por goteo con el 80 % de la evapotranspiración
de referencia, calculado en mm día-1, para ello se utilizaron
los registros diarios de la evaporación de un tanque evaporí-
metro tipo A, instalado dentro del área experimental (Cauich-
Cauich et al., 2018). Las temperaturas promedio registradas,
en la temporada de crecimiento fueron de 38.8 °C como
máxima y 22.5 °C como mínima, mientras que la humedad
relativa osciló entre 26 - 91 %.
Propiedades sicoquímicas del sustrato
El análisis sicoquímico del sustrato (Tabla 1), se
realizó en el laboratorio de análisis de suelos, plantas y agua
(LASPA) de la Universidad Autónoma de Yucatán. La muestra
correspondió a 1 kg del sustrato compuesto de una mezcla de
suelo y bagazo viejo de henequén (2:1 v/v). Se realizaron los
siguientes métodos: Textura (Hidrómetro de Bouyucos), pH
(Potenciómetro), Conductividad Eléctrica (Conductómetro),
Nitrógeno total (Micro-Kjeldahl), Fósforo disponible (Olsen;
extracción con bicarbonato de sodio), Potasio intercam-
biable (Extraído con acetato de amonio, por el método de
cobaltonitrito), Materia orgánica (Walkley-Black). El sustrato
se esterilizó por ujo de vapor a 126 °C durante 7 h utilizando
una caldera generadora de vapor (Sioux corporation, Beres-
ford, USA).
Manejo del cultivo
Se realizaron dos podas de formación al cultivo, la pri-
mera se realizó a los 10 días después del trasplante (ddt) con
la nalidad de eliminar la dominancia apical e inducir brotes
y la segunda se realizó a los 20 ddt para eliminar la oración
del cultivo, la cual no es recomendable por que disminuye el
tamaño de la hoja. La cosecha de hojas se llevó a cabo a los
120 ddt al nal de la evaluación (Cauich-Cauich et al., 2018).
A partir de 30 ddt se suministró fertilización nitrogenada y
potásica vía Drench (con 4.09 g N como nitrato de amonio
y 4.50 g K como nitrato de potasio por planta respectiva-
mente), se realizaron aplicaciones foliares a punto de rocío
de productos orgánicos: Fungicida BioEquus; 3 mL L-1 e in-
secticida Neem Higuer; 5 mL L-1 para el control preventivo de
plagas y enfermedades.
Diseño experimental
El experimento se estableció bajo un diseño comple-
tamente al azar con arreglo bifactorial (4X3) para evaluar el
efecto de la interacción entre consorcios nativos de HMA y
niveles de fosforo. El factor A correspondió a; consorcios
nativos de HMA (RC, TZ, CY más un testigo sin inocular (T))
y como factor B; cinco niveles de fósforo (0, 25, 50, 75 y 100
%) suministrado al inicio de la prueba como; 0, 79, 158, 237
y 316 mg de P205 kg-1 suelo respectivamente, en función de
su exigencia nutricional (19 kg ha-1 ciclo) (Ramírez-Jaramillo
y Lozano-contreras, 2017). Los consorcios de HMA se apli-
caron directamente en la zona radicular con 110 esporas
al momento del trasplante. La interacción de los factores
totalizó 20 tratamientos, con 4 repeticiones y 80 unidades
experimentales.
Determinación de la colonización micorrícica
A los 120 ddt se estimó el porcentaje de colonización
por HMA, las raíces se lavaron con agua de la llave, se trans-
portaron al laboratorio y se tiñeron con azul de tripano 0.05
%, siguiendo la técnica de Phillips y Hayman (1970). Con las
raíces teñidas se realizaron preparaciones permanentes para
observar las estructuras de HMA que indicaban colonización
(micelio, esporas, vesículas, arbúsculos y enrollamientos). La
colonización micorrícica total se calculó según el método de
intersección de líneas (Giovannetti y Mosse, 1980). Para cada
tratamiento, se evaluaron 100 segmentos de raíces de cinco
plantas.
Parámetros del crecimiento vegetativo
Al nal del experimento (120 ddt) se evaluó el creci-
miento de la planta mediante las variables; altura nal de
la planta (cm), medida con un exómetro desde la base del
tallo hasta el último ápice foliar, diámetro del tallo (mm), me-
dido con un vernier digital colocado a 3 cm de la supercie
del suelo, número de ramas (n planta-1), longitud de la raíz
(cm) con un exómetro, volumen de raíz (cm3) con base en el
Tabla 1. Características sicoquímicas del sustrato utilizado en el experimento.
Table 1. Physico-chemical characteristics of the substrate used in the experiment.
Arena
(%)
Limo
(%)
Arcilla
(%) Clase textural
Materia
orgánica
(%)
pH C.E.
(dS m-1)
CIC
(meq/100g)
N
Total
(%)
P Disponible
(mg kg-1)
K intercambiable
(meq/100g)
57.32 14 28.68 Franco arcillo-arenoso 9.58 6.3 0.007 121.23 0.83 74.335 0.19
C.E: Conductividad eléctrica, CIC: Capacidad de intercambio catiónico, N: Nitrógeno, P: Fósforo, K: Potasio
70 Volumen XXV, Número 1
70
Cauich-Cauich et al: Biotecnia / XXV (1): 67-80 (2023)
principio de Arquímedes, usando una balanza de precisión y
un vaso de precipitados con agua, al sumergir las raíces en el
agua, sin tocar las paredes del vaso, se registra un aumento
de peso en el sistema (medido en g) que equivale al volumen
de la raíz en cm3, y área foliar (cm2), con un integrador elec-
trónico de área modelo LICOR LI300 (LI-COR, Inc. Lincoln, NE).
Adicionalmente se calculó el índice morfológico; relación
raíz a brote (materia seca de raíz / materia seca aérea (tallos
y hojas) como indicador de la calidad de la planta (Arizaleta
y Pire, 2008).
Se determinó la producción y distribución de biomasa
seca (g planta-1), para ello se separaron los órganos de la
planta (raíz, tallo y hojas), los cuales se depositaron en bolsas
de papel y se secaron en una estufa de aire forzado a 70 °C
por 72 h hasta peso constante, posteriormente se pesaron en
una balanza analítica.
Determinación de parámetros siológicos
El valor relativo de cloro la como índice SPAD, se
midió con un medidor de cloro la portátil SPAD-502 plus
Minolta según la metodología de Markwell et al. (1995).
El intercambio de gases; tasa de asimilación neta de CO2
(fotosíntesis), conductancia estomática, transpiración y
uso e ciente del agua a escala foliar, se midieron con un
analizador de gases en infrarrojo (LICOR LI-6400, Nebraska,
Estados Unidos). Las mediciones de cloro la e intercambio
de gases, se realizaron a los 120 ddt en cuatro hojas jóvenes
totalmente expandidas ubicadas en el estrato alto de tres
plantas por tratamiento, entre las 12:00 y 13:00 horas cuando
ocurría la mayor densidad de ujo de fotones (1000 mol m-2
s-1) (Garruña-Hernández et al., 2014).
Análisis estadístico
Con los datos obtenidos de las variables, se realizaron
análisis de varianza y para el caso de los datos relacionados
con la colonización de los HMA (porcentaje de colonización
total) que no cumplieron con los supuestos de distribución
normal, fueron transformados para homogenizar varianzas
mediante la función de arco seno; y = arcsin (sqrt (coloni-
zación)). Se aplicó como comparador de medias el método
de Tukey (P ≤ 0.05) mediante el paquete estadístico InfoStat
versión 2014 (Universidad Nacional de Córdova, Argentina).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Colonización micorrícica total en S. rebaudiana
Los consorcios nativos de HMA utilizados en el estu-
dio, colonizaron las raíces de S. rebaudiana a los 120 ddt. La
fertilización con fósforo afectó signi cativamente (P ≤ 0.05)
la colonización de los consorcios micorrícicos RC, TZ y CY. El
porcentaje de colonización total mostró un comportamiento
inversamente proporcional a la concentración de fósforo, es
decir, mientras mayor fue la concentración de fosforo aplica-
do, menor fue el porcentaje de colonización. La interacción
entre RC+0 y RC+79 mg de P205 kg-1 suelo, fue superior en el
porcentaje de colonización total observada de los consorcios
de HMA en S. rebaudiana (80.6 y 74.6% respectivamente),
sin embargo, RC+79 mg de P205 kg-1 suelo no se diferenció
estadísticamente (P ≤ 0.05) de TZ y CY con la misma concen-
tración de fósforo (62.2 y 58.8 % respectivamente) (Figura 1).
Por el contrario, el porcentaje de colonización total disminu-
yó en los consorcios CY, RC y TZ cuando se fertilizó con 316
mg de P205 kg-1 suelo, registrando 30.4, 26.4 y 23.8 % respec-
tivamente, sin embargo, esta disminución no obstaculizó el
Figura 1. Porcentaje de la colonización micorrícica total en raíces de S. rebaudiana con consorcios nativos de HMA
y niveles de fósforo a los 120 ddt. nd: no detectado. Las letras distintas indican diferencias signi cativas (P ≤ 0.05,
prueba de Tukey), n = 5.
Figure 1. Percentage of total mycorrhizal colonization in roots of S. rebaudiana with native AMF consortia and
phosphorus levels at 120 dat. nd: not detected. Distinct letters indicate signi cant di erences (P ≤ 0.05, Tukey Test),
n = 5.
71
Volumen XXV, Número 1 71
Cauich-Cauich et al: Evaluación de consorcios micorrícicos arbusculares nativos / XXV (1): 67-80 (2023)
efecto que los HMA pudieron tener sobre otras variables. Por
otro lado, no se detectó colonización en plantas testigo. Se
observaron hifas extra e intraradicales, vesículas y esporas
y arbúsculos bajo microscopio compuesto a 10, 40 y 100 X
en muestras representativas de cada consorcio con 79 mg
de P205 kg-1 suelo (Figura 2). Al respecto, la disponibilidad
del fósforo puede in uir en la simbiosis HMA-planta y, en
consecuencia, en la biomasa de la raíz (Balzergue et al., 2013).
Smith et al. (2011) obtuvieron resultados similares, al observar
una reducción signi cativa en el porcentaje de colonización,
asociada con aumentos en las dosis de fósforo en el suelo.
También son congruentes con los resultados de Mandal et
al. (2013), quienes obtuvieron 87 % de colonización total en
plantas de S. rebaudiana inoculadas con Rhizophagus fasci-
culatus, y una reducción al 74 % cuando se aplicó 50 mg de
P205 kg-1 suelo. Por su parte, Tavarini et al. (2018) con rmaron
que S. rebaudiana es susceptible a la colonización por HMA
observando un porcentaje de colonización del 87.6 %; sin
embargo, adicionando 50 mg de P205 kg-1 suelo, obtuvieron
75.8 % de raíces colonizadas. Al respecto, se ha reportado
que, la presencia de estrigolactonas (hormonas vegetales
involucradas en la etapa presimbiótica) se correlaciona
negativamente con la concentración de fósforo. Es decir, au-
mentan en condiciones de cientes de fósforo, favoreciendo
la colonización micorrícica (López-Ráez et al., 2011; López-
Ráez y Pozo, 2013). En contexto con los hallazgos previos, los
consorcios nativos de HMA evaluados en este estudio (RC, TZ
y CY), mostraron potencial para colonizar de 65 a 74.8 % las
raíces de S. rebaudiana actuando en sinergia con 79 mg de
P205 kg-1 suelo.
Efecto en el crecimiento vegetativo de S. rebaudiana
La respuesta de las plantas de S. rebaudiana en el
crecimiento vegetativo, se determinó a los 120 ddt. El efecto
principal de los consorcios de HMA, presentó diferencias sig-
ni cativas (P ≤ 0.05) en las variables: número de ramas, área
foliar, volumen de raíz y en la relación raíz/brote. El efecto
de los niveles de fósforo presentó signi cancia (P ≤ 0.05)
en las variables: área foliar y volumen de raíz, mientras que,
la interacción entre los consorcios de HMA y los niveles de
fósforo tuvo efectos signi cativos (P ≤ 0.05) en la altura nal,
diámetro del tallo y longitud de raíz.
Las plantas más altas se registraron en los tratamien-
tos CY, TZ y RC en interacción con 158 mg de P205 kg-1 suelo,
alcanzando una altura nal de 31.6, 31.5 y 31.2 cm respec-
tivamente, teniendo un efecto estadísticamente igual (P ≤
0.05) entre sí, junto con RC y TZ con 79 mg de P205 kg-1 suelo
(29.8 y 30.3 respectivamente), pero diferente con el trata-
miento T+316 mg de P205 kg-1 suelo (26.8 cm) que representa
la fertilización convencional (Tabla 2). Las plantas inoculadas
con consorcios nativos de HMA mejoraron la altura incluso
sin fertilización con fósforo en comparación con plantas tes-
tigo, probablemente a que tuvieron un mayor porcentaje de
colonización. Este resultado pone en evidencia la diferencia
signi cativa (P ≤ 0.05) del uso de HMA junto a niveles de fós-
foro menores a la fertilización convencional, sobre la mejora
en altura de las plantas en S. rebaudiana.
Diversos estudios destacan la capacidad de los con-
sorcios de HMA para promover el crecimiento de hortalizas
de importancia económica como chile serrano y jalapeño
(Leos-Escobedo et al.,2022). Por otro lado, Quiñones-Aguilar
et al. (2014) reportaron un efecto similar en la dinámica de
crecimiento de Carica papaya L., observando mayor altura
con niveles bajos de fósforo junto a la inoculación de Glomus
spp. Resultados semejantes que involucran fertilización
con fósforo fueron los de Alarcón y Ferrera-Cerrato (2003)
quienes registraron la mayor altura en plantas de Citrus volka-
meriana Tan & Pasq., cuando se inocularon con un consorcio
micorrícico integrado por tres especies del género Glomus y
fertilizadas con 20 mg de P205 kg-1 suelo. Los HMA son útiles
para promover el crecimiento de las plantas sin la necesidad
de utilizar altas dosis de fertilizantes (Vafadar et al., 2014).
El diámetro de la base del tallo en las plantas de S.
rebaudiana fue mayor en los tratamientos CY y RC junto a 79
mg de P205 kg-1 suelo, manteniendo un espesor de 3.8 y 3.7
mm respectivamente, estos valores fueron signi cativamen-
te diferentes (P ≤ 0.05) a los obtenidos con T+316 mg de P205
kg-1 suelo (manejo convencional) en un 32 %. En este sentido,
el diámetro del tallo, representa un parámetro indispensable
en el crecimiento y rendimiento de las plantas, a mayor gro-
sor del tallo, mayor es el área del parénquima vascular, lo que
A
B
C
a
b
c
a
a
b
b
c
c
Figura 2. Raíces de S. rebaudiana colonizadas con consorcios nativos de
HMA. A) raíces colonizadas con B) raíces colonizadas con TZ, y C) raíces co-
lonizadas con CY, hifas extraradicales (a) (10X), vesículas e hifas intraradica-
les (b) (40X), arbusculo (c) (100X), con 25 % de fertilización con fósforo.
Figure 2. S. rebaudiana roots colonized with native AMF consortia. A) roots
colonized with RC, B) roots colonized with TZ, and C) roots colonized with
CY, extraradical hyphae (a) (10X), vesicles and intraradical hyphae (b) (40X),
arbuscule (c) (100X), with 25 % phosphorus fertilization.
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Cauich-Cauich et al: Biotecnia / XXV (1): 67-80 (2023)
Tabla 2. Efecto de la inoculación de consorcios nativos de HMA y la aplicación de fósforo sobre altura nal de la planta, diámetro del
tallo, número de ramicaciones y área foliar de S. rebaudiana a los 120 ddt.
Table 2. Eect of the inoculation of native AMF consortia and the application of phosphorus, on the nal height of the plant, stem
diameter, number of branches and leaf area of S. rebaudiana at 120 dat.
Variable P (mg de P205
kg-1 suelo)
Consorcio de HMA
RC TZ CY Testigo Media
Altura (cm)
0 27.3 ± 2.1 ab 25.3 ± 1.0 b 28.4 ± 1.0 ab 19.9 ± 0.4 cd 25.2 B
59 29.8 ± 1.9 a 30.3 ± 1.3 a 27.5 ± 2.0 ab 20.8 ± 0.8 c 27.1 AB
158 30.4 ± 1.1 a 28.0 ± 1.6 ab 28.5 ± 0.8 ab 17.7 ± 0.5 e 26.1 B
237 31.3 ± 0.7 a 31.5 ± 1.7 a 31.6 ± 0.9 a 22.4 ± 1.1 c 29.2 A
316 29.8 ± 1.4 a 28.2 ± 1.3 ab 28.0 ± 1.3 ab 26.9 ± 0.9 b 28.2 A
Media 29.7 A 28.7 A 28.8 A 21.6 B
Signicancia: HMAxP= *; HMA= **; P= *
Diámetro del tallo
(mm)
0 2.9 ± 0.2 bc 3.2 ± 0.2 b 3.0 ± 0.1 bc 2.3 ± 0.1 c 2.8 B
59 3.7 ± 0.2 a 3.2 ± 0.1 b 3.8 ± 0.1 a 2.2 ± 0.1 e 3.2 A
158 3.3 ± 0.1 b 2.7 ± 0.2 bcd 3.2 ± 0.1 b 2.0 ± 0.1 e 2.8 B
237 3.1 ± 0.1 bc 3.3 ± 0.2 ab 3.1 ± 0.1 b 2.5 ± 0.1 c 3.0 A
316 3.4 ± 0.1 ab 3.4 ± 0.1 b 3.1 ± 0.2 b 2.6 ± 0.2 c 3.1 A
Media 3.3 A 3.1 A 3.2 A 2.3 B
Signicancia: HMAxP= *; HMA= **; P= *
Número de
ramicaciones
(N° planta-1)
0 12.6 ± 2.3 17.0 ± 3.7 11.1 ± 1.3 8.1 ± 0.7 12.2 B
59 21.9 ± 1.9 20.8 ± 0.8 23.3 ± 3.3 10.0 ± 0.5 19.0 A
158 16.8 ± 1.6 13.9 ± 1.9 17.9 ± 1.4 6.8 ± 1.1 13.9 B
237 15.9 ± 1.4 14.8 ± 0.8 18.3 ± 0.9 6.7 ± 1.0 13.9 B
316 13.8 ± 3.7 14.0 ± 3.9 13.5 ± 3.4 8.6 ± 2.2 12.5 B
Media 16.2 A 16.1 A 16.8 A 8.0 B
Signicancia: HMAxP= ns; HMA= **; P= *
Área foliar (cm2)
0 608.9 ± 127.9 579.9 ± 168.8 625.0 ± 67.5 401.9 ± 42.4 553.9 B
59 850.4 ± 42.6 561.3 ± 97.6 745.9 ± 31.1 281 ± 23.5 609.7 B
158 839.2 ± 105.3 778.8 ± 96.4 891.5 ± 120.6 193.2 ± 30.0 675.7 B
237 1125.4 ± 104.9 1045.7 ± 152.5 1245.5 ± 101.8 393.9 ± 94.1 952.6 A
316 1071.6 ± 80.4 1003.4 ± 113.6 1117.6 ± 289.5 738.8 ± 125.4 982.9 A
Media 899.1 A 793.8 A 9.25.1 A 401.8 B
Signicancia: HMAxP= ns; HMA= **; P= *
Medias (n = 4) ± desviación estándar. Letras minúsculas indican el efecto de la interacción (HMA*P). Letras mayúsculas en la la
indican el efecto de consorcios (HMA). Letras mayúsculas en la columna indican el efecto de niveles de fósforo (P). La signicancia se
indica como: ns: no signicativo, *: signicativo a P ≤ 0.05, **: signicativo a P ≤ 0.01, ***: signicativo a P ≤ 0.001.
Means (n = 4) ± standard deviation. Lower case letters indicate the eect of the interaction (HMA*P). Capital letters in the row indi-
cate the consortium eect (HMA). Capital letters in the column indicate the eect of phosphorus (P) levels. Signicance is indicated
as: ns: not signicant, *: signicant at P ≤ 0.05, **: signicant at P ≤ 0.01, ***: signicant at P ≤ 0.001.
implica mayor reserva de asimilados, así como, mayor área
de xilema que posibilita un mayor transporte de agua y nu-
trientes (Holbrook y Zwieniecki, 2011). Los tratamientos RC y
TZ+316 mg de P205 kg-1 suelo, junto con TZ+237 mg de P205
kg-1 suelo, superaron en efecto al resto de los tratamientos,
incluso con niveles más bajos de fósforo (Tabla 2). Asimismo,
de manera similar a la variable altura, se observó un aumento
signicativo en el grosor del tallo de las plantas inoculadas
sin fertilización con fósforo, comparadas con plantas testigo
con las mismas condiciones. Tanto en la altura nal como en
el diámetro del tallo, la inoculación de los consorcios nativos
RC y TZ con fósforo, generó mejores resultados frente al
efecto de la sola inoculación y la sola fertilización con fósforo,
es decir, la sinergia de los factores fue indispensable para
promover mayor altura y diámetro en S. rebaudiana.
En el número de ramicaciones por planta, no se
encontró diferencias signicativas (P ≤ 0.05) por efecto de
la interacción de los factores (HMA*P), pero sí por efecto
individual tanto de los de los consorcios HMA como de los
niveles de fósforo. El efecto de RC, TZ, CY estimulo la forma-
ción de 16.9, 16.2 y 16.1 ramicaciones por planta respecti-
vamente, no existiendo diferencias estadísticas entre ellos,
pero contrastando su efecto frente a plantas no inoculadas,
las cuales registraron en promedio 8.1 ramicaciones por
planta, detectando un aumento aproximado del 50 % en
plantas inoculadas. Por parte del efecto del factor fósforo, la
fertilización con 79 mg de P205 kg-1 suelo, promovió el mayor
número de ramicaciones por planta en promedio (19 n
planta-1) en comparación al resto de los niveles evaluados
(Tabla 2). Los efectos beneciosos de la simbiosis de HMA
sobre el aumento de ramas y adecuada formación de la parte
aérea de la planta (hojas y tallos) han sido bien reportados
en la familia Asteracea de donde pertenece S. rebaudiana
(Rapparini et al., 2008; Aroca et al., 2013). Según Mandal et
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Cauich-Cauich et al: Evaluación de consorcios micorrícicos arbusculares nativos / XXV (1): 67-80 (2023)
al. (2015), en S. rebaudiana, la simbiosis de HMA induce un
cambio en el ujo de metabolitos hacia la biosíntesis de
glucósidos de esteviol, en este sentido, la biosíntesis de glu-
cósidos de esteviol y giberelinas (hormonas de crecimiento
vegetal) comparten una misma ruta de síntesis (Brandle y
Telmer, 2007; Ceunen y Geuns, 2013; Guleria y Yadav, 2013),
en relación con eso, las giberelinas están involucradas en la
modulación de la rami cación de brotes y el control de la
arquitectura aérea de la planta (hojas y tallos) (Rameau et al.,
2015) (Ni et al., 2015), lo que podría explicar el aumento del
número de rami caciones observado en las plantas micorri-
zadas. Por otro lado, aun cuando no se observaron efectos
signi cativos (P ≤ 0.05) de la interacción HMA*P, aplicar 25 %
de P de la fertilización convencional para la región fue idóneo
para mejorar el número de rami caciones en S. rebaudiana.
Es bien sabido que la fertilización química podría mejorar el
crecimiento de las plantas (altura de las plantas, así como el
número de ramas) debido al papel del P como componente
esencial de los compuestos de fosfoproteínas y energía
(Mostafa, 2019). Sin embargo, lograr esa mejora con dosis
menores a las recomendadas, reduce el impacto económico
y ambiental de los fertilizantes químicos.
El área foliar a los 120 ddt presentó diferencias signi -
cativas (P ≤ 0.05) solo cuando los factores en estudio (HMA y
fósforo) se analizaron por separado. A pesar de no encontrar-
se un efecto signi cativo de la interacción HMA*P, el análisis
de varianza mostró evidencia del efecto individual de cada
factor. Asimismo, los consorcios HMA tuvieron diferencias
signi cativas en comparación con plantas testigo, siendo CY
y RC los consorcios que marcaron un incremento de 57 y 44
% el área foliar respectivamente. Por su parte, el consorcio
TZ tuvo un efecto estadísticamente igual a los anteriores. Sin
embargo, los tres consorcios superaron a plantas testigo sin
inocular, que generó en promedio 401.8 cm2 (Tabla 2). Estos
resultados son similares a los reportados por Aguirre-Medina
et al. (2020) a los 90 ddt en plantas de S. rebaudiana inoculadas
con la especie R. intraradices y añadidura de estiércol bovino
como biofertilizante. En el caso de los niveles del factor fósfo-
ro, se observó una tendencia directamente proporcional a la
concentración de fósforo suministrado, mientras mayor fue
el nivel de fósforo aplicado, el área foliar aumentó (Figura 3).
Por lo tanto, este parámetro de crecimiento está directamen-
te relacionado con la capacidad de la planta en la absorción
de fósforo (Maniruzzaman et al.,2017). Estos resultados de-
muestran la in uencia de la simbiosis de HMA para expandir
la lámina foliar, como se reportó por Sarmiento-López et al.
(2021), lo que incrementa el área de captación de luz para la
fotosíntesis (Tavarini et al., 2015).
El factor de interacción entre consorcios de HMA y
niveles de fósforo mostró diferencias signi cativas (P ≤ 0.05)
sobre la longitud de raíz. Los tratamientos CY+158 mg de P205
kg-1 suelo y TZ+237 mg de P205 kg-1 suelo, promocionaron la
mayor longitud de raíz a los 120 ddt, alcanzando promedios
de 12.11 y 11.67 cm respectivamente (Tabla 3). Estos resul-
tados son similares a los reportados por Cauich-Cauich et al.
(2018) quienes inocularon una sola especie (R. intraradices)
en plantas de S. rebaudiana, por tanto, la inculación de un
consorcio micorrícico no causó mayor efecto en la promoción
del alargamiento radicular. En cambio, la interacción HMA*P
no fue signi cativa (P ≤ 0.05) sobre el volumen de raíz, sin
embargo, los consorcios de HMA y niveles de fosforo por se-
parado, mostraron diferencias estadísticas (P ≤ 0.05). El volu-
men radicular de las plantas no inoculadas fue en promedio
0.56 cm3, mientras que en las plantas inoculadas con RC, TZ y
CY, el volumen de raíz aumentó más del 50 %. Una adecuada
arquitectura del sistema radicular en las plantas inoculadas
Figura 3. Índice relativo del contenido de cloro la en plantas de S. rebaudiana inoculadas con consorcios de HMA (RC, TZ, CY
y T) y fertilizadas con niveles de fósforo (0, 79, 158, 237 y 316 mg de P205 kg-1 suelo) a los 120 ddt. Las letras distintas indican
diferencias signi cativas (P ≤ 0.05, prueba de Tukey), n = 4.
Figure 3. Relative index of chlorophyll content in S. rebaudiana plants inoculated with AMF consortia (RC, TZ, CY and T) and
fertilized with phosphorus levels (0, 79, 158, 237 and 316 mg of P205 kg-1 soil) at 120 dat. Di erent letters indicate signi cant
di erences (P ≤ 0.05, Tukey’s test), n = 4.
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Cauich-Cauich et al: Biotecnia / XXV (1): 67-80 (2023)
Tabla 3. Efecto de la inoculación de consorcios nativos de HMA y la aplicación de fósforo, sobre el crecimiento radicular de S. rebaudiana a los 120 ddt.
Table 3. Eect of the inoculation of native AMF consortia and the application of phosphorus, on the root growth of S. rebaudiana at 120 dat.
Variable P (mg de P2O5 kg-1
suelo)
Consorcio de HMA
RC TZ CY Testigo Media
Longitud de raíz (cm)
0 9.78 ± 0.97 b 9.48 ± 0.70 bc 9.13 ± 0.11 bc 7.29 ± 0.77 d 8.92 BC
79 9.90 ± 0.63 b 10.53 ± 0.84 ab 10.63 ± 0.26 b 6.91 ± 0.62 d 9.49 B
158 10.97 ± 0.35 ab 10.21 ± 0.82 b 12.11 ± 0.32 a 6.87 ± 1.02 d 10.04 B
237 10.87 ± 0.52 ab 11.67 ± 0.43 a 9.27 ± 0.57 bc 6.91 ± 0.88 d 9.68 B
316 11.26 ± 0.19 ab 10.46 ± 0.20 b 10.79 ± 0.56 ab 10.97 ± 0.42 ab 10.87 A
Media 10.56 A 10.47 A 10.39 A 7.79 B
Signicancia: HMAxP= *; HMA= ***; P= *
Volumen de raíz (cm3)
0 0.73 ± 0.28 0.94 ± 0.23 0.84 ± 0.05 0.23 ± 0.02 0.69 C
79 1.87 ± 0.14 1.76 ± 0.13 1.39 ± 0.41 0.92 ± 0.14 1.48 A
158 1.33 ± 0.12 1.02 ± 0.10 1.24 ± 0.07 0.65 ± 0.08 1.06 B
237 1.31 ± 0.13 1.10 ± 0.12 1.09 ± 0.12 0.47 ± 0.10 1.01 B
316 1.20 ± 0.11 1.31 ± 0.22 1.13 ± 0.15 0.56 ± 0.14 1.05 B
Media 1.29 A 1.23 A 1.14 A 0.56 B
Signicancia: HMAxP= ns; HMA= ***; P= **
Relación raíz/brote
(g planta-1)
0 0.10 ± 0.03 0.14 ± 0.03 0.08 ± 0.01 0.06 ± 0.03
79 0.12 ± 0.01 0.12 ± 0.01 0.10 ± 0.01 0.21 ± 0.05
158 0.14 ± 0.01 0.12 ± 0.01 0.10 ± 0.01 0.20 ± 0.07
237 0.11 ± 0.02 0.07 ± 0.01 0.10 ± 0.02 0.07 ± 0.01
316 0.12 ± 0.03 0.11 ± 0.03 0.07 ± 0.00 0.19 ± 0.01
Media 0.12 B 0.12 B 0.09 C 0.15 A
Signicancia: HMAxP= ns; HMA= *; P= ns
Medias (n = 4) ± desviación estándar. Letras minúsculas indican el efecto de la interacción (HMA*P). Letras mayúsculas en la la indican el efecto de consor-
cios (HMA). Letras mayúsculas en la columna indican el efecto de niveles de fósforo (P). La signicancia se indica como: ns: no signicativo, *: signicativo a P
≤ 0.05, **: signicativo a P ≤ 0.01, ***: signicativo a P ≤ 0.001.
Means (n = 4) ± standard deviation. Lower case letters indicate the eect of the interaction (HMA*P). Capital letters in the row indicate the consortium eect
(HMA). Capital letters in the column indicate the eect of phosphorus (P) levels. Signicance is indicated as: ns: not signicant, *: signicant at P ≤ 0.05, **:
signicant at P ≤ 0.01, ***: signicant at P ≤ 0.001.
con HMA está relacionada por un estado nutricional favoreci-
do por la simbiosis micorrícica y el estímulo de tohormonas
(Oliveira et al., 2016) aunque, también involucra mecanismos
no nutricionales como la capacidad de asimilación de CO2
en la fotosíntesis (Pan et al., 2020). En cuanto a los niveles de
fósforo, la aplicación de 59 mg de P205 kg-1 suelo, generó el
mayor volumen de raíz con 1.48 cm3 (Tabla 3). Por tanto, la
inoculación de consorcios de HMA permite usar dosis de fós-
foro menores a la convencional y obtener los mismos resul-
tados. Según Smith et al. (2011), la producción de biomasa,
también depende de la capacidad de la planta para generar
volumen radicular y tener una adecuada absorción de agua
y nutrientes. Sin embargo, la simbiosis de HMA no siempre
favorece el crecimiento radicular en las plantas, depende
de las especies utilizadas y la planta hospedera. Al respecto,
Yao et al. (2009) observaron que las especies de HMA Glomus
mosseae y G. caledonium redujeron signicativamente el
crecimiento radicular en plantas de Poncirus trifoliata L. pero,
Gigaspora margarita y G. versiforme inuyeron positivamente.
Este estudio sugiere que tal comportamiento, se atribuye a
los mecanismos que las plantas pueden tener sobre la regu-
lación de tohormonas (Jiang, 2007), sin embargo, también
está involucrada la capacidad y eciencia de la colonización
entre los simbiontes (Giovannini et al., 2020).
Para evaluar la proporción de biomasa por encima
y por debajo del suelo en las plantas de S. rebaudiana, se
evaluó la relación raíz/brote, la cual mostró que las plantas
inoculadas con consorcios de HMA se diferenciaron (P ≤ 0.05)
de las plantas testigo por tener valores bajos en este índice
(Tabla 3), lo cual indica, que la simbiosis propició una pro-
porción signicativamente mayor de brotes en la parte aérea
(hojas y tallo) que de raíces. Al respecto, Smith et al. (2011)
observaron que las plantas colonizadas por HMA poseen una
relación raíz/brote más baja. Por el contrario, el aumento de
la relación raíz/brote en las plantas no inoculadas, sugiere el
rechazo de la hipótesis de que las plantas con una mayor pro-
porción de raíz tienen más posibilidad de obtener el mayor
benecio de crecimiento (Maherali, 2014). Es decir, aún con
una menor relación raíz/brote, con la ayuda de los HMA, las
plantas podrían absorber los nutrientes del suelo de manera
más eciente, ahorrar energía y carbono para aumentar al
mismo tiempo el crecimiento de los brotes (Zhu et al., 2017).
Producción de biomasa
La respuesta de las plantas de S. rebaudiana en la pro-
ducción de biomasa seca, se determinó a los 120 ddt. El efecto
individual de los consorcios nativos de HMA y los niveles de
fósforo presentaron diferencias estadísticas (P ≤ 0.05) en la
biomasa seca de hojas y de raíz, mientras que, la interacción
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Cauich-Cauich et al: Evaluación de consorcios micorrícicos arbusculares nativos / XXV (1): 67-80 (2023)
entre los dos factores (HMA*P) produjo diferencias (P ≤ 0.05)
en la biomasa seca del tallo y total. El consorcio RC incre-
mentó la biomasa seca de hoja en un 60 % en comparación
a plantas testigo, registrando en promedio 21.62 contra 8.60
g planta-1 respectivamente. En cuanto a los niveles de fósforo,
la fertilización con 79 mg de P205 kg-1 suelo causó valores
ligeramente altos, sin embargo, estadísticamente el efecto
fue igual que con 237 y 316 mg de P205 kg-1 suelo (Tabla 4).
La biomasa seca del tallo fue mayor en los tratamientos TZ y
CY con 79 mg de P205 kg-1 suelo que produjeron 9.81 y 9.46
g planta-1 respectivamente, aunque, estadísticamente, no
fueron diferentes con RC y TZ+237 mg de P205 kg-1 suelo y
con CY +316 mg de P205 kg-1 suelo, pero si marcaron diferen-
cia frente al Testigo+0 y Testigo+79 mg de P205 kg-1 suelo,
que solo generaron 1.50 y 1.89 g planta-1 respectivamente
(Tabla 4). Independientemente del nivel de fósforo aplicado,
la simbiosis de los HMA impulsó la respuesta en esta variable.
En S. rebaudiana, la biomasa de la parte aérea (hojas y tallo)
es la parte más importante en el cultivo, ya que es donde se
concentra la mayor cantidad de esteviósido y rebaudiosido-
A, que le dan la propiedad dulce a la planta (Wölwer-Rieck,
2012). En ese contexto, el uso de HMA se ha relacionado con
el aumento de biomasa, y se atribuye a una mejor respuesta
al transporte de nutrientes y agua desde lugares donde la
raíz no puede explorar (Tarraf et al., 2015). Además, Tavarini
et al. (2018) subrayan que, en S. rebaudiana, los HMA y niveles
bajos de fósforo crean un ambiente idóneo que benecia la
producción de biomasa, por lo que, los resultados de este es-
tudio pueden ser considerados en estrategias de producción
de S. rebaudiana.
La biomasa seca de raíz fue modulada en gran me-
dida por los consorcios RC, TZ y CY, que mostraron efectos
Tabla 4. Efecto de consorcios nativos de HMA y fertilización con fósforo sobre la producción y distribución de biomasa seca de S. rebaudiana a los 120 ddt.
Table 4. Eect of native AMF consortia and phosphorus fertilization, on the production and distribution of dry biomass of S. rebaudiana at 120 dat.
Biomasa seca
(g planta-1)
P (mg de P2O5 kg-1
suelo)
Consorcios de HMA
RC TZ CY Testigo Media
Hoja
0 11.60 ± 3.97 12.96 ± 3.98 15.63 ± 1.82 4.55 ± 1.05 11.19 C
79 27.68 ± 2.15 25.85 ± 2.46 27.13 ± 3.77 5.05 ± 0.85 21.43 A
158 19.65 ± 2.54 14.44 ± 2.25 21.08 ± 1.58 10.98 ± 3.14 16.54 AB
237 23.59 ± 4.04 24.22 ± 3.19 18.34 ± 2.55 10.48 ± 1.74 19.16 A
316 25.57 ± 2.37 16.84 ± 1.36 20.21 ± 2.40 11.94 ± 3.03 18.64 A
Media 21.62 A 18.86 A 20.48 A 8.60 B
Signicancia: HMAxP = ns; HMA = ***; P = **
Tallo
0 4.62 ± 1.36 abc 4.58 ± 1.14 abc 5.41 ± 0.65 abc 1.50 ± 0.28 e
79 7.22 ± 0.77 a 9.81 ± 1.13 a 9.46 ± 2.11 a 1.89 ± 0.20 e
158 8.17 ± 1.00 a 4.42 ± 0.85 abc 8.10 ± 0.49 a 3.58 ± 0.88 abcd
237 8.34 ± 1.59 a 9.01 ± 1.83 a 7.10 ± 0.99 a 4.47 ± 1.33 abc
316 7.28 ± 0.51 ab 5.41 ± 1.06 abc 7.13 ± 0.98 a 3.98 ± 1.09 abc
Media 7.13 A 6.64 A 7.44 A 3.08 B
Signicancia: HMAxP = **; HMA = ***; P = ns
Raíz
0 1.26 ± 0.29 2.10 ± 0.49 1.62 ± 0.10 0.58 ± 0.09 1.39 C
79 4.04 ± 0.26 4.11 ± 0.49 3.92 ± 0.86 1.38 ± 0.25 3.36 A
158 3.79 ± 0.26 2.43 ± 0.55 2.90 ± 0.06 0.97 ± 0.13 2.52 AB
237 3.14 ± 0.23 2.63 ± 0.14 2.27 ± 0.38 1.07 ± 0.26 2.28 AB
316 4.01 ± 1.27 2.98 ± 0.61 1.84 ± 0.24 2.95 ± 0.75 2.95 A
Media 3.25 A 2.85 A 2.51 A 1.39 B
Signicancia: HMAxP = ns; HMA = ***; P = **
Total
0 17.47 ± 5.58 b 19.63 ± 5.58 b 22.66 ± 2.39 b 7.01 ± 1.37 d 16.69 C
79 38.39 ± 2.91 a 42.16 ± 3.97 a 41.05 ± 6.62 a 8.32 ± 1.04 d 32.48 A
158 31.61 ± 3.80 ab 21.29 ± 3.53 b 32.08 ± 2.03 ab 15.13 ± 2.83 bc 25.03 AB
237 35.07 ± 5.63 a 38.97 ± 4.60 a 27.71 ± 3.56 ab 16.02 ± 4.44 bc 29.44 A
316 36.86 ± 3.29 a 25.23 ± 2.18 b 29.18 ± 3.59 ab 18.87 ± 4.86 b 27.54 A
Media 31.88 A 29.46 A 30.54 A 13.07 B
Signicancia: HMAxP = *; HMA = ***; P = *
Medias (n = 4) ± desviación estándar. Letras minúsculas indican el efecto de la interacción (HMA*P). Letras mayúsculas en la la indican el efecto de consor-
cios (HMA). Letras mayúsculas en la columna indican el efecto de niveles de fósforo (P). La signicancia se indica como: ns: no signicativo, *: signicativo a P
≤ 0.05, **: signicativo a P ≤ 0.01, ***: signicativo a P ≤ 0.001.
Means (n = 4) ± standard deviation. Lower case letters indicate the eect of the interaction (HMA*P). Capital letters in the row indicate the consortium eect
(HMA). Capital letters in the column indicate the eect of phosphorus (P) levels. Signicance is indicated as: ns: not signicant, *: signicant at P ≤ 0.05, **:
signicant at P ≤ 0.01, ***: signicant at P ≤ 0.001.
76 Volumen XXV, Número 1
76
Cauich-Cauich et al: Biotecnia / XXV (1): 67-80 (2023)
similares sobre la variable, pero aumentaron el peso seco de
raíz 58 % con respecto a plantas sin HMA (Tabla 4). Por otro
lado, el efecto individual del factor fósforo mostró el mayor
peso seco de raíz con 316 mg de P205 kg-1 suelo, no obstante,
este resultado no fue signicativamente diferente al reducir
el nivel de fósforo a 79 mg de P205 kg-1 suelo.
El incremento de la biomasa seca de hoja inuye sobre
el peso de la biomasa seca total. El tratamiento TZ+79 mg de
P205 kg-1 suelo, promovió el mayor aumento de biomasa seca
total en un 3 % en comparación a CY y 9 % en comparación
a RC con el mismo nivel de fósforo, que fueron el segundo y
tercer mejor tratamiento en esta variable, respectivamente.
En conjunto, estos resultados demostraron que la simbiosis
de los consorcios nativos de HMA condujo a una producción
mejorada de biomasa seca aérea en S. rebaudiana a los 120
ddt, por lo que, la fertilización convencional (316 mg de
P205 kg-1 suelo) resulta en un alto costo de producción y uso
desmedido de fertilizantes químicos. En ese marco, estudios
han reportado que las aplicaciones de HMA como bioesti-
mulante, presenta incrementos de biomasa seca en cultivos
como Cucumis sativus (Reyes-Pérez et al., 2021), sin embargo,
Aguirre-Medina et al. (2020) encontraron que en S. rebaudia-
na, la inoculación de R. intraradices aumentó la biomasa seca
total y el rendimiento de hoja seca. Por otra parte, Vafadar et
al. (2014) subrayaron la efectividad de la inoculación de HMA
para aumentar el peso seco en S. rebaudiana. No obstante,
Mandal et al. (2013) observaron que el aumento de la bio-
masa seca en plantas inoculadas con HMA es mayor que en
plantas no inoculadas cuando se fertiliza con 50 mg de P205
kg-1 suelo, por lo que, el aumento observado se atribuye a
la capacidad de traslocación tanto de fósforo, como de otros
nutrientes a la planta por parte de los HMA.
Parámetros siológicosb
El contenido de clorola (unidades SPAD) en las hojas
de S. rebaudiana, se vio inuenciado principalmente por
efecto de los consorcios de HMA. La inoculación de RC, TZ
y CY permitió el aumento de la concentración de clorola
en un 30% con respecto a plantas no colonizadas (Figura 3).
Estos resultados son superiores a los reportados por Mostafa
(2019) quien observó un aumento del 18 % en el contenido
de clorola (SPAD) en plantas de S. rebaudiana, con fertili-
zación completa de NPK. El contenido relativo de clorola
es un indicador importante en la producción de biomasa y
toquímicos en la planta, absorbe energía solar y la convierte
en energía química a través de la fotosíntesis (Pal et al., 2015),
lo que explica la relación con el aumento de biomasa en las
plantas colonizadas por HMA en este estudio. En contraste,
la baja concentración de clorola reduce la actividad fotosin-
tética y la producción de biomasa de las plantas (Richardson
et al., 2002).
En el intercambio de gases, la interacción entre con-
sorcios de HMA y niveles de fósforo, tuvo efecto signicativo
(P ≤ 0.05) sobre la tasa de asimilación de CO2 (fotosíntesis).
Las plantas tratadas con RC+79 mg de P205 kg-1 suelo, regis-
traron la tasa fotosintética más alta con 6.97 µmol CO2 m-2 s-1,
que estuvo por encima del tratamiento convencional (T+316
mg de P205 kg-1 suelo) con 0.18 µmol CO2 m-2 s-1 (Figura 4A).
En este contexto, el tratamiento RC+79 mg de P205 kg-1 suelo,
también produjo mayor biomasa seca total que T+316 mg
de P205 kg-1 suelo, esto podría explicar parcialmente por
qué RC+25 % P registró una tasa fotosintética más alta que
T+100 % P. Por otra parte, se observó una disminución de la
actividad fotosintética en los tratamientos con más del 50
% de fósforo aplicado. Es decir, los altos niveles de fósforo
limitaron la tasa de asimilación de CO2 aún con la inoculación
de RC, TZ o CY.
Estos resultados fueron superiores a los observados
por Cauich-Cauich et al. (2018) quienes reportaron 5.41 µmol
CO2 m-2 s-1 como la tasa de asimilación de CO2 más alta en
plantas de S. rebaudiana inoculadas con Rhizophagus intrara-
dices. En este sentido, es probable que el inóculo compuesto
de consorcios nativos de HMA, propicie benecios múltiples
en la siología de las plantas. En este estudio, la optimización
de la fotosíntesis podría estar relacionada con el área foliar
producida, que mejora la intercepción y la utilidad de la luz
y benecia la asimilación fotosintética (Tóth et al., 2002). La
conductancia estomática mostró una tendencia similar a la
fotosíntesis, es decir, fue menor en los tratamientos con 237 y
316 mg de P205 kg-1 suelo respectivamente (Figura 4B).
Los tratamientos RC+158, RC+79 y CY+79 mg de P205
kg-1 suelo con 0.14, 0.13 y 0.11 mmol H2O m-2 s-1 respecti-
vamente, fueron los que reejaron los valores más altos de
conductancia estomática, e incluso de traspiración con 3.33,
3.15 y 2.92 mmol H2O m-2 s-1 respectivamente (Figura 4C).
De acuerdo con Garruña-Hernández et al. (2014), la conduc-
tancia estomática tiene un comportamiento directamente
proporcional a la transpiración, por lo tanto, esto explica el
paralelismo observado entre estas dos variables siológicas.
Además, se ha reportado que una transpiración más alta en
las plantas colonizadas por HMA, es consistente con las tasas
de conductancia estomática (Abdel-Fattah et al., 2014). Por
otro lado, las plantas testigo no tuvieron relevancia en la
actividad de intercambio de gases. Por lo tanto, es evidente
que el efecto de RC+79 mg de P205 kg-1 suelo, reguló la aper-
tura estomática y la transpiración, mejorando la utilización
de agua por parte de las plantas, mientras ésta, asimilaba
la mayor cantidad de CO2. Al respecto, se ha observado un
aumento signicativo en el trasporte de fósforo por las hifas
hacia la planta, cuando la simbiosis de HMA altera positiva-
mente el comportamiento estomático (Shu et al., 2014).
El uso eciente del agua instantáneo a escala foliar
(UEA), se calculó mediante la relación µmol CO2 (tasa de foto-
síntesis) / mmol H2O (tasa de transpiración). Los tratamientos
RC+0 y RC+79 mg de P205 kg-1 suelo, mostraron el mejor UEA
con 2.45 y 2.25 µmol CO2 mmol-1 H2O respectivamente (Fi-
gura 4D). Por lo tanto, resultaron con la capacidad de limitar
la pérdida de agua, mientras se mantenía la absorción neta
de carbono en las hojas de S. rebaudiana al momento de la
medición.
El efecto de la simbiosis sobre el UEA depende en gran
medida de la especie de HMA involucrada, sin correlacionar
77
Volumen XXV, Número 1 77
Cauich-Cauich et al: Evaluación de consorcios micorrícicos arbusculares nativos / XXV (1): 67-80 (2023)
su porcentaje de colonización (Ruiz-Lozano et al., 2010); sin
embargo, hay varios parámetros siológicos y bioquímicos
modulados por los HMA que están involucrados en la regu-
lación del UEA además de la conductancia estomática (Ruiz-
Lozano et al., 2010; Augé et al., 2008).
CONCLUSIONES
La fertilización con 79 mg de P205 kg-1 suelo (25 % P
de la fertilización convencional) en sinergia con la inocula-
ción del consorcio nativo RC, resultó suciente para mejorar
la arquitectura aérea de las plantas en términos de altura y
diámetro del tallo, sin embargo, los tres consorcios (RC, TZ y
CY) promovieron mayor número de ramicaciones en com-
paración con plantas no inoculadas, lo que sugiere mejores
resultados en el crecimiento vegetativo de S. rebaudiana. El
efecto de la combinación de RC, TZ y CY con 25 % de fósforo
sobre la producción de biomasa seca total, fue igual que con
100 %, por lo tanto, la inoculación de consorcios de HMA
permite reducir los niveles de fertilización con fósforo en S.
rebaudiana. Además, 79 mg de P205 kg-1 suelo, mejoró la colo-
nización micorrícica. Así mismo, RC+79 mg de P205 kg-1 suelo
mejoró la tasa de fotosíntesis y el uso eciente del agua. En
conjunto, nuestros resultados demuestran el potencial de
los consorcios nativos HMA evaluados. Por lo tanto, pueden
considerarse un biofertilizante válido para el cultivo de S.
rebaudiana, ya que permite aplicar menor cantidad de ferti-
lizante, lo que conduce a sistemas agrícolas más sostenibles.
AGRADECIMIENTOS
El primer autor agradece al Consejo Nacional de
Ciencia y Tecnología (CONACyT) por la beca otorgada para
sus estudios de posgrado. Al programa de Doctorado en
Ciencias en Agricultura Tropical Sustentable del Tecnológico
Nacional de México, campus Conkal y al Instituto Nacional de
Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) por
el nanciamiento brindado para la realización del proyecto.
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Figura 4. A) Fotosíntesis, B) conductancia estomática, C) Transpiración y D) uso eciente del agua (UEA), en plantas de S. rebaudiana, inoculadas con
consorcios de HMA (RC, TZ, CY y T) y fertilizadas con niveles de fósforo (0, 79, 158, 237 y 316 mg de P205 kg-1 suelo) a los 120 ddt. Las letras distintas indican
diferencias signicativas (P ≤ 0.05, prueba de Tukey), n = 4.
Figure 4. A) Photosynthesis, B) stomatal conductance, C) Transpiration and D) ecient use of water (UEA), in S. rebaudiana plants, inoculated with AMF
consortia (RC, TZ, CY and T) and fertilized with phosphorus levels (0, 79, 158, 237 and 316 mg of P205 kg-1 soil) at 120 dat. Dierent letters indicate signicant
dierences (P ≤ 0.05, Tukey’s test), n = 4.
78 Volumen XXV, Número 1
78
Cauich-Cauich et al: Biotecnia / XXV (1): 67-80 (2023)
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81
Volumen XXV, Número 1
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
81
*Autor para correspondencia: Félix David Murillo-Cuevas
Correo electrónico: felix.mc@ugalvan.tecnm.mx
Recibido: 12 de junio de 2022
Aceptado: 19 de septiembre de 2022
Efecto de bioestimulantes microbianos en frutos de chile morrón y
jitomate producidos en macrotúnel
Eect of microbial biostimulants on bell pepper and tomato fruits produced in macrotunnels
Jacel Adame-García1, Félix David Murillo-Cuevas1*, Héctor Cabrera-Mireles2, Jazmín Villegas-Narváez1, Adriana Elena
Rivera-Meza1, Andrés Vásquez-Hernández2
Tecnológico Nacional de México-Instituto Tecnológico de Úrsulo Galván. Carretera Cd Cardel-Chachalacas km ., Úrsulo
Galván, Veracruz, México. CP. .
Campo Experimental Cotaxtla-INIFAP. Carretera Federal Veracruz-Córdoba km ., Medellín de Bravo, Veracruz, México.
CP. .
RESUMEN
La producción intensiva de vegetales ha provocado
dependencia excesiva de la fertilización química, lo cual ha
generado problemas ambientales y de inocuidad de los ali-
mentos. Una opción para reducir la cantidad de fertilizantes
sintéticos es el manejo de nutrientes mediante inoculaciones
microbianas. El objetivo fue evaluar el efecto de dos bioesti-
mulantes a base de Trichoderma spp. y uno de Bacillus spp.
en el diámetro, longitud y peso de frutos de chile morrón
y jitomate en condiciones de macrotúnel. Los tratamientos
fueron: Genix®, T22®, Mix® y testigo. Se utilizó un diseño
experimental en bloques al azar con cuatro repeticiones. Se
utilizaron tres cortes de frutos por cultivo. Las variables de
respuesta fueron: peso, diámetro y longitud de fruto, además
del peso de 20 frutos elegidos al azar. Los frutos obtenidos
con el tratamiento Genix fueron de mayor tamaño y peso,
con diferencias signicativas al resto de los tratamientos. El
T22 y Mix mostraron un efecto signicativo con frutos más
grandes y pesados en comparación a frutos testigo en la ma-
yoría de los cortes. Los bioestimulantes evaluados mejoraron
el tamaño y peso de frutos de chile morrón y jitomate en
plantas con un manejo mínimo tradicional de fertilización en
condiciones de macrotúnel.
Palabras clave: Genix, Bacillus, Trichoderma, hortalizas,
agricultura protegida.
ABSTRACT
The intensive production of vegetables has caused
excessive dependence on chemical fertilization, which has
generated environmental and food safety problems. An
option to reduce the amount of synthetic fertilizers is the ma-
nagement of nutrients through microbial inoculations. The
objective of this study was to evaluate the eect of two bios-
timulants based on Trichoderma spp. and one from Bacillus
spp., on the diameter, length and weight of bell pepper and
tomato fruits under macrotunnel conditions. The treatments
were: Genix®, T22®, Mix® and control (blank). A completely
randomized block design with four repetitions was used.
Three harvests were made per crop. The response variables
were: weight, diameter and fruit length, in addition to the
weight of 20 fruits chosen at random. The fruits obtained
with the Genix treatment were larger and heavier, with sig-
nicant dierences from the rest of the treatments. The T22
and Mix also showed a signicant eect on the development
of larger and heavier fruits in relation to the control in most
harvests. The evaluated biostimulants improved the size and
weight of bell pepper and tomato fruits in plants with mini-
mal traditional fertilization management under macrotunnel
conditions.
Keywords: Genix, Bacillus, Trichoderma, vegetables, protec-
ted agriculture.
INTRODUCCIÓN
Los vegetales son buenos proveedores de vitaminas,
minerales, antioxidantes (polifenoles y carotenoides) y bra
dietética, lo cual mejora la calidad nutricional en la dieta de
las personas que los consumen (Hervert-Hernández et al.,
2011). Además, son fuente de tonutrientes y tonutracéuti-
cos, que son sustancias que tienen propiedades protectoras o
preventivas de enfermedades, y se asocian con la prevención
de ciertos padecimientos crónicos, incluidas las enfermeda-
des cardiovasculares, el cáncer, la diabetes y la osteoporosis
(Chen et al., 2007; Ramya y Patel, 2019).
La producción intensiva de los productos vegetales
ha provocado una dependencia excesiva de la fertilización
química, ya que es una forma rápida de proporcionar a las
plantas los macro y micronutrientes necesarios; sin embargo,
en su mayoría es ineciente, ya que gran parte del fertilizante
aplicado se escapa al medio ambiente, se lava del suelo por
la escorrentía y muchas veces pueden dejar de estar dispo-
nibles para las plantas (Sánchez et al., 2001; Daverede et al.,
2004; Benbi et al., 2013). Además, la aplicación excesiva de
fertilizantes químicos genera problemas de inocuidad y de-
terioro de la calidad de los alimentos, como la acumulación
de nitratos en los productos vegetales que puede provocar
metahemoglobinemia en menores (Ye et al., 2020).
Debido a estos problemas se han sugerido y probado
métodos alternativos de fertilización orgánica, tales como
DOI: 10.18633/biotecnia.v25i1.1772
82 Volumen XXV, Número 1
Adame-García et al: Biotecnia / XXV (1): 81-87 (2023)
82
los abonos orgánicos (Murillo et al., 2016; Reyes-Pérez et al.,
2018; Mendivil-Lugo et al., 2020), bioestimulantes (Torres et
al., 2016; Murillo et al., 2021) y microorganismos (Espinosa-
Palomeque et al., 2019; Adame-García et al., 2021). Sin em-
bargo, el uso de la fertilización orgánica siempre se asocia
con menor rendimiento de los cultivos y, por lo tanto, mayor
costo (Ye et al., 2020). De tal forma que, la fertilización quí-
mica no se puede excluir por completo si se pretende una
producción considerable de alimentos. Por tal motivo, una
alternativa que se puede utilizar es el manejo integrado de
nutrientes, que no pretende eliminar por completo la ferti-
lización química de manera inmediata, sino que sugiere el
uso de inoculantes microbianos para reducir la cantidad de
fertilizantes aplicados (Ye et al., 2020).
Los bioestimulantes microbianos son productos a
base de hongos micorrízicos y no micorrízicos, bacterias
endosimbióticas y rizobacterias promotoras del crecimiento
vegetal (Calvo et al., 2014), que se utilizan para mejorar la
eciencia nutricional en las plantas y la calidad del cultivo
(du-Jardin, 2015). Estos reducen las enfermedades causadas
por topatógenos, disminuyendo las fuentes de alimento
por competencia de espacio y/o nutrientes, producen com-
puestos antimicrobianos y estimulan los mecanismos de
defensa de las plantas. También, promueven el crecimiento
de las plantas, mejoran la calidad de los frutos y aumentan
el rendimiento en los cultivos a través de la producción de
tohormonas y disponibilidad de fosfatos y otros minerales
necesarios para el metabolismo de las plantas (Rojas-Solís et
al., 2013; Ruiz-Cisneros et al., 2019).
El uso de bioestimulantes microbianos en la horticul-
tura ha aumentado el interés por estudiarlos, evaluarlos y
conocer sus efectos. En el cultivo de chile, cepas de bacterias
Bacillus y de hongos Trichoderma han sido ecientes para
estimular el desarrollo de la raíz, plántula y planta, así como
para mejorar la calidad de la fruta (Candelero et al., 2015;
Gamboa-Angulo et al., 2020; Adame-García et al., 2021).
Además, productos comerciales a base de estos microorga-
nismos también han tenido efectos positivos en la calidad de
frutos en condiciones de macrotúnel (Murillo et al., 2021).
En el cultivo de jitomate, cepas de bacterias Entero-
bacter y Bacillus incrementan de manera signicativa la bio-
masa, el desarrollo de la planta y el rendimiento del cultivo en
condiciones de invernadero (Sánchez et al., 2012), así mismo,
aislados de rizobacterias incrementan la biomasa de la parte
aérea de las plántulas (Noh et al., 2014). Igualmente, cepas de
B. amyloliquefaciens incrementan signicativamente la altura
de la planta, longitud de raíz y el rendimiento del cultivo,
además, cepas B. subtilis han mostrado efectos positivos en
el diámetro y rmeza de los frutos (Ruiz-Cisneros et al., 2019).
El macrotúnel es un sistema de producción que prote-
ge a los cultivos de los efectos que imponen los fenómenos
climáticos, además permite el desarrollo de los cultivos en
menor tiempo y mejora el rendimiento en menos espacio
(Moreno et al., 2011). Sin embargo, es poca la información
que se tiene de la producción de hortalizas en este sistema
(Velásquez et al., 2014). De tal forma que se considera que
bioestimulantes a base de microorganismos ejercerán un
efecto signicativo en el tamaño y peso de fruto en los cul-
tivos de chile morrón y jitomate en condiciones protegidas
de macrotúnel. Por lo que el objetivo de este trabajo fue
evaluar el efecto de dos bioestimulantes comerciales a base
de Trichoderma spp. y uno nuevo a base de Bacillus spp. en el
diámetro, longitud y peso de frutos de chile morrón y jitoma-
te en condiciones protegidas de macrotúnel.
MATERIALES Y MÉTODOS
El trabajo se realizó en el ciclo productivo 2021-2022
en el Tecnológico Nacional de México, Campus Úrsulo Galván
en las coordenadas 19° 24’ 43.12” latitud norte y 96° 21’ 32.12”
longitud oeste, ubicado en el municipio de Úrsulo Galván, en
la región centro costera de Veracruz. El clima de esta región
se clasica como Aw (tropical húmedo-seco) por el sistema
Köppen-Geiger, denido como cálido subhúmedo con llu-
vias en verano, con un rango de temperatura que oscila entre
24 y 26 °C, y un rango de precipitación entre 1100 y 1300 mm
(INAP, 2013).
Características del macrotúnel
Para el desarrollo del experimento se utilizaron dos
macrotúneles, uno para cada cultivo, con dimensiones de
3 m de ancho por 30 m de largo (90 m2), forrado con malla
antiádos. Dentro de los macrotúneles se construyeron dos
camas con composta de cachaza mezclada con suelo (1:10)
y acolchado blanco-negro, las camas fueron de 90 cm de an-
cho y 30 cm de altura, separadas una de otra por un callejón
de no menos de 40 cm de ancho, el marco de plantación fue
de una planta cada 25 cm a tresbolillo, lo cual dio un total
de 120 plantas por cama y 240 por macrotúnel. Se utilizó un
sistema de riego de cuatro salidas de agua y 30 m de cintilla
calibre 6000 para cada cama, conectadas a la línea principal
con cuatro válvulas de paso para controlar el riego de cada
cultivo.
Material vegetal
Se utilizaron semillas de chile morrón variedad Rhino
de Lark Seed International® y semillas de jitomate variedad
Atrevido F1 de Harris Moran®. Todas las semillas fueron ger-
minadas en charolas e inoculadas directamente con micorri-
zas (Rhizophagus intraradices) de INIFAP antes de ponerlas a
germinar en sustrato a base de musgo (Sphagnum sp.), para
permitir la asociación simbiótica entre el hongo y las raíces lo
que ayudará a la planta a captar mayor cantidad de nutrien-
tes y agua.
Manejo del cultivo
El trasplante del cultivo de chile morrón se realizó el
30 de septiembre 2021 y los cortes de frutos fueron a los
75, 90 y 118 días después del trasplante (DDT). En jitomate
el trasplante se llevó a cabo el 05 de noviembre 2021 y los
cortes de frutos a los 85, 95 y 106 DDT. En todos los trata-
mientos por igual se realizó una fertilización de los cultivos
mínima tradicional la cual se muestra en la Tabla 1, se aplicó
83
Volumen XXV, Número 1
Adame-García et al: Efecto de bioestimulantes microbianos en frutos de chile / XXV (1): 81-87 (2023)
83
en drench (20 mL por planta) a los 20, 50, 90 y 120 DDT. Se
realizó la aplicación de ácidos húmicos (Hortihumus®, 10%) a
los 15 DDT y posteriormente cada 30 días. Además de aplica-
ciones foliares de micronutrientes cada 15 días y al inicio de
la oración se les aplicó boro/calcio y después cada 20 días
hasta concluir el ciclo productivo (Tabla 1).
Bioestimulantes
Los bioestimulantes que se utilizaron fueron produc-
tos a base de Trichoderma spp. y Bacillus spp., los cuales son
hongos y bacterias respectivamente. En la Tabla 2 se mues-
tran los tratamientos evaluados: 1) Genix®, 2) T22®, 3) Mix® y
4) testigo, su composición y dosis de aplicación.
20 frutos, se realizó un análisis de varianza (ANOVA) y una
comparación de medias de Tukey α = 0.05. Los análisis es-
tadísticos se realizaron con el software InfoStat versión 2020.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los bioestimulantes registraron un efecto positivo
en el peso, diámetro y longitud de frutos de chile morrón
en los tres cortes evaluados (Tabla 3). En el primer corte, los
frutos de las plantas tratadas con los bioestimulantes fueron
signicativamente (F3,196 = 8.66, p = 0.0001) más pesados que
los frutos de las plantas testigo (Tabla 3). Las diferencias sig-
nicativas obtenidas en el segundo (F3,196 = 14.26, p = 0.0001)
y tercer corte (F3,196 = 17.61, p = 0.0001), mostraron que todos
los frutos de las plantas tratadas tuvieron mayor peso en re-
lación a los frutos de las plantas testigo. Además, el producto
Genix® logró frutos de mayor peso en comparación a los
productos T22® y Mix® (Tabla 3).
En cuanto al diámetro del fruto, las diferencias signi-
cativas en cada uno de los cortes (primero F3,196 = 9.70, p
= 0.0001; segundo F3,196 = 15.61, p = 0.0001 y tercero F3,196
= 18.26, p = 0.0001) indicaron que los frutos de las plantas
tratadas fueron superiores a los frutos de las plantas testigo
(Tabla 3). En longitud de fruto, las diferencias signicativas
obtenidas en el primer corte (F3,196 = 2.40, p = 0.0491), mos-
traron que los frutos de las plantas con aplicaciones de T22®
tuvieron mayor longitud en comparación a los frutos testigo.
Para el segundo y tercer corte las diferencias signicativas
Tabla 1. Fertilización química aplicada al suelo dirigida al cuello de la plan-
ta en cada uno de los tratamientos por cultivos.
Table 1. Chemical fertilization applied to the soil directed to the neck of the
plant in each of the crop treatments.
Ingrediente Nombre comercial Dosis
Fósforo/Nitrato DAP + Urea 1g DAP + 1g Urea en 20 mL
Micronutrientes Bayfolan®Foliar 2L ha-1 en 200L de agua
Boro/Calcio CaBo Zinc®Foliar 2L ha-1 en 200L de agua
Tabla 2. Tratamientos evaluados para determinar el efecto de los bio-
estimulantes en el diámetro, longitud y peso de fruto de chile morrón y
jitomate en condiciones protegidas de macrotúnel.
Table 2. Treatments evaluated to determine the eect of biostimulants
on the diameter, length and weight of bell pepper and tomato fruit under
protected macrotunnel conditions.
Tratamientos Ingrediente activo Compañía Dosis
Geni® Bacillus sp. JVN5, B. mega-
terium strain VVM1, Bacillus
sp. FDMC4, B. subtilis strain
JAG3, B. megaterium strain
EAV2
TecNM, Cam-
pus Úrsulo
Galván
20 % (v/v)
T22®Trichoderma harzianum
cepa T22 PHC 0.5 % (p/v)
MIX®T. harzianum, T. viride, T.
asperellum, T. koningli
Organismos
benécos 0.5 % (p/v)
Testigo Agua
Diseño experimental
Para cada cultivo se empleó un diseño experimental
en bloques completos al azar con cuatro repeticiones dis-
tribuidos en dos camas, cada una con cuatro bloques que
correspondieron a cada tratamiento y cuatro repeticiones
por bloque. En cada bloque experimental los bioestimulan-
tes se aplicaron mensualmente al suelo, dirigidos al cuello
de la planta (drench). Todos los tratamientos tuvieron las
mismas condiciones de germinación y manejo del cultivo.
Las variables de respuesta peso, diámetro (ecuatorial) y
longitud (diámetro polar) de fruto se tomaron durante tres
cortes de frutos, para lo cual se tomaron cinco frutos al azar
por repetición, además se tomó la variable peso total de 20
frutos elegidos al azar por tratamiento.
Análisis estadístico
Para comparar el efecto de los bioestimulantes en el
peso, diámetro y longitud de fruto, además del peso de los
Tabla 3. Efecto de los bioestimulantes en peso (g), diámetro y longitud
(cm) de fruto de chile morrón en tres cortes de frutos en condiciones prote-
gidas de macrotúnel.
Table 3. Eect of biostimulants on weight (g), diameter and length (cm) of
bell pepper fruit in three harvests under protected macrotunnel conditions
Tratamiento Cortes
1 2 3
PESO DEL FRUTO
Genix 257.38 ± 5.65a260.13 ± 5.43a262.05 ± 4.33a
T22 240.15 ± 5.66a 245.62 ± 4.43ab 235.67 ± 4.33b
Mix 256.68 ± 6.92a236.85 ± 5.42b235.58 ± 5.30b
Testigo 215.85 ± 6.92b216.68 ± 4.43c213.33 ± 5.30c
C.V. (%) 17.95 14.41 14.02
DIÁMETRO DEL FRUTO
Genix 8.29 ± 0.08a8.82 ± 0.11a8.42 ± 0.08a
T22 8.19 ± 0.09a8.60 ± 0.09a8.30 ± 0.07a
Mix 8.37 ± 0.12a8.11 ± 0.11b8.28 ± 0.09a
Testigo 7.59 ± 0.12b8.02 ± 0.09b7.58 ± 0.08b
C.V. (%) 9.01 8.10 7.24
LONGITUD DEL FRUTO
Genix 8.78 ± 0.62ab 9.07 ± 0.10a9.87 ± 0.13a
T22 9.92 ± 0.61a 9.23 ± 0.12a9.29 ± 0.13b
Mix 8.62 ± 0.76ab 8.92 ± 0.11a9.54 ± 0.16ab
Testigo 7.31 ± 0.74b8.48 ± 0.10b8.37 ± 0.15c
C.V. (%) 54.46 8.49 11.14
Literales diferentes indican diferencias estadísticas (p < 0.05) entre
tratamientos. Los datos se presentan en ± E.E., C.V. = Coeciente de
Variación, Tukey α = 0.05.
84 Volumen XXV, Número 1
Adame-García et al: Biotecnia / XXV (1): 81-87 (2023)
84
(F3,16 = 10.50, p = 0.0001 y F3,196 = 17.25, p = 0.0001res-
pectivamente) señalaron que todos los bioestimulantes
incrementaron la longitud de los frutos (Tabla 3). En el tercer
corte el Genix® fue superior al T22® en sus efectos sobre la
longitud de los frutos.
Al analizar los tres cortes juntos de chile morrón, se
observó que los frutos de las plantas con aplicaciones de
bioestimulantes fueron signicativamente (F3,588 = 34.25, p
= 0.0001) más pesados que los frutos de las plantas testigo,
además, los frutos de plantas con Genix® fueron los más
pesados (Tabla 4). En la variable diámetro, los frutos de plan-
tas tratadas fueron signicativamente (F3,588 = 36.72, p =
0.0001) más anchos que los frutos de las plantas testigo. Los
frutos de plantas con Genix® superaron en diámetro a los
frutos de las plantas con Mix® (Tabla 4). Los frutos de plantas
con Genix® y T22® tuvieron la mayor longitud de frutos (F3,588
= 6.94, p = 0.0001) (Tabla 4).
periores a los frutos de las plantas testigo. En el tercer corte,
sólo la muestra de 20 frutos de plantas con Genix® fueron
signicativamente (F3,6 = 5.68, p = 0.0346) más pesados que la
muestra de 20 frutos de las plantas testigo (Figura 1).
En el cultivo de jitomate, los bioestimulantes también
tuvieron un efecto positivo sobre el peso, diámetro y longi-
tud de los frutos (Tabla 5). En el primer corte, los frutos de
las plantas con aplicaciones de Genix® fueron signicativa-
mente (F3,180 = 10.80, p = 0.0001) más pesados que los frutos
de los otros tratamientos (Tabla 5). En el segundo corte, sólo
plantas con aplicaciones de Genix® y Mix® tuvieron frutos
signicativamente más pesados (F3,452 = 13.17, p = 0.0001) en
comparación a los frutos testigo, y en el tercer corte, las dife-
rencias signicativas (F3,461 = 3.83, p = 0.0099) demostraron
que únicamente los frutos de las plantas con Genix® fueron
más pesados que los frutos testigo (Tabla 5).
Tabla 4. Efecto promedio de los bioestimulante en peso, diámetro y
longitud de frutos de chile morrón en un total de tres cortes en condiciones
protegidas de macrotúnel.
Table 4. Average eect of biostimulants on weight, diameter and length of
bell pepper fruits in a total of three harvests under protected macrotunnel
conditions.
Tratamiento Variables de respuesta
Peso (g) Diámetro (cm) Longitud (cm)
Genix 259.85 ± 3.02a8.51 ± 0.05a9.24 ± 0.23a
T22 240.48 ± 2.79b 8.36 ± 0.05ab 9.48 ± 0.21a
Mix 243.03 ± 3.42b8.25 ± 0.06b9.03 ± 0.26ab
Testigo 215.29 ± 3.23c7.73 ± 0.06c8.05 ± 0.25b
C.V. (%) 15.60 8.14 31.77
Literales diferentes indican diferencias estadísticas (p<0.05) entre
tratamientos. Los datos se presentan en ± E.E., C.V. = Coeciente de
Variación, Tukey α = 0.05.
En cuanto al peso de muestras de 20 frutos de chile
morrón (Figura 1), en el primer corte no se registraron dife-
rencias signicativas (F3,6 = 1.99, p = 0.2168), en el segundo
las diferencias signicativas (F3,6 = 13.74, p = 0.0043) mostra-
ron que los frutos de plantas con Genix® y T22® fueron su-
Figura 1. Efecto de los bioestimulante en el peso (g) de muestras de 20 fru-
tos de chile morrón en tres cortes de frutos en condiciones protegidas de
macrotúnel. Literales diferentes indican diferencias estadísticas (p < 0.05)
entre tratamientos, Tukey α = 0.05.
Figure 1. Eect of biostimulants on the samples weight (g) of 20 bell
pepper fruits in three harvests under protected macrotunnel conditions. Di-
erent literals indicate statistical dierences (p < 0.05) between treatments,
Tukey α = 0.05.
Tabla 5. Efecto de los bioestimulantes en peso (g), diámetro y longitud
(cm) de fruto de jitomate en tres cortes de frutos en condiciones protegidas
de macrotúnel.
Table 5. Eect of biostimulants on tomato fruit weight (g), diameter and
length (cm) in three harvests under protected macrotunnel conditions.
Tratamiento Cortes
1 2 3
PESO DEL FRUTO
Genix 110.96 ± 4.18a113.72 ± 5.51a107.19 ± 1.96a
T22 86.05 ± 4.74b95.74 ± 2.94b103.09 ± 1.92ab
Mix 83.15 ± 3.79b112.80 ± 3.01a104.48 ± 1.95ab
Testigo 80.53 ± 5.07b96.02 ± 2.74b98.15 ± 1.92b
C.V. (%) 32.56 28.25 20.24
DIÁMETRO DEL FRUTO
Genix 5.02 ± 0.09a5.32 ± 0.05a5.24 ± 0.06a
T22 4.81 ± 0.10ab 5.00 ± 0.06b5.17 ± 0.05a
Mix 4.54 ± 0.11bc 5.22 ± 0.06a 5.12 ± 0.07ab
Testigo 4.42 ± 0.08c4.99 ± 0.05b4.96 ± 0.05b
C.V. (%) 13.82 11.76 11.62
LONGITUD DEL FRUTO
Genix 6.68 ± 0.15a6.90 ± 0.07a6.92 ± 0.08a
T22 6.23 ± 0.17ab 6.56 ± 0.07b6.61 ± 0.07b
Mix 6.13 ± 0.18ab 6.96 ± 0.08a6.57 ± 0.09bc
Testigo 5.85 ± 0.13b6.48 ± 0.08b6.32 ± 0.07c
C.V. (%) 16.76 12.27
Literales diferentes indican diferencias estadísticas (p < 0.05) entre
tratamientos. Los datos se presentan en ± E.E., C.V. = Coeciente de
Variación, Tukey α = 0.05.
En la Tabla 5 se muestra que algunos bioestimulantes
tuvieron un efecto positivo sobre el diámetro y longitud de
los frutos de jitomate. En el primer corte los frutos de plantas
con Genix® y T22® fueron signicativamente (F3,180 = 8.84, p
= 0.0001) más anchos que los frutos testigo (Tabla 5). En el
segundo corte los frutos de plantas tratadas con Genix® y
Mix® fueron signicativamente (F3,452 = 8.78, p = 0.0001) más
anchos que los frutos testigo, y en el tercer corte las diferen-
cias signicativas (F3,461 = 4.65, p = 0.0032) fueron de los frutos
de plantas con Genix® y T22®, con los mayores diámetros en
comparación a los frutos testigo.
85
Volumen XXV, Número 1
Adame-García et al: Efecto de bioestimulantes microbianos en frutos de chile / XXV (1): 81-87 (2023)
85
La longitud de frutos de jitomate también fue promo-
vida por algunos de los bioestimulantes (Tabla 5). En el primer
corte los frutos de plantas con aplicaciones de Genix® fueron
signicativamente (F3,180 = 5.84, p = 0.0008) más largos que los
frutos de las plantas testigo. En el segundo corte los frutos de
plantas con bioestimulantes fueron signicativamente (F3,452
= 10.28, p = 0.001) más largos que los frutos testigo, y en el
tercer corte los frutos de plantas con aplicaciones de Genix®
y T22® registraron diferencias signicativas (F3,461 = 10.81, p =
0.0001), con frutos más largos en comparación a los frutos de
las plantas testigo (Tabla 5).
Al tomar en cuenta los tres cortes juntos de jitomate,
los frutos de plantas tratadas con los bioestimulantes mos-
traron diferencias signicativas en peso (F3,1093 = 23.45, p =
0.0001), diámetro (F3,1093 = 18.55, p = 0.0001) y longitud (F3,1093
= 22.02, p = 0.0001) (Tabla 6). Además, los frutos de plantas
con aplicaciones de Genix® superaron en peso, diámetro y
altura a los frutos de las plantas tratadas con los otros bioes-
timulantes (Tabla 6). Genix® es un producto a base de cepas de bacterias
B. megaterium y B. subtilis obtenidas de suelos de sistemas
agroforestales (Adame-García et al., 2021), los cuales tienen
mayor actividad enzimática y diversidad microbiana en com-
paración a los suelos de otros cultivos (Paudel et al., 2012).
Estas cepas del Genix® han dado buenos resultados de for-
ma individual en el desarrollo de plántulas con 38.63 cm de
longitud y peso de frutos de hasta 6.45 g de chile habanero
(Adame-García et al., 2021), ya que estas bacterias se caracte-
rizan por beneciar a las plantas de forma directa mediante
la producción de compuestos toestimulantes, o indirecta
mediante la síntesis de compuestos con actividad antibiótica
que inhiben el crecimiento de topatógenos (Rojas-Solís et
al., 2013), además de la solubilización de fosfatos y la jación
del nitrógeno (Tejera-Hernández et al., 2011).
Los bioestimulantes T22® y Mix® a base de hongos del
género Trichoderma mostraron también un efecto importante
en el desarrollo de frutos más grandes y pesados en relación
a los frutos testigo en la mayoría de los cortes y en el total de
cortes. Los hongos del género Trichoderma incluyen hongos
promotores del crecimiento vegetal y agentes de control bio-
lógico que se utilizan contra hongos topatógenos, también
tienen efectos inductores sobre el crecimiento y desarrollo
de las plantas, debido a la presencia de hormonas regulado-
ras de crecimiento que actúan como estimulantes en tejidos
meristemáticos primarios en partes jóvenes (Candelero et
al., 2015). Se han desarrollado formulaciones comerciales
de Trichoderma en todo el mundo debido a su alta ecacia,
aunque la mayoría se limita a unas pocas especies, incluidas
T. harzianum, T. asperellum y T. viride (Fernando et al., 2018).
Con este trabajo se corroboran los efectos positivos
de los bioestimulantes a base de Bacillus spp. y Trichoderma
spp. en frutos de hortalizas, ya que, en su mayoría, la informa-
ción que se tiene de los efectos de estos microorganismos es
sobre la germinación, crecimiento y desarrollo de las plantas.
Por ejemplo, aislados de Bacillus spp. aumentan el área foliar
y biomasa seca en plántulas de chile habanero, además de
Tabla 6. Efecto promedio de los bioestimulante en peso, diámetro y
longitud de frutos de jitomate en un total de tres cortes en condiciones
protegidas de macrotúnel.
Table 6. Average eect of biostimulants on weight, diameter and length
of tomato fruits in a total of three harvests under protected macrotunnel
conditions.
Tratamiento Variables de respuesta
Peso (g) Diámetro (cm) Longitud (cm)
Genix 110.62 ± 1.66a 5.19 ± 0.04a 6.83 ± 0.05a
T22 94.96 ± 1.84bc 4.99 ± 0.03b6.44 ± 0.06b
Mix 99.27 ± 1.93b4.96 ± 0.04b6.55 ± 0.06b
Testigo 92.44 ± 1.60c4.79 ± 0.05c 6.24 ± 0.05c
C.V. (%) 25.82 12.02 12.75
Literales diferentes indican diferencias estadísticas (p<0.05) entre trata-
mientos. Los datos se presentan en ± E.E., C.V. = Coeciente de Variación,
Tukey α = 0.05.
En relación al peso de muestras de 20 frutos de jitoma-
te (Figura 2), en el primer corte las diferencias signicativas
(F3,8 = 32.12, p = 0.0001) mostraron que las muestras de
frutos de plantas con Genix® y T22® tuvieron mayor peso en
comparación a las muestras de los frutos testigo y del trata-
miento Mix®. En el segundo corte se invirtieron los resultados
para los frutos provenientes de las plantas con aplicaciones
de T22® y Mix®, ya que muestras de 20 frutos de plantas con
Genix® y Mix® resultaron signicativamente (F3,8 = 23.50, p
= 0.0003) más pesadas que las muestras de frutos testigo y
del tratamiento con T22®, y para el tercer corte únicamente
las muestras de frutos de plantas con Genix® fueron signi-
cativamente (F3,8 = 9.53, p = 0.0051) más pesadas que las
muestras de frutos testigo (Figura 2).
El efecto de los bioestimulantes microbianos evalua-
dos en este trabajo, que en la mayoría de los casos tuvieron
resultados superiores al testigo sin aplicación de bioestimu-
lantes, mostraron el potencial de estos para ser utilizados en
la promoción del tamaño y peso de frutos de chile morrón
y jitomate en condiciones protegidas de macrotúnel, y con
esto complementar una fertilización mínima requerida.
Figura 2. Efecto de los bioestimulante en el peso de muestras de 20 frutos
de jitomate en en tres cortes de frutos en condiciones protegidas de
macrotúnel. Literales diferentes indican diferencias estadísticas (p < 0.05)
entre tratamientos, Tukey α = 0.05.
Figure 2. Eect of biostimulants on the samples weight of 20 tomato fruits
in three harvests under protected macrotunnel conditions. Dierent literals
indicate statistical dierences (p < 0.05) between treatments, Tukey α =
0.05.
86 Volumen XXV, Número 1
Adame-García et al: Biotecnia / XXV (1): 81-87 (2023)
86
aumentar signicativamente la actividad de B-glucanasas
(Sosa-Pech et al., 2019). En el cultivo de jitomate, cepas de
Bacillus han mejorado la longitud transversal de la hoja y el
diámetro de tallo de la planta, y en el cultivo de zanahoria
mejoran la masa fresca de la raíz (Rojas-Badía et al., 2020).
También, Trichoderma spp. mejoran la altura, diáme-
tro de tallo, biomasa aérea y volumen de raíz de plantas de
chile habanero var. ‘Chichén Itzá, así como la formación de
hojas, área foliar e índice de clorola (Larios et al., 2019). Asi-
mismo, tratamientos foliares con T. harzianum incrementan
el número de hojas, de ores, la altura de planta, el largo y
ancho de hojas, la cantidad de foliolos y los rendimientos
en el cultivo de jitomate (Pérez et al., 2013). En cuanto a la
calidad o dimensiones de frutos, se ha indicado que especies
de Trichoderma mejoran el peso de frutos en diferentes varie-
dades de chile serrano (Espinoza et al., 2019). Además, cepas
de B. subtilis han mostrado efectos positivos en el diámetro y
rmeza de frutos de jitomate, mejoraron algunos parámetros
de la calidad del fruto (Ruiz-Cisneros et al., 2019).
En relación a los bioestimulantes evaluados Genix,®
T22® y Mix®, Murillo et al. (2021) reportan sus efectos en el
tamaño y peso de frutos de chile habanero, obteniendo fru-
tos signicativamente más grandes y pesados con el uso de
estos bioestimulantes; sin embargo, a diferencia de nuestros
resultados, los tratamientos T22® y Mix® tuvieron mejor des-
empeño en el desarrollo del tamaño del fruto que el producto
Genix®, lo que indica que este producto fue menos eciente
en el cultivo de chile habanero en comparación a los cultivos
de jitomate y chile morrón. Estos resultados pueden deberse
a una mejor actividad de las cepas de Bacillus del producto
Genix® en la inducción de síntesis de hormonas y sistemas
de protección en las plantas de jitomate y chile morrón, a
diferencia de lo que ocurre en las plantas de chile habanero
reportados por Murillo et al. (2021).
Los bioestimulantes T22® y Mix® tuvieron desempeños
diferentes en el peso y dimensiones de los frutos, siendo lige-
ramente superior el bioestimulante T22®, lo cual puede expli-
carse al ser productos con cepas distintas, lo que permite la
posibilidad de que tengan atributos bioquímicos diferentes;
por ejemplo, en la producción de auxinas, ácidos orgánicos y
solubilización de fosfatos inorgánicos, que permiten que una
cepa sea mejor promotora de crecimiento a comparación de
otras (Ortuño et al., 2013). Esto debido a que cada cepa y/o
especie de Trichoderma posee diferentes atributos para la
estimulación del crecimiento vegetal y desarrollo de frutos,
lo cual se ha conrmado en trabajos como el de Larios et al.
(2019), en el cual determinaron la efectividad de dos cepas
nativas de Trichoderma sp. (SP6 y Clombta) en plantas de
C. chinense var. “Chichen Itza”, encontrando que las plantas
tratadas con Trichoderma cepa Clombta presentaron mayor
crecimiento vegetal y desarrollo de fruto.
CONCLUSIONES
De acuerdo con los resultados obtenidos los bioesti-
mulantes evaluados mejoraron del tamaño y peso de frutos
de chile morrón y jitomate en plantas con un manejo mínimo
tradicional de fertilización en condiciones de macrotúnel. El
producto Genix® tuvo un mejor desempeño como bioesti-
mulante en el tamaño y peso frutos de chile morrón y jitoma-
te en comparación a los otros productos.
Este trabajo constituye un aporte al conocimiento
cientíco sobre los efectos de bioestimulantes a base de
cepas de Bacillus y Trichoderma sobre el desarrollo de frutos
de jitomate y chile morrón en condiciones protegidas de
macrotúnel, con la nalidad de que se consideren como
alternativas para mejorar la calidad en el tamaño y peso de
frutos en la producción de alimentos.
AGRADECIMIENTOS
Al Tecnológico Nacional de México por el nancia-
miento de los proyectos “Producción de chile serrano, chile
morrón y berenjena en condiciones protegidas con enfoque
de agricultura sustentable en Úrsulo Galván, Veracruz”
clave 14326.22-P y “Alternativa innovadora de producción
sustentable de alimentos para escuelas productivas” clave
14151.22-P.
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88 Volumen XXV, Número 1
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
88
*Autor para correspondencia: Juanita Deniss Perales-Flores
Correo electrónico: juanita.peralesfr@uanl.edu.mx
Recibido: 13 de junio de 2022
Aceptado: 8 de septiembre de 2022
Actividad antioxidante, tóxica y antimicrobiana de Rosmarinus ocinalis,
Ruta graveolens y Juglans regia contra Helicobacter pylori
Antioxidant, toxic and antimicrobial activity of Rosmarinus ocinalis, Ruta graveolens and Juglans regia
against Helicobacter pylori
Juanita Deniss Perales-Flores*, María Julia Verde-Star, José Ezequiel Viveros Valdéz, María Porfiria Barrón-González,
Ruth Amelia Garza-Padrón, Víctor E. Aguirre- Arzola, Ramón Gerardo Rodríguez
Universidad Autónoma de Nuevo León, Facultad de Ciencias Biológicas. Departamento de Biología Celular y Genética, San
Nicolás de los Garza, Nuevo León, México. .
Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL), Laboratorio de Ciencias Naturales, Facultad de Agronomía, Francisco I.
Madero S/N, Hacienda el Canadá, Col , Cd. Gral. Escobedo, N.L. CP .
RESUMEN
Helicobacter pylori es una bacteria Gram negativa, con
alta prevalencia a nivel mundial, la infección causa úlceras
gástricas, duodenales y cáncer, se considera uno de los prin-
cipales problemas de salud pública en México. El trabajo eva-
lúa in vitro la actividad antioxidante, tóxica, antibacteriana y
la capacidad de inhibir la biopelícula formada por H. pylori del
extracto metanólico Juglans regia (EMJR) y los extractos eta-
nólicos crudos de las especies Rosmarinus ocinalis (EERO)
y Ruta graveolens (EERG) colectadas en el estado de Nuevo
León, México. Mediante tamizaje toquímico se determinó
cualitativamente la presencia de metabolitos secundarios.
La capacidad antioxidante por el método de DPPH, mostró
que el EMJR fue el más activo con una CI50 de 2.759 µg/mL.
Los EERG y EERO desarrollaron halos de inhibición de 11 y
16 mm y una CMI de 0.136 y 0.51 mg/mL respectivamente,
solo el EERO inhibe la formación de la biopelícula en un 83.7
%. Los ensayos de toxicidad sobre Artemia salina mostraron
toxicidad de débil a moderada. Los resultados demuestran
el potencial uso de los extractos estudiados como fuentes
alternativas en la búsqueda de nuevos tratamientos contra
H. pylori.
Palabras clave: Romero, Ruda, Helicobacter pylori, antibacte-
riano, citotoxicidad.
ABSTRACT
Helicobacter pylori is a Gram negative bacteria with a
high prevalence worldwide, causing gastric and duodenal ul-
cers and cancer, it is one of the main public health problems
in Mexico. This work evaluates the in vitro antioxidant, toxic,
antibacterial activity, and the ability to inhibit the biolm
formed by H. pylori, of the methanolic extract Juglans regia
(EMJR) and crude ethanolic extracts of the species Rosma-
rinus ocinalis (EERO) and Ruta graveolens (EERG) collected
in the state of Nuevo León, Mexico. Through phytochemical
screening, the presence of secondary metabolites was qua-
litatively determined. The antioxidant capacity by the DPPH
method showed that EMJR was the most active with an IC50
of 2.759 µg/mL. The EERG and EERO developed inhibition
halos of 11 and 16 mm and a MIC of 0.136 and 0.51 mg/
mL respectively, only the EERO inhibits biolm formation
by 83.7%. Toxicity tests on Artemia salina showed weak to
moderate toxicity. The results show the potential use of the
studied extracts as alternative sources in the search for new
treatments against H. pylori.
Keywords: Rosemary, Ruda, Helicobacter pylori, antibacterial,
cytotoxicity.
INTRODUCCIÓN
Helicobacter pylori, es una bacteria Gram negativa,
microaerofílica de forma curveada, espiral o fusiforme, con
dimensiones de 2 a 4 µm de longitud y 0.5 a 1 µm de ancho,
presenta de 4 a 6 agelos unipolares de 3 µm de largo, de
lento crecimiento cuyo reservorio principal es el estómago
humano (Palacios et al., 2011). Las infecciones que causa son
problema de salud pública (Ayala et al., 2014). Se estima que
más del 80 % de la población mundial se encuentra afectada
por la infección, la cual propicia el desarrollo de úlceras
pépticas, gastritis crónica y estrés oxidativo desencadenando
inamación y cáncer de estómago. Dentro de los factores
de recurrencia y virulencia desarrollados por la bacteria se
ha determinado que la capacidad de formar biopelículas
contribuye al desarrollo de infecciones crónicas y resistencia
al tratamiento convencional (Hathroubi et al., 2018) el cual
consta de una terapia triple en la que se incluyen un inhibidor
de la bomba de protones, amoxicilina y claritromicina (World
Gastroenterology Organisation (WGO)), recientemente la
Organización Mundial de la Salud incluyó en la publicación
en su primera lista de «patógenos prioritarios» resistentes a
los antibióticos a H. pylori, situándola en el tercer lugar de la
lista de elevada prioridad, debido al desarrollo de resistencia
a claritromicina (Salehi et al., 2018). El alto costo del
tratamiento convencional aunado a los efectos secundarios
y los mecanismos de resistencia generados por la bacteria
(World Gastroenterology Organisation (WGO)) hacen que
la búsqueda de tratamientos alternativos siga activa. La
medicina tradicional es una actividad que ha evolucionado
con el paso del tiempo hasta llegar a la medicina actual,
en México existe una gran diversidad de plantas que se
utilizan en la medicina tradicional como tratamiento para
diversas enfermedades, dentro de los que destacan Ruta
graveolens (Nombre común – Ruda) que tiene la capacidad
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de ser un potente antinamatorio debido a la presencia
de compuestos bioactivos como avonoides; así mismo es
probablemente el remedio más importante en la medicina
tradicional para ser utilizado para la inducción del aborto
(Colucci-D’Amato y Cimaglia, 2020). Rosmarinus ocinalis
(Romero) es una especie utilizada en la medicina tradicional
como antiespasmódico, en cólico renal, tiene actividad
antimicrobiana, hepatoprotectiva y anti carcinogénica
debido a los compuestos fenólicos presentes tales como
ácido rosmarínico, carnosol, ácido carnósico (Karadağ et
al., 2019). Otra especie de gran interés es Juglans regia
(Nogal), su fruto (la nuez) es reconocido como uno de los
más importantes a nivel mundial debido a su alto contenido
nutrimental y abundante concentración de compuestos
bioactivos como esteroles, bra dietética y polifenoles
que entre otras actividades han demostrado capacidad
antibacterial, antiviral, anticáncer, antiinamatoria (Zhang et
al., 2020). Los extractos de las plantas en estudio pudieran
poseer actividad relacionada con la infección causada por H.
pylori. Por ello, el objetivo del presente trabajo fue evaluar
los extractos de Juglans regia, Rosmarinus ocinalis y Ruta
graveolens para conocer su capacidad antibacteriana, anti-
biopelícula, antioxidante y tóxica como un paso preliminar
para su uso como fuente de nuevos compuestos con
propiedades contra H. pylori.
MATERIALES Y MÉTODOS
Material vegetal
Las partes aéreas Ruta graveolens y Rosmarinus o-
cinalis fueron colectadas en Iturbide, Nuevo León, México.
Las cáscaras de nuez (Juglans regia) fueron donadas por la
empresa Alanuez ubicada en Linares Nuevo León, México,
como producto de deshecho. Las muestras fueron secadas a
60 ºC / 48 h en un horno de secado Yamato DX402C.
Obtención de los extractos
Los extractos EERG y EERO fueron obtenidos por ma-
ceración asistida con ultrasonido (BRANSON 3800) a 40 KHz
por 60 min a temperatura ambiente a una relación de 1:12.5
sólido: líquido. Se siguió el mismo procedimiento para las
cáscaras de nuez, utilizando metanol, el solvente se eliminó
en estufa de secado a 60 ºC / 24 h. Finalmente, los extractos
se conservaron a 4 °C en viales ámbar hasta su uso.
Tamizaje toquímico de los extractos
Los extractos se sometieron a una serie de pruebas
químicas coloridas para determinar cualitativamente la
presencia de metabolitos secundarios como: insaturaciones
(KMnO4), carbonilo, grupos aromáticos, oxidrilos fenólicos
(taninos vegetales), esteroles y triterpenos, carbohidratos,
cumarinas, lactonas, sesquiterpenlactonas, alcaloides, avo-
noides y saponinas, de acuerdo con Verde-Star et al. (2016).
Actividad antioxidante con DPPH•
La capacidad antioxidante de los extractos se determi-
nó por el método de DPPH• la absorbancia se midió a 519 nm
en un espectrofotómetro (Jenway 6320D) (Gutiérrez et al.,
2008) utilizando ácido ascórbico como control positivo. Se
realizaron diluciones seriadas de los extractos y cada concen-
tración se evaluó por triplicado, se aplicó análisis estadístico
Probit para determinar concentración inhibitoria media (CI50).
Material biológico
La cepa de Helicobacter pylori ATCC 43504, fue ob-
tenida del laboratorio de Biología Celular y Genética de la
Facultad de Ciencias Biológicas, UANL; y conservada a 4 °C en
caldo Infusión Cerebro Corazón (ICC, de OXOID).
Efecto bactericida por difusión en disco (Kirby-Bauer)
Para determinar el efecto bactericida se utilizó el
método de difusión en disco (Hudzicki, 2009) con algunas
modicaciones. El cultivo de H. pylori se realizó en caldo ICC,
por 18 h / 37 °C posteriormente el inóculo se estandarizó
usando el método de suspensión de colonias hasta alcanzar
una turbidez comparable con el tubo de 0.5 de la escala de
McFarland, para dar una concentración resultante de 1.5 ×
108 UFC/mL, los discos se impregnaron con los extractos a 10
µg/mL utilizando como control negativo etanol y como con-
trol positivo gentamicina (cada tratamiento fue realizado por
triplicado). Las cajas Petri se incubaron a 40 °C / 24 h. Termi-
nado el periodo de incubación, se midieron y se registraron
los halos de inhibición producidos por cada tratamiento.
Concentración mínima inhibitoria (CMI)
Para la determinación de la CMI se utilizó el método
de micro dilución (CLSI, 2008) con algunas modicaciones
para el cual se utilizaron placas de 96 pozos con 50 µL de
caldo ICC estéril y 50 µL de la solución del extracto (10 µg/
mL), se homogeneizaron y realizaron diluciones seriadas, por
triplicado, utilizando gentamicina como control positivo (50
µL, 0.3 µg /mL), 50 µL de inóculo como control negativo y
100 µL de caldo ICC como control de crecimiento. La lectura
se realizó en un lector de microplacas (EL311, Bio-Tek Instru-
ments) a 570 nm.
Inhibición de la formación de biopelícula
La inhibición de la formación de la biopelícula se midió
utilizando el método de tinción con cristal violeta (Shao et al.,
2019) los extractos fueron probados a concentraciones de
0.5, 1 y 3 mg/mL realizando cada tratamiento por triplicado,
utilizando gentamicina (0.2 mg/mL) como control positivo y
etanol como control negativo.
Actividad tóxica sobre Artemia salina
La toxicidad de todos los extractos fue evaluada
utilizando el ensayo de letalidad sobre nauplios de A. salina
según lo señalado por Meyer y colaboradores (1982); Se
realizó un barrido de la actividad de los extractos probando
a concentraciones desde 60 hasta 500 ppm, usando como
control positivo K2Cr2O7 y como control negativo agua de
mar, todos los ensayos se realizaron por triplicado. Las dosis
letales medias (DL50) fueron obtenidas utilizando el análisis
estadístico Probit.
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RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Obtención y tamizaje toquímico de los extractos
El proceso de maceración es una de las técnicas con-
vencionales para la extracción de compuestos bioactivos
ampliamente utilizada debido a que es una técnica econó-
mica y sencilla (Tambun et al., 2021). El rendimiento más
alto se obtuvo de J. regia (47.43 %), seguido de R. graveolens
(3.19 %) y nalmente R. ocinalis con 0.1 %. (ver Tabla 1). El
rendimiento de la extracción es un parámetro que puede
verse afectado por factores como: la madurez, temporada
de colecta, las características del material vegetal utilizado,
técnica y tiempo de extracción, así como el tipo de solvente
utilizado, generan diferencias en la efectividad del método
de extracción (Adam et al., 2019; Ashraf et al., 2018). El
tamizaje toquímico es uno de las técnicas más útiles, rápi-
das y sencillas para la determinación de principios activos
relacionados con diversas actividades biológicas y propor-
ciona bases para el aislamiento especíco de compuestos
de interés (Shaikh y Patil, 2020). Posterior a la obtención, los
extractos se sometieron a una serie de pruebas químicas
colorimétricas, las cuales, de manera cualitativa, señalan la
presencia de diversos grupos funcionales. Esta técnica no
es determinante para probar la presencia o ausencia de los
metabolitos secundarios analizados, sino que su utilidad ra-
dica en la rapidez con que genera información para la toma
de decisiones sobre la efectividad de la extracción, así como
sobre las posibilidades de éxito en las actividades a analizar.
Los resultados de los extractos en estudio se muestran en la
Tabla 2. Los metabolitos encontrados en los extractos con-
cuerdan con lo reportado por Kabubii et al. (2015), quien para
el tamizaje de R. ocinalis reporta la presencia de terpenos,
taninos, azúcares, saponinas y avonoides. De los metaboli-
tos comúnmente encontrados en R. graveolens según Jinous
(2012) se encuentran: cumarinas, alcaloides, terpenoides,
avonoides, saponinas, taninos y glucósidos, los resultados
discrepando en su mayoría con lo encontrado en el presente
estudio, sólo concuerdan en la presencia de terpenoides y
saponinas, la variabilidad en la presencia de los toquímicos
está relacionada con factores abióticos como la temperatura,
salinidad, estacionalidad, ritmo circadiano, altitud, luz, estrés,
deciencia de nutrientes entre otros (Verma and Shukla,
2015). Para el EMJR los metabolitos encontrados concuerdan
con lo descrito por Jahanban-Esfahlan y colaboradores (2019)
que mencionan que los principales metabolitos de diversas
partes de J. regia son avonoides y compuestos fenólicos. La
presencia de metabolitos secundarios como avonoides y
chalconas se ha relacionado con la inhibición, interrupción
o disminución de factores de virulencia producidos por H.
pylori (Bonifácio et al., 2014). Así mismo se ha reportado que
algunos avonoides pueden ejercer actividad antimicrobia-
na directa in vitro, también las catequinas, tienen efecto en
procesos generales como el daño a la membrana, la motili-
dad y la adhesión bacteriana (Palacios et al., 2011).
Actividad antioxidante
Los extractos evaluados mostraron de buena a mode-
rada actividad antioxidante, en la Tabla 3 se enlistan las CI50
obtenidas por cada especie. El EMJR demostró ser el extracto
con mejor actividad, comparada con EERO y EERG, incluso
mejor que la del ácido ascórbico utilizado como control en
este ensayo, la IC50 obtenida para este extracto, es similar a la
del extracto acuoso de J. regia obtenido por Aranda-Ventura
José et al. (2017), así como comparable con la actividad del
antioxidante sintético butilhidroxitolueno (BHT) reportada
por Elansary y colaboradores (2020). Jahanban-Esfahlan y
colaboradores (2019) estudiaron el potencial antioxidante
de diversas partes de J. regia incluyendo cáscaras, reportan-
do menor actividad que la encontrada en este estudio. De
acuerdo con de la Cruz-Jiménez y colaboradores (2022), la
IC50 obtenida para EERG muestra que no posee buena ac-
tividad en comparación con los extractos en estudio, otros
autores reportan para extractos alcohólicos de R. graveolens
Tabla 1. Identicación y rendimiento de extractos.
Table 1. Identication and yield of extracts.
Nombre
cientíco
Nombre
común
Parte
utilizada
Rendimiento
porcentual
Clave del
extracto
Ruta graveolens Ruda Parte aérea
(hoja y tallo) 3.19 % EERG
Rosmarinus
ocinalis Romero Parte aérea
(hoja y tallo) 0.1 % EERO
Juglans regia Nogal Cáscara del
fruto (nuez) 47.43 % EMJR
Tabla 2. Evaluación de compuestos toquímicos presentes en los extractos
evaluados.
(+) Presencia, (-) Ausencia.
Table 2. Evaluation of phytochemical compounds present in evaluated
extracts.
(+) Presence, (-) Absence.
PRUEBA
EXTRACTO
EMJR EERO EERG
KMnO4 +++
Carbonilo + + -
Oxidrilos fenólicos + + +
Esteroles y triterpenos (salkowski) - + +
Carbohidratos (molish) + + +
Cumarinas + + -
Lactonas - - -
Flavonoides (H2SO4)+- -
Sesquiterpenlactonas +- -
Alcaloides dragendor - - -
Saponinas (bicarbonato de sodio) - - +
Saponinas (salkowski) + + -
Aromaticidad + + +
Flavonoides (shinoda) +- -
Tabla 3. Concentración media requerida para la inhibición del radical
DPPH.
Table 3. Average concentration required for the DPPH radical inhibition.
EXTRACTO CI 50 (µg/mL)
Ácido ascórbico 3.911
EMJR 2.759
EERO 31.653
EERU 237.843
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IC50 mayores que las encontradas en el estudio (Elansary et
al., 2020). Los extractos analizados mostraron actividad dosis
dependiente como lo mencionan Oliveira y colaboradores
(2008); factores como el tiempo entre recolección y extrac-
ción, reacciones entre el solvente de extracción y compues-
tos fenólicos e incluso factores nutrimentales y ecológicos in
situ de la planta pueden ser causantes de la poca efectividad
como agente antioxidante del extracto (Cao et al., 2019;
Srivastava et al., 2021). Aportar compuestos con actividad
antioxidante durante la infección de H. pylori es importante
debido a que se producen sustancias reactivas al oxígeno
y nitrógeno (ROS y RNS) causantes de inamación y desen-
cadenantes del desarrollo de cáncer gástrico (Butcher et al.,
2017), por lo que la destacada actividad mostrada por el EEJR
es un indicativo indirecto de su de su efectividad contra H.
pylori.
Actividad tóxica
Los resultados mostrados en la Tabla 4 correspon-
den a la actividad de los extractos en estudio, la clasicación
de toxicidad se asigna de acuerdo con lo establecido por
Nguta et al., 2011 donde los extractos pueden clasicarse
de acuerdo con su DL50 en: No tóxicos (DL50 ≥ a 1000 µg/
mL), débilmente tóxicos (DL50 de 500 a 1000 µg/mL), mode-
radamente tóxicos (DL50 de 100 a 500 µg/mL) y fuertemente
tóxicos (DL50 ≤ 100 µg/mL). Para extractos hidroalcohólicos
de R. ocinalis se han reportado valores de DL50 de 470 µg/
mL (Kabubii et al., 2015) y 230 µg/mL (Perales Martínez, 2019)
clasicándolos como débilmente tóxicos, coincidiendo con lo
obtenido para el EERO en estudio. Para el EMJR se encuentra
que las DL50 obtenidas en este estudio son menores a las re-
portadas por otros autores (Aranda-Ventura José et al., 2017;
Martínez-Báez Adbel Z. et al., 2016), quienes reportan DL50 ≥
1000 µg/mL, clasicando sus extractos como no tóxico. Refe-
rente a las DL50 del EERG se encuentran reportados resultados
muy variados que van desde 5.39 µg/mL (Hamidi et al., 2014)
hasta 2,200 µg/mL (Mahboob et al., 2015), las diferencias en
las dosis reportadas en los diferentes extractos se relacionan
con factores abióticos, métodos y solventes utilizados para
la extracción que afectan de forma directa el tipo y cantidad
de metabolitos presentes y repercuten de forma directa en la
actividad que muestra el extracto.
Actividad antibacteriana
La prueba de evaluación bactericida de los extractos
sobre H. pylori utilizando el método de difusión en disco
demuestra la bacteria presenta sensibilidad moderada a los
extractos EERO y EERG, siendo el EERG el extracto con mejor
actividad seguido por el EERO, los resultados de los halos de
inhibición se muestran en la Tabla 5. Salehi y colaboradores
(2018) reportan para extractos polares de hojas de romero
halos de inhibición con valores de 20 mm y CMI de entre 1.25
y 10 mg/mL; para el caso de extractos de ruda reporta zonas
de inhibición de 10 mm y CMI de entre 1.25 y 10 mg/mL,
Osman y colaboradores (2015) reportan para R. graveolens
CMI menores a 2 mg/mL, valores similares a los obtenidos en
el presente estudio. El porcentaje de inhibición ocasionado
por los extractos puede verse limitado por las cuestiones de
permeabilidad de la célula a compuestos de carácter polar
como los que se encuentran en los extractos etanólicos pro-
bados, la naturaleza propia de la bacteria (Gram negativa), lo
que limita su pase al interior de la célula y condiciona por lo
tanto su actividad (Gutiérrez García, 2015).
Tabla 4. Actividad tóxica de los extractos sobre A. salina y su clasicación
tóxica.
Table 4. Toxic activity of extracts on A. salina and its toxic classication.
EXTRACTO DL50 (µg/mL) CLASIFICACIÓN
EMJR 307.44 Moderada
EERG 296.105 Moderada
EERO 572.267 Débil
Dicromato 22 Muy tóxico
Tabla 5. Resultados de los halos de inhibición, causadas por los extractos,
utilizando el método de difusión en discos. Los resultados mostrados son la
media ± la desviación estándar de 3 réplicas.
Table 5. Results of the inhibition halos, caused by extracts, using the disk
diusion method. The results showed the average ± standard deviation of
3 replicates.
Actividad antibacteriana de extractos
Muestra Actividad Halo (mm)
EMJR - NA
EERG ++ 12.7± 0.06
EERO ++ 11.20±0
Gentamicina (C+) ++++ 35.7± 0.12
Metanol/ Etanol (C-) - 0
Actividad sobre la formación de biopelícula
Los extractos que presentaron actividad contra H.
pylori fueron utilizados para determinar su actividad sobre
la formación de biopelícula. Las pruebas realizadas con los
EERO y EERG, mostraron que solo el primero posee actividad
para inhibir la formación de la biopelícula, Song y colabora-
dores (2018) reportaron la actividad de R. ocinalis contra la
formación de la biopelícula de bacterias como Streptococcus
mutans y Porphyromonas gingivalis a dosis de 0.1 % v/v, te-
niendo una inhibición del 50 % de la biopelícula. Los valores
porcentuales de inhibición obtenidos en el presente estudio,
mostrados en la Tabla 6, son consistentes con los obtenidos
por Tran Trung et al. (2020) quienes estudiaron el efecto de
Tabla 6. Evaluación de la inhibición porcentual de la formación de biopelí-
cula causada por los extractos.
Table 6. Evaluation of the inhibition percentage of biolm caused by the
extracts.
Extracto Concentración del
tratamiento Inhibición porcentual obtenida
EERO
0.5 mg/mL 35.85 %
1 mg/mL Sin Actividad
3 mg/mL 83.79 %
EERU
0.5 mg/mL
Sin Actividad
1 mg/ mL
3 mg/mL
EMJR
0.5 mg/mL
Sin Actividad
1 mg/mL
3 mg/mL
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la inhibición en la formación de biopelícula por cepas de H.
pylori ATCC 43504, reportando porcentajes de inhibición del
39.5 % para la mircetina y entre 52.7 y 85.9 % para la naringe-
nina. La diferencia en las concentraciones utilizadas para ob-
tener el efecto inhibitorio similar, se deben a que el extracto
probado en el presente estudio es un extracto crudo.
CONCLUSIÓN
De los extractos en estudio el EERG fue el extracto
que mostró mejor actividad antimicrobiana, generando el
halo de inhibición más extenso, así como la menor MIC, no
mostró capacidad para inhibir la formación de la biopelícula,
fue el extracto con menor actividad antioxidante y una acti-
vidad tóxica moderada. El EERO fue el único de los extractos
que demostró la capacidad para inhibir la formación de la
biopelícula, actividad tóxica débil y una mejor actividad
antioxidante en comparación con el EERG. El EMJR fue el
extracto que mostró la mayor actividad antioxidante entre
extractos e incluso mayor que el ácido ascórbico utilizado
como control, actividad tóxica moderada y nula actividad
antibacteriana y sin capacidad para inhibir el crecimiento de
la biopelícula. Los resultados obtenidos demuestran que los
extractos analizados maniestan actividad biológica contra
H. pylori y podrían ser utilizados como fuente de compuestos
en la búsqueda de alternativas para el tratamiento contra
esta bacteria.
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos al Consejo Nacional de Ciencia y Tecno-
logía (CONACyT) por la beca escolar No. 514967 para el autor
de correspondencia.
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94 Volumen XXV, Número 1
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
94
*Autor para correspondencia: Martínez-Ruiz Francisco E.
Correo electrónico: francisco.martinez@ues.mx
Recibido: 1 de agosto de 2022
Aceptado: 18 de septiembre de 2022
Trichoderma harzianum y espinosina en el control de gorgojo del trigo
Sitophilus granarius (L. 1758)
Trichoderma harzianum and spinosyn in the control of wheat weevil Sitophilus granarius (L. 1758)
Andrade-Bustamante G., Angel Manuel Suarez-Hernandez, Emmanuel Aispuro-Hernández y Martínez-Ruiz
Francisco E.*
Universidad Estatal de Sonora. Hermosillo, Sonora, México, C.P. .
Universidad Autónoma de Baja California, Facultad de Ingeniería y Negocios San Quintin: Ensenada, Baja California, Méx.
Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C. Hermosillo, Sonora, Méx.
ABSTRACT
Sitophilus granarius, is a small insect which, under
favorable conditions, aects up to 85 % of stored wheat. Re-
search eorts are being directed towards the development
of bioproducts based on fungi or bacteria with entomo-
pathogenic action, with potential utility as bioinsecticides.
Studies related to Trichoderma harzianum and spinosyn in
the control of the beetle pest of stored grains are minimal
and it is in this context, that the objective of this work was to
evaluate the eect of Trichoderma and spinosyn in the control
of Sitophilus granarius in stored wheat. For the development
of the study, the grain of all treatments was rst impregnated
with spinosyn; three concentrations (three treatments) of T.
harzianum conidia were sprayed (T1:103, T2:106 y T3:109 co-
nidias.mL-1), with ve repetitions for each treatment. In the
study they were considered controls without treatments. The
results show that Trichoderma harzianum has a bioregulatory
eect on S. granarius, which is signicant when combined
with spinosyn. This bioregulatory eect is emphasized when
higher concentrations than 109 condia/mL are inoculated.
Studies related to coinoculation and the use of spinosyn
should be carried out, as well as evaluating the viability of
the seed and the organoleptic properties of the grain.
Ketywords: Insect pests; stored grains; postharvest; biopro-
ducts; biological control.
RESUMEN
Sitophilus granarius, es un pequeño insecto el cual
bajo condiciones favorable llega a afectar al trigo almace-
nado hasta en un 85 %. Los esfuerzos investigativos están
siendo orientados hacia el desarrollo de bioproductos a base
de hongos o bacterias con acción entomopatógena, con uti-
lidad potencial como bioinsecticidas. Estudios relacionados
con Trichoderma harzianum y espinosina en el control del
coleópteros-plaga de granos almacenados son mínimos y es
en este contexto, el objetivo del presente trabajo consistió
en evaluar el efecto de Trichoderma y la espinosina en el
control de Sitophilus granarius en trigo almacenado. Para el
desarrollo del estudio, el grano de todos los tratamientos
fue impregnado primeramente con espinosina; tres con-
centraciones (tres tratamientos) de conidias de T. harzianum
fueron asperjadas (T1:103, T2:106 y T3:109 conidias.mL-1), con
cinco repeticiones cada tratamiento. En el estudio fueron
considerados controles sin tratamientos. Los resultados
muestran que, Trichoderma harzianum presenta un efecto
biorregulador sobre S. granarius, el cual es signicativo cuan-
do se combina con la espinosina. Este efecto bioregulador se
enfatiza cuando se inoculan concentraciones superiores de
109 condias/mL. Se deben realizar estudios relacionados con
la coinoculación y el uso de la espinosina, asimismo, evaluar
la viabilidad de la semilla y propiedades organolépticos del
grano.
Palabras claves: Plagas insectiles; granos almacenados;
postcosecha; bioproductos; control biológico.
INTRODUCCIÓN
Sonora, un estado ubicado en el noroeste de México,
se destaca a nivel mundial por ser un productor y proveedor
de granos y forrajes. Con relación a la producción de granos,
el estado de Sonora, México resalta a nivel nacional en la pro-
ducción de trigo, sorgo, maíz, garbanzo, girasol y centeno,
principalmente, siguiéndoles en segundo y tercer orden a los
estados de Baja California y por Guanajuato, respectivamen-
te. Al mes de septiembre de 2021, Sonora tuvo una supercie
sembrada de trigo de 467,319 hectáreas de las cuales se co-
secharon 465,997 (99.7 %), con una producción de 2,802,008
toneladas; 16.8 % menos que la obtenida en su homólogo
ciclo del año anterior; derivado de una menor supercie
sembrada (22 %) (SADER, 2022). En este ciclo en promedio
se obtuvo un 95 % de la producción del año agrícola. Sonora
con 1.4 millones de toneladas (51.7 % de la producción en
el país) junto con Guanajuato, Baja California y Sinaloa, en
conjunto aportan el 82.7 % de la producción nacional. La
producción obtenida en el ciclo otoño-inverno 2020/21 a
nivel nacional, en su mayoría fue del grupo cristalino 56 % y
el resto (44 %) fue del tipo panicable (fuerte, medio fuerte,
suave y corto, y tenaz). En Sonora el 83 % de la producción de
trigo en la entidad es del tipo cristalino y el 17.0 % restante
es panicable.
Se puede inferir que la conjunción de las condiciones
agroclimáticas y tecnológicas existentes en las regiones don-
de se siembra trigo en Sonora, son favorables. Sin embargo,
DOI: 10.18633/biotecnia.v25i1.1819
95
Volumen XXV, Número 1
Andrade-Bustamante et al: Trichoderma harzianum y espinosina en el control de / XXV (1): 94-99 (2023)
95
hay temporadas y espacios donde las plagas se vuelven un
problema y uno de ellos es en el almacenaje ya que, Iturralde
(2015), indica que las pérdidas debidas a estos daños oscilan
entre un 5 % y un 10 % en países desarrollados y alrededor
del 50 % en países en vías de desarrollo, que se traducen en
pérdidas económicas que representan unos 300 millones de
dólares en países desarrollados. Existen unas 1,000 especies
de insectos que infestan los productos almacenados, siendo
las de mayor importancia económica las que se encuentran
dentro de los órdenes Coleóptera y Lepidóptera (Riudavets
et al., 2002). Tradicionalmente, a estas especies se las suele
clasicar en plagas primarias o secundarias con base al
daño producido sobre el grano (Iturralde, 2015). Las plagas
primarias están representadas por insectos altamente espe-
cializados con la capacidad de perforar la testa de las semillas
(Laskowski et al., 2019). Dentro de este grupo encontramos
a coleópteros de las familias Dryophthoridae (Sitophilus gra-
narius Linneo = gorgojo de grano =; Sitophilus oryzae Linneo
= gorgojo del arroz= y Sitophilus zea mais Linneo = gorgojo
del maíz=), Bostrichidae (Prostephanus truncatus Horn = ba-
rrenador grande de granos=; Rhyzopertha dominica Fabricius
= capuchino de los granos=), Bruchidae (Callosobruchus ma-
culatus Arora =gorgojo del frijol=) y lepidópteros de la familia
Gelechidae (Sitotroga cerealella Olivier = palomilla dorada de
los granos, palomita de los cereales=). Las plagas secunda-
rias en cambio son insectos poco especializados que atacan
un amplio rango de productos almacenados, procesados y
manufacturados. Dentro de éstas se encuentran coleópteros
de las familias Cucujidae (Cryptolestes ferrugineus Stephens =
gorgojo plano = y Cryptolestes pusillus Schönherr = gorgojo
rojizo de los granos=) Silvanidae (Oryzaephilus surinamensis
Linneo = carcoma dentada de los granos=) y Tenebrionidae
(Tribolium castaneum Herbst = gorgojo castaño de la harina
= y Blapstinus interruptum Solier = escarabajo o gorgojo ne-
gro=) (Mebarkia et al., 2010).
Sitophilus granarius, catalogado como uno de los
escarabajos oscuros, pertenece al orden Coleoptera, es un
pequeño insecto perteneciente a la familia Dryophthoridae;
esta familia es rica en especies y morfológicamente diversa
con aproximadamente 2,300 géneros y 20,000 especies en
todo el mundo (Nietupski et al., 2021; Matthews et al., 2010),
y muchos más taxones por describir.
Sitophilus granarius es un pequeño coleóptero, de
mucha movilidad, de aproximadamente 4.5 a 6.5 mm de
largo y 2.5 mm de ancho. Los adultos presentan élitros de
color marrón negruzco, con diferentes tonos claros u oscuros
(Mebarkia et al., 2010). El pronoto está punteado, como los
élitros; estos tienen una puntuación localizada en surcos
longitudinales. Tiene una tribuna larga, más larga en las hem-
bras que en los machos, y antenas geniculadas rojizas. Las
alas traseras están ausentes, por lo que no puede volar. Las
patas son de color marrón rojizo. Las larvas tienen una forma
típica de “C” de color blanco amarillento, con una cabeza de
color marrón oscuro (Fornal et al., 2007).
Para el control de las plagas de los granos almacena-
dos y otros productos agrícolas, la utilización de insecticidas
sintéticos se ha convertido en la herramienta empleada con
mayor frecuencia (Acevedo et al., 2018). El uso reiterado de
estos ha ocasionado resistencia, eliminación de organismos
benécos, contaminación de agua, suelo y aire (Zehler, 2000),
la ecacia de los productos químicos contra las plagas de
granos almacenados varía después del tratamiento (Singh
y Kaur, 2018). De igual manera, el uso indiscriminado de
estos insecticidas sintéticos causa gran riesgo para el medio
ambiente y sus residuos pueden afectar a los consumidores.
Sobre esta base la necesidad de desarrollar nuevas alterna-
tivas que sean seguras y convenientes para el ecosistema,
además de ecaces en el control de plagas. En este sentido,
los esfuerzos investigativos están siendo orientados hacia
el desarrollo de bioproductos a base de hongos o bacterias
con acción entomopatógena, con utilidad potencial como
bioinsecticidas (Tamez et al., 2001), en particular dada la baja
predisposición de este tipo de bioproductos a generar fenó-
menos de resistencia en los organismos plaga (Anderson,
1998; Porcuna, 2019).
La exploración de los hongos para el control de plagas
implica una amplia investigación multidisciplinar: genética,
siología, ecología, patología, producción masiva, etc. (Vega,
2008). Entre los microorganismos que se destacan en el
control de plagas y enfermedades guran Trichoderma spp.,
Bacillus thuringiensis - kurstaki, Bacillus thuringiensis - tene-
brionis, Bacillus subtilis, Verticilium lecanii, Beauveria bassiana,
Paecilomyces fumosoroseus, Spinosad, Coniothyrium minitans
y Nematodos entomopatógenos, entre otros (Ortiz-Urquiza
et al., 2010). Estas especies han sido investigadas como agen-
tes de control biológico de plagas y enfermedades por cerca
de 70 años (Kumar et al., 1996), pero es sólo recientemente
que las cepas han comenzado a ser comercialmente apro-
vechables. Las cepas de Trichoderma se les ha denominado
Agentes de Control Biológico (ACB), debido a su alta capaci-
dad reproductiva, habilidad para sobrevivir bajo condiciones
ambientales desfavorables, eciencia en la utilización de
nutrientes, capacidad para modicar la rizosfera, fuerte
agresividad contra agentes de enfermedades e insectiles
topatógenos y eciencia en promoción de crecimiento de
plantas e inducción de mecanismos defensa (Cañedo y Ames
et al., 2004). Estas propiedades han hecho, sean entre otras,
altamente demandado para ser utilizada en el biocontrol de
plagas y enfermedades.
El género Trichoderma un ACB, posee buenas cuali-
dades para el control de enfermedades en plantas causadas
por topatógenos (Hernández y Orozco, 2019). Estos agen-
tes causantes de enfermedades actúan por medio de una
combinación de competencia por nutrientes, producción
de metabolitos antifúngicos, enzimas hidrolíticas y mico-
parasitismo, además de producir sustancias promotoras del
crecimiento vegetal (De Oliveira et al., 2014). De igual forma,
las especies de Trichoderma se caracterizan por tener un
crecimiento micelial rápido y una abundante producción de
esporas que ayuda a la colonización de diversos sustratos
y del suelo. Asimismo, pueden producir enzimas extrace-
lulares, antibióticos antifungicos, ser competidores contra
96 Volumen XXV, Número 1
Andrade-Bustamante et al: Biotecnia / XXV (1): 94-99 (2023)
96
hongos topatógenos y nematodos del género Meloidogyne
spp. y promover el crecimiento en plantas (Cedeño, 2005;
Nenaah et al., 2015; Puertas et al., 2006); con relación a plagas
insectiles, especícamente con larvas de Tenebrio molitor, es-
tudios demuestran que Trichoderma harzianum e investigada
para la producción de serina proteasa, quitinasa y actividad
antibiótica en relación con la entomopatogenia, la cepa
produjo serina proteasa con un kDa; la enzima se produjo
durante la fase de crecimiento y presentaba peptidos activos
con acción insecticida cuando se alimentaron a las larvas de
Tenebrio molitor (Shakeri y Howard, 2007).
Otro bioproducto potencial en el control de insectos
plaga, destaca la espinosina de origen natural producido por
la fermentación del actinomiceto Saccharopolyspora spinosa
Mertz (Cisneros et al., 2002). La espinosina es una neuroto-
xina compuesta por una mezcla de las spinosinas A y D (de
ahí spinosAD), las cuales son compuestos tetracíclicos de
macrolidos que actúan sobre los receptores post-sinápticos
de la acetilcolina nicotínica y los receptores GABA (Ruiz et al.,
2008). Su modo de acción no es sistémico, presenta actividad
por ingestión y contacto, mientras que su mecanismo de
acción es actuar sobre los receptores nicotínicos de la ace-
tilcolina, excitando el sistema nervioso por alteraciones en
la función nicotínica y los canales iónicos del GABA (Marina
et al., 2014). Los estudios demuestran la capacidad de ser
efectivo en el control de lepidópteros (Mendez et al., 2002),
dípteros (Bond et al., 2004) y homópteros (Pérez et al., 2007),
entre otros.
Estudios relacionados con Trichoderma y espinosina
en el control del coleópteros- plaga de granos almacenados
son mínimos y es en este contexto, que el objetivo del pre-
sente trabajo consistió en evaluar el efecto de Trichoderma
y la espinosina en el control de Sitophilus granarius en trigo
almacenado.
MATERIALES Y MÉTODOS
Cepa de Trichoderma harzianum y la espinosina
Se adquirió una cepa de Trichoderma harzianum de
la Empresa “Fertilizantes de la Costa Atlantica” en sustrato
sólido a base de arroz. Para su posterior propagación, la cepa
fue aislada en medio agar papa dextrosa (20 g de dextrosa,
22 g de extracto de papa, 15 g de agar), fue incubada duran-
te siete días a una temperatura de 25 - 28 °C. Siguiendo la
técnica de Arévalo et al. (2017), se incrementó la producción
de conidios a partir de cascarilla de arroz entera + semilla de
arroz quebrada (1/4 de tamaño las piezas de arroz) en una
proporción de 60 g y 40 g, respectivamente, enriquecida
con Carbonato de Calcio al 0,5 mL g-1 sustrato; el sustrato se
depositó en bolsas de plástico de 1 kg. El mismo fue esteri-
lizado en autoclave durante 30 min a 15 psi. En condiciones
asépticas se agregó una suspensión de conidios/mL (1 x 103)
a los sustratos a razón de 0.04 mL.g-1 de sustrato, una vez
inoculado los sustratos se removió las bolsas para lograr una
buena homogenización, nalmente se cerró las bolsas para
evitar contaminación. La incubación del hongo consistió en
ubicar las bolsas en oscuridad a temperatura de 25 °C y hu-
medad relativa del 80 % por 3 d, con la nalidad de propiciar
el desarrollo de micelio; transcurrido el tiempo, las bolsas
fueron removidas ligeramente con el propósito de brindar
oxigenación a los hogos para facilitar el desarrollo (Arévalo et
al., 2017). A los siete días de incubación, se abrieron las bolsas
para favorecer aireación y deshumedecer el sustrato, gene-
rando una mayor esporulación hasta los 14 d. Los últimos
cuatro días del proceso de esporulación los sustratos con los
hongos, las bolsas se sometieron a temperatura de 16 °C para
facilitar la desecación del sustrato. Finalmente, la cosecha de
conidios del hongo biocontrolador fue realizada envasando
y sellando el producto según Kamaly et al. (2016).
La espinosina fue obtenida del producto comercial
Spintor 12 Sc (Dow Agro Sciences); Spinosad: (Spinosyn A
y Spinosyn D) 11.60 %, equivalente a 120 g de ingrediente
activo por litro. Se preparó la espinosina a razón de 0.4 ppm
(según EPA/LMRs), colocando 5 mL.L agua-1.
Obtención de Sitophilus granarius
Los individuos insectiles de Sitophilus granarius pro-
cedieron de un asentamiento colonial del laboratorio de la
Empresa “Fertilizantes de la Costa Atlantica”. Durante seis días
para generar una oviposición, los ejemplares progenitores se
desarrollaron bajo condiciones controladas de temperatura
(29 ± 2 °C), humedad relativa (73 ± 5 %) y fotoperiodo (12
luz: 12 oscuridad), posteriormente fueron eliminados y la
nueva generación se mantuvo por 35 d y así generar nueva
descendencia de nuevos individuos, los cuales infestaron
nuevas muestras de grano estéril y ser utilizados en las prue-
bas biológicas.
Biotratamientos de mortalidad de Sitophilus granarius
Para el desarrollo del estudio, el grano de todos los
tratamientos fue impregnado primeramente con espinosina
(15 mL.caja Petri); los 15 mL fueron impregnados al grano
apoyándose de una pizeta con punta de spray y después
de 180 minutos, tres concentraciones (tres tratamientos) de
conidias de T. harzianum fueron asperjadas (T1:103, T2:106 y
T3:109 conidias.mL-1), con cinco repeticiones cada tratamien-
to utilizando placas de Petri de 50 mL con diez gramos de
trigo e infestándose con 20 ejemplares no sexados de S.
granarius. Una placa Petri con trigo infestado sin someterse
a ningún tratamiento de los bioproductos en estudio, fue
empleado como control. Asimismo, otro tratamiento con es-
pinosina sin T. harzianum fue considerado. Las cajas Petri con
los respectivos tratamientos se sellaron con paralm para
impedir pérdidas y desecación de conidias, volatización de la
espinosina y de organismos insectiles; después se colocaron
en una cámara de incubación (MLR-352-PE PHC Europe B.V. /
PHCbi) a 29 ± 2 °C y 80 ± 5 % HR. Los tiempos de exposición
del insecto a los tratamientos fueron de 72, 144 y 216 h. El
experimento se realizó por quintuplicado. Al nal de cada
tiempo de exposición, los insectos fueron removidos y la tasa
de mortalidad fue calculada según la siguiente ecuación de
Wong et al. (2017) y Abbott (1925):
97
Volumen XXV, Número 1
Andrade-Bustamante et al: Trichoderma harzianum y espinosina en el control de / XXV (1): 94-99 (2023)
97
% mortalidad = 100 (% muertos tratados - % muertos control)
100 - % muertos control
Análisis estadístico
Un diseño completamente al azar fue desarrollado
en el experimento con cinco repeticiones y como fuentes de
variación las concentraciones conidiales de T. harzianum (103,
106 y 109 conidias.mL-1; control sin ACB y control únicamente
con espinosina) y, un tiempo de exposición con tres niveles
(72, 144 y 216 h). La variable de estudio fue la del porcentaje
de mortalidad. Para establecer las diferencias entre los trata-
mientos y los testigos, se realizaron análisis de varianza con
un nivel de signicancia p = 0.05 y comparación de medias
por Tukey Kramer, mediante el paquete estadístico JMP
versión 5.1. Los valores porcentuales fueron transformados al
arco-seno√𝑝 (Sokal y Roh, 1988).
RESULTADOS Y DISCUSION
Los tratamientos fueron efectivos contra S. granarius,
con diferencias signicativas respecto al control para P <
0,005. Asimismo, los análisis arrojan que no hubo diferencias
signicativas de mortalidad al evaluar diferentes concentra-
ciones de conidias de T. harzianum (Tabla 1) considerando los
distintos tiempos de exposición; sin embargo, numéricamen-
te, se maniesta que a una concentración de 109 conidias/mL
es superior en comparación de las demás concentraciones al
cabo de 216 h. Es importante hacer notar que la inoculación
de T. harzianum sin la espinosina se comportó numéricamen-
te superior a las 72 h, pero sin diferencia signicativas con
los tratamientos conidiales a base de T. harzianum. A las 144
h, se pudo visualizar que el tratamiento con espinosina + T.
harzianum, a las 144 h, en concentraciones de 109 conidias/
mL-1 superó su efectividad en 5 unidades adicionales vs el
tratamiento único con T. harzianum (109 conidias/mL-1) sin la
adición de espinosina. Un incremento en la mortalidad de S.
granarius a las 216 h, se ve maniestado (6.2 %), con aquel
mismo tratamiento a base de espinosina + T. harzianum (109
conidias/mL-1), en comparación con el de Esp S/T (Tabla 1), y
en un 16.5 % con los tratamientos a base de espinosina + T.
harzianum (103 y 106 conidias/mL-1).
Tabla 1. Porcentaje de mortalidad de S. granarius en trigo expuesto a
espinosina y Trichoderma harzianum.
Trichoderma harzianum
conidias/mL-1 72 h 144 h 216 h
10365(a)A 73(a)A 82(a)A
10668(a)A 75(a)A 85(a)A
10968(a)A 82(a)A 97(a)A
Esp S/T 69(a)A 77(a)A 92(a)A
control 0(a)B 0(a)B 0(a)B
Literales minúsculas diferentes en una la dentro de una misma fuente de
conidias son diferentes de acuerdo con la prueba de Tukey a una P<0,05.
Literales mayúsculas diferentes en una columna dentro de una misma
fuente de conidias son diferentes de acuerdo con la prueba de Tukey a una
P < 0,05. Los valores son el promedio de cinco réplicas. ESP S/T: espinosina
sin T. harzianum; Control: sin los agentes de control biológico (Espinosina y
T. harzianum).
Son diversos los resultados que se han obtenido por
parte de los ACB. Las observaciones experimentales y de
campo, arrojan por ejemplo que Bacillus thuringiensis, se
caracteriza por formar una espora central o terminal en el
esporangio y también por la presencia de un cristal proteico;
produce tres exotoxinas: la beta, alfa y gama y una endotoxi-
na llamada delta endotoxina, que es la responsable principal
del efecto insecticida; su modo de entrada es las esporas o
los cristales de endotoxinas, entran por la boca conforme
el insecto se alimenta del follaje, para luego alcanzar el in-
testino el cual tiene un pH alcalino (Kumar et al., 1996). Otro
ACB que gura, es el Bacillus popilliae, el cual es causante de
la enfermedad lechosa en los escarabajos; las esporas son
elípticas o cilíndricas y están ubicadas en la porción central
o distal del esporangio; las esporas son ingeridas con suelo
y material de las raíces por las larvas mientras se alimentan;
en el interior del insecto las esporas germinan y las células
vegetativas invaden la hemolinfa; se ha observado que las
esporas actúan a nivel de membrana o cutícula, y/o degra-
dando pared celular principalmente en las regiones frágiles
de la cutícula de larvas de la familia Scarabaeidae (Coleóp-
tera) y generando una bacterimia (replicación interna de la
bacteria). Beauveria bassiana por su parte, su micelio es de
color blanco y las conidias presentan una coloración blanca
a crema. Produce la enfermedad conocida como: Muscardina
blanca; el micelio invade los órganos y tejidos, comenzando
por el tejido graso generando intranquilidad y pérdida de
coordinación del insecto y posteriormente cese de la alimen-
tación, aunado a un cambio en la coloración del tegumento
principalmente en escarabajos como Cosmopolites sordidus.
El ACB, Trichoderma spp., se caracteriza por ser saproto. Es
un hongo competitivo, ya que crece muy rápido, y esporula
abundantemente. Son antagónicos: producen antibióticos
como gliotoxinas, viridinas y enzimas líticas (Alamri et al.,
2016).
Los resultados obtenidos en el presente estudio,
concuerdan con Mukherjee et al. (2012), Kamali et al. (2016)
y Alamri et al. (2016), al indicar que la inoculación de Tricho-
derma con complejos enzimáticos pueden potencializar su
efecto biocontrol; fenómeno visualizado en este trabajo. Si
bien es cierto, los estudios con Trichoderma indican más su
efectividad sobre hongos Delgado y Maurcia-Ordoñez (2011)
y Vallejos et al. (2014), maniestan sobre su acción bioinsec-
ticida sobre dípteros plaga de cultivos agrícolas. Los mismos
autores indican que Trichoderma spp., tiene la capacidad de
ser utilizado como un ACB vs insectos, debido a su producción
de metabolitos secundarios y enzimas (en menor proporción
que tales como: proteasas, celulasas, xilanasas, pectinasas,
amilasas, quitinasas, entre otras (Tronsmo & Harman, 1993;
Monzón, 2001), que son los factores clave en el biocontrol.
Esta última (quitinasas), se caracterizan por hidrolizar el
enlace tres, del polímero N - acetilglucosamina, componente
esencial en la estructura de cubierta y membrana de la ma-
yoría de los insectos y microorganismos (Tronsmo y Harman,
1993; Monzón, 2001), lo que da pie al deterioro de la misma y
facilita la acción de los demás componentes involucrados en
98 Volumen XXV, Número 1
Andrade-Bustamante et al: Biotecnia / XXV (1): 94-99 (2023)
98
el biocontrol (metabolitos secundarios). Situación que pudo
ocurrir en el presente estudio al observar (entre más tiempo
trascurrido y más concentración conidial), como el micelio
del hongo se apreciaba sobre la base de las antenas y debajo
de los élitros de los insectos en estudio. Adicional a lo ante-
rior, es importante hacer notar que la esporulación de los
conidios de Trichoderma sobre S. granarius, se hizo notar a la
acción biocontroladora de la espinosina; éste fenómeno fue
más enfático cuando las concentraciones conidiales eran por
encima de 106 condias/mL-1. En este sentido, la acción bio-
controladora de la espinosina según Infante-Rodríguez et al.
(2011), Marina et al. (2012, 2014, 2018), indican que al ser una
neurotoxina compuesta por una mezcla de las spinosinas A y
D (de ahí spinosAD), los cuales son compuestos tetracíclicos
de macrolidos que actúan sobre los receptores post-sinápti-
cos de la acetilcolina nicotínica y los receptores GABA de los
insectos (Marina et al., 2012; 2014; 2018; Pérez et al., 2007),
pudo deberse su efecto sinérgico con el de Trichoderma spp.
(Monzó, 2001; Mukherjee et al., 2012) y que aunque,existen
estudios donde Trichoderma interactúa positivamente con
otra clase de organismos benécos como es el estudio de
Martínez et al. (2011), que evaluaron la interacción de cuatro
especies de micorrizas arbusculares (Glomus intraradices, G.
mosseae, G. claroideum y G. constrictum) y Trichoderma harzia-
num en plantas de melón, con el n de valorar el crecimiento
de las plantas y la incidencia de la marchitez producida por
el hongo patógeno, también se han visto efecto positivos en
el manejo y control de plagas de almacén (Motta-Delgado y
Murcia-Ordoñez, 2011).
CONCLUSIONES
Trichoderma harzianum como un Agente de Control
Benéco presenta un efecto biorregulador sobre S. granarius,
el cual es signicativo cuando se combina con la espinosina.
Este efecto bioregulador se enfatiza cuando se inoculan
concentraciones superiores de 109 condias/mL. Los autores
sugieren, que se deben realizar estudios relacionados con
la coinoculación de otros ACB y el uso de la espinosina,
asimismo, evaluar la viabilidad de la semilla y propiedades
organolépticos del grano.
AGRADECIMIENTOS
Se agradece al Ingeniero Martín Arellano Hernández
presidente de la Empresa Fertilizantes de la Costa Atlántica,
por las facilidades ofrecidas para el desarrollo del presente
estudio.
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100 Volumen XXV, Número 1
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
100
*Autor para correspondencia: Emmanuel de Jesús Ramírez-Rivera
Correo electrónico: ejramirezrivera@zongolica.tecnm.mx
Recibido: 13 de enero de 2022
Aceptado: 24 de octubre de 2022
Efecto de la estacionalidad en la calidad microbiológica y sicoquímica
de leche de cabra producida en el centro de Veracruz, México
Eect of seasonality on the microbiological and physicochemical quality of goat's milk produced
at the center of Veracruz, Mexico
Pablo Díaz-Rivera1, Victor Daniel Cuervo-Osorio2, Gregorio Hernández-Salinas3, Adán Cabal-Prieto4, José Andrés
Herrera-Corredor5, José Manuel Juárez-Barrientos6, Emmanuel de Jesús Ramírez-Rivera3*.
Colegio de Postgraduados Campus Veracruz. Km. . Carretera Federal Xalapa-Veracruz, vía Paso de Ovejas entre Paso San
Juan y Puente Jula, Tepetates, Veracruz, México. C.P. .
Tecnológico Nacional de México/Campus Chiná. Calle S/N entre y , Chiná, Campeche, México. C.P. .
Tecnológico Nacional de México/Campus Zongolica. Km Carretera a la Compañía S/N, Tepetitlanapa, Zongolica, Veracruz,
México. CP:.
Tecnológico Nacional de México/Campus Huatusco. Av. Poniente No. , Col. Reserva Territorial, Huatusco, Veracruz,
México, C.P. .
Colegio de Postgraduados Campus Córdoba. Carretera Federal Córdoba-Veracruz km , Manuel León, Amatlán de los
Reyes, Veracruz, México. C. P. .
Universidad del Papaloapan-Campus Loma Bonita. Av. Ferrocarril S/N, Cd. Universitaria, Loma Bonita, Oaxaca, México. C.P.
RESUMEN
Se evaluó el efecto de la estacionalidad en la calidad
microbiológica y sicoquímica de leche de cabra producida
en el centro del estado de Veracruz, México. Se evaluaron
leches de diferentes unidades de producción caprina (Coa-
tepec, Perote y Tatatila) producidas en las épocas de lluvias,
secas y nortes. Se determinaron los contenidos de mesólos
aerobios, coliformes totales Eschericha coli, Staphylococcus
aureus, Salmonella ssp y Brucella sp. así como proteína, grasa,
lactosa, sólidos no grasos, densidad y acidez. Los resultados
microbiológicos determinaron la ausencia de Eschericha coli,
Staphylococcus aureus, Salmonella spp y Brucella sp en las
leches analizadas. El efecto de la interacción Época del año
por Unidad de producción por Tipo de leche mostró que el
50% de las leches (crudas y pasteurizadas) producidas en las
épocas de nortes y lluvias presentaron los mayores conteni-
dos de Mesólos aerobios y Coliformes totales. El efecto de la
interacción unidad de producción por tipo de leche presen-
taron los mayores contenidos de sólidos no grasos, proteínas,
lactosa y densidad debido a uso de diferentes forrajes como
morera, cascaras de naranja, pasto Taiwán, alfalfa y rastrojo
de maíz. Los mayores contenidos de grasa se encontraron en
las unidades de producción de Coatepec y Tatatila.
Palabras claves: Calidad sicoquímica, Calidad microbioló-
gica, Épocas estacionales, UPC
ABSTRACT
The eect of seasonality on the microbiological and
physicochemical quality of goat milk produced at the center
of the Veracruz state, Mexico, was evaluated. Milk from die-
rent goat production units (Coatepec, Perote and Tatatila)
during the rainy, dry and windy seasons were evaluated. The
contents of aerobic mesophiles, total coliform Eschericha coli,
Staphylococcus aureus, Salmonella ssp. and Brucella sp. as well
as protein, fat, lactose, non-fat solids, density and acidity. The
microbiological results determined the absence of Eschericha
coli, Staphylococcus aureus, Salmonella spp. and Brucella sp. in
the analyzed milks. The eect of the interaction season of the
year per production unit per type of milk showed that 50 %
of the milk (raw and pasteurized) produced in the windy and
rainy seasons presented the highest contents of aerobic me-
sophiles and total coliforms. The eect of the interaction unit
of production by type of milk showed the highest content of
non-fat solids, proteins, lactose and density due to the use of
dierent forages such as mulberry, orange peel, Taiwan grass,
alfalfa and corn stover. The highest fat contents were found
in the production units of Coatepec and Tatatila.
Keywords: Physicochemical quality, Microbiological quality,
Seasons, GPU.
INTRODUCCIÓN
La caprinocultura ha demostrado tener un gran valor
para el desarrollo económico y social de poblaciones rurales
desfavorecidas (Morales-Pablo et al., 2012). A nivel mundial
existen más de 909 millones de cabras, siendo China (150
millones), India (154 millones), Pakistán (54 millones) y Su-
dan (43 millones) quienes tienen el mayor inventario caprino
(FAO, 2010; Bidot Fernández, 2017). Solamente el 95 % de
la población caprina es usada para la producción de doble
propósito (carne-leche), mientras que el resto se adjudica a
ella una orientación esencialmente lechera que contribuye
con el 27 % de la producción láctea caprina mundial (Bidot
DOI: 10.18633/biotecnia.v25i1.1651
101
Volumen XXV, Número 1
Díaz-Rivera et al: Efecto de la estacionalidad en la calidad microbiológica / XXV (1): 100-108 (2023)
101
Fernández, 2017). En México, la caprinocultura es una de las
actividades primarias de las cuales dependen más de 1.5 mi-
llones de personas (Ramírez-Rivera et al., 2017). El inventario
caprino supera los 9 millones de cabezas, las cuales están
distribuidas en 261,100 unidades de producción (tipo exten-
sivo y semi-extensivo) y su mayor concentración y principal
desarrollo se efectúa en lugares marginales de los estados
de Veracruz, Oaxaca, Puebla, Guerrero, Zacatecas, Coahuila
y San Luis Potosí (Morales-Pablo et al., 2012; Ramírez-Rivera
et al., 2018). En estas unidades caprinas se producen cerca
de 1.55 millones de litros de leche de cabra al día, que
genera una derrama económica de 2.8 millones de pesos
(INEGI, 2007; Salinas-González et al., 2016). Sin embargo, en
estas unidades caprinas generalmente no se aplican Buenas
Prácticas Pecuarias (BPP) y esto permite la proliferación expo-
nencial de microorganismos patógenos (i.e. Eschericha coli,
Staphylococcus aureus, Salmonella spp y Brucella melitensis)
que ocasionan Enfermedades de Transmisión Alimentaria
(ETA) como la ebre de malta, entre otras (Morales-Pablo et
al., 2012; Bidot Fernández, 2017). Lo anterior puede compro-
meter la salud de los consumidores debido a la ingesta de
leche de cabra y subproductos no inocuos, lo que conlleva
a un impacto negativo en la economía de los productores
(Fekadu et al., 2005; Goetsch et al., 2011; Ruiz Romero et al.,
2013). Es por ello que, en México se ha desarrollado en ma-
teria de políticas públicas, la aprobación de la Norma Ocial
Mexicana NOM-243-SSA1-2010 (2010) en donde se expresa
el uso obligatorio de la pasteurización como un medio de
reducción de la carga microbiana en la leche cruda (Gaucher
et al., 2008). En este sentido, la leche de cabra se caracteriza
por tener proteínas de alta digestibilidad, aminoácidos
esenciales (i.e Treonina, Isolecuina, Leucina, Lisina), mayor
contenido de minerales (i.e. Ca, Fe, Mg, P, Na, K y Cu) a compa-
ración de la leche de bovino y elementos funcionales como
la Coenzima Q y ácido linolénico conjugado (Villalobos, 2005;
Brodziak et al., 2014). Acorde con Salvador y Martínez (2007),
el contenido nutrimental de la leche de cabra puede variar
por factores intrínsecos como el genotipo, la raza, edad, eta-
pa de lactancia y extrínsecos como el tipo de alimentación
y la estacionalidad. Actualmente las investigaciones sobre
el efecto de la estacionalidad en la leche de cabra han sido
desarrolladas en países como Nigeria, Polonia y Reino Unido
(Midau et al., 2010; Brodziak et al., 2014; Chen et al., 2014).
En México, las investigaciones más recientes en leche de
cabra no han considerado la estacionalidad y solamente han
determinado el contenido nutrimental y microbiológico de
este producto (Ramírez-Rivera et al., 2017; Ramírez-Rivera et
al., 2018). Es por ello que se considera que las leches produ-
cidas en épocas de norte y con un procesamiento térmico
contienen un mayor contenido nutrimental y representan
un menor riesgo para la salud. La realización de este tipo
de investigaciones es necesario para que los productores
desarrollen estrategias que minimicen las uctuaciones mi-
crobiológica y sicoquímica en la leche, ya que este alimento
es usado principalmente para la transformación en quesos
artesanales (Ramírez-Rivera et al., 2018). Por todo lo anterior,
el objetivo de esta investigación fue analizar el efecto de la
estacionalidad en la calidad microbiológica y sicoquímica
de la leche de cabra producida en unidades caprinas del
centro de Veracruz en México.
MATERIALES Y MÉTODOS
Unidades de producción caprinos
Se consideró una muestra de las Unidades de Produc-
ción Caprina (UPC) del Sistema Producto Especie Caprinos
de Veracruz, A.C. (SIPECAV). La muestra comprende a cuatro
UPC que pertenecen a los municipios de la zona montañosa
central y el Altiplano del Estado de Veracruz. Estas UPC son
representativas debido a su producción de leche de cabra y
elaboración de productos lácteos como quesos artesanales
(Ramírez-Rivera et al., 2017). Las razas de cabras predominan-
tes en las UPC son Alpina y Saanen. En la Tabla 1 se muestran
las condiciones agroclimáticas, así como el tipo de alimenta-
ción usado en estas UPC.
Muestras de la leche de cabra
En este estudio se consideraron leches producidas en
las épocas de lluvias (septiembre, 2014), secas (mayo, 2015)
y nortes (noviembre, 2015). En total fueron analizadas n = 72
muestras representativas de 500 mL de leche de cabra, las
cuales estuvieron distribuidas de la siguiente manera: n = 6
muestras de leches (tres leches crudas y tres leches pasteuri-
zadas) producidas en n = 3 épocas del año para un total de
Tabla 1. Procedencia de las leches y condiciones agroecológicas de las UPC.
Table 1. Milk origin and agroecological conditions of the UPC.
UPC
y Municipio
Precipitación
promedio
anual (mm)
Altitud
(msnm)
Temperatura
promedio
anual (°C)
Tipo de
alimentación
caprina
Dónelo1,
Coatepec 1500 1208 18
Morera (Morus
alba), bagazo
de naranja
(Citrus sinensis),
Pasto Taiwan
(Peninisetum
purpurem).
Don Luis2,
Coatepec 1500 1239 18
Diversicado,
bejuco (Cissu
verticillata)
y King grass
(Saccharum
sinense).
Hnos.
Enríquez1,
Perote
493.6 2400 12
Alfalfa (Medi-
cago sativa) y
rastrojo de maíz
(Zae mays).
Rincón
del Rio Frio,
Tatatila2
1346 1867 20
Bellotas
(Quercus ilex),
pastos Kikuyo
(Pennisetum
clandestinum)
y Lolio (Lolium
multiorum)
1: Sistema Intensivo con alimentación especíca y cabras estabuladas.
2: Sistema semi-intensivo (con alimentación diversicada y cabras en
pastoreo).
102 Volumen XXV, Número 1
Díaz-Rivera et al: Biotecnia / XXV (1): 100-108 (2023)
102
18 muestras por UPC. La leche cruda fue recolectada direc-
tamente del tanque de recolección posterior a la ordeña y la
leche pasteurizada fue tomada inmediatamente al concluir el
tratamiento térmico (63 °C por 30 min). Las muestras fueron
transportadas de acuerdo con el procedimiento descrito en
la Norma Ocial Mexicana (NOM-109-SSA1-1994) para su
inmediato análisis microbiológico y sicoquímico.
Análisis microbiológico de la leche
Se determinaron por triplicado los siguientes paráme-
tros microbiológicos de acuerdo con los métodos de la O-
cial Methods of Analysis (AOAC, 2005): Mesólos Aerobios
(MA) (método 966.23), Coliformes Totales (CT) y Eschericha
coli (E. coli) (método 991.14) y Staphylococcus aureus (S. au-
reus) (método 2003.08). Las determinaciones de Salmonella
spp (S. spp) y Brucella melitensis se realizaron de acuerdo con
las Normas Ociales Mexicanas NOM-114-SSA1-1994 y NOM-
041-ZOO-1995, respectivamente. Los resultados microbioló-
gicos se expresaron en log10 (Ramírez-Rivera et al., 2018).
Análisis sicoquímico de la leche
En todas las muestras se determinaron por triplicado
los contenidos (g L-1) grasa, Sólidos No Grasos, Proteína, Lac-
tosa y Densidad (kg m-3) mediante un analizador por ultra-
sonido Lactoscan S (Milkotronic Ltd., Nova Zagora, Bulgaria).
La determinación de la acidez titulable (g L-1 de ácido láctico)
o Acidez (ACI) se efectuó acorde al método 947.05 (AOAC,
2005) en el cual se adicionó 1 mL de la solución (0.5 % p/p)
de fenolftaleína en 10 mL de leche de cabra y posteriormente
la mezcla fenolftaleína-leche de cabra fue titulada con NaOH
(0.11 N) hasta que la muestra alcanzó una tonalidad rosa
consistente por 5 s.
Análisis estadístico
Los datos microbiológicos y sicoquímicos fueron
colectados en matrices de datos con dimensiones J*K, donde
J = 72 muestras de leches y K = 6 variables microbiológicas
(o 6 variables sicoquímicas) para un total de 432 datos
microbiológicos y 432 datos sicoquímicos. Se calculó el
promedio y la desviación estándar de los datos microbioló-
gicos y sicoquímicos. Se aplicó un Análisis de Varianza de
Modelos Lineales Generalizados (GLM) y la comparación de
medias se efectuó mediante la prueba de Tukey con un nivel
de probabilidad del 5%.
El modelo estadístico aplicado fue el siguiente:
Dónde: Yijkl = variable de respuesta; µ efecto común,
EPi efecto de la i-ésima época; UPj = efecto de la j-ésima UP;
TLk = efecto del k-ésimo tipo de leche; EP*UPij = interacción de
la época x UPC; UP*TLjk= interacción de la UP x tipo de leche;
EP*TLik = interacción época x tipo de leche; Eijkl= Error aleato-
rio con media 0 y varianza del error σε
2. También se calcularon
los coecientes de determinación R2 de cada modelo. Para el
tratamiento estadístico de los datos se usó el procedimiento
de GLM del programa estadístico SAS® versión 9.4 (Statistical
Analysis Systems Institute Inc, U.S.A).
Tabla 2. Análisis de varianza de las variables microbiológicas.
Table 2. Analysis of variance of the microbiological variables.
FV1GL2CMMA
3CMCT
4
Modelo 23 6.07** 10.56**
Error 48 0.005 0.002
EP 2 3.82** 10.97**
UPC 3 15.90** 15.92**
EP*UPC 1 3.52** 4.39**
TL 6 44.46** 29.42**
EP*TL 2 1.12** 38.89**
UPC*TL 3 3.49** 9.54**
EP*UPC*TL 6 1.005** 1.83**
R20.99 0.99
1: FV: Fuente de Variación. 2: GL: Grados de libertad. 3: CMMA: Cuadrado me-
dio de la variable Mesólos aerobios. 4: CMCT: Cuadrado medio de la variable
Coliformes totales. EP: Época. UPC: unidad de producción caprina. EP*UPC:
Interacción época x unidad de producción. TL: Tipo de leche. EP*TL: Inte-
racción época x Tipo de leche. UPC*TL: Interacción Unidad de producción x
Tipo de leche. EP*UPC*TL: Interacción Época x Unidad de producción x Tipo
de leche. R2: Coeciente de determinación del modelo. *: p < 0.05; **: p <
0.01. ns: No signicativo.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Análisis de efectos en el contenido microbiológico de la
leche
En la Tabla 2 se muestran los resultados de los efectos
considerados en esta investigación. Se observa que todos
los efectos evaluados fueron estadísticamente signicativos
(p < 0.01) para las variables microbiológicas MA y CT. Cabe
mencionar que hubo ausencia de E. coli, S. aureus, Salmonella
ssp. y B. melitensis en todas las leches evaluadas. Este resul-
tado conrma la aplicación de buenas prácticas de ordeña
usadas en las diferentes UPC. Por lo tanto, la Época del año
(EP) incide signicativamente (p < 0.01) en el contenido de
MA y CT, esto concuerda con Tormo et al. (2011), quienes
demostraron que las condiciones de producción y la época
tiene un efecto importante en el perl microbiológico de la
leche de cabra. En donde, el contenido de MA de las leches
producidas en las épocas lluvias, nortes y secas fueron 2.81,
3.61 y 3.22 Log UFC mL-1, respectivamente. Para el caso de
CT, los valores encontrados fueron de 1.17, 2.52 y 1.96 Log
UFC mL-1 respectivamente (Tabla 3). Estos resultados son
diferentes a los presentados por Tormo et al. (2011) quienes
obtuvieron valores de MA y CT de 0.23 y 1.17 Log UFC mL-1
respectivamente en leches de cabra producidas en UP de
Francia durante el mes de febrero. Esta diferencia puede
deberse a las condiciones de producción y temperaturas que
inuyen en la multiplicación microbiana. Respecto al efecto
de UP, se encontró que las leches producidas en las UP Luis y
Hnos. Enríquez presentaron el mayor conteo microbiano de
MA de 3.2 y 3.73 Log UFC mL-1 a comparación de las leches
de las UP Donelo y RRF quienes tuvieron conteos de MA < 3
Log UFC mL1 (Tabla 3). Los resultados del efecto Tipo de leche
(TL) (Tabla 3) indicaron que la pasteurización contribuyó a
la reducción de la carga microbiana de MA (4.00 a 2.43 Log
UFC mL-1) y CT (2.52 a 1.25 Log UFC mL-1). Sin embargo, con
la interacción Época del año por Tipo de leche (EP*TL) se en-
contró la mayor incidencia microbiológica de MA en leches
103
Volumen XXV, Número 1
Díaz-Rivera et al: Efecto de la estacionalidad en la calidad microbiológica / XXV (1): 100-108 (2023)
103
tó en la época de nortes y en las leches crudas producidas
en las UP de Luis (4.10 Log UFC mL-1) y Hnos. Enríquez (4.27
Log UFC mL-1) (Tabla 4). Los resultados mostrados coinciden
con los reportados por Delgado-Pertiñez et al. (2003) quienes
observaron la mayor incidencia de bacterias MA y CT en los
meses de diciembre, enero y febrero (4.94, 5.09 y 4.92 Log
UFC mL-1) pertenecientes a la época de nortes.
Tabla 3. Efectos EP, UP, TL e interacción EP*TL en aspectos microbiológicos
de la leche de cabra de la zona montañosa central del estado de Veracruz.
Table 3. EP, UP, TL eects and EP*TL interaction in microbiological aspects of
goat’s milk from the central mountainous area of the state of Veracruz.
1Efecto EP MA
Log UFC mL-1
CT
Log UFC mL-1
Lluvias 2.81 ± 0.01a1.17 ± 0.01a
Nortes 3.61 ± 0.01b2.52 ± 0.01b
Secas 3.22 ± 0.01c1.96 ± 0.01c
1Efecto UP
Rincón del Río Frío12.23 ± 0.01ª 1.12 ± 0.01ª
Donelo22.64 ± 0.01b1.11 ± 0.01b
Enríquez33.73 ± 0.01c2.27 ± 0.01c
Luis43.2 ± 0.01d3.04 ± 0.01d
1Efecto TL
Cruda 4 ± 0.01ª 2.52 ± 0.008ª
Pasteurizada 2.43 ± 0.01b1.25 ± 0.008b
2Interacción EP*TL
Lluvias-Cruda 3.85 ± 0.02ª 0.357 ± 0.01ª
Lluvia-Pasteurizada 1.78 ± 0.02b1.99 ± 0.01b
Nortes-Cruda 4.24 ± 0.02ª 4.04 ± 0.01ª
Nortes-Pasteurizada 2.99 ± 0.02b1.0 ± 0.01b
Secas-Cruda 3.92 ± 0.02ª 3.18 ± 0.01ª
Secas-Pasteurizada 2.52 ± 0.02b0.74 ± 0.01b
EP: Época. UPC: unidad de producción caprina. TL: Tipo de leche. EP*TL:
Interacción época x Tipo de leche. 1Literales diferentes en columna indican
diferencias signicativas. 2Literales diferentes en columna por época y tipo
de leche indican diferencias signicativas.
crudas en las épocas de nortes (4.24 Log UFC mL-1) y secas
(3.92 Log UFC mL-1). Aunque, posterior a la pasteurización
esta carga de MA mostro una reducción de 2.52 y 2.99 Log
UFC mL-1 para las mismas épocas. Las cargas de MA en las le-
ches pasteurizadas están por debajo del límite 4.47 Log UFC
mL-1 establecido por la (NOM-091-SSA1-1994). La reducción
de MA demuestra el efecto positivo del tratamiento térmico
de la leche usado en las diferentes UP consideradas en esta
investigación (Kousta et al., 2010). Las cargas más altas de CT
en leches crudas fueron 4.04 y 3.18 Log UFC mL-1 (épocas de
nortes y secas, respectivamente), este resultado se redujo a
valores de 1.00 y 0.74 Log UFC mL-1 para las mismas épocas.
Las cargas microbianas de CT posteriores a la pasteurización
se encuentran en el límite máximo (1.00 Log UFC mL-1) es-
tablecido en la (NOM-243-SSA1-2010. Sin embargo, en la
época de lluvias se encontró que la leche cruda presentó
menor carga de CT (0.35 Log UFC mL-1) respecto a la leche
pasteurizada (1.99 Log UFC mL-1). Esto pudo deberse a una
posible contaminación post-pasteurización ocasionado por
la falta de limpieza y desinfección en equipos, utensilios y por
los posibles tiempos prolongados (superiores a 48 h) de al-
macenamiento a temperatura ambiente (Yamazi et al., 2013).
Los resultados de la interacción Época del año por Unidad
de producción por Tipo de leche (EP*UPC*TL) mostró que
las leches sin procesamiento térmico de las UP Luis y Hnos.
Enríquez producidas en la época de nortes (4.18 y 4.50 Log
UFC mL-1) y lluvias (5.16 y 4.12 Log UFC mL-1) presentaron el
mayor contenido de MA. Para CT el mayor conteo se presen-
Tabla 4. Efectos de la interacción EP*UP*TL en aspectos microbiológicos de
la leche de cabra de la zona montañosa central del estado de Veracruz.
Table 4. EP*UP*TL interaction eects on microbiological aspects of goat’s
milk from the central mountainous area of the state of Veracruz.
EP*UP*TL MA
Log UFC mL-1
CT
Log UFC mL-1
Lluvias-Donelo-LC 2.70 ± 0.044a0 ± 0a
Lluvias-Donelo-LP 0 ± 0b0 ± 0b
Lluvias-Enriquez-LC 4.12 ± 0.044a1.428 ± 0.03ª
Lluvias-Enriquez-LP 3.54 ± 0.044b4.63 ± 0.03b
Lluvias-Luis-LC 5.16 ± 0.044a0 ± 0a
Lluvias-Luis-LP 3.6 ± 0.044b3.36 ± 0.03b
Lluvias-Rincón del Río Frío-LC 3.41 ± 0.044a0 ± 0a
Lluvias-Rincón del Río Frío-LP 0 ± 0b0 ± 0a
Nortes-Donelo-LC 4.16 ± 0.044a3.73 ± 0.03ª
Nortes-Donelo-LP 2.49 ± 0.044b0 ± 0b
Nortes-Enriquez-LC 4.50 ± 0.044a4.27 ± 0.03ª
Nortes-Enriquez-LP 2.67 ± 0.044b0 ± 0b
Nortes-Luis-LC 4.18 ± 0.044a4.1 ± 0.03ª
Nortes-Luis-LP 4.03 ± 0.044b4.01 ± 0.03ª
Nortes-Rincón del Río Frío-LC 4.12 ± 0.044ª 4.01 ± 0.03ª
Nortes-Rincón del Río Frío-LP 2.76 ± 0.044b0 ± 0b
Secas-Donelo-LC 3.97 ± 0.044ª 2.94 ± 0.03ª
Secas-Donelo-LP 2.54 ± 0.044b0 ± 0b
Secas-Enríquez-LC 4.10 ± 0.044ª 3.31 ± 0.03ª
Secas-Enríquez-LP 3.44 ± 0.044b0 ± 0b
Secas-Luis-LC 4.49 ± 0.044ª 3.76 ± 0.03ª
Secas-Luis-LP 4.11 ± 0.044b2.99 ± 0.03b
Secas-Rincón del Río Frío-LC 3.11 ± 0.044ª 2.73 ± 0.03ª
Secas-Rincón del Río Frío-LP 0 ± 0b0 ± 0b
EP*UPC*TL: Interacción Época x Unidad de producción x Tipo de leche. LC:
Leche cruda. LP: Leche pasteurizada (63 °C por 30 min). Literales diferentes
en columna indican diferencias signicativas.
Análisis de efectos en el contenido sicoquímico de la
leche
Los efectos analizados para cada variable sicoquími-
ca se muestran en la Tabla 5. Se observa que todos los efec-
tos e interacciones fueron signicativo con excepción de la
interacción EP*TL. Los valores de R2 (0.76 - 0.96) demuestran
el alto nivel de explicación del modelo aplicado. Analizan-
do la signicancia de cada efecto por variable se encontró
que para el contenido de Grasa todos los efectos fueron
signicativos (p < 0.05) con excepción de las interacciones
EP*TL y UPC*TL. En el caso de Sólidos No Grasos solamente
el efecto la interacción EP*TL no tuvo efecto signicativo (p
104 Volumen XXV, Número 1
Díaz-Rivera et al: Biotecnia / XXV (1): 100-108 (2023)
104
> 0.05). Para el contenido de Proteína se observó diferencias
signicativas en todos los efectos con excepción de las in-
teracciones TL y EP*TL. En el caso del contenido de Lactosa
solamente la interacción EP*TL no se encontraron diferencias
signicativas. Para la Densidad todos los efectos fueron
signicativos con excepción de TL y EP*TL. Para el contenido
de Acidez se observaron que los efectos TL, EP*TL y UPC*TL
no fueron signicativos. Para el efecto EP los mayores con-
tenidos de Grasa y Sólidos No Grasos se obtuvieron en las
épocas de nortes (50.03 g L-1) y lluvias (70.16 g L-1) (Tabla 6).
De acuerdo con Todaro et al. (2005), la leche con contenidos
altos de grasa puede deberse al consumo de pasturas ricas
en proteínas generadas en esas épocas. Los mayores conteni-
dos de Proteína (23.91 y 23.41 g L-1) y Lactosa (42.08 y 40.09 g
L-1) se mostraron en las épocas de nortes y secas (Tabla 6). Lo
anterior puede deberse a que las cabras muestran su mayor
desempeño productivo en las épocas antes mencionadas
(Midau et al., 2010). Sin embargo, Fekadu et al. (2005) obser-
varon que los mayores contenidos de proteína de las leches
de Estados Unidos se producen en los meses de septiembre a
octubre. Por su parte, Mayer y Fiechter (2011) mostraron que
los contenidos altos de Grasa, Sólidos No Grasos, Proteína y
Lactosa de leches producida en Austria se han obtenido en
las épocas de nortes y lluvias. Aunque la diferencia de la com-
posición nutrimental de la leche caprina producida entre las
épocas también puede atribuirse a la calidad de la pastura y
al consumo energético de las cabras para su locomoción en
búsqueda de forraje (Steinshamn et al., 2014). Sin embargo,
se observó la existencia de una relación inversa entre las
variables Grasa y Lactosa, este mismo efecto fue observado
por Grimley et al. (2009) en leches producidas en los meses
de primavera (marzo a junio). En el caso de la Densidad se
encontraron diferencias (p < 0.05) entre las épocas evaluadas
y siendo la época de norte donde se encontró una mayor
densidad en la leche. Los valores de Densidad encontrados
en esta investigación son consistentes con los reportados por
Iancu (2010) y Chen et al. (2014) quienes evaluaron leches de
cabra de Rumania y Noruega y reportaron rangos de densi-
dad de 1029 – 1033 y 1028 kgm-3, respectivamente. El mayor
contenido de Acidez se obtuvo en las épocas de lluvias y
nortes (22.49 y 20.77 g L-1 de ácido láctico, respectivamente),
este resultado pudo estar asociado con el incremento de la
carga microbiana generado en dichas épocas. El análisis del
efecto UPC demostró que los contenidos mayores de Grasa
se obtuvieron en las UPC Rincón del Rio Frio y Donelo (54.54
y 50.04 g L-1, respectivamente) a comparación de las UPC Luis
y Hnos. Enríquez (44.02 y 43.04 g L-1, respectivamente) (Tabla
7). Las diferencias en los contenidos de Grasa entre UPC están
en función del tipo de alimentación caprina. De acuerdo con
Todaro et al. (2005), Brodziak et al. (2014), Park et al. (2007),
Salvador et al. (2014), la alimentación diversicada contribu-
ye a un menor balance energético del animal provocando
una mayor movilización de la grasa corporal para la síntesis
de la grasa de la leche. Por su parte, Morand-Fehr et al. (2007)
mencionaron que los altos contenidos de grasa en las leches
pueden darse cuando hay una mayor proporción de forraje
natural en la dieta caprina. Los contenidos mayores de Sóli-
dos No Grasos, Proteína y Lactosa se obtuvieron en las leches
de las UP Donelo (73.21, 24.17 y 41.76 g L-1, respectivamente),
Tabla 5. Análisis de varianza de la composición de la leche de cabra para los efectos incluidos en el modelo utilizado.
Table 5. Goat’s milk composition analysis of variance for the eects included in the model used.
F.V. G.L. CMGRA CMSNG CMPRO CMLAC CMDEN CMACI
Modelo 17 152.8** 250.6** 35.7** 72.1** 34.7** 59.3**
Error 54 13.0 4.2 0.4 1.6 0.4 3.3
EP 2 109.4** 70.8** 3.5* 32.8** 3.0** 188.3**
UPC 3 524.3** 239.9** 56.4** 43.7** 57.0** 33.6**
EP*UPC 6 108.2** 525.7** 66.4** 158.9** 63.8** 83.1**
TL 1 113.3** 18.4* 0.8NS 9.1* 0.81NS 1.1NS
EP*TL 2 16.5NS 3.0NS 0.6NS 0.9NS 0.50NS 3.7NS
UPC*TL 3 3.3NS 73.6** 10.0** 21.5** 9.6** 7.6NS
R20.79 0.94 0.96 0.93 0.96 0.85
1: FV: Fuente de Variación. 2: GL: Grados de libertad. 3: CMGRA, Cuadrado medio de la variable Grasa. 4: CMDEN, Cuadrado medio de la variable Den-
sidad. 5: CMSNG, Cuadrado medio de la variable Sólidos No Grasos. 6: CMPRO, Cuadrado medio de la variable proteína. 7: CMLAC, Cuadrado medio de
la variable lactosa. 8: CMACI, Cuadrado medio de la variable acidez. EP: Época. UPC: unidad de producción caprina. EP*UPC: Interacción época x
unidad de producción. TL: Tipo de leche. EP*TL: Interacción época x Tipo de leche. UPC*TL: Interacción Unidad de producción x Tipo de leche.
R2: Coeciente de determinación del modelo. *: p < 0.05; **: p < 0.01. NS: No signicativo.
Tabla 6. Composición de la leche de cabra por época del año de la zona
montañosa central del estado de Veracruz.
Table 6. Goat’s milk composition by time of year at Veracruz state central
mountainous area.
Variable Épocas del año
Lluvias1Nortes2Secas3
Grasa
(g L-1)47.94 ± 0.74ab 50.03 ± 0.74a45.76 ± 0.74b
Sólidos no grasos
(g L-1)70.16 ± 0.42b73.29 ± 0.42a70.49 ± 0.42b
Proteína
(g L-1)23.16 ± 0.14b23.91 ± 0.14a23.41 ± 0.14a
Lactosa
(g L-1)40.02 ± 0.26b42.08 ± 0.26a40.09 ± 0.26b
Densidad
(kg m-3)1022.6 ± 0.13b1023.3 ± 0.13a1022.8 ± 0.13ab
Acidez
(g L-1 de ácido lácti-
co)
22.49 ± 0.37a20.77 ± 0.37b17.02 ± 0.37c
1 Época de lluvias (septiembre del 2014). 2 Época de nortes (noviembre del
2015). 3 Época de secas (mayo del 2015). Literales diferentes en la indican
diferencias signicativas.
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Volumen XXV, Número 1
Díaz-Rivera et al: Efecto de la estacionalidad en la calidad microbiológica / XXV (1): 100-108 (2023)
105
Hnos. Enríquez (72.41, 24.25 y 40.97 g L-1, respectivamente) y
Luis (73.73, 24.69 y 41.73 g L-1, respectivamente). Sin embar-
go, en la UPC Rincón del Rio Frio, las variables sicoquímicas
Sólidos No Grasos, Proteína y Lactosa (65.90, 20.86 y 38.46 g
L-1, respectivamente) mostraron un efecto contrario al resto
de las leches producidas en el resto de las UPC. Este resul-
tado puede atribuirse a dos razones: 1) el uso de forrajes de
calidad deciente y 2) a los gastos energéticos de las cabras
derivados por el pastoreo (Park et al., 2007; Inglingstad et al.,
2014). En el caso de la Densidad se observó que las leches pro-
ducidas en las UPC Donelo (1023.54 kg m-3), Hnos. Enríquez
(1,023.54 kg m-3) y Luis (1,023.54 kg m-3) estuvieron próximos
al valor de 1,028 kg m-3 propuesto por Park et al. (2007). Sin
embargo, la leche de la UPC Rincón del Rio Frio presentó el
valor más bajo de Densidad (1020.25 kg m-3). Acorde a Park
et al. (2007) este efecto pudo estar asociado a dos factores: 1)
al estado avanzado de lactancia de las cabras y 2) a la adición
de agua a la leche. Respecto al contenido de Acidez las leches
producidas en las UPC Hnos. Enríquez y Rincón del Rio Frio
(21.63 y 20.78 gL-1 de ácido láctico) presentaron los mayores
contenidos respecto las leches de las UPC Donelo y Luis
(19.41 y 18.75 gL-1 de ácido láctico). Los valores de Acidez de
esta investigación son superiores al valor de 15 g.L-1 de ácido
láctico observado por Villalobos y Castro (2009). Los conteni-
dos altos de Acidez de las leches producidas principalmente
en la UP Hnos. Enríquez y Rincón del Rio Frio pudieron estar
asociados a la contaminación microbiológica o a la falta de
implementación de las buenas prácticas de higiene y manejo
de la leche. Los efectos del Tipo de leche (TL) se observa en
la Tabla 8. En donde se muestran diferencias signicativas
(p<0.05) solamente en el contenido de Grasa, Sólidos No
Grasos y Lactosa. Adicionalmente la leche pasteurizada tuvo
un mayor contenido de Grasa (48.32 vs 50.83 g L-1), Sólidos
No Grasos (70.80 vs 71.81 g L-1), Proteína (23.38 vs 23.60 g L-1),
Tabla 7. Composición de la leche de cabra por unidad de producción caprina en la zona montañosa
central de Veracruz.
Table 7. Goat milk composition per goat production unit at Veracruz central mountainous area.
1Alimentación diversicada Bellotas (Quercus ilex), pastos Kikuyo (Pennisetum clandestinum) y Lolio
(Lolium multiorum). 2Alimentación con Morera (Morus alba), bagazo de naranja (Citrus sinensis),
Pasto Taiwan Peninisetum purpurem). 3Alimentación con Alfalfa (Medicago sativa) y rastrojo de maíz
(Zae mays). 4Alimentación diversicada, bejuco (Cissu verticillata y King grass (Saccharum sinense).
Literales diferentes en la indican diferencias signicativas.
Variable Unidad de Producción Caprina
Rincón del Río Frío1Donelo2Enríquez3Luis4
Grasa
(g L-1)54.54 ± 0.85a50.04 ±0.85b43.04 ± 0.85c44.02 ± 0.85c
Sólidos no grasos
(g L-1)65.90 ± 0.48b73.22 ± 0.48a72.41 ± 0.48a73.73 ± 0.48a
Proteína
(g L-1)20.86 ± 0.16b24.17 ± 0.16a24.25 ± 0.16a24.69 ± 0.16a
Lactosa
(g L-1)38.46 ± 0.30b41.76 ± 0.30a40.97 ± 0.30a41.73 ± 0.30a
Densidad
(kg m-3)1020.3 ± 0.15c1023.5 ± 0.15b1023.7 ± 0.15ab 1024.1 ± 0.15a
Acidez
(g L-1 de ácido
láctico)
20.78 ± 0.43ab 19.41 ± 0.43bc 21.63 ± 0.43a18.75 ± 0.43c
Tabla 8. Composición de la leche de cabra por tipo de leche en la zona
centro del estado de Veracruz.
Table 8. Composition of goat’s milk by type of milk at the Veracruz state
central zone
Variable Tipo de Leche
Cruda Tratamiento Térmico1
Grasa
(g L-1)46.66 ± 0.60b49.17 ± 0.60a
Sólidos no grasos
(g L-1)70.81 ± 0.34b71.82 ± 0.34a
Proteína
(g L-1)23.39 ± 0.11a23.60 ± 0.11a
Lactosa
(g L-1)40.38 ± 0.21b41.09 ± 0.21ª
Densidad
(kg m-3)1022.8 ± 0.11a1023.0 ± 0.11a
Acidez
(g L-1 de ácido láctico) 19.97 ± 0.30a20.22 ± 0.30a
1Pasteurización a 63 °C por 30 min. Literales diferentes en la indican dife-
rencias signicativas.
Lactosa (40.37 vs 41.08 g L-1) y Densidad (1022. 79 vs 1023.0
kg m-3). De acuerdo con Villalobos (2005), el tratamiento
térmico de la leche (65 °C por 0.5 h) puede generar una
mayor concentración de solidos que a su vez modican la
densidad de la leche. Para el efecto de la interacción EP*TL
no se encontraron diferencias signicativas en ninguna de
las variables analizadas. Los resultados del efecto UPC*TL se
muestran en la Tabla 9. Se observa que los contenidos de
Sólidos No Grasos, Proteína, Lactosa y Densidad tuvieron
un efecto signicativo (p < 0.05). Encontrándose su mayor
concentración en las leches crudas y pasteurizadas de las
UPC Donelo y Hnos. Enríquez. Esto puede asociarse al tipo
de alimentación (morera, cascaras de naranja, pasto Taiwán,
alfalfa y rastrojo de maíz) usado en estas unidades de pro-
ducción que contribuyen a incrementar dichos contenidos
(Ramírez-Rivera et al., 2018). Respecto a Densidad, las leches
106 Volumen XXV, Número 1
Díaz-Rivera et al: Biotecnia / XXV (1): 100-108 (2023)
106
(crudas y pasteurizadas) de las UPC Donelo, Hnos. Enríquez
y Luis están por debajo de los valores de 1028 kg m-3, 1029
– 1033 y 1028 kgm-3, indicados por Park et al. (2007), Iancu
(2010) y Chen et al. (2014). Por último, para la variable Acidez
no se encontraron diferencias signicativas (p > 0.05) entre
las leches producidas por unidades de producción caprina.
CONCLUSIONES
Los resultados de esta investigación conrman el uso
de buenas prácticas de ordeña aplicadas en la producción de
leche de cabra de la zona analizada, esto quedo conrmado
por la ausencia de Eschericha coli, Staphylococcus aureus,
Salmonella ssp y Brucella sp. El efecto de la interacción Época
del año por Unidad de producción por Tipo de leche mostro
que el 50 % de las leches (crudas y pasteurizadas) producidas
en las épocas de norte y lluvias presentaron los mayores
contenidos de Mesólos aerobios y Coliformes totales. En los
aspectos sicoquímicos, el efecto de la interacción unidad
de producción por tipo de leche se presentaron los mayores
contenidos de sólidos no grasos, proteínas, lactosa y densi-
dad debido a uso de diferentes forrajes como morera, cas-
caras de naranja, pasto Taiwán, alfalfa y rastrojo de maíz. Sin
embargo, los mayores contenidos de grasa se encontraron
en las unidades de producción Donelo (Coatepec) y Rincón
del Rio Frio (Tatatila). Los hallazgos antes expuestos pueden
ser de interés para la industria láctea caprina así como para
los caprinocultores dedicados a la producción de leche y
productores derivados (quesos, cajetas, entre otros) con la
nalidad de implementar un mayor control de calidad tanto
microbiológica como sicoquímica en la leche de cabra.
AGRADECIMIENTOS
Se agradece a los productores del Sistema Especie Ca-
prino del estado de Veracruz (SIPECAV) por la donación de las
muestras de leche para la realización de esta investigación.
FINANCIAMIENTO
Esta investigación fue apoyada por el Colegio de
Postgraduados a través del Fideicomiso de Administración e
Inversión No. 167304 y por el Consejo Nacional de Ciencia
y Tecnología (CONACYT) institución nanciadora de la beca
doctoral para el autor de correspondencia.
CONFLICTO DE INTERÉS
Los autores declaran que no existe conicto de intere-
ses relacionados con esta publicación.
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SMALLRUMRES.2011.09.025.
Tabla 9. Efecto de la interacción UPC*TL en aspectos sicoquímicos de la leche de cabra de la zona montañosa central del estado de Veracruz.
Table 9. Eect of the UPC*TL interaction on physicochemical aspects of goat’s milk from the central mountainous area of the state of Veracruz.
UPC*TLGrasa
(g L-1)
Sólidos no
grasos
(g L-1)
Proteína
(g L-1)
Lactosa
(g L-1)
Densidad
(kg m-3)
Acidez
(g L-1 de ácido
láctico)
Rincón del Río Frío-LC 53.45 ± 1.20ª 67.86 ± 0.68e21.65 ± 0.22g39.45 ± 0.42de 1021.04 ± 0.21f20.55 ± 0.60ª
Rincón del Río Frío-LP 55.63 ± 1.20ª 63.93 ± 0.68f20.06 ± 0.22h37.46 ± 0.42f1019.47 ± 0.21g20.99 ± 0.60ª
Donelo-LC 48.16 ± 1.20ª 71.88 ± 0.68d23.80 ± 0.22cef 40.94 ± 0.42bcd 1023.17 ± 0.21cd 18.48 ± 0.60ª
Donelo-LP 51.92 ± 1.20ª 74.54 ± 0.68b 24.53 ± 0.22b42.58 ± 0.42ª 1023.90 ± 0.21ªbc 20.32 ± 0.60ª
Enríquez-LC 42.13 ± 1.20ª 72.51 ± 0.68cd 24.36 ± 0.22bc 40.93 ± 0.42bcd 1023.78 ± 0.21ªbcd 21.59 ± 0.60ª
Enríquez-LP 43.95 ± 1.20ª 72.3 ± 0.68cd 24.14 ± 0.22bcdef 41.01 ± 0.42bcd 1023.58 ± 0.21ªb 21.65 ± 0.60ª
Luis-LC 42.87 ± 1.20ª 70.96 ± 0.68cd 23.72 ± 0.22cdf 40.17 ± 0.42bcde 1023.18 ± 0.21bcd 19.23 ± 0.60ª
Luis-LP 45.15 ± 1.20ª 76.5 ± 0.68ª 25.66 ± 0.22ª 43.28 ± 0.42ª 1025.06 ± 0.21e17.9 ± 0.60ª
UPC*TL: Unidad de producción caprina por Tipo de leche. LC: Leche cruda. LP: Leche pasteurizada (63 °C por 30 min). Literales diferentes en
columna indican diferencias signicativas.
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Volumen XXV, Número 1
Díaz-Rivera et al: Efecto de la estacionalidad en la calidad microbiológica / XXV (1): 100-108 (2023)
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Volumen XXV, Número 1
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
109
*Autor para correspondencia: Miguel Abud Archila
Correo electrónico: miguel.aa@tuxtla.tecnm.mx
Recibido: 31 de marzo de 2022
Aceptado: 29 de julio de 2022
Desarrollo y caracterización de películas activas con nanopartículas de
plata obtenidas mediante síntesis verde
Development and characterization of active lms with silver-nanoparticles obtained by green synthesis
Enna B. Estudillo-Díaz, Federico A. Gutiérrez-Miceli, Daniel González-Mendoza, Benjamín Valdez-Salas, Miguel
Abud-Archila*
Tecnológico Nacional de México/IT de Tuxtla Gutiérrez, División de Estudios de Posgrado e Investigación, Carretera
Panamericana km. , Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, C.P. , México.
Universidad Autónoma de Baja California, Instituto de Ciencias Agrícolas, Ejido Nuevo León, Baja California, C.P. ,
México.
Universidad Autónoma de Baja California, Instituto de Ingeniería, Mexicali, Baja California, C. P. , México.
RESUMEN
El uso de películas comestibles es una tecnología para
alargar la vida útil de los alimentos. La adición de nanopartí-
culas de plata (AgNPs) podría mejorar el desempeño de pelí-
culas comestibles y evitar el crecimiento de microorganismos
que podrían afectar a los alimentos. El objetivo fue elaborar
y caracterizar AgNPs mediante síntesis verde y evaluar el
efecto de su adición sobre las propiedades mecánicas y de
barrera de películas formadas a partir de proteína de Cajanus
cajan y goma de la semilla de Tamarindus indica. Para la sínte-
sis de AgNPs se utilizó extracto acuoso de Annona muricata.
Tres diferentes formulaciones de películas se elaboraron las
cuales contenían AgNPs, extracto acuoso de guanábana y
agua (control). Las películas fueron evaluadas en términos de
su permeabilidad al vapor de agua (WVP), color, opacidad y
propiedades mecánicas. Las AgNPs incrementaron el doble
el módulo de Young de las películas (0.0675 MPa) y la fuerza
de tensión (2.84 MPa) con respecto al control. Además, las
AgNPs inuyeron estadísticamente en el color y opacidad
de la película. Sin embargo, no se observaron diferencias en
la PVA. La adición de AgNPs a recubrimientos podría ser una
opción para incrementar la vida útil de alimentos.
Palabras clave: Cajanus cajan, nanopartículas de plata,
goma de tamarindo.
ABSTRACT
The use of edible lms is a technology to extend
the shelf life of food. The addition of silver nanoparticles
(AgNPs) could improve the performance of edible lms and
avoid the growth of microorganisms that could aect food.
The objective was to elaborate and characterize AgNPs by
green synthesis and to evaluate the eect of their addition
on the mechanical and barrier properties of lms formed
from Cajanus cajan protein and Tamarindus indica seed gum.
An aqueous extract of Annona muricata leaves was used
for green synthesis. Three lms were developed containing
AgNPs, aqueous extract of Annona muricata leaves and water
(control). Films were evaluated by their water vapour perme-
ability (WVP), color, opacity and mechanical properties. The
AgNPs increased two-fold the Young’s module (0.0675 MPa)
and the tensile strength (2.84 MPa) in relation to control lm.
Moreover, the AgNPs inuenced also the color and opacity
of the lms. However, no dierences were observed in the
WVP. The addition of AgNPs to lms, could be an option to
increase the shelf life of foods.
Keywords: Cajanus cajan, tamarind gum, silver nanoparti-
cles.
INTRODUCCIÓN
Durante las últimas décadas, la utilización de materia-
les en la industria alimentaria elaborados a base de petróleo
es un problema ambiental grave. Por lo anterior, el uso de
recursos naturales biodegradables como las películas comes-
tibles para extender la vida útil y la calidad de los alimentos
ha incrementado (Suput et al., 2015). Aunado a lo anterior,
aproximadamente del 20 al 30 % de los productos hortofru-
tícolas producidos en el mundo se pierde debido al deterioro
microbiológico y siológico (Salehi, 2020), por lo que el uso
de nuevas tecnologías que eviten o minimicen el deterioro
hoy en día es un reto. Una de las tecnologías empleadas para
evitar el deterioro siológico y microbiológico es el uso de
películas comestibles. Sin embargo, estas películas deben
de tener un comportamiento de barrera semipermeable a
gases como CO2, O2, etileno y al vapor de agua (Robles-Flores
et al., 2018), además de presentar propiedades mecánicas,
ópticas y antimicrobianas adecuadas para el producto en el
cual se aplicará (Mohamed et al., 2020). Estas propiedades
de las películas frecuentemente dependen de los materiales
utilizados para la formulación. Por lo anterior, diversos auto-
res han adicionado diversos materiales: como compuestos
activos como antimicrobianos (Madera-Santana et al., 2019;
Nguyen et al., 2020), aceites esenciales (Xue et al., 2019) y
nanocompuestos (Osorio-Echavarría et al., 2017), entre otros.
En cuanto al uso de nanopartículas de plata (AgNPs), diversos
trabajos han reportado la adición de AgNPs a películas modi-
cando sus propiedades. Bahrami et al. (2019) reportaron el
aumento en la elongación, así como el grosor de la película,
además de mostrar la disminución de la fuerza de tracción,
DOI: 10.18633/biotecnia.v25i1.1683
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Estudillo-Díaz et al: Biotecnia / XXV (1): 109-115 (2023)
110
la luminosidad y la PVA de películas a base de tragacanto/
hidroxipropil metil-celulosa/cera de abeja adicionada con
AgNPs (US Research nanomaterials, Inc) . Sin embargo, otros
estudios han reportado que la adición de nanopartículas de
cobre-plata (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) aumenta la
resistencia a la tracción y una disminución en la elongación,
así como la disminución de la luminosidad de la película
(Arfat et al., 2017). Estas nanopartículas son elaboradas
frecuentemente por síntesis química, sin embargo, pocos
trabajos han reportado el uso de nanopartículas mediante
síntesis verde. El interés de las nanopartículas comúnmente
llamadas nanopartículas verdes radica en que su proceso de
obtención es de bajo costo, no requiere infraestructura es-
pecializada para la elaboración, el proceso es amigable con
el medio ambiente y sobre todo que se han reportado con
actividad antimicrobiana (Jalab et al., 2021).
Debido a que no se ha reportado el efecto de AgNPs,
obtenidas mediante síntesis verde con extracto de Annona
muricata (guanábana), sobre las propiedades de películas, el
objetivo de este trabajo fue elaborar y caracterizar nanopar-
tículas de plata mediante síntesis verde utilizando extracto
acuoso de hojas de guanábana y evaluar el efecto de su adi-
ción sobre las propiedades mecánicas y de barrera de pelícu-
las formadas a partir de proteína de Cajanus cajan (guandul)
y goma de la semilla de tamarindo (Tamarindus indica).
MATERIALES Y MÉTODOS
Materias primas
Los granos de guandul se adquirieron en un mercado
de la ciudad de Tapachula, Chiapas, México y la proteína
se extrajo mediante la metodología reportada por Robles-
Flores et al. (2018). La goma de semillas de tamarindo fue
obtenida a partir de semilla de Tamarindus indica adquiridas
en el mercado local (Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, México), y se
obtuvo según la metodología reportada por Robles-Flores et
al. (2018).
Obtención del extracto acuoso
Las hojas de guanábana fueron colectadas en la ciu-
dad de Tuxtla Gutiérrez, Chiapas. Las hojas fueron secadas
a la sombra a 40 °C hasta obtener una humedad de 10 %.
Posteriormente, las hojas secas fueron pulverizadas hasta
un tamaño de partícula de malla 60 (0.250 mm) y guardadas
en bolsas herméticas al vacío hasta su utilización. El extracto
acuoso se preparó usando la metodología descrita por Chang
et al. (2002).
Preparación de las AgNPs
Las AgNPs fueron preparadas siguiendo la metodolo-
gía descrita por Ruiz-Romero et al. (2018). El coloide (sobre-
nadante) se almacenó a 4 °C en oscuridad, hasta su posterior
uso.
Contenido de fenoles totales, avonoides y actividad
antioxidante
Para la cuanticación de fenoles totales y avonoi-
des, el extracto acuoso se diluyó con agua tridestilada en
proporción 1:5 v:v (extracto:agua). Para la determinación de
fenoles totales en el extracto acuoso y en las AgNPs, se usó
la metodología reportada por Singleton et al. (1999). Para la
cuanticación de avonoides en el extracto acuoso y en las
AgNPs se usó el método colorimétrico de cloruro de aluminio
(Chang et al., 2002). Para la determinación de la capacidad
antirradical del extracto acuoso se usó la metodología repor-
tada por Zhao y Shah (2014).
Espectrofotometría de luz UV-visible
Las AgNPs fueron analizadas en un espectro (UV- vi-
sible) con un barrido de 300 a 700 nm en un espectrofotó-
metro Beckman coulter modelo DU 730 (Indianapolis, EU), a
intervalos de 5 nm y usando AgNO3 como blanco.
Potencial zeta y dispersión dinámica de la luz (DLS)
La distribución de tamaño de las AgNPs y el potencial
zeta se analizaron utilizando un Nanotrac Wave Instrument
(Montgomeryville, PA, EU). Las mediciones se realizaron me-
diante la técnica de dispersión dinámica de la luz en un rango
de 0.1 – 1000 mm a 25 ºC, con una longitud de onda del láser
de 780 nm y un ángulo de dispersión de 90 °. Los datos de
DLS se analizaron mediante el software operativo Microtrac
FLEX (Montgomeryville, PA, EU).
Microscopia electrónica de barrido (MEB)
Para el registro de las microfotografías se utilizó un
microscopio electrónico de barrido (MEB), modelo JEOL-
6010LA (Massachusetts, EU), con un voltaje de 10 kV con
una magnicación de 100.00 kx utilizando un detector de
electrones secundarios (SEI). Después de tomar las imágenes
con el MEB, se procedió a ejecutar un barrido de haz de elec-
trones y se registraron espectrografías y la distribución de los
elementos químicos identicados con el detector de energía
dispersa (EDS).
Formulación de las películas
Los recubrimientos fueron formulados según la
metodología reportada por Robles-Flores et al. (2018) con
modicaciones. Tres formulaciones fueron probadas como
se presentan en la Tabla 1.
Caracterización de las películas
Antes de realizar las determinaciones, las películas
fueron estabilizadas a 25 °C y una humedad relativa (HR)
de 53 % durante 48 h. Esta HR fue proporcionado con una
solución saturada de Mg(NO3)2.
Permeabilidad al vapor de agua
La permeabilidad al vapor de agua (PVA) de la película
se determinó de acuerdo a la metodología descrita por ASTM
E96M-16 (2016).
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Volumen XXV, Número 1
Estudillo-Díaz et al: Desarrollo y caracterización de películas activas con / XXV (1): 109-115 (2023)
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Opacidad
La opacidad se determinó colocando una lámina de la
película de 4 x 1 cm2 dentro de una celda espectrofotométri-
ca, asegurando que la lámina cubriera completamente la cara
de la celda, y se realizó un barrido a lo largo del rango visible
(400 - 800 nm) empleando un espectrofotómetro Beckman
coulter modelo DU 730 (California, EU). La opacidad se repor-
tó como el área bajo la curva como unidades de absorbancia
en función del espesor de la película (mm-1).
Color
El color de las películas fue medido utilizando un co-
lorímetro portátil Konica minolta modelo CM-2500d (Tokio,
Japón) por triplicado, según la escala CIE- Lab.
Textura
La fuerza de tensión, elongación y módulo de Young
de las películas se determinaron empleando un texturóme-
tro Stable Micro Systems modelo TA.XT. plus (Godalming,
UK) con una apertura de 30 mm, velocidad de 30 mm/min y
deformación del 80 %.
Microscopia electrónica de barrido (MEB) de las películas
Para el registro de las microfotografías de las películas
se utilizó un microscopio electrónico de barrido (SEM), mo-
delo JEOL-6010LA (Massachusetts, EU), con un voltaje de 10
kV con una magnicación de 120x y 600x.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Formación de AgNPs
La formación de las AgNPs usando extracto de hoja de
guanábana se demostró con un cambió en la coloración de la
mezcla de amarillo claro a amarillo obscuro. Este cambio de
coloración es indicativo de la reducción de los compuestos
fenólicos del extracto y ha sido reportado por otros autores
( Santhosh et al., 2015; Gavamukulya et al., 2020). Según
John et al. (2017) el principal mecanismo en la síntesis de
las nanopartículas es la óxido-reducción. Ellos muestran un
posible mecanismo de acción para la formación de las AgNPs
en los cuales los antioxidantes polifenólicos actúan como los
agentes reductores en la síntesis verde de las nanopartículas.
El cambio de color del extracto después de la sínte-
sis de las AgNPs es debido al fenómeno de resonancia del
plasmón supercial (Cardeño y Londoño, 2014). Martinez
et al. (2015) describen a la resonancia plasmónica como un
fenómeno en el que los electrones en la supercie de una
nanopartícula metálica oscilan al interactuar con una onda
electromagnética, induciendo un momento dipolar sobre la
partícula en un intervalo de tiempo determinado. Cuando
el componente eléctrico de la onda electromagnética que
incide sobre la nanopartícula oscila a la misma frecuencia
que los electrones de esta, ocurre el fenómeno de resonan-
cia de plasmón de supercie. Lo anterior fue identicado en
las muestras de solución de plata y extracto de guanábana
mediante un barrido espectrofotométrico de 300 a 700 nm,
en donde fue posible registrar el efecto plasmón de la plata
en la región de 470 nm (Figura 1a). En este sentido, el posible
mecanismo de reducción del ión Ag+ por los compuestos
fenólicos en el extracto acuoso de guanábana, implica la
ionización de polifenoles y la transferencia de un electrón
al ion Ag+. Entonces, el ión Ag+ podría ser reducido a Ag0
(AgNPs) por acción de los compuestos bioactivos (fenoles y
avonoides). Los polifenoles entonces podrían actuar como
antioxidantes, preservando a las nanopartículas (Erdogan
et al., 2019). En este sentido, nuestros resultados son con-
sistentes con los reportados por León-Jimenez et al. (2019)
quienes encontraron que la formación de nanopartículas
podría deberse a grupos carboxilo de aminoácidos, proteínas
y compuestos fenólicos que tienen la capacidad de reducir
los iones metálicos y actuar como agentes de estabilizantes
del complejo que se forma (Valdez-Salas et al., 2020).
Microscopía Electrónica de Barrido de las AgNPs y análi-
sis de EDS
En la Figura 1b, se muestra la microfotografía de las
nanopartículas a magnicaciones de 100 kx. En esta Figura
se observan nanopartículas irregulares y aglomeradas. Esto
podría ser debido a que en la síntesis verde no se puede con-
trolar el tamaño, forma, ni distribución de las nanopartículas
como lo reportado por Anandan et al. (2019). La espectrosco-
pía de energía dispersa (Figura 1c) proporcionó información
en cuanto a la composición elemental de la muestra analiza-
da, con lo cual se determinó una composición media másica
de las AgNPs de 9.76 % de carbono, 2.84 % de oxígeno, 46.97
de silicio, 1.68 % de cloro y 38.72 % de plata, conrmando así
la síntesis. El pico de señal a 3 keV corresponde a las AgNPs
debido a la resonancia de plasmón supercial (Tamilarasi y
Meena, 2020). La presencia del Si es probable que provenga
de contenido mineral del tejido vegetal de acuerdo a las con-
diciones de cultivo o crecimiento de la planta. Similares re-
sultados fueron reportados previamente por Femi-Adepoju
et al. (2019) y Valdez-Salas et al. (2020), quienes observaron la
presencia de Si y otros elementos que sirven como estabiliza-
dores orgánicos de la nanopartículas y su presencia respon-
de de las condiciones de cultivo de las plantas. Los resultados
obtenidos mediante la técnica de dispersión dinámica de la
luz (DLS) indican que las nanopartículas presentaron una po-
laridad negativa y presentaron una conductividad promedio
de 1332 µS /cm, un tamaño promedio de las nanopartículas
de 64.6 nm y un potencial zeta de 29.1 mV. El potencial zeta es
Tabla 1. Formulación de películas.
Table 1. Films formulation.
Película
Aislado de
proteína
(g/dL de sfp)
Goma
Tamarindus
indica
(g/dL de
sfp)
Glicerol
(g/100 dL
de sfp)
Extracto
(% v/v)
AgNPs
(% v/v)
TE 10 1 5.5 25 -
TN 10 1 5.5 - 25
T 10 1 5.5 - -
Sfp = Solución formadora de película.
T es la película control, TE es la película con extracto de Annona muricata y
TN es la película con AgNPs.
112 Volumen XXV, Número 1
Estudillo-Díaz et al: Biotecnia / XXV (1): 109-115 (2023)
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un parámetro fundamental que nos indica la interacción de
la partículas en suspensión en una solución coloidal, las fuer-
zas de repulsión entre ellas producen suspensiones estables,
mientras que cuando no hay repulsión entre las partículas
se produce la aglomeración y por lo tanto la sedimentación
de aglomerados. Para que esto no suceda, el potencial zeta
debe ser mayor a + 30 mV o menor a - 30 mV para tener esta-
bilidad coloidal según Emil y Gautam (2019). Los valores aquí
reportados para nuestras AgNPs indican que hay repulsión
entre las partículas en suspensión, sin embargo, se observa
que empieza a ver aglomeración entre las nanopartículas.
Contenido de fenoles totales, avonoides y actividad
antioxidante del extracto acuoso y nanopartículas
En la Tabla 2 se presenta la caracterización del extrac-
to acuoso y AgNPs. En esta Tabla 2 se puede observar que
no hay diferencia estadística signicativa en el contenido de
fenoles totales y avonoides. Estos resultados son menores
a los reportados por Vergara Sotomayor et al. (2018) quienes
obtuvieron 523.34 µg EAG/mL en fenoles totales y 0.76 µg
EQ/mL en avonoides en extracto acuoso de hojas de gua-
nábana. Pero similar a lo reportado por Poma et al. (2011)
quienes reportaron una concentración de 3.167 µg EQ/mL en
hojas de guanábana. En cuanto a la actividad antioxidante
del extracto acuoso fue de 69.08 %. La presencia de antioxi-
dantes producidos por las plantas pueden inhibir o retrasar el
proceso de oxidación, actuando como captadores de radica-
les libres en los sitemas biológicos, dado a que se producen
de forma natural, el riesgo de efectos secundarios es menor
(Akhtar et al., 2022). Es por ello que al tener una mayor acti-
vidad antioxidante en el extracto vegetal podría ser mayor la
inibición o el retraso en el estrés oxidativo celular.
Permeabilidad al vapor de agua (PVA)
Los resultados mostraron que la PVA no fue afectada
estadísticamente (p < 0.05) con la adición del extracto ni con
las nanopartículas (Tabla 3). Estos valores de permeabilidad
son probablemente debido a la naturaleza hidrofílica de los
Tabla 2. Contenido de fenoles totales, avonoides y actividad antioxidante
de extracto acuoso de Annona muricata y AgNPs.
Table 2. Total phenols content, avonoids and antioxidant activity of Anno-
na muricata aqueous extract and AgNPs.
Fenoles totales
µµg EAG/mL
Flavonoides
µµg EQ/mL
Actividad
antioxidante (%)
Extracto
acuoso 0.3523 ± 0.0184a0.029 ± 0.0002a69.0864 ± 0.1769b
AgNPs 0.3833 ± 0.0072a0.0238 ± 0.0031aND
DMS 0.0602 0.0097
ND= no determinado.
Letras minúsculas similares en una columna indican que no hay diferencia
estadística entre los tratamientos.
Figura 1. a) Espectro UV - Visible de extracto de guanábana (círculos) y AgNPs (triángulos), b) Microfotogra-
fía de AgNPs y c) Análisis químico de la espectroscopia de energía dispersa (EDS) de AgNPs sintetizadas con
extracto acuoso de Annona muricata.
Figure 1. a) UV - Visible spectrum of soursop extract (circles) and AgNPs (triangles), b) AgNPs Micropho-
tograph, and c) Chemical analysis of dispersed energy spectroscopy of AgNPs synthesized with Annona
muricata aqueous extract.
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Volumen XXV, Número 1
Estudillo-Díaz et al: Desarrollo y caracterización de películas activas con / XXV (1): 109-115 (2023)
113
componentes de las formulaciones como el glicerol debido
a sus grupos funcionales (-OH). Estos valores de PVA fueron
más elevados con lo reportados por Robles-Flores et al.
(2018), quienes mostraron valores de 1.98 a 3.76 quienes
usaron goma de C. cajan, esta diferencia puede deberse a
que la goma usada en este trabajo fue de T. indica, la cual ha
sido catalogada como un agente emulsionante aunado con
el glicerol, pueden interaccionar con las moléculas de agua
e hidratar la película para posteriormente difundir el agua
a través de la matriz de la película (Yamatoya et al., 2020;
Gahruie et al., 2022), además, de la existencia de posibles
grietas en la estructura de la película.
Apariencia, color y opacidad de las películas
La película TN con AgNPs presentó una coloración
marrón oscuro mientras que las películas T y TE presentaron
un color café claro. Este cambio de coloración se pudo deber
probablemente a la interacción de compuestos fenólicos
“libres” (aun en el coloide de las AgNPs) con los componentes
de las películas (proteína y goma). En la Tabla 3 se muestran
los resultados de la evaluación de color y opacidad de las pe-
lículas. Los valores de luminosidad variaron de 39.46 a 60.44,
mientras que los valores de “a” fueron de - 2.11 a 2.92 y los
valores de “b” oscilaron entre los 24.49 a 29.78, para todas las
películas. Con respecto a la luminosidad (L) y el parámetro
“a” se observó que las películas fueron estadísticamente
diferentes. La luminosidad de las películas disminuyó con la
adición de extracto de guanábana y de AgNPs, provocando
el incremento de la opacidad de las mismas con respecto a
las películas sin extracto ni nanopartículas. Con respecto a
la opacidad, los valores variaron de 4.15 para las películas
sin extracto y sin nanopartículas hasta un valor de 6.54 mm-1
para las películas con nanopartículas. Esto puede deberse
a que en la síntesis de las nanopartículas pudieron haber
quedado iones Ag+ libres los cuales pudieron haber reducido
o reaccionado con los componentes de la proteína, así como
de la goma de tamarindo. Ledezma et al. (2014) mencionaron
que los azúcares reductores y fenoles presentes en los extrac-
tos pueden actuar como agentes reductores para la síntesis
de nanopartículas.
Estructura y propiedades mecánicas
Los resultados de las propiedades mecánicas se
pueden apreciar en la Tabla 3. Nuestros valores de fuerza de
tensión (entre 1.477 y 2.981 MPa) fueron más bajos que los
reportados por Cano et al. (2016) quienes reportaron valores
de entre 18.3 y 30.7 MPa para películas elaboradas con poli-
vinil-alcohol, almidón y AgNPs a diferentes concentraciones.
Ellos atribuyen esta fuerza de tensión a la absorción de la
plata a las cadenas poliméricas mediante interacciones de
Van der Waals con los grupos –OH, así como a la carga parcial
positiva en la supercie de las AgNPs.
La adición de nanopartículas incrementó la fuerza de
tensión de las películas. Sin embargo, este efecto no siempre
es el mismo. Bahrami et al. (2019) mencionaron que la incor-
poración de nanopartículas metálicas en las películas de bio-
polímeros puede disminuir la fuerza de tensión de la película
cuando los componentes de la misma no son compatibles.
Lo anterior debido a que no se crea una fuerte interacción
entre las nanopartículas y la matriz de los polímeros. Por lo
tanto, se puede concluir que el aumento a la fuerza de ten-
sión es por la interacción química entre el aislado de proteína
y la goma de tamarindo, con el extracto vegetal y las AgNPs
junto con el glicerol aumentando la estructura de la red en
las películas formuladas. La deformación o elongación es un
parámetro que muestra el porcentaje en el que un material
se puede alargar, los resultados muestran que no hubo di-
ferencia estadística signicativa entre las películas (Tabla 3).
Este resultado es interesante debido a que a pesar de que las
películas son más resistentes, estas no perdieron elasticidad.
Las propiedades mecánicas de las películas elaboradas están
estrechamente relacionadas con la distribución y densidad
de las interacciones intermoleculares e intramoleculares en
las cadenas de polímeros en la matriz de la película (Orsuwan
et al., 2016). El módulo de Young (E) según Pérez-González
(2014) lo denen como “el parámetro característico de cada
material que indica la relación existente entre los incremen-
tos de tensión aplicados y los incrementos de deformación
longitudinal unitaria producidos, indicando la rigidez de un
material: cuando más rígido es un material mayor es su mó-
dulo de Young”. Por lo tanto, los valores del módulo de Young
de las películas TE y TN fueron estadísticamente diferentes
Tabla 3. Permeabilidad al vapor de agua (PVA), luminosidad (L*), valor b*, valor a*, opacidad, fuerza de estrés, elongación, y modulo de Young de películas
obtenidas con diferentes formulaciones.
Table 3. Water vapour permeability (WVP), luminosity (L*), b* value, a* value, opacity, stress force, elongation, and Young module of lms obtained with
dierent formulations.
Película PVA (g mm
h-1 kPa-1m-2)L* b* a* Opacidad
(µm)
Fuerza de
tensión (MPa) Elongación (%) Módulo de Young
(MPa)
T 5.04 ± 0.15a60.44 ± 0.34a27.2 ± 4.76 a-2.92 ± 0.05a4.17 ± 0.34a1.477 ± 0.1496a45.2093 ± 5.219a0.0331 ± 0.0054a
TE 5.04 ± 0.35a55.14 ± 1.26b29.78 ± 0.34 a-2.11 ± 0.1b4.15 ± 0.14a2.9812 ± 0.1756b44.5993 ± 4.8309a0.0673 ± 0.0067b
TN 5.32 ± 0.17a39.46 ± 0.66c24.49 ± 0.54 a2.92 ± 0.1c6.54 ± 0.38b2.8459 ± 0.2083b42.3521 ± 4.802a0.0675 ± 0.0036b
DMS 0.4911 1.6974 5.55 0.1828 0.6156 0.2015 5.5636 0.0061
Letras minúsculas similares en una columna indican que no hay diferencia estadística entre los tratamientos. T es la película control, TE es la película con
extracto de Annona muricata y TN es la película con AgNPs.
114 Volumen XXV, Número 1
Estudillo-Díaz et al: Biotecnia / XXV (1): 109-115 (2023)
114
con respecto a la película control T, como sucedió con la
fuerza de tensión. Esto es probablemente debido a que estas
dos películas contienen mayor número de grupos hidroxilos
expuestos y disponibles para interactuar con el resto de los
componentes de la formulación durante el reordenamiento a
lo largo del secado, permitiendo una película más compacta,
como lo reportado por Robles-Flores et al. (2018). Lo com-
pacto de las películas puede observarse en la Figura 2 donde
se aprecian las microfotografías que muestran la estructura
individual de las películas a 120x (Figuras 2a, 2c y 2e) y 600x
(Figuras 2b, 2d y 2f). En las microfotografías se pueden ob-
servar que las películas son lisas, homogéneas y compactas.
empaques de algún alimento en especíco. Sin embargo, se
recomienda realizar estudios dirigidos a probar la toxicidad
de las películas con AgNPs sintetizadas y estudios sobre su
actividad antimicrobiana, como un paso posterior hacia la
utilización de estas películas con nanopartículas en la con-
servación de alimentos.
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Figura 2. Microfotografía de la película T a x120 (a) y x600 (b);
Microfotografía de la película TE a x120 (c) y x600 (d); Microfotografía de la
película TN a x120 (e) y x600 (f ).
Figure 2. T- lm Microphotograph at x120 (a) and x600 (b); TE- lm
microphotograph at x120 (c) and x600 (d); TN- lm microphotograph at
x120 (e) and x600 (f).
CONCLUSIONES
A partir del trabajo realizado se puede concluir que
el extracto acuoso de hojas de Annona muricata contiene
compuestos reductores de los iones plata permitiendo la
obtención de AgNPs estables. Los resultados mostraron
que el extracto vegetal y las AgNPs refuerzan la estructura
mecánica de las películas sin detrimento de sus propiedades
de barrera al vapor de agua. Sin embargo, la adición de las
AgNPs tuvo un efecto negativo en el color, por lo cual es
necesario realizar más pruebas para la eliminación del oscu-
recimiento de las películas. Finalmente, la adición de AgNPs
obtenidas mediante síntesis verde en las películas puede de-
sarrollar características mecánicas y de barrera prometedoras
para el empleo de películas preformadas usándolas como
115
Volumen XXV, Número 1
Estudillo-Díaz et al: Desarrollo y caracterización de películas activas con / XXV (1): 109-115 (2023)
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116 Volumen XXV, Número 1
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
116
*Autor para correspondencia:: Judith Fortiz-Hernández
Correo electrónico: jfortiz@ciad.mx
Recibido: 4 de mayo de 2022
Aceptado: 23 de septiembre de 2022
Evaluación de películas comestibles de quitosano, agar y tomillo
para mantener la calidad de frutos de aguacate ‘Hass’ durante su
almacenamiento
Evaluation of edible chitosan, agar and thyme lms to maintain the quality of ‘Hass’ avocado
fruits during storage
Tomás J. Madera-Santana, Víctor M. Toledo-López, Karla Martinez-Robison, Víctor Rejón-Moo, Judith Fortiz-
Hernández*
Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo A.C. Hermosillo, Sonora, , México.
Tecnológico Nacional de México/Instituto Tecnológico de Mérida.
Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN, Unidad Mérida, Mérida, Yucatán, México.
RESUMEN
En este trabajo se elaboraron películas comestibles
(PCs) a base de quitosano (Q), agar (A) y tomillo (T), en cuatro
diferentes formulaciones (Q, A, QA y QAT). A las PCs se les
evaluaron propiedades mecánicas (tensión y elongación a
la ruptura), propiedades estructurales (espectroscopía de in-
frarrojo por FTIR), propiedades térmicas (análisis termogravi-
métrico), propiedades de transporte (permeabilidad al vapor
de agua) y análisis morfológico (microscopía electrónica de
barrido). Las PCs de QA y QAT destacaron por su resistencia
a la tensión, transparencia, velocidad de transmisión al vapor
de agua y permeancia, así como la mayor capacidad antio-
xidante. Se evaluó el efecto de la aplicación de los recubri-
mientos comestibles (RCs) de QA y QAT en la calidad de frutos
de aguacate “Hass” durante 13 días de almacenamiento a 25
°C. Se evaluaron periódicamente en los frutos las variables de
pérdida de peso, tasa de respiración, producción de etileno,
apariencia visual y pudriciones. La aplicación de los RCs al fru-
to redujo su pérdida de peso y extendió su vida de anaquel.
Los RCs les conrieron a los frutos una barrera al vapor de
agua, reduciendo la pérdida de peso en 40%. Así mismo, se
disminuyó la incidencia de pudriciones de los frutos.
Palabras clave: Recubrimientos comestibles, quitosano,
tomillo, películas, vida de anaquel.
ABSTRACT
In this work, edible lms (PCs) based on chitosan (Q),
agar (A) and thyme oil (T) were prepared in four dierent
formulations (Q, A, QA and QAT), and their mechanical pro-
perties (tension and elongation at break) and water vapor
permeability were evaluated. Infrared spectroscopy (FTIR),
thermogravimetric analysis (TGA) and scanning electron
microscopy (SEM) were also performed. The QA and QAT
PCs stood out for their tensile strength, transparency, water
vapor transmission rate and permeance, as well as the hig-
hest antioxidant activity. The eect of the application of the
edible coatings (RCs) of QA and QAT on the quality of ‘Hass’
avocado fruit was evaluated during 13 d of storage at 25 °C.
The following variables were evaluated periodically: weight
loss, respiration rate, ethylene production, visual appearance,
and rotting. The application of RCs to the fruit reduced their
weight loss and extended their shelf life. The RCs gave the
fruit a barrier to water vapor, reducing weight loss by 40 with
respect to the control. In addition, the incidence of fruit rots
was reduced.
Keyword: Edible coatings, chitosan, thyme, lms, shelf-life.
INTRODUCCIÓN
México es el principal país productor de aguacate a
nivel mundial, con un volumen de producción de 206,466 t
en el ciclo 2019/2020 (SAGARPA, 2020), cubriendo una super-
cie de 241,140 ha. El principal cultivar es ‘Hass’, con el 89%
de la producción. El aguacate (Persea americana Mill.) es un
fruto con excelente sabor y textura. Además, el aguacate es
rico en vitamina E, ácido ascórbico, vitamina B6, β-caroteno
y potasio (Arpaia, 2009); lo que lo convierte en un fruto con
alto valor nutricional y sabor.
El aguacate es un fruto climatérico que madura des-
pués de cosechado y de alta tasa metabólica con una vida
de anaquel corta, completando su madurez entre 5 a 7 días a
25 °C después de la cosecha (Kader y Arpaia, 1999). La aplica-
ción de recubrimientos comestibles (RCs) o biodegradables
es un método para extender la vida de almacenamiento del
aguacate.
Las películas comestibles (PCs) son una capa na que
se puede utilizar como envase, las cuales al aplicarse sobre
los alimentos de interés mediante la inmersión o aspersión
forman los RCs; los componentes se formulan en solución
como lípidos, proteínas, carbohidratos o mezclas de estos
(Ramos-García et al., 2010). Un recubrimiento comestible
(RC) se puede denir como una matriz polimérica, que forma
un recubrimiento alrededor del alimento y forma un meca-
nismo de barrera entre el fruto o vegetal y el ambiente. La
aplicación de RCs permite alargar la vida útil durante el al-
macenamiento al reducir las pérdidas de humedad y retardar
la maduración de los frutos, ya que actúan como barrera al
intercambio gaseoso (Maftoonazed y Ramaswamy, 2005).
Los RCs también se utilizan para mejorar la integridad o pro-
tección de los frutos frente a la manipulación y para aportar
brillo a la fruta. Biopolímeros a base de almidón, quitosano,
DOI: 10.18633/biotecnia.v25i1.1728
117
Volumen XXV, Número 1
Madera-Santana et al: Evaluación de películas comestibles de quitosano, agar / XXV (1): 116-125 (2023)
117
alginato, agar, etc.; en forma de películas comestibles (PCs)
o de RCs se han empleado como alternativa postcosecha de
frutos, lo cual es una opción de envase primario ecológico y
que no causa daño al medio ambiente por sus características
de biodegradabilidad.
El agar (A) es un polisacárido extraído de las algas
rojas (Gracilaria, Gelidium y Pterocladia), el cual se compone
de residuos alternados de D- y L-galactosa, con enlaces β-1,3
and α-1,4, respectivamente (Campa-Siqueiros et al., 2020).
Este biopolímero es biodegradable y biocompatible; ade-
más, posee la capacidad de producir películas; para ello, la
adición de un plasticante es muy recomendable porque las
películas de agar muestran alta resistencia mecánica, aunque
con característica elástica (exibilidad) limitada (Kanmani y
Rhim, 2014).
Otro compuesto utilizado en los RCs es el quitosano
(Q), el cual es un polisacárido lineal compuesto de glucosa-
mina y unidades N-acetil-glucosamina unidas por enlaces
β-(1-4) glucosídico. Es obtenido por desacetilación alcalina
de la quitina proveniente de crustáceos (Vargas et al., 2006).
Dependiendo del origen de extracción y las condiciones de
extracción y desacetilación de la quitina, da como resultado
el grado de acetilación y peso molecular del compuesto. La
solubilidad, pK, viscosidad, capacidad de gelicación, entre
otras propiedades depende de estos parámetros (Peniche
et al., 2008). El Q es biocompatible, biodegradable y es un
material no tóxico. También tiene otras propiedades bioló-
gicas, como capacidad de cicatrizar heridas y actividad an-
timicrobiana. Buena capacidad de formar películas y puede
ser procesada en bras, geles, microesferas, microcápsulas y
micro-nanopartículas (Santos-López et al., 2017; Goycolea et
al., 2009). El Q es soluble en la mayoría de las soluciones de
ácidos orgánicos (ácido acético, ácido láctico y ácido fórmi-
co) (Badawi y Rabea, 2011). Una característica del Q es que
presenta una actividad antimicrobiana de amplio espectro
contra bacterias, mohos y levaduras. Diversos autores men-
cionan que su actividad antimicrobiana depende de varios
factores, como es el peso molecular, grado de desacetilación,
solubilidad, densidad de carga positiva, modicación quími-
ca, pH, concentración, característica hidrofílica o hidrofóbica,
capacidad quelante y tipo de microorganismo (Badawi y
Rabea, 2011; Liu et al., 2020).
Diversos estudios han reportado la aplicación de acei-
tes esenciales o compuestos volátiles en los RCs, señalando
que éstos dan buenos resultados en cuanto extender la vida
de anaquel y mejorar la calidad de los frutos en postcosecha
(Sellamuthu et al., 2013; Al-Tayyar et al., 2020; Pandey et al.,
2022). Entre éstos se encuentra el aceite de tomillo (Thymus
vulgaris), el cual ha sido utilizado en RCs. Está constituido
principalmente por fenoles monoterpénicos, como timol,
carvacrol, p-cimeno, -terpineno, limoneno, borneol y linalol.
Se ha reportado que el aceite esencial de tomillo es uno de
los aceites esenciales con buenas propiedades antimicrobia-
nas, siendo el timol y carvacrol los componentes más activos
contra múltiples patógenos transmitidos por alimentos
(Altiok et al., 2010; Sellamuthu et al., 2013). También se ha
publicado que este compuesto inhibe la germinación de
esporas y el crecimiento y multiplicación celular de bacterias
(López-Ambrocio et al., 2016). Los RCs pueden ser un medio
para la incorporación de compuestos antimicrobianos, como
son ácidos orgánicos, aceites esenciales, ácidos grasos, ex-
tractos de semillas de plantas, enzimas y óxidos metálicos
han sido usado con efectos antimicrobianos (Kanhamani y
Rhim, 2014). Si bien los RCs de Q y aceites escenciales (Thy-
mus moroderi, Thymus piperella, cinnamon, clove, etc.) han
sido estudiandos para su aplicación frutos frescos cortados
y para el recubrimiento de éstos, permitiendo la inhibición
de microorganismos y una alta actividad antioxidante. Sin
embargo, no se tienen reportes en la literatura de la aplica-
ción de un sistema basado en Q, A y T, para recubrimiento
comestible de aguacate.
Por lo anterior, el objetivo de este trabajo fue evaluar
las propiedades mecánicas y físicas de PCs a base de mezclas
de Agar (A), Quitosano-Agar (QA) y Quitosano-Agar-Tomillo
(QAT). Se espera que el agar en combinación con quitosano
y tomillo pueda mejorar las propiedades mecánicas de la
película comestible y mejorar la adhesión de los RCs con los
frutos de aguacate ‘Hass’ durante su almacenamiento a 25 °C,
así como evaluar el efecto de los RCs en la calidad y vida de
anaquel de los frutos, con la nalidad de reducir las pérdidas
postcosecha.
MATERIALES Y MÉTODOS
Materiales
El quitosano (Q) de peso molecular medio y grado
de acetilación ≥75% fue adquirido de Sigma-Aldrich Inc. (St.
Louis, MO. USA). El agar (A) grado alimenticio se obtuvo de
Agarmex, S.A. (Ensenada, BC. México). El aceite esencial de
tomillo (T) grado alimenticio y de producción nacional, se
obtuvo de Droguería Cosmopolita, S.A. (Ciudad de México).
El material vegetal consistió en frutos de aguacate (Persea
americana Mill.) ‘Hass’ adquiridos en el mercado local (Her-
mosillo, México), en estado de madurez siológica, con un
color verde, tamaño uniforme, y libre de defectos. Los frutos
se lavaron y desinfectaron con una solución de hipoclorito de
calcio (Ca(ClO)2) a 200 ppm; posteriormente, se secaron y se
les aplicaron los recubrimientos.
Preparación de soluciones y recubrimientos.
Se preparó la solución acuosa de A al 1 % w/v, se di-
solvieron 3 g en 300 mL de agua destilada a una temperatura
de 60 °C y en agitación constante por 2 h. En una solución
de ácido acético al 1 % se disolvió el Q al 1 % p/v. Se preparó
una mezcla de 300 mL con las soluciones obtenidas con
anterioridad de Q y A en una proporción 50:50 (QA). Además,
se preparó una mezcla de QAT en las mismas proporciones
de Q y A (50:50) y a esta solución se le adicionó el aceite de
tomillo (1 % v/v).
Por el método de “casting” se prepararon las películas
comestibles (PCs), con las soluciones preparadas de estas
formulaciones (Q, A, QA y QAT). Las cuales se colocaron 80
mL de la solución en recipientes de plástico y se secaron en
118 Volumen XXV, Número 1
Madera-Santana et al: Biotecnia / XXV (1): 116-125 (2023)
118
una estufa hasta la evaporación total del solvente (por 24 h
a 60 °C), y fueron mantenidas a 25 °C y 24 % de HR para su
posterior evaluación.
Caracterización de PCs
A las PCs obtenidas se les realizaron las siguientes
determinaciones:
Espesor. El espesor de las diferentes formulaciones de PCs
(Q, A, QA y QAT) se midió utilizando un micrómetro Digital
Mitutoyo MDC-1”SB (Mitutoyo, Japón) en tres zonas diferen-
tes y se calculó el valor medio.
Propiedades ópticas. La transparencia de cada película (PC)
se realizó por triplicado, utilizando un espectrofotómetro
UV-visible Varian modelo Cary 50Bio (New London, USA) de
acuerdo con el procedimiento descrito por Fang et al. (2002).
El color de la supercie de la película comestible se determi-
nó con un colorímetro Minolta modelo CR300 (Tokio, Japón).
La escala utilizada fue la CIE-Lab y los parámetros medidos
fueron: luminosidad (L*), los parámetros de color a* (rojo a
verde), b* (amarillo a azul) y diferencia de color (E).
Propiedades mecánicas. Las propiedades mecánicas de las
diferentes películas formuladas se determinaron mediante
el procedimiento de la norma ASTM D882-18, utilizando
probetas de 7 x 1 cm2. El ensayo a la tensión se realizó en un
texturómetro (Texture Technologies Corp., New York, USA),
empleando una velocidad de cabezal de 10 mm/min y la
distancia de separación de mordazas fue de 30 mm. Se deter-
minaron tres parámetros mecánicos en el estudio: esfuerzo
máximo, módulo de elasticidad y elongación a la ruptura.
Espectroscopia de infrarrojo (FTIR). Se utilizaron muestras
de las PCs de A, Q, QA, QAT con una dimensión de 1 x 1 cm2,
espesor de 0.1 mm y se registraron los espectros de IR usan-
do un espectrómetro FT-IR Thermo ScienticTM Nicolet iS-50
(Madison, WI. USA.), empleando la técnica reectancia total
atenuada (ATR-Attenuated Total Reection). En el caso del
aceite esencial de tomillo (T) este fue analizado en estado
líquido. Los espectros se registraron de 4000 a 650 cm-1 con
una resolución de 4 cm-1, una velocidad de escaneo de 0.475
cm-1/s y 64 escaneos.
Análisis termogravimétrico (TGA). Las PCs fueron anali-
zadas con el equipo TGA-8000 de Perkin Elmer (Boston, MA.
USA). El rango de temperatura fue desde temperatura am-
biente (25 °C) hasta 700 °C, a una velocidad de calentamiento
de 10 °C/min bajo atmósfera de nitrógeno.
Velocidad de transmisión del vapor de agua (VTVA) y la
permeancia. La velocidad de transmisión del vapor de agua
(VTVA) y la permeancia al vapor de agua de las películas se
realizó por triplicado, de acuerdo con el método reportado
de la norma ASTM E96/E96M-16 (2016) con ligeras modica-
ciones.
Determinación de la capacidad antioxidante por el mé-
todo de DPPH. Para la extracción de las películas, se siguió
la metodología de Genskowsky et al. (2015), se pesó 0.2 g de
película y se adicionó metanol para ser extraída en un sonica-
dor Branson por 30 min para posteriormente ser cuanticada
por el método de DPPH. La capacidad antioxidante se midió
siguiendo la metodología de Brand-Williams et al. (1995). La
solución del radical DPPH (2,2-diphenyl-1-picryhydrazyl) se
preparó disolviendo 2.5 mg del radical en 100 mL de metanol
puro y se ajustó hasta obtener una absorbancia de la mezcla
de 0.7 ± 0.02. Posteriormente, 20 µL de extracto se mezclaron
con 280 µL de la solución del radical y después de un tiempo
de incubación de 30 min a temperatura ambiente y en la
oscuridad, se midió la absorbancia a 515 nm en un lector de
microplacas. Los resultados se expresaron en miligramos de
equivalentes Trolox por 100 g de película (mg ET/100 g) con
base a una curva de calibración de Trolox (0.02 - 0.25 mg/mL).
Aplicación de los recubrimientos a los frutos
Los frutos de aguacate seleccionados, lavados y
secados se dividieron en tres lotes de 30 frutos cada uno,
que corresponden a frutos Control (sin recubrimiento) y dos
tratamientos de RCs (QA y QAT). Se colocaron en bandejas
de plástico previamente desinfectadas. Después los frutos
se recubrieron mediante inmersión en las soluciones de QA
y QAT, se dejaron escurrir y secar por aproximadamente 1 h
a temperatura ambiente. Posteriormente, los frutos se alma-
cenaron durante 13 d a 25 °C y 60 % de H.R., simulando el
tiempo de comercialización.
Evaluación de los frutos con recubrimiento comestible
Pérdida de peso. Se registró el peso inicial de cada fruto
en una balanza digital Ohaus (Modelo Scout Pro, NJ, USA) y
se realizó un seguimiento diario de esta variable durante el
almacenamiento de los frutos. Los resultados se expresaron
como el porcentaje del peso perdido. Esta variable se evaluó
en 16 frutos por tratamiento.
Tasa de respiración y producción de etileno. En un sistema
cerrado, se colocó el fruto en frascos de plástico (1.6 L), los
cuales se cerraron herméticamente y se incubaron durante
30 min a una temperatura de 20 °C. Se tomó 1 mL de muestra
de espacio de cabeza empleando una jeringa hipodérmica
y se inyectó a un cromatógrafo de gases Varian Star 3400
Cx acondicionado con un detector de ionización de ama
(FID) y una columna Hayasep N80/100 (2 m X 3.17 mm de
diámetro interno, Supelco, Inc.) acoplado a un detector de
conductividad térmica (para CO2) y un detector de ionización
de ama (para Etileno). Las condiciones del equipo fueron:
temperatura de inyección de 100 °C, temperatura de con-
ductividad térmica de 170 °C y para el detector de ionización
de ama de 120 °C. El área de la muestra se comparó con
estándares conocidos y se calculó la tasa de producción de
CO2 y etileno, que se reporta en mL CO2 kg-1h-1 y µL etileno
kg-1 h-1, respectivamente.
Evaluación subjetiva de pudriciones. Para la evaluación
de pudriciones en la supercie del fruto se usó una escala
subjetiva propuesta en el Manual Internacional de calidad
de aguacate (Arpaia, 2009), que comprende valores de 0 a
1, donde 0 = sin pudrición (0 %) y 1 = con pudrición (> 0 %).
La pudrición de la zona del pedúnculo se evaluó utilizando
la misma escala subjetiva (Arpaia, 2009), que comprende
valores de 0 a 3, donde 0 = sin daño, 1 = daño ligero (10 %),
119
Volumen XXV, Número 1
Madera-Santana et al: Evaluación de películas comestibles de quitosano, agar / XXV (1): 116-125 (2023)
119
1.5 (15 %), 2 = daño moderado (25 %) y 3 = daño severo (≤ 50
%). Se usaron 15 frutos por tratamiento.
Análisis estadístico. Los datos se analizaron con el análisis
de la varianza (ANOVA) con un diseño completamente al
azar, para el caso de pérdida de peso, tasa de respiración y
producción de etileno. Cuando hubo signicancia, se efectuó
comparación de medias por la prueba de rangos múltiples
de Tukey, con un nivel de signicancia de (p ≤ 0.05). Todos los
datos fueron procesados en el programa NCSS-9 Statistical
Software 2017 (Kaysville, UT. USA). Las pruebas mecánicas de
las películas se analizaron con el programa Microcal Origin
versión 8.0 de Microcal Software.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Caracterización de las PCs
Propiedades ópticas
Con respecto a las propiedades ópticas, las mezclas de
QA y QAT no mostraron diferencias signicativas en los valo-
res de L*, a* y b*. Comportamiento similar fue observado en
el parámetro ∆E con valores de 10.34 y 9.89, lo cual indica que
la adición de Tomillo no cambió el color de las PCs (Tabla 1).
La PC de A fue transparente, sin color, mientras que las pelí-
culas de Q fueron menos transparentes, con ligera coloración
amarilla. En lo que respecta a las PCs de QA y QAT, éstas no
presentaron diferencias signicativas (p > 0.05) en los valores
de L*, b* y ∆E*. Respecto al ∆E*, las PCs presentaron valores
de 8.3 a 10.42, presentando un valor mayor las PCs de Q, QA
y QAT con valores de 10.42, 10.34 y 9.89, respectivamente,
respecto a la PC de A.
La transparencia en la película de Q fue superior al de
las otras tres películas (A, QA y QAT) que incluyeron agar en
su formulación, se puede atribuir a que el agar es ligeramen-
te opaco (Tabla 1).
La menor transparencia la presentó la PC de QAT lo
cual puede deberse a que la adición de aceite de tomillo
produjo que la PC tuviera poca opacidad. Esto coincide con
lo reportado en algunas investigaciones, donde la adición de
aceites esenciales a la matriz polimérica aumenta la opacidad
de las mismas (Altiok et al., 2010). Lo anterior se atribuye a la
dispersión de las gotas de aceite en la matriz polimérica.
Propiedades mecánicas. En la Tabla 2 podemos observar
los resultados de las pruebas mecánicas a tensión de las PCs
de quitosano y sus formulaciones. Respecto al esfuerzo máxi-
mo, se puede señalar que las PCs de Q y QAT presentaron
los valores mayores a 100 MPa (p < 0.05). Similares resultados
son reportados por Escárcega-Galaz et al., (2018) para PC de
quitosano puro con valores de 101 MPa, 4.73 % y 3834 MPa
de esfuerzo máximo, elongación a la ruptura y módulo de
elasticidad, respectivamente.
En la PC de QAT, la presencia del aceite de tomillo
incrementó el esfuerzo máximo de la PC, aun cuando se
trata de un aceite que se incorporó a la matriz de QA. Esto es
particularmente importante, debido a que la incorporación
de aceites esenciales conduce a la formación de películas de
estructura heterogénea, con discontinuidades producidas
por separación de fases que comúnmente se forman entre
los componentes las PCs (Altiok et al., 2010).
En lo que respecta a la elongación a la ruptura de
las PCs formuladas, éstas no presentaron diferencias signi-
cativas (p > 0.05) y presentaron valores en el rango de 5.1
a 6.4 %. Se ha reportado que las películas de Q suelen ser
rígidas, inexibles y quebradizas, por lo que es necesario
mejorar sus propiedades con el uso de algún aditivo (Escár-
cega et al., 2018). Algunos autores reportan una mejora en
el % de elongación, con la adición de aceites esenciales de
canela o de orégano en PCs a base de biopolímeros como
carboximetil celulosa y quitosano. La adición de los aceites
esenciales en PCs en cantidades mínimas pueden actuar en
los sistemas como agentes plasticantes, debido a que dis-
minuyen la fragilidad de la película causada por las fuerzas
intermoleculares de los componentes (Bourtoom, 2008). Sin
embargo, al incrementar el contenido de aceites esenciales
o plasticantes, conduce a efectos de separación de fases
(Madera-Santana et al., 2011), entrecruzamiento por enlaces
covalentes de la matriz biopolimérica y el aditivo (Noshirvani
et al., 2017). En este trabajo, la cantidad de aceite esencial de
tomillo (1 %) permitió la elaboración de PCs basadas en Q y A
con buenas propiedades mecánicas, sin separación de fases.
El módulo de elasticidad está relacionado con la
rigidez de las películas. Se observa que las PCs que contie-
Tabla 1. Propiedades ópticas de las películas formuladas*.
Table 1. Optical properties of the formulated lms*.
Tratamiento L* a* b* E* Transparencia
A 89.01 ± 1.2b-0.54 ± 0.06c2.38 ± 0.1a8.13 ± 0.3a1.48 ± 0.31b
Q 87.65 ± 0.3ab -1.36 ± 0.1ab 5.78 ± 1.0b10.42 ± 0.7b1.98 ± 0.06b
QA 87.60 ± 0.6a-1.40 ± 0.1a5.62 ± 0.3b10.34 ± 0.2b1.56 ± 0.35b
QAT 87.62 + 0.6ab -1.22 ± 0.1b5.11 ± 0.3b9.89 ± 0.25b1.11 ± 0.13a
Donde A = Agar, Q = Quitosano, T =T omillo. Media ± desviación estándar; *Literales diferentes en la misma
columna indican diferencia signicativa (p < 0.05).
Tabla 2. Propiedades mecánicas de las películas comestibles formuladas*.
Table 2. Mechanical properties of the formulated edible lms*.
Tratamiento Esfuerzo
máximo (MPa)
Elongación a
la ruptura (%)
Módulo de
elasticidad (MPa)
Quitosano (Q) 100.6 ± 8.6ab 5.12 ± 0.88a3131.9 ± 152b
Agar (A) 74.6 ± 8.1a6.42 ± 0.89a2309.8 ± 153a
QA 79.8 ± 8.6a5.22 ± 0.96a3304.1 ± 164b
QAT 119.7 ± 10.5b6.15 ± 1.07a3522.8 ± 167b
Donde A = Agar, Q = Quitosano, T = Tomillo. Media ± desviación estándar;
*Literales diferentes en la misma columna indican diferencia signicativa (p <
0.05).
120 Volumen XXV, Número 1
Madera-Santana et al: Biotecnia / XXV (1): 116-125 (2023)
120
nen Q se caracterizan por presentar los valores mayores de
módulo elástico, los cuales son superiores a los registrados
en la película de A (p < 0.05). La película QAT posee el mayor
valor promedio de módulo de elasticidad, en comparación
a las PCs formuladas, lo cual indica que la mezcla de los
componentes de esta película presenta una sinergia que in-
dica buena cohesión, sin separación de fases, pero reduce en
cierto grado la exibilidad de la película. Sin embargo, dada
la aplicación que se les pretende dar a las PCs como es de
recubrimientos de frutas y vegetales la formulación de QAT
presentó buenas propiedades mecánicas en comparación a
las demás formulaciones, ya que presento mayores valores
de esfuerzo máximo y elongación a la ruptura. Es importante
señalar que la elongación es la deformación del material, y se
considera que es un factor en la selección de las PCs, porque
representa la capacidad que posee la película para absorber
y disipar el esfuerzo mecánico al que es sometida (Madera-
Santana et al., 2011).
Velocidad de transmisión al vapor de agua (VTVA) y
permeancia. La VTVA de las PCs de QAT presentó mayores
valores (p<0.05), en comparación con las demás PCs (Tabla
3). Estos resultados coinciden con lo reportado por Altiok et
al. (2010), quienes observaron un aumento de la VTVA de
las PC de Q con la adición de aceite de tomillo, atribuyendo
dicho incremento a la formación de estructuras de poros con
la adición de aceite de tomillo, como se observó en las micro-
grafías de MEB. Respecto a las PCs de A, Q y QA, mantuvieron
similares valores de VTVA.
Respecto a la permeancia, la PC de QAT presentó el
mayor valor de permeancia (p<0.05) (Tabla 3), lo cual nos
indica que la adición de aceite de tomillo aumenta en 14.2
% el transporte del vapor de agua, en comparación con la
PC de QA.
Capacidad antioxidante (DPPH)
En el presente estudio se encontró mayor capacidad
antioxidante en la PC de QAT, seguidas de las PCs de QA y
Q (Tabla 3). Algunos componentes de los aceites esenciales
como el timol y carvacrol son compuestos aromáticos, bioac-
tivos y presentan cierta actividad antioxidante.
Se ha reportado actividad antioxidante del quito-
sano y sus derivados (Kumar et al., 2020); así mismo, se ha
reportado que los RCs a base de quitosano pueden reducir el
estrés oxidativo, reduciendo la producción de ROS (Especies
Reactivas al Oxígeno) a través de un aumento del sistema
de defensa antioxidante. Por ejemplo, frutos de nísperos
“loquat” con RC a base de quitosano/nano-sílica tuvo una
reducción de alrededor 35 % y 69 % en el contenido de O2
- y
H2O2, respectivamente (Adiletta et al., 2021). Los RCs de QAT
presentaron mayor actividad antioxidante, lo cual nos indica
que puede evitar el deterioro de la integridad celular y mejo-
rar el sistema de defensa del fruto.
Kumar et al. (2020) reportan que hay una mayor capa-
cidad antioxidante al incorporar aceite de tomillo a las PC de
Q, debido principalmente a los compuestos como el timol y
carvacrol.
Espectrometría de infrarrojo (FTIR)
Los espectros de IR de las PCs de Q se presentan en
la Figura 1, donde se pueden observar los espectros de los
grupos funcionales del Q. El Q es un copolímero aleatorio
derivado de la desacetilación alcalina de la quitina, cuyos
componentes han mostrado las bandas características entre
3300 y 3200 cm-1, que corresponden al estiramiento del grupo
hidroxilo (O-H), así como al estiramiento asimétrico y simétri-
co de enlaces N-H en el grupo amino secundario. La región
comprendida entre 2930 a 2870 cm-1 se observan dos bandas
de absorción moderada, que corresponden a las vibraciones
de tensión (C-H) de los grupos -CH2-. Jakuboswka et al. (2020)
mencionan que en los espectros las bandas a 1631 y 1021
cm-1 se atribuyen a la vibración de estiramiento de C=O en las
amidas (p. ej. banda amida I), mientras que la banda presente
a 1540 cm-1 corresponde al doblamiento del enlace N-H en la
amida y grupo amino protonado (p. ej. –(NH2), banda amida
amida II). En este estudio la banda de amida I y el estiramiento
del grupo C=O se observó a 1650 cm-1, mientras que a 1550
cm-1 se observaron las señales de amida II y el doblamiento
del enlace N-H, lo cual coincide con lo reportado por otros
autores (Rinaudo, 2006; Martínez-Robinson et al., 2022). Estas
bandas representan la estructura de N-acetil glucosamina,
el cual puede ser encontrado en quitosano puro con bajo
grado de desacetilación (Escárcega et al., 2018).
En la Figura 1 se presenta el espectro del agar (A).
Kanmani y Rhim (2014) reportaron el espectro de agar, con
bandas características en la región de 3354 cm-1 a 771 cm-1.
La banda característica de absorción a 3354 cm-1 indica esti-
ramiento de grupos hidroxilo (OH), mientras que la ubicada
a 2925 cm-1 es atribuida al estiramiento de CH, el cual es
asociado con un anillo de la galactosa con átomos de metil-
hidrógeno. La banda a 1642 cm-1 es debido al estiramiento de
la vibración de los péptidos conjugados formado por amida
(NH) y grupo acetona.
Después de mezclar a los dos biopolímeros, es posible
comparar si una mezcla física de los componentes presenta
alguna interacción química, mediante el análisis de las ban-
das características de los componentes en el espectro FTIR.
Estas bandas pueden resultar en la aparición de nuevas o
cambios en las bandas existentes (Madera-Santana et al.,
2011). Respecto a las mezclas de QA y QAT, los espectros de
absorción son muy similares. Esto indica que la incorporación
Tabla 3. Valores de VTVA, permeancia y actividad antioxidante (DPPH) de
las películas formuladas*.
Table 3. WVTR, permeance and DPPH values of the formulated lms*.
Tratamiento VTVA
(g/m2 h)
Permeancia
(g/m2 h mm Hg)
DPPH
(mg ET/100 g)
A 42.57 ± 0.17a2.52 ± 0.01a0.071 ± 0.022a
Q 44.95 ± 2.66a2.66 ± 0.02ab 1.16 ± 0.067b
QA 43.34 ± 3.9a2.46 ± 0.22a1.19 ± 0.022b
QAT 48.19 ± 2.8b2.81 ± 0.16b1.73 ± 0.043c
Donde A = Agar, Q = Quitosano, T = Tomillo. *Literales diferentes en la
misma columna indican diferencia signicativa (p < 0.05).
121
Volumen XXV, Número 1
Madera-Santana et al: Evaluación de películas comestibles de quitosano, agar / XXV (1): 116-125 (2023)
121
de aceite de tomillo a la mezcla QA no presentó cambios es-
tructurales en la PC, por lo que no se observaron cambios en
la intensidad de las bandas y en el número de onda. Altiok et
al. (2010) reportan en el espectro ATR-IR de aceite de tomillo
una banda del anillo de vibración de timol y carvacrol a 804 y
811 cm-1, respectivamente. En el espectro del presente estu-
dio, solo la banda característica del carvacrol fue observada
a 813 cm-1, lo cual es una evidencia de la presencia de este
compuesto en el aceite de tomillo.
Análisis termogravimétrico (TGA)
En el análisis termogravimétrico de las películas de
QA y QAT, la descomposición se presenta en tres etapas
(Figura 2). La primera descomposición corresponde a la libe-
ración del agua libre (5.5 a 10 %) o humedad (> 100 °C), la
incorporación de aceite de tomillo no afecta la evaporación
del agua. La segunda descomposición se presenta con una
inexión más prolongada, que corresponde a la descom-
posición de los biopolímeros en el intervalo de 185 - 310 °C
y una tercera y última descomposición, entre 395 - 585 °C.
Esto coincide con Balau et al. (2004) reportan que las PC de
Q se descomponen en 2 etapas, la primera inicia a 180°C y
termina cerca de 300 °C, con un máximo descomposición de
alrededor de los 255 °C. Esta descomposición se atribuye a
un proceso que incluye la deshidratación, depolimerización
y descomposición de las unidades acetiladas y desacetiladas
de los polímeros. La última descomposición inicia a los 540
°C y probablemente se deba a los procesos termo-oxidativos
(Balau et al., 2004). Kanmani y Rhim (2014) reportaron que
las películas de A mostraron un segundo pico de degrada-
ción menos prolongado entre 220 - 250 °C. Además, se han
reportado tres etapas en la degradación térmica del agar.
Estas etapas de degradación térmica se observan a 90, 250
y 325 °C. La primera degradación fue principalmente atri-
buida a la evaporación del remanente de agua. La segunda
y tercera etapa es la degradación que puede ser debida a la
descomposición del glicerol (plasticante) y del biopolímero
de agar, respectivamente (Rhim et al., 2006). Similarmente,
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000
804 cm
-1
1540 cm
-1
1650 cm
-1
Absorbancia (u.a.)
Numero de onda (cm
-1
)
A
Q
QA
QAT
T
3300 cm
-1
Figura 1. Espectros de infrarrojo de PCs de quitosano (Q), agar (A), quitosa-
no-agar (QA), quitosano-agar-tomillo (QAT) y aceite de tomillo.
Figure 1. FTIR spectra of chitosan lms (Q), agar (A), chitosan-agar (QA), and
chitosan-agar-thyme (QAT).
100 200 300 400 500 600
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Masa (%)
Temperatura (
o
C)
A
Q
QA
QAT
100 200 300 400 500 600
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4 442oC
550oC
543oC
518oC
250oC
242oC
Derivada de la masa (% /
o
C)
Temperatura (
o
C)
A
Q
QA
QAT
214oC
Figura 2. Termogramas termogravimétricos (a) y derivada del análisis
termogravimétrico (DTG) (b) para las PCs de quitosano (Q), agar (A), quito-
sano-agar (QA) y quitosano-agar-tomillo (QAT).
Figure 2. Thermogravimetric thermograms (a) and derivative thermograv-
imetric analysis (DTG) (b) for chitosan (Q), Agar (A), chitosan-agar (QA), and
chitosan-agar-thyme (QAT) lms.
Campa-Siqueiros et al. (2020) reportó la descomposición
térmica de PC basadas en A, la cual presenta una primera
descomposición térmica alrededor de los 260 °C y una se-
gunda a 452 °C. Altiok et al. (2010) mencionan que la primera
descomposición corresponde al efecto endotérmico atribui-
da a la evaporación de los solventes (ácido acético, etanol,
agua) usada en la preparación de PC de Q. Mientras el efecto
exotérmico ocurre a alta temperatura, la cual es atribuida a la
descomposición del polímero. Si bien, el A y el Q tienen tem-
peraturas de descomposición diferentes en las dos etapas, es
importante señalar que los termogramas de las PC de Q, QA y
QAT, estos fueron muy similares. Lo anterior, nos permite ase-
verar que los componentes tienen una buena miscibilidad,
ya la temperatura de descomposición se encuentra entre sus
componentes puros (Q y A).
122 Volumen XXV, Número 1
Madera-Santana et al: Biotecnia / XXV (1): 116-125 (2023)
122
Microscopía electrónica de barrido (SEM)
La morfología supercial de las PCs se muestra en la
Figura 3. En la PC de A (Figura 3a) y la Q (Figura 3b) se observa
que ambas películas presentan uniformidad en la supercie,
la cual presenta una supercie lisa y sin poros. La PC de QA
(Figura 3c) presenta una supercie homogénea, lo cual indi-
ca que tanto el Q como el A se mezclaron homogéneamente
a nivel de microdominios, ya que no se ven evidencias de
separación de fases. No obstante, se observan algunas irre-
gularidades, como son los poros en la supercie, los cuales
se atribuyen a la evaporación del solvente de la película. La
adición de aceite de tomillo a la PC de QAT produjo modica-
ciones en la supercie, como son el aumento de la rugosidad
y opacidad (Figura 3d). En la supercie de esta PC se observa-
ban más poros, en comparación de QA; esto se puede deber
a la presencia de pequeñas burbujas con la adición de aceite
de tomillo. Los poros se pueden deber a la evaporación del
solvente del quitosano (ácido acético) que posee una menor
presión de vapor, en comparación con la del agua. Sin em-
bargo, las PCs muestran cierto grado de uniformidad, por lo
cual hace posible su uso como recubrimiento de alimentos.
Respecto a la tasa de respiración, los aguacates
Control y con RCs presentaron una disminución de la tasa
de respiración durante su almacenamiento al décimo día a
25 °C (Figura 5), sin presentar diferencias signicativas entre
tratamientos (p < 0.05). Con excepción de los frutos QAT,
los cuales presentaron un pico de producción al día 2 de
almacenamiento, con un valor de 165 mL CO2 kg-1 h-1. Estos
resultados coinciden con otros estudios en frutos de agua-
cate con RCs, donde reportan valores máximos de la tasa de
respiración de 145 y 157 mL CO2 kg-1 h-1 (después de 6 días a
20 °C), para frutos encerados y frutos control, respectivamen-
te (Meir et al., 1997).
La producción de etileno disminuyó durante el alma-
cenamiento a 25 °C por 10 d, no observándose diferencias
signicativas (p < 0.05) entre los frutos control y con los RCs.
La producción de etileno presentó un máximo al día 2, con
valores de 82, 34 y 46 µL kg-1h-1 para el Control, QA y QAT,
respectivamente para después disminuir sus valores.
En un fruto climatérico como el aguacate, el incremen-
to en la tasa de respiración es el detonante para la elevación
de etileno y cambios bioquímicos, como son la síntesis de
carotenoides, degradación de clorolas y carbohidratos, y la
síntesis de ácidos grasos insaturados (Villa-Rodríguez et al.,
2011).
Incidencia de pudriciones
En lo que respecta a la incidencia de pudriciones, al
día 6 de almacenamiento se observó la aparición de hongos
en los frutos control (valor de 0.5, muy ligero). En contraste,
los frutos con RCs de Q y QAT presentaron menor incidencia
de pudriciones (Tabla 4). Para el día 13 de almacenamiento,
los frutos Control mostraron un aumento signicativo en
la presencia de hongos con un valor de 2.1 (más del 25 %),
mientras que los tratamientos con RCs QA y QAT presentaron
menor incidencia de hongos, aunque en menor proporción,
Figura 3. Morfología de la supercie de las películas formuladas a una
magnicación de 500x: agar (a), Quitosano (b), QA (c) y QAT (d).
Figure 3. Surface morphology of formulated lms at 500 x magnication:
agar (a), chitosan (b), chitosan-agar (c), and chitosan-agar-thyme (d).
Aplicación de los recubrimientos y almacenamiento
Pérdida de peso, tasa de respiración y producción de
etileno de frutos de aguacate
La pérdida de peso fue aumentando gradualmente
durante el almacenamiento; a partir del día 7 se observó que
los frutos control presentaron valores mayores (p < 0.05) res-
pecto a los frutos recubiertos. Los RCs de QA y QAT redujeron
un 40 % de pérdida de peso después de 13 días a 25 °C de
almacenamiento, en comparación al Control (Figura 4). Estas
diferencias signicativas de pérdida de peso se atribuyen a
que los RCs forman una barrera en la supercie del fruto que
reduce la pérdida de agua por transpiración y, por lo tanto,
pérdida de agua; además, limitan el intercambio de gases de
O2 y CO2 (Aguilar-Méndez et al., 2008).
Días de almacenamiento (20°C)
0246810 12 14
Pérdida de peso (%)
0
5
10
15
20
25
30
Control
QA
QAT
a
b
Figura 4. Cambios en la pérdida de peso en frutos de aguacate con recubri-
mientos comestibles de QA y QAT, almacenados por 13 d a 25 °C.
Figure 4. Changes in avocado fruits weight loss with QA and QAT edible
coating stored for 13 d at 25 °C.
123
Volumen XXV, Número 1
Madera-Santana et al: Evaluación de películas comestibles de quitosano, agar / XXV (1): 116-125 (2023)
123
con valores de 0.92 y 0.75 (daño ligero en el fruto). De acuer-
do con los resultados, la aplicación de RCs nos indica que
se inhibió signicativamente el crecimiento de hongos en
los frutos de aguacate, aunque no inhibió completamente
la aparición de pudriciones. Esto coincide con lo reportado
por otros autores, quienes mencionan una reducción de
incidencia de pudriciones con RC de Q. Martínez-Camacho et
al. (2010) evaluaron el crecimiento radial de colonias de As-
pergillius niger en un medio de cultivo con quitosano, donde
se encontró que el Q tuvo un efecto fungistático al inhibir el
crecimiento del hongo, pero no lo inhibió al 100 %, y no un
efecto fungicida. Resultados similares fueron obtenidos del
Q y sus derivados al inhibir el crecimiento de hongos como B.
cinérea, Fusarium oxysporum.
Esto se atribuye a diversos mecanismos de acción de
Q propuestos, como es la modicación de la pared celular de
los hongos, reduciendo su capacidad de regeneración de la
pared celular del microorganismo, provocando su muerte. Se
ha reportado en varios trabajos la actividad antimicrobiana
del quitosano (El Ghaouth et al., 1992; Rodríguez-Núñez et
al., 2014), donde se ha observado una reducción en el creci-
miento micelar de varios microorganismos como Alternaria
alternata, Botrytis cinerea, Colletotrichum gloeosporioides y
Rhizopus stolonifer a una concentración de quitosano (750-
6000 mg/L) (Badawy y Rabea, 2011).
En lo que respecta a la pudrición del pedúnculo se
tuvo un comportamiento muy similar, donde al día 6 se em-
pezaron a presentar la incidencia de pudriciones (Tabla 4). Los
frutos con los RCs presentaron menor desarrollo de pudricio-
nes. Los frutos con RC de QAT no presentaron incidencias de
pudriciones de pedúnculo al día 6 de almacenamiento hasta
el día 10; esto se atribuye a la actividad antimicrobiana del
quitosano y aceite de tomillo. La pudrición peduncular del
aguacate se presenta en postcosecha, es un factor que limita
su comercialización y exportación. Las restricciones del uso
de fungicidas convencionales limitan su uso, por lo cual la
aplicación de compuestos como el Q se pudiera utilizar en el
control de esta pudrición.
Por otra parte, el modo de acción del aceite de tomillo
pudiera estar relacionada con la presencia de compuestos
como el timol y carvacrol, y a su actividad antimicrobiana.
Sellamuthu et al. (2013) reportaron que empaques en atmós-
feras modicadas (MAP, 8 % CO2 y 2 % O2) + aceite de tomillo
redujeron la incidencia del hongo que causa la antracnosis;
así mismo, reduciendo la pérdida de peso y rmeza después
de 18 d de almacenamiento a 10 °C más 10 d a 25 °C en frutos
de aguacate ‘Hass’.
CONCLUSIONES
Por medio de la técnica solución-vaciado, se fabrica-
ron PCs de Q, A, QA y QAT, las cuales fueron transparentes,
homogéneas y uniformes en color, aunque con una ligera
coloración amarilla. Además, en los resultados de las pruebas
mecánicas a tensión de las PCs, se observó que las películas
Tasa de respiración (ml CO2/kg-h)
0
50
100
150
200
Control
QA
QAT
Días de almacenamiento (25°C)
0246810 12
Producción de etileno (microL/kh)
0
20
40
60
80 Control
QA
QAT
a
b
Figura 5. Cambios en la tasa de respiración (a) y producción de etileno (b)
en frutos de aguacate con recubrimientos de QA y QAT almacenados por 13
d a 25° C.
Figure 5. Changes in respiration rate (A) and ethylene production (B) of
avocado fruits with QA and QAT edible coating stored for 10 d at 25 °C.
Tabla 4. Cambios de pudrición por hongos y pudrición de pedúnculo de
aguacate ‘Hass’ recubiertos con QA y QAT almacenados por 13 d a 25 °C.
Table 4. Changes on the incidence and stem end rot of avocado fruit ‘Hass’
coated with QA and QAT stored for 13 d at 25 °C.
Pudrición por hongos
Día Control QA QAT
0 0 ± 0a0 ± 0a0 ± 0a
6 0.5 ± 0.52ab 0 ± 0a0.16 ± 0.38a
13 2.1 ± 1c0.92 ± 1.00b0.75 ± 1.17b
Pudrición de pedúnculo
Día Control QA QAT
0 0 ± 0a0 ± 0a0 ± 0a
6 0.75 ± 1.5ab 0.37 ± 0.75a0 ± 0a
13 2.5 ± 1c0.72 ± 1.00b0.55 ± 1.17b
Donde 0 = sin daño, 1 = daño ligero (10 %), 1.5 (15 %), 2 = daño moderado (25
%) y 3 = daño severo (≤ 50 %). *Es el promedio de la evaluación subjetiva de
l5 frutos por tratamiento. *Literales diferentes en la misma columna indican
diferencia signicativa (p < 0.05).
124 Volumen XXV, Número 1
Madera-Santana et al: Biotecnia / XXV (1): 116-125 (2023)
124
de QA y QAT presentaron valores más altos de esfuerzo máxi-
mo y módulo de elasticidad, pero una baja exibilidad. Las
PCs de QA y QAT destacaron por su resistencia a la tensión,
transparencia, velocidad de transmisión al vapor de agua y
permeancia, así como la mayor capacidad antioxidante. Los
resultados obtenidos de la permeabilidad al vapor indican
que las mezclas QA y QAT son aptas para aplicarse en forma
de RCs.
Los RCs aplicados a los frutos disminuyeron la pérdida
de peso en casi un 40% en comparación con los frutos con-
trol. La aplicación de los RC a base de QA y QAT contribuyeron
positivamente a mantener la calidad e inhibir la pudrición de
los frutos y pudrición peduncular de frutos aguacate ‘Hass’.
Los RCs QAT tuvieron un mayor efecto fungistático en el con-
trol del desarrollo de algunos hongos en postcosecha, redu-
ciendo la incidencia de pudriciones del pedúnculo durante
el almacenamiento a 25 °C después de 13 días de almace-
namiento y permitieron conservar la apariencia de los frutos
durante el almacenamiento a 25 °C. Por lo cual la aplicación
de RC compuestos con el Q y aceite de tomillo en frutos de
aguacate se pudiera utilizar en el control de pudriciones.
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126 Volumen XXV, Número 1
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
126
*Autor para correspondencia: Norma Paniagua-Castro
Correo electrónico: npaniag@hotmail.com; npaniagc@ipn.mx
Recibido: 26 de abril de 2022
Aceptado: 3 de agosto de 2022
Proposal for a metabolic syndrome model in CD1
mice induced with a hypercaloric diet
Propuesta de un modelo de síndrome metabólico en ratones CD1
inducido con una dieta hipercalórica
Xóchitl Cruz Sollano-Mendieta, Gerardo Norberto Escalona-Cardoso, Edgar Cano-Europa, Norma Paniagua-
Castro*
Laboratorio de Farmacología del Desarrollo,
Laboratorio de Metabolismo I, Departamento de Fisiología. Escuela Nacional de Ciencias Biológicas, Instituto Politécnico
Nacional. Zacatenco Av. Wilfrido Massieu S/N, Esq. Cda. Miguel Stampa. Col. Unidad Profesional Adolfo López Mateos,
Zacatenco. Alcaldía Gustavo A. Madero. C.P. . Ciudad de México, México.
ABSTRACT
Metabolic diseases, including obesity and type 2 dia-
betes mellitus, represent a serious health and death problem
in Mexico. The World Health Organization (WHO) and other
associations such as the International Diabetes Federation
(IDF) and the National Cholesterol Education Program-Adult
Treatment Panel III (NCEP-ATP III) dene the Metabolic Syn-
drome (MetS), as the set of metabolic alterations that lead to
the development of obesity, hypertension, and diabetes me-
llitus. The objective of this study was to develop a model of
MetS in CD1 rodents using a hypercaloric diet and to determi-
ne the advantages and / or disadvantages compared to other
murine models. Female and male CD1 mice were divided into
2 groups by gender, a control group, and another group with
a hypercaloric diet for 10 weeks. The results obtained showed
that the hypercaloric diet is ecient to develop the metabolic
alterations present in MetS, better results were observed in
male mice, which is why the use in this genus is suggested to
avoid the hormonal changes present in adult females.
RESUMEN
Las enfermedades metabólicas, incluyendo la obesidad
y la diabetes mellitus tipo 2, representan un grave problema
de salud y mortalidad, en México. La Organización Mundial de
la Salud (OMS) y otras asociaciones como la Federación inter-
nacional de la Diabetes (IDF) y el Programa Nacional de Edu-
cación para el Colesterol-Panel de Tratamiento para el Adulto
III (NCEP-ATP III) denen el Síndrome Metabólico (SM), como
la agrupación de alteraciones metabólicas que conllevan al
desarrollo de obesidad, hipertensión y diabetes mellitus. El
objetivo de este estudio fue desarrollar un modelo de SM en
roedores CD1 utilizando una dieta hipercalórica y determinar
las ventajas y/o desventajas comparado con otros modelos
murinos. Se utilizaron ratones CD1 hembras y machos se divi-
dieron en 2 grupos por género, un grupo control y otro grupo
con dieta hipercalórica durante 10 semanas. Los resultados
obtenidos mostraron que la dieta hipercalórica es eciente
para desarrollar las alteraciones metabólicas presentes en el
SM, se observaron mejores resultados en los ratones macho,
por lo que se sugiere la utilización en este género para evitar
los cambios hormonales presentes en las hembras adultas.
Palabras clave: Dieta hipercalórica, Modelo murino, Obesi-
dad, Síndrome metabólico.
INTRODUCCIÓN
El Síndrome Metabólico (SM) es un conjunto de al-
teraciones bioquímicas, siológicas y antropométricas que
ocurren simultáneamente y son factores de riesgo para el
desarrollo y progresión de enfermedades cardiovasculares
y diabetes mellitus, dentro de los cuales se incluyen obesi-
dad abdominal, hiperglucemia, dislipidemia e hipertensión
arterial (Hernández et al., 2018). De acuerdo con la ENSANUT
2018, a nivel nacional, en 2018 el porcentaje de adultos de 20
años y más con sobrepeso y obesidad es de 75.2 %. El desa-
rrollo de la obesidad se produce por una ingesta excesiva, el
bajo gasto de energía asociado con una deciente actividad
física y la acumulación de grasa visceral (Furnes et al., 2009),
este estado somete a las células adiposas a un estrés meta-
bólico que induce un proceso oxidativo e inamatorio que
derivan en múltiples alteraciones como, mayor secreción de
citocinas, reducción en la secreción de las adipocinas, resis-
tencia a la insulina, aumento en la actividad del receptor de
glucocorticoides y cambios en la distribución de la grasa cor-
poral facilitando la lipotoxicidad en órganos como el hígado
y el páncreas (Muñoz et al., 2013; Urina et al., 2018). Estas
alteraciones metabólicas provocan enfermedades crónico-
degenerativas como la obesidad, diabetes mellitus, hiperten-
sión arterial, dislipidemias y enfermedades cardiovasculares
(Gutiérrez et al., 2018). Derivado de la pandemia mundial
por el virus Sars-CoV 2 (COVID-19) se puso en evidencia que
el SM también predispone un sistema inmune deciente,
incapaz de reaccionar adecuadamente contra una infección
viral, y fue un factor de riesgo mortal para los pacientes que
se contagiaron de COVID-19 (Pasquarelli-do-Nacimento et
al., 2020; Luzi et al., 2021), Para reproducir la patogénesis y
la terapia de este trastorno metabólico es necesario contar
con modelos in vivo en animales apropiados, el modelo mu-
rino ofrece muchas ventajas en relación con otros modelos
DOI: 10.18633/biotecnia.v25i1.1744
127
Volumen XXV, Número 1
Sollano-Mendieta et al: Proposal for a metabolic syndrome model in CD1 / XXV (1): 126-132 (2023)
127
animales ya que tiene numerosos procesos bioquímicos
similares con el hombre, tienen un tiempo generacional muy
corto, son muy prolícos y se adaptan fácilmente a la vida en
los bioterios, permitiendo controlar las variables ambientales
en las experimentaciones, además su genoma está descrito
casi de manera completa y al menos el 80 % del ADN del
ratón es idéntico al del ser humano (Perlman, 2016; Breschi
et al., 2017; Padilla et al., 2017). Existen diferentes modelos en
roedores que pueden desarrollar obesidad y diabetes melli-
tus, éstos se clasican en modelos espontáneos como la rata
Goto-Kakizaki (GK), el ratón obeso de Nueva Zelanda (NZO),
el ratón KK y la rata Zucker (fa/fa) y en modelos inducidos
mediante la administración de fármacos como la estrepto-
zotocina (STZ), por inducción hormonal administrando cor-
ticoides, somatostatina, glucagón, catecolaminas y tiroxina.
Finalmente, están los modelos inducidos por manipulación
genética de tres intervenciones, a) sobreexpresión, que
origina ratones transgénicos, b) eliminación, genera los ra-
tones “knock-out” y c) reemplazo (con una forma alterada),
da origen a los ratones “knock-in” (Lutz y Woods, 2012). Estos
modelos son costosos y con fenotipos diferentes, lo cual no
reproduce lo que sucede en los humanos ya que se sabe que
la obesidad es multifactorial. También existen los modelos de
obesidad inducida por dieta (OID) que reproducen mejor la
patología en humanos, sin embargo, la multivariedad de die-
tas existentes y la susceptibilidad especíca de algunos roe-
dores, como la rata Sprawe Dawly y el ratón C56BL6/J hacen
difícil estandarizar los modelos que reproduzcan la mayoría
de las alteraciones del SM, además hay cepas más costosas
que otras (Fuchs et al., 2018). En México está disponible el
ratón CD1 el cual es menos costoso que el ratón C56BL6/J,
en un estudio realizado por Berlinsky et al. (2010), probaron
3 condiciones diferentes para inducir obesidad en ratones
macho de esta cepa, y considerando como antecedente el
mismo, en el presente trabajo se propone desarrollar un
modelo utilizando una dieta hipercalórica para inducir las
alteraciones presentes en el síndrome metabólico.
MATERIALES Y MÉTODOS
Material biológico
Los animales utilizados fueron tratados de acuerdo
con la Guía del cuidado de animales mexicana para el estu-
dio con animales de laboratorio (NOM-062-ZOO-1999) y el
protocolo fue aprobado por el Comité de Ética para animales
de estudio de la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas. Se
emplearon 24 ratones CD1 hembras y machos de edad pre
púber (obtenidos por el proveedor PROPECUA), los animales
se mantuvieron en jaulas metálicas individuales, en una cá-
mara aislada, con ciclos de 12 h luz/obscuridad, temperatura
regulada a 22 ± 2 ºC y acceso a agua y alimento ad libitum.
Los ratones se distribuyeron en 2 lotes por género, con 6 ra-
tones cada uno, y se asignaron a los tratamientos: a) Testigo
hembras, b) Dieta hipercalórica hembras, c) Testigo machos,
d) Dieta hipercalórica machos. La duración del tratamiento
fue de 10 sem. El peso corporal se registró cada semana y el
consumo de agua y alimento diariamente.
Composición de las dietas
a) Testigo: dieta estándar para roedores (Rodent Lab
Chow 5001) con una densidad energética de 3.18 Kcal/g,
siendo 23 % de proteína, 4.5 % de grasas y 46.5 % de carbo-
hidratos.
b) Dieta hipercalórica: Con una densidad energética
de 4.81 Kcal/g, correspondientes a 17.3 % de proteína, 21.2
% de grasas y 48.5 % de hidratos de carbono, se le adicio-
naron vitaminas (AIN-93-NGX) y minerales (AIN-93-VX) para
complementar la dieta, la cual fue una adaptación de la dieta
TD.88137 (Teklad Global Harlan Laboratories, Inc), se elaboró
en el laboratorio de Farmacología del desarrollo del depar-
tamento de Fisiología de la Escuela Nacional de Ciencias
Biológicas del Instituto Politécnico Nacional (Tabla 1).
Tabla 1. Composición de la dieta hipercalórica (DHC)
Ingrediente Concentración g/Kg
Azúcar glass 340
Mantequilla 210
Caseína 195
Almidón de maíz 140.5
Celulosa 50
Mezcla de minerales 43
Mezcla de vitaminas 15
DL-metionina 3
Colina 2
Colesterol 1.5
Bioensayos
Curva de tolerancia a la glucosa: se realizó al nal del
tratamiento, a los ratones con 8 h de ayuno se les administró
por vía oral una solución de glucosa al 20 % una dosis de 0.2
g/Kg, y se registró la glucemia con el glucómetro (ABBOT) ba-
sal y a los tiempos 30, 60, 90 y 120 m después de la solución
glucosada.
El perl lipídico, incluido el colesterol sérico total, los
triglicéridos y el col-HDL, se midieron utilizando los kits es-
pectrofotométricos (RANDOX series) y el espectrofotómetro
Architect C16000. Para el perl hormonal se determinaron la
insulina y la leptina en suero con la técnica de ELISA especí-
co para ratones (Merck, Darmstadt, Alemania) y el lector de
microplacas (Thermo Scientic®).
Presión Arterial
Al nal del tratamiento se registró la presión arterial
por el método no invasivo con el equipo IITC Life Science®
MRBP system. Para el periodo de acondicionamiento los ra-
tones se introdujeron 10 m en un cepo de acrílico durante 3 d
previos a la determinación. Posteriormente, el día de la prue-
ba, se introdujeron en el cepo del equipo para inmovilizarlos
y registrar la presión arterial sistólica, diastólica y media. El
equipo se mantiene a una temperatura de 37 °C y se coloca
el transductor de presión en la cola del ratón donde realiza
el registro.
128 Volumen XXV, Número 1
Sollano-Mendieta et al: Biotecnia / XXV (1): 126-132 (2023)
128
Análisis estadístico
Los resultados se analizaron estadísticamente con el
programa SigmaPlot ver 12.0. A los resultados bioquímicos y
hormonales se analizaron con la prueba análisis de varianza
(ANOVA) de una vía. El peso corporal y la ingesta de alimento
se analizaron con una prueba ANOVA bifactorial de medidas
repetidas, con la prueba post Hoc Tukey, con un nivel de
conanza del 95 % (p < 0.05)
RESULTADOS
Peso corporal de ratones CD1 con dieta hipercalórica
En todos los grupos los ratones aumentaron de peso
gradualmente durante el tratamiento. Los ratones macho
DHC mostraron un aumento signicativo en el peso corpo-
ral a partir de la tercera semana (p < 0.005), al nal de las 8
semanas aumentaron 68 % de peso, mientras que el grupo
control en machos solo incrementó 8 % (Fig. 2a). En cuanto
a las hembras no existe diferencia signicativa entre los dos
grupos (Fig. 2b), sin embargo, las de DHC aumentaron 55 %
su peso corporal, mientras que las del grupo control solo el
15 %.
El consumo de dieta hipercalórica se cuanticó en
gramos y calorías. En la Figura 3a se observa que, en machos
en ambos tratamientos, existe diferencia signicativa de la
primera a la tercera semana de consumo en gramos siendo
superior el consumo de la dieta hipercalórica. En cuanto a
consumo por kcal (Figura 3b), es mayor en la dieta hiperca-
lórica con diferencia signicativa de la primera a la cuarta
semana del tratamiento. El consumo en gramos (Figura 3c)
en las hembras tiene un comportamiento diferente a los ma-
chos, pues se observa que el grupo que se le proporcionó la
dieta estándar consumieron más cantidad que los de la dieta
hipercalórica con diferencia signicativa en la semana 2 y de
la 4 a la 7; sin embargo, en la Figura 2d se reporta que, a pesar
de consumir menos en cantidad de gramos, el consumo en
kcal es mayor en el grupo de la dieta hipercalórica en compa-
ración con la dieta estándar.
Curva de tolerancia a la glucosa
En la Figura 4 se presentan los resultados de la curva
de tolerancia a la glucosa en machos (4a) y hembras (4b)
determinada al nal del tratamiento, se observó un aumento
Figura 1. Diagrama general del desarrollo de un modelo murino de Síndrome metabólico con dieta hipercalórica.
Figure 1. General diagram of the metabolic syndrome model with hypercaloric diet.
Tiempo (semanas)
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Peso corporal (g)
20
25
30
35
40
45
50
55
Testigo Hem
DHC Hem
1b
Tiempo (semanas)
12345678910 11
Peso corporal (g)
20
25
30
35
40
45
50
55
Testigo Mach
DHC Mach
*
1a
Figura 2. Efecto de la dieta alta en grasa sobre el peso corporal en ratón CD - 1. a) machos; b) hembras. Los datos muestran la media ± error estándar. (*)
diferencia signicativa contra los testigos. ANOVA bifactorial de medidas repetidas, Tukey post hoc, p ≤ 0.05.
Figure 2. Eect of high fat diet on corporal weight of CD - 1 mice. 1a Male; 1b: Female. Data represent mean ± standard error. (*) signicant dierence
against control group. Repetitive measures bifactorial ANOVA, post hoc Tukey, p ≤ 0.05.
2a 2b
129
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Sollano-Mendieta et al: Proposal for a metabolic syndrome model in CD1 / XXV (1): 126-132 (2023)
129
signicativo (p < 0.005) durante todo el tiempo de la prueba
en los ratones DHC, tanto en hembras como en machos, en
comparación con el respectivo grupo testigo, por lo que se
propone que la dieta hipercalórica desarrolló intolerancia a
la glucosa en los ratones.
Presión arterial
En la gura 5 se muestran los resultados de presión
arterial en machos (5a) y hembras (5b). Se observa que los
ratones de tratamiento DCH muestran mayor presión arterial
tanto sistólica como diastólica y media comparados con los
ratones con dieta estándar (p < 0.005) se observa la misma
tendencia en ambos sexos.
Perl lipídico en ratones CD1 con dieta hipercalórica
Los resultados del perl lipídico incluido el colesterol
total, triglicéridos y col-HDL se muestran en la Tabla 2, el col-
Tiempo (semanas)
012345678910
Consumo (kcal/g)
10
15
20
25
30
35
40
Test Hem
DHC Hem
*
*
2d
Tiempo (semanas)
012345678910
Consumo (Kcal/g)
10
15
20
25
30
35
40
Test Mach
DHC Mach
*
2c
Tiempo (semanas)
012345678910
Consumo (g)
3
4
5
6
7
8
Test Hem
DHC Hem
*
2b
*
Tiempo (semanas)
01 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Consumo (g)
3
4
5
6
7
8
Test Mach
DHC Mach
*
2a
Figura 3. Consumo de dieta alta en grasa en diez semanas de ratones
CD - 1. a) consumo de alimento de machos; b) consumo de alimento de
hembras; c) consumo en calorías de machos; d) consumo en calorías de
hembras. Los datos representan la media ± error estándar. (*) diferencia sig-
nicativa contra el grupo control. ANOVA bifactorial de medidas repetidas,
Tukey post hoc, p ≤ 0.05.
Figure 3. High fat diet consumption for ten weeks, by CD - 1 mice. a) Male
consumption; b) Female consumption; c) Male caloric consumption; d)
Female caloric consumption. Data represent mean ± standard error. (*)
signicant dierence against control group. Repetitive measures bifactorial
ANOVA, post hoc Tukey, p ≤ 0.05.
Tiempo (minutos)
030 60 90 150
Glucosa en sangre (mg/dL)
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
Test Hem
DHC Hem
*
3b
Tiempo (minutos)
030 60 90 150
Glucosa en sangre (mg/dL)
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
Test Mach
DHC Mach
*
3a
Figura 4. Curva de tolerancia a la glucosa en ratón CD - 1 con dieta hiperca-
lórica y dieta estándar. a) machos; b) hembras. Los datos muestran la media
± error estándar. (*) diferencia signicativa con el testigo en los diferentes
tiempos. ANOVA bifactorial de medidas repetidas, post hocTukey, p ≤ 0.05.
Figure 4. Glucose tolerance curve in CD - 1 mice with hypercaloric and
standard diet. 3a: Male; 4b) Female. Data represent mean ± standard error.
(*) signicant dierence against control group at dierent times. Repetitive
measures bifactorial ANOVA, post hoc Tukey, p ≤ 0.05.
3a
3b
3c
3d
4a
4b
130 Volumen XXV, Número 1
Sollano-Mendieta et al: Biotecnia / XXV (1): 126-132 (2023)
130
LDL se determinó utilizando la ecuación de Friedewal, tam-
bién se muestra el índice aterogénico. Respecto al colesterol
total, existe un aumento signicativo en los machos DHC 2.8
veces más que el grupo testigo. En las hembras no existe di-
ferencia signicativa (p > 0.005) en ambos grupos. En cuanto
a triglicéridos existe diferencia signicativa en los machos
con dieta hipercalórica (109.27 mg/dL) en comparación con
el grupo control (31.91 mg/dL). En las hembras no existe dife-
rencia signicativa (p > 0.005) en ambos grupos. Finalmente,
respecto a HDL existe diferencia signicativa en los machos
con dieta hipercalórica (78.12 mg/dL) en comparación con
el grupo control (156.24 mg/dL). En las hembras no existe
diferencia signicativa (p > 0.005) en ambos grupos.
Los triglicéridos en el caso de los machos de DHC in-
crementaron casi 3 veces más que el grupo testigo, mientras
que en las hembras de DHC hubo una disminución signi-
cativa respecto al testigo. Con respecto al col-HDL y col-LDL
aumentaron 1.2 y 17 veces respectivamente comparados
con el control por lo que el índice aterogénico también fue
mayor en los ratones macho DHC. En cambio, en las hembras,
aunque aumentaron el col-HDL y el col-LDL fue más discreto,
por lo que el índice aterogénico no es diferente del grupo
testigo.
Perl hormonal en ratones CD1 con dieta hipercalórica
El perl hormonal incluye la insulina y la leptina, los
resultados se presentan en la Tabla 2. Respecto a la insulina,
se encontró que en machos del grupo DHC incrementó 2.5
veces más comparados con el grupo testigo, mientras que
en hembras de DHC el incremento fue menor, aunque si es
signicativo respecto del grupo testigo.
En relación con el perl hormonal se observó
que tanto la insulina como la leptina y la glucemia
fueron signicativamente mayores en los machos de
DHC y el índice HOMA-IR también aumentó comparados
con el testigo macho, En las hembras solo se aprecia el in-
cremento de la glucemia y la leptina, pero no hay diferencia
con la insulina comparados con el grupo testigo hembras, y
el índice HOMA-IR tampoco diere.
DISCUSIÓN
La dieta hipercalórica a menudo se ha utilizado para
reproducir trastornos metabólicos en roedores, similares en
algunos casos, a los que se presentan en humanos con obe-
sidad mórbida. En el presente trabajo se propone que el con-
Tabla 2. Perl lipídico y hormonal en ratones CD1 con dieta hipercalórica.
Table 2. Lipidic and hormonal prole in CD1 mice with hypercaloric diet.
Variable
sérica
Testigo
Macho DHC macho Testigo
Hembra DHC Hembra
Colesterol
total (mg/dL) 77.1 ± 0.4 195.3 ± 11.4* 85.6 ± 9.8 101.2 ± 4.8*
Triglicéridos
(mg/dL) 37.3 ± 0.4 109.3 ± 18.7* 71.3 ± 6.3 53.7 ± 4.1*
Col-HDL
(mg/dL) 62.6 ± 0.3 78.1 ± 17.8* 199.6 ± 17.1 217.0 ± 11.7*
Col-LDL
(mg/dL9 7.04 ± 0.4 121.5 ± 1.2* 17.7 ± 3.5 39.5 ± 5.0*
Índice
aterogénico
CT/HDL
1.24 ± 0.1 3.81 ± .02* 1.58 ± 1.6 2.0 ± .01
Glucemia
(mg/dL) 96.4 ± 10.5 136.7 ± 3.2* 87.5 ± 5.8 116.8 ± 3.0*
Insulina
(ng/mL) 0.58 ± 0.2 1.04 ± 0.5* 0.61 ± 0.2 0.93 ± 0.3
Leptina
(pg/mL) 0.25 ± 0.05 2.40 ± 0.9* 2.41 ± 1.7 4.66 ± 1.8*
Índice
HOMA-IR 3.0 ± 0.8 6.4 ± 0.3* 3.2 ± 0.9 3.6 ± 0.3
Col-HDL: Lipoproteína de alta densidad, Col-LDL: Lipoproteína de baja den-
sidad. DHC: Dieta hipercalórica. Los datos representan las medias ± el error
estándar. Medias con asterisco por columna son estadísticamente diferente
ANOVA de una vía, Tukey post hoc, p ≤ 0.05.
Figura 5. Efecto de la dieta hipercalórica sobre la presión arterial en ratón CD-1. a)
Presión arterial en machos; b) Presión arterial en hembras. Los datos representan las medias ± el error estándar. (*) diferencia signicativa contra el grupo
control (ANOVA unifactorial, Tukey post hoc, p ≤ 0.05).
Figure 5. Hypercaloric diet eect on CD-1 mice arterial pressure. a) Male arterial pressure; b) Female arterial pressure. Data represent mean ± standard
error. (*) signicant dierence against control group (unifactorial ANOVA, post hoc Tukey, p ≤ 0.05).
5a 5b
131
Volumen XXV, Número 1
Sollano-Mendieta et al: Proposal for a metabolic syndrome model in CD1 / XXV (1): 126-132 (2023)
131
sumo de la dieta hipercalórica en los ratones CD1 desarrolla
un estado metabólico parecido al observado en el Síndrome
metabólico en humanos. Existen diferentes asociaciones in-
ternacionales que se han dedicado a establecer los criterios
para la denición del Síndrome metabólico, entre ellas se en-
cuentran el Panel III del Tratamiento para Adultos del Progra-
ma Nacional de Educación sobre el Colesterol (NCEP ATP-III),
la Organización Mundial de la Salud (OMS), el Grupo Europeo
de Estudio de Resistencia a la Insulina, quienes dieron una
denición del síndrome metabólico y que posteriormente
fue modicado por la American Association of Clinical Endo-
crinologists y la International Diabetes Federation Task Force
on Epidemiology and Prevention y por la American Heart
Association en colaboración con el National Heart, Lung and
Blood Institute. Finalmente, en 2009, se llegó a una denición
consensuada emitida por la International Diabetes Federa-
tion, el National Heart, Lung and Blood Institute, la American
Hearth Asociation, El Word Heart Federation, la International
Atherosclerosis Society y la International Association for the
Study of Obesity.
Dentro de los criterios establecido para determinar el
Síndrome metabólico se encuentra la obesidad, la hiperglu-
cemia en ayuno, la presión arterial >130/85 mmHg, una trigli-
ceridemia > 150 mg/dL y el col-HDL < 40 mg/dL (McCraken et
al., 2018). Estas alteraciones pueden afectar tanto a hombres
como mujeres, los valores de referencia pueden variar según
el género, la edad y el tipo de dieta que consumen (Hernán-
dez et al., 2018).
La administración de dietas modicadas en especies
roedoras ha logrado reproducir algunos de las alteraciones
presentes en el síndrome metabólico, pero no todas (de
Moura et al, 2021). Unas especies son más susceptibles
a desarrollar obesidad, pero no resistencia a la insulina o
hipertensión, otras solo reproducen la diabetes, pero sin hi-
perlipemia (Suleiman et al., 2019). La propuesta del modelo
desarrollado en el presente trabajo reproduce al menos 3 de
los criterios emitidos en 2009. Se utilizaron los ratones CD - 1
que son de fácil acceso en México y que son más económicos
que otras cepas modicadas o especíco sensibles, además
se comparó el efecto en machos y en hembras para deter-
minar si el género interviene en el desarrollo del síndrome
metabólico.
De acuerdo con los resultados, los machos establecie-
ron cambios metabólicos más cercanos a los del síndrome
metabólico, incluyendo aumento de peso, la hiperglucemia,
intolerancia a la glucosa, hiperlipemia e hipertensión, ade-
más de los cambios hormonales de hiperinsulinemia e hiper-
leptinemia. En cambio, en las hembras solo se reprodujeron
algunas de las alteraciones metabólicas e hipertensión, sin
cambios hormonales ni obesidad.
Estos resultados son importantes porque el modelo
propuesto en machos constituye una herramienta accesible
de gran utilidad para evaluar otros posibles cambios que
ocurre en el síndrome metabólico, como inamatorios,
inmunológicos, respiratorios y renales, que derivado de la
pandemia de COVID-19 dejaron en evidencia que padecer
síndrome metabólico incrementó la mortalidad del virus.
El aumento de peso en los machos se debe principal-
mente a la ingesta mayor de alimento y de consumo calórico,
lo que incrementó el tejido adiposo y consecuentemente las
alteraciones de la insulina y los lípidos. En 8 sem se lograron
observar estos cambios, lo que también es una ventaja sobre
otros modelos de obesidad que requieren hasta 12 semanas
o más (Fuchs et al., 2018).
La resistencia a la insulina también es un marcador del
SM, se relaciona con la obesidad y la diabetes mellitus Tipo
2. La hiperglucemia se genera porque el hígado aumenta
la producción de glucosa, y las células β del páncreas incre-
mentan la producción de insulina para regular la glucemia
introduciéndola a los tejidos como el músculo esquelético y
el tejido adiposo, sin embargo, al presentarse la resistencia
a la hormona persiste la hiperglucemia y la hiperinsuline-
mia (Muñoz, 2013). Se puede relacionar la glucemia con la
concentración de insulina en sangre en un índice llamado
HOMA-IR (del acrónimo en inglés: Homeostasis Model
Assessment-Insulin Resistance), se utiliza como indicador de
resistencia a la insulina (Oh et al., 2021). De acuerdo con los
resultados obtenidos en esta propuesta de modelo de SM, se
encontró incrementado el índice HOMA-IR en los machos de
DHC, lo que indica la resistencia a la insulina en los ratones.
La leptina es una hormona que secreta el tejido adipo-
so y que participa en la regulación de la ingesta de alimento,
en la obesidad se presenta resistencia al efecto de esta
hormona, lo que conduce a hiperfagia y aumento del tejido
adiposo, este puede ser el origen de la resistencia a la insuli-
na. Se relaciona con un nivel mayor de inamación derivado
de factores proinamatorios que libera el tejido adiposo en
exceso, como el TNF alfa y la IL-6, que además incrementan el
estado de oxidación en el organismo y el riesgo de generar
ateroesclerosis (Lemieux y Després, 2020), y alteraciones
cardiovasculares como hipertensión y/o angina de pecho
(Rodríguez et al., 2020). Todas las alteraciones metabólicas
y hormonales que se observaron en los ratones macho con
DHC reproducen el riesgo de desarrollar diabetes, hiper-
tensión y ateroesclerosis, además se pueden evaluar otros
variables como inamación y oxidación tisulares.
Adicionalmente, al igual que en otros modelos, se
puede disponer de los órganos para hacer análisis comple-
mentarios, como el hígado, el corazón, los pulmones, el mis-
mo tejido adiposo, lo que permite determinar el daño tisular
especíco por el SM.
En contraste, las hembras no desarrollaron todas las
alteraciones de SM, se ha reportado que en las hembras el
consumo de alimentos coincide con el ciclo hormonal, pues
se ha observado una baja ingesta de alimentos cuando los
niveles de estrógeno son altos y una alta ingesta cuando no
hay ovulación (Varma et al., 1999). Otro factor importante es
el que tienen los estrógenos sobre el metabolismo lipídico,
Reyna-Villasmil et al. (2007) reportaron que la administración
exógena de estrógenos a mujeres posmenopáusicas con
histerectomía y salpingo-ooforectomía bilateral, redujo los
niveles de col-LDL e incrementan los niveles de col-HDL. Pal-
misano et al. (2017) también reportaron que la combinación
de varios estrógenos y progestinas en mujeres posmenopáu-
sicas regula los niveles séricos de triglicéridos, pero no dismi-
nuye el riesgo cardiovascular. Este efecto de los estrógenos
lo observamos con las hembras de DHC, por lo cual no es un
modelo adecuado para evaluar alteraciones lipídicas, y no
reproduce completamente las complicaciones del SM.
132 Volumen XXV, Número 1
Sollano-Mendieta et al: Biotecnia / XXV (1): 126-132 (2023)
132
CONCLUSIONES
El modelo de ratón macho CD1 con DHC indujo
obesidad, hiperglucemia, hipertensión, hipercolesterolemia
e hipertrigliceridemia y aumento de las hormonas leptina e
insulina, todas estas alteraciones relacionadas con el SM, por
lo que se propone como un modelo murino para el estudio
de este padecimiento.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen al Consejo Nacional de Ciencia
y Tecnología (CONACyT) y a la Secretaría de Investigación y
Posgrado del Instituto Politécnico Nacional (SIP 20210922)
por el apoyo recibido en la presente investigación.
CONFLICTO DE INTERESES
Los autores declaran no tener conicto de intereses
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133
Volumen XXV, Número 1
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
133
*Autor para correspondencia: Luis Quihui Cota
Correo electrónico: lquihui@ciad.mx
Recibido: 21 de junio de 2022
Aceptado: 15 de agosto de 2022
Factores asociados a la infección por el virus del papiloma humano
(VPH) en mujeres del noroeste de México
Associated factors with human papillomavirus (HPV) infection in adult women
from northwest Mexico
Gloria Guadalupe Morales-Figueroa1, Marlene Bravo-Parra1, Karla María Olivas-Matas1, Julián Esparza-Romero1,
Manuel Valenzuela-Zamorano2, Oscar Manuel Olivas-López2, Luis Quihui-Cota1*
1 Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo (CIAD). Departamento de Nutrición Pública y Salud. Hermosillo
Sonora México.
2 Hospital ISSSTESON. Departamento de Ginecología. Hermosillo, Sonora, México.
RESUMEN
Investigaciones sobre la asociación entre factores de
riesgo y la infección por VPH en mujeres adultas hermosi-
llenses no existen, y por ello se diseñó un estudio de casos y
controles (1: 2) pareado por edad para analizar este problema
de salud pública a nivel local. Participaron 33 y 66 mujeres
con y sin VPH respectivamente (edad media = 41,8 ± 7,9
años). La diferencia de características entre grupos se probó
con regresión logística condicional (univariada). La ingesta
de antioxidantes se ajustó por energía total utilizando el
método residual. Se generaron dos modelos de regresión
logística multivariada para identicar los factores asociados
con VPH. En ambos modelos, el mayor consumo de licopeno
(OR = 0,96, IC =0,95- 0,99, p = 0,019) y la mayor Capacidad An-
tioxidante Total plasmática (CATp) (OR = 0,05, IC 95% = 0,03-
0,7, p = 0,024), ajustados aún con el número de embarazos,
número de parejas sexuales, y total de parejas sexuales por
año, redujeron el riesgo a VPH. Los embarazos múltiples y la
conducta sexual incrementaron el riesgo a VPH, y los mayores
consumos de licopeno y CATp la redujeron en las mujeres de
este estudio. Debe fortalecerse la educación sexual, así como
el consumo de antioxidantes en las mujeres hermosillenses
para prevenir el desarrollo del cáncer de cuello uterino.
Palabras clave: VPH, Antioxidantes dietarios, Capacidad
antioxidante total, Noroeste de México.
ABSTRACT
Research on the association between risk factors and
HPV infection in adult women from Hermosillo does not exist,
so a study of cases and controls (1: 2) matched by age was de-
signed to analyze this public health problem at a local level.
Participants were 33 and 66 women with and without HPV,
respectively (mean age = 41.8 ± 7.9 years). The dierence in
characteristics between groups was tested with conditional
logistic regression (univariate). Antioxidant intake was adjus-
ted by total energy using the residual method. Two multiva-
riate logistic regression models were generated to identify
factors associated with HPV. In both models, the higher con-
sumption of lycopene (OR = 0.96, CI =0.95-0.99, p = 0.019)
and the higher Plasma Total Antioxidant Capacity (TACp) (OR
= 0.05, CI 95 % = 0.03 - 0.7, p = 0.024), even adjusted by the
number of pregnancies, number of sexual partners, and total
number of sexual partners per year, reduced the risk of HPV.
Multiple pregnancies and sexual behavior increased the risk
of HPV, whilst higher consumption of lycopene and TACp
reduced it in the women in this study. Sex education should
be strengthened, as well as the consumption of antioxidants
in women from Hermosillo to prevent the development of
cervical cancer.
Key words: HPV, Antioxidant Dietary, Total Antioxidant Capa-
city, Northwest Mexico.
INTRODUCTION
Cervical cancer is the most common cancer in women,
with around 604 000 new cases and 342 000 deaths; with
about 90% of the new cases and deaths occurring in poor
countries worldwide in 2020 (WHO). Human Papilloma Virus
(HPV) infection is an important factor –but not sucient by
itself– in the development of cervical cancer, and remains a
serious public health problem (McMullin, 2009). In addition,
age at which sexual intercourse begins, the number of
partners/sexual partners, lack of condoms use, low socioe-
conomic status, multiparity, smoking, and low antioxidant
consumption, are all also recognized risk factors for HPV in-
fection (Liang et al., 2018). Georgescu et al. (2018) published
that a deciency of body antioxidant compounds may result
in DNA damage and low immune-competence that may
promote the HPV infection and carcinogenesis. Barchitta et
al. (2020) found that 84 HPV-positive women reported lower
intake of antioxidants (zinc, manganese, and vitamins A and
C) than non-infected women. Jordá et al. (2020) studied 505
women between 15 and 49 years old and reported higher
HPV infections in both women aged 15 - 24 years and women
with more sexual partners. Studies in dierent regions have
stated that the highest prevalence of HPV is often found in
women younger than 25 years of age because of their risky
sexual behavior, little awareness about the HPV infection,
and low rate of vaccination (Herrera-Ortiz et al., 2018). In
Mexico, the HPV prevalence in women ranged from 4.1 % to
65.0 % in 2016 (Bruni et al., 2021); and it has been estimated
that 95 % to 99 % of cases of cervical cancer are associated
with HPV (Soto-Fuenzalida et al., 2020). That´s why, Mexico is
DOI:10.18633/biotecnia.v25i1.1780
134 Volumen XXV, Número 1
Morales-Figueroa et al: Biotecnia / XXV (1): 133-139 (2023)
134
recognized as one of the American regions with a high rate
of HPV infection (Bruni et al., 2021) which may get worse if
population has low consumption of fruit and vegetables.
Evidence of this was published in 2016 by a Mexican survey
which reported that only 51.4 % and 42.3 %, and 47 % and
34.6 % of the population consumed fruits and vegetables, at
national level and northern region, respectively (Secretaría
de Salud, 2016). Since research on this topic is limited in
Mexico, the present study investigated the role of the perso-
nal, lifestyle, clinical history, socioeconomic, and antioxidant
status to the presence of HPV-infection in adult women from
a community of the northwest region of Mexico.
MATERIAL AND METHODS
Participants and study design
This study was performed with women at the George
Papanicolaou Group (GPG) founded to care, monitor and
support cancer patients; and a hospital institute (Instituto
de Seguridad y Servicios Sociales de los Trabajadores del
Estado de Sonora, ISSSTESON) both set at the state of Sonora
(northwest region of Mexico), to investigate the associated
risk factors to HPV infection. Sonora is bordering to the east
with the state of Chihuahua, south to the state of Sinaloa and
north to the state of Arizona of the United States.
It was a case-control study matched by age (± 5 years)
conducted from November 2015 to July 2017. Thirty-three
women with HPV infection and 66 controls matched (1: 2)
for age with or free of HPV infection respectively conrmed
by hybrid capture result and history records, agreed to par-
ticipate. The common eligibility criteria for both cases and
matched controls was not being pregnant or lactating at the
time of recruitment.
The Ethic Committees of the Centro de Investigación
en Alimentación y Desarrollo, A.C. (CIAD A.C), GPG and
ISSSTESON approved all procedures involved in this study. All
participants signed an informed consent before work began.
Study measurements
Standing height was measured using a stadiometer
(Holtain Ltd., Dyfed, UK) with 2.05 ± 0.001 m capacity. Weight
was measured (to the nearest 10 g) using a digital electronic
scale (AND FV-150 KA1, A&D Co. Ltd., Toshima-ku, Tokyo,
Japan) according to standardized recommendations. Weight
and height were then used to estimate the Body Mass Index
(BMI, kg/m2). The reference values are normal for BMI >18.5
- 24.9, overweight for BMI ≥ 25 - 29.9, and obesity for BMI ≥
30 - 34 (CDC, 2022).
A 90-item food-frequency questionnaire (FFQ) de-
signed and validated to estimate usual food consumption
in a Mexican women population of low socioeconomic sta-
tus, age 15 - 54 years, was used in this study. This FFQ was
adapted to the population of Sonoran women (Romieu et al.,
1999; Quizán-Plata y Ortega, 2000). Participants were asked
to report the consumption frequency for each food item
during the past year. Results were expressed as g/day.
Exfoliated cells from the cervical canal were collec-
ted by an obstetrician. All samples were correctly packed
and shipped to the GPG and ISSSTESON laboratories for
processing within 48 h. The HPV test was performed in the
Laboratorio Estatal de Salud Pública using the Hybrid Cap-
ture II (HC2 Digene Corp., Qiagen) to detect oncogenic HPV
sub-types 16, 18, 31, 33, 35, 39, 45, 51, 52, 56, 58, 59 and 68.
The analytical sensitivity of the Combined-Probe Cocktail
Method is 97.5, with a specicity of 84.3 (PAHO, 2019).
Collection of information and biological samples
Personal, lifestyle, clinical history and socioeconomic
information of the participants was collected by using ques-
tionnaires, and also blood samples were taken. These activi-
ties were carried out in the GPG and ISSSTESON facilities.
Personal: Marital status was categorized as married
(0) or unmarried (1). Occupational status was assigned (0)
for employed or (1) for unemployed (including homemaker).
Age at menarche was assigned as (0) if ≥ 12 years or (1) if < 12
years. The number of previous pregnancies was assessed as
(0) for ≤ 1 pregnancy or (1) for > 1 pregnancies.
Lifestyle: Age at rst sexual intercourse was (0) for ≥18
years or (1) for < 18 years. The total number of sexual partners
in the lifetime was classied as (0) for ≤ 1 sexual partners or
(1) for >1 sexual partners, while the total number of sexual
partners in the last year was assigned as (0) for ≤ 1 or (1) for
> 1. The use of barrier contraceptives was coded as (0) for
condom alone or accompanied by another method (Intrau-
terine device, injection, vasectomy, rhythm and tablets), or
(1) when intrauterine device, injection, vasectomy, rhythm,
abstinence or tablets were reported (Winer et al., 2006). Use
of oral contraceptives was assigned (0) for ≤ 6 years or (1) for
> 6 years. Active smoking was scored as (0) for non-smokers
or (1) for reports of smoking at least 1 cigarette per day/week.
Passive smoking was assigned as (0) when the subject was
not exposed to tobacco smoke regularly/sporadically during
the past year or (1) when she was exposed.
Clinical history: The presence of sexually transmitted
diseases (STDs), such as trichomoniasis, herpes simplex,
condyloma acuminate, syphilis, gonorrhea, hepatitis B or
chlamydia, was assessed as (0) when not reported or (1)
when reported. Finally, type 2 diabetes conrmed by medical
records was classied as (0) absent or (1) present.
Socioeconomic: Socioeconomic status (SS) was eva-
luated using a questionnaire from the Mexican Association
of Market Intelligence and Public Opinion (AMAI) (López-
Romo, 2009), which applies the following classication: A/B
(wealthy), C+ (income or standard of living slightly above
average), C (average income and standard of living), D+
(income or standard of living slightly below average), D- (low
income and standard of living ), and E (lowest income and
standard of living). The SS was categorized as either low level
(D+ and D-), classied as (1), or high-medium level (A/B, C+,
C), assessed as (0).
Blood collection: During visits to the participants, and
after an overnight fast, a 10 - mL blood sample was taken
135
Volumen XXV, Número 1
Morales-Figueroa et al: Factores asociados a la infección por el virus del papiloma / XXV (1): 133-139 (2023)
135
by venipuncture in BD vacutainer tubes (Becton Dickson of
21 G x 38 mm). Samples were transported to CIAD A.C. to
separate plasma by centrifugation (ThermoFisher Scientic.
Laboratory Centrifuge. Germany, 2016) at 5000 x g for 10 min
at 4 °C, within 2 h of collection and stored as aliquots in pro-
perly labeled 1.5 mL amber Eppendorf tubes at - 80°C until
analysis. The entire process was performed under conditions
of light protection. TAC was determined using the Randox®
NX2332 commercial reagent kit (UK, 2016) following the
manufacturer’s instructions (Jozanov-Stankov et al., 2009).
Statistical analysis
An exploratory analysis was performed to describe the
variables and create new dichotomous or polychotomous
variables. Means and standard deviations were estimated for
the continuous variables while medians were estimated for
the antioxidant nutrient intakes. Prevalence was estimated
for all categorical variables. All antioxidant intakes were
total energy-adjusted using the residual method (Willett,
1998). In addition, plausible biological variables with OR ≠ 1
and p ≤ 0.2 were selected by univariate logistic regression.
Selected variables were analyzed by the multivariate logistic
regression to generate the models. Then, the variables in the
preliminary models were evaluated for interaction (p ≤ 0.05),
collinearity (r > 0.8) and linearity. All data were analyzed using
the STATA/SE version 12.0 (StataCorp. 2011. Stata Statistical
Software: Release 12. College Station, TX: StataCorp LP).
RESULTS
Baseline characteristics between groups
This age-matched, case-control study of 99 women
(mean age 41.8 ± 7.9 years, range: 23-56 years old) from nor-
thwest Mexico, explored the dierences between the control
and case (HPV-infection) groups regarding all variables in
this study (Tables 1 and 2). No dierences were found in age,
weight, height, BMI and personal and socioeconomic factors
(p > 0.05) between the study groups (p > 0.05) (Table 1).
An unadjusted analysis failed to detect any dierence
in the age at menarche (unadjusted OR = 1.84, 95 % CI =
0.798 - 4.295, p = 0.156), or age at rst sexual intercourse (≥ 18
years) (unadjusted OR = 1.5, 95% CI = 0.575 - 3.912, p = 0.407)
between groups. The women with more than one pregnancy
(unadjusted OR = 6.1, 95 % CI = 2.0 - 18.1, p = 0.001), and
those with more both sexual partners (unadjusted OR = 2.4,
95 % CI = 1.0 - 6.08, p = 0.048), and annual sexual partners
(unadjusted OR = 5.9, 95 % CI = 2.2 - 16.1, p = 0.001), had
a higher probability of being HPV-positive. Also, the women
who used oral contraceptives for more than 6 years (unad-
justed OR = 3.3, 95 % CI = 1.0 - 11.2, p = 0.047), and smoked
tobacco (unadjusted OR = 3.9, 95 % CI = 1.3 - 11.5, p = 0.011)
or being passive smoking (unadjusted OR = 2.0, 95 % CI =
1.0 - 5.6, p = 0.049) were more likely to have HPV infection.
Finally, women with other STDs were 6.9 more likely (95 % CI
=1.4 - 22.7, p = 0.016) to be HPV-infected.
The categories ‘previous type 2 diabetes’ and ‘vitamin
supplementation’ were not found to be associated with HPV
infection (Table 1). Overall energy-adjusted antioxidant
intakes were not associated with HPV infection (Table 2).
However, energy-adjusted retinol and lycopene intakes ten-
ded to be higher in controls than in cases (OR = 0.95, 95 %
CI = 0.8- 1.0, p = 0.080: OR = 0.99, 95% CI = 0.999 - 1.000, p =
0.074 respectively). Women with higher TAC were less likely
to have HPV infection (OR = 0.05, 95% CI = 0.01-0.5, p = 0.013).
Biological plausible variables to HPV infection
The variables with OR ≠1 and p ≤ 0.2 selected for sim-
ple logistic regression analysis and with biological plausibili-
ty for the risk of HPV infection were number of pregnancies,
number of sexual partners, total annual sexual partners, use
of oral contraceptives for ≥ 6 years, active tobacco smoking,
passive smoking, other STDs, and energy, retinol and lycope-
ne intakes, and TAC (Table 3).
Generation of models
The stepwise analysis generated Model 1 shown in Ta-
ble 4. Women with more pregnancies (adjusted OR = 5.5, 95
% CI = 1.2 - 28.1, p = 0.029) and those with more sexual part-
ners and total annual sexual partners remained in the model,
and were more likely to have HPV infection. In contrast,
higher consumption of energy-adjusted lycopene (adjusted
OR = 0.96, 95 % CI = 0.95 - 0.99, p = 0.019) reduced the risk
of HPV infection in these women. No interaction (p ≤ 0.05)
or collinearity (r < 0.8) was found between the independent
variables.
The stepwise analysis also produced Model 2, and the
variables which remained were number of pregnancies, total
annual sexual partners and TAC (Table 5). The rst two non-
nutrient variables were also selected in Model 1. Here, higher
TAC status (adjusted OR = 0.05, 95 % CI = 0.03 - 0.7, p = 0.024)
was related to a reduced risk of HPV infection in participants.
Again, no interaction (p ≤ 0.05) or collinearity (r < 0.8) was
found between the independent variables, though linearity
was observed in the natural logarithm of HPV infection [P /
1-P] vs. TAC when this latter was considered as a categorical
variable. A value for TAC above 1.30 mmol/L decreased the
probability of HPV infection.
DISCUSSION
A high risk of HPV infection in women with high parity
was observed in this study. Mukhopadhyay (2019) also pu-
blished the association between HPV infection and increased
parity in 171 women. It was suggested that in multiparous
women, increased hormone levels may result in exposing
the ectocervix for a longer period, and the impaired immune
response facilitates the settlement of HPV infection. Howe-
ver, de Farias et al. (2021) did not nd this association (p <
0.05) in women older than 25 years old from a total of 428
participants. Similarly, Liang et al. (2018) and Pandey et al.
(2019) published the same nding in 198 and 101 women,
respectively. Although de Farias et al. (2021) did not argue
their results, the last two attributed to their small sample size,
the lack of association.
136 Volumen XXV, Número 1
Morales-Figueroa et al: Biotecnia / XXV (1): 133-139 (2023)
136
Table 1. Comparison of the characteristics of the participants with HPV-infection, controls and cases.
Tabla 1. Comparación de las características de los participantes con infección por HPV, controles y casos.
Variable Controls
(n = 66)
Cases
(n = 33)
OR
(95 % CI)
cp-value
aAge (years) (matched factor) 42.2 (± 8.1) 41.0 (± 7.8) 0.66 (0.40 - 1.09) 0.106
aWeight (kg) 73.7 (± 13.2) 71.2 (± 13.8) 0.98 (0.94 - 1.01) 0.303
aHeight (cm) 1.59 (± 0.058) 1.60 (± 0.06) 0.82 (0.001 - 800.5) 0.956
aBMI 28.9 (± 5.04) 27.7 (± 5.12) 0.95 (0.87 - 1.04) 0.317
Demographic data
bMarital Status
Married 45 (68.2 %) 23 (69.7 %) 1.0
Single/Divorced/Widow 21 (31.8 %) 10 (30.3 %) 0.81 (0.30 - 2.10) 0.678
bOccupation
Manual labor/Retired/Professional/Merchant 33 (50 %) 16 (48.5 %) 1.0
Housewife 33 (50 %) 17 (51.5 %) 1.10 (0.45 - 2.7) 0.822
bSocioeconomic Status
Wealthy 19 (28.8 %) 12 (36.4 %) 1.0
Average standard of living 18 (27.3 %) 7 (21.2 %) 0.51 (0.15 - 1.8) 0.296
Below average standard of living 19 (28.8 %) 6 (18.2 %) 0.41 (0.11 - 1.51) 0.184
Lowest average standard of living 10 (15.2 %) 8 (24.2 %) 1.31 (0.40 - 4.3) 0.652
bBiological data
Age at menarche
≥ 12 years 50 (75 %) 21 (63.7 %) 1.0
< 12 years 16 (25 %) 12 (36.4 %) 1.69 (0.71 - 4.0) 0.235
bLifestyle
Number of previous pregnancies
0 - 1 45 (68.2 %) 9 (27.3 %) 1.0
> 1 21 (31.8 %) 24 (72.7 %) 6.1 (2.0 - 18.1) 0.001
Age at rst sexual intercourse
≥ 18 years 50 (76 %) 22 (67 %) 1.0
< 18 years 16 (24 %) 11 (33 %) 1.7 (0.62 - 4.49) 0.308
Number of sexual partners
0 - 1 50 (75 %) 18 (55 %) 1.0
> 1 16 (25 %) 15 (45 %) 2.4 (1.0 - 6.08) 0.048
Total annual sexual partners
0 - 1 50 (76 %) 10 (30 %) 1.0
> 1 16 (24 %) 23 (70 %) 5.9 (2.2 - 16.1) 0.001
Use of condom alone and other methods (Intrauterine device,
injection, vasectomy, rhythm, tablets)
No 37 (56 %) 20 (60 %) 1.0
Yes 29 (44 %) 13 (40 %) 0.79 (0.31 - 2.0) 0.636
Oral contraceptives for ≥ 6 years.
No 56 (85 %) 22 (67 %) 1.0
Yes 10 (15 %) 11 (33 %) 3.3 (1.01 - 11.2) 0.047
Active tobacco smoking
No 60 (91 %) 22 (67 %) 1.0
Yes 6 (9 %) 11 (33 %) 3.9 (1.3 - 11.5) 0.011
Passive smoking
No 45 (68 %) 16 (49.5 %) 1.0
Yes 21 (32 %) 17 (51.5 %) 2.036 (1.0 - 5.6) 0.049
Disease
Other STDs
No 63 (95 %) 25 (76 %) 1.0
Yes 3 (5 %) 8 (24 %) 6.9 (1.4 - 22.7) 0.016
Previous type 2 diabetes
No 57 (86 %) 27 (82 %) 1.0
Yes 9 (14 %) 6 (18 %) 1.4 (0.4 - 4.6) 0.542
Vitamin-Supplementation
Yes 50 (76 %) 27 (82 %) 1.0
No 16 (24 %) 6 (18 %) 0.5 (0.17 - 1.8) 0.366
aMean values with standard deviation
bNumber of participants and percentage
cConditional logistic regression analysis
OR = Odds Ratio; BMI = Body Mass Index; STDs = Sexual Transmitted Diseases; OR = Odds ratio; CI = 95 % Condence Interval; p = Signicant level p < 0.05.
137
Volumen XXV, Número 1
Morales-Figueroa et al: Factores asociados a la infección por el virus del papiloma / XXV (1): 133-139 (2023)
137
Table 2. Association of nutrient antioxidants intake and TAC with HPV-infection in controls and cases.
Tabla 2. Asociación de la ingesta de nutrientes antioxidantes, y TAC con infección por HPV en controles y casos.
aDietary nutrients Controls (n = 66) Cases (n= 33) OR (CI) cp - value
Energy (kcal/d) 2040 (1875.8 - 2305.5) 1710 (1579.6 - 1833.9) 0.998 (0.97 - 0.99) 0.025
Vitamin C (mg/d) 136.8 (110.2 - 154.5) 122.7 (89.3 - 167.8) 1.0 (0.99 - 1.0) 0.889
Vitamin A (RE/d) 761.0 (634.5 - 850.9) 673.5 (577.3 - 784.8) 1.0 (0.99 - 1.0) 0.745
Retinol (µg/d) 266.5 (222.2 - 304.7) 259.9 (187.8 - 334.8) 0.95 (0.8 - 1.0) 0.080
α-carotene (µg/d) 1015.5 (928.4 - 1052.4) 976.6 (792.7 - 1030.7) 1.0 (0.99 -1 .01) 0.889
β-carotene (µg/d) 3840.2 (3215.1 - 4236.8) 3561.4 (2995.9 - 4314.4) 0.99 (0.99 - 1.0) 0.207
β-cryptoxanthin (µg/d) 288.3 (195.6 - 325.8) 300 (193.1 - 380.3) 1.0 (0.99 - 1.00) 0.251
Lycopene (µg/d) 3350.9 (2665.6 - 4233.7) 2692.5 (1845 - 3838.6) 0.97 (0.95 - 1.0) 0.079
Lutein-zeaxanthin (µg/d) 1501.8 (1190.3 - 2108) 1475.2 (850-2238.2) 0.9 (0.999 - 1.000) 0.712
Vitamin E (mg/d) 5.6 (5.1 - 6.4) 5.0 (4.1 - 5.5) 1.03 (1.0 - 1.05) 0.012
α-tocopherol (mg/d) 5.6 (5.1 - 6.2) 5.0 (4.0 - 5.5) 1.05 (1.0 - 1.09) 0.013
β-tocopherol (mg/d) 0.17 (0.15 - 0.20) 0.13 (0.10 - 0.21) 18.4 (0.12 - 2.7) 0.253
γ-tocopherol (mg/d) 4.14 (3.3 - 5.4) 3.9 (3.3 - 5.1) 0.94 (0.81 - 1.1) 0.504
bBlood nutrients
TAC (mmol/L) 1.39 (0.29) 1.21 (0.25) 0.06 (0.01-0.6) 0.013
aMedian values and interquartile range. Nutrients were energy-adjusted by the residual method
bMean values with standard deviation
cConditional logistic regression analysis
OR = Odds Ratio; TAC = Total Antioxidant Capacity in plasma; p = Signicant level p < 0.05.
Table 3. Plausible biological variables selected by simple logistic regression
analysis.
Tabla 3. Variables biológicas plausibles, seleccionadas mediante análisis de
regresión logístico simple.
HPV infection OR 95 % CI bp-value
Number of previous pregnancies 6.1 2.0 - 18.1 0.001
Number of sexual partners 2.4 1.0 - 6.1 0.048
Total annual sexual partners 5.9 2.2 - 16.1 0.001
Oral contraceptives for ≥ 6 years. 3.3 1.0 - 11.2 0.047
Active tobacco smoking 3.9 1.3 - 11.5 0.011
Passive smoking 2.04 1.0 - 5.6 0.049
Other STDs 6.9 1.4 - 22.7 0.016
aEnergy (kcal/d) 0.99 0.97 - 0.99 0.016
aRetinol (µg/d) 0.9 0.8 - 1.0 0.080
aLycopene (µg/d) 0.97 0.95 - 1.0 0.079
TAC (mmol/L) 0.05 0.01 - 0.5 0.013
aNutrients were energy-adjusted by the residual method
bSimple logistic regression analysis
OR = Odds Ratio; CI = 95 % Condence Interval; STDs = Sexual Transmitted
Diseases; TAC = Total Antioxidant Capacity in plasma; p = Signicant level p
< 0.05.
Women with more sexual partners and annual sexual
partners were at higher risk of HPV infection. Itarat et al. (2019)
found that women (n = 349) with multiple sexual partners
had a higher risk of HPV as compared with those with limited
sexual partners. However, authors recognized that lack of in-
formation about the HPV duration and sexual behavior of the
partners of the recruited women was a limitation to provide
a better conclusion.
The consumption of lycopene and a better TAC re-
duced the risk of HPV infection in our study. No association
was found between the consumed antioxidants and those in
plasma (data not shown), and it was observed that nutrient
antioxidant supplementation was similar (p = 0.496) in both
groups. Pellegrini et al. (2018) concluded that dierent studies
explain the reasons to understand the limitation to recognize
the plasma TAC as a biomarker of dietary antioxidant intake.
One of them is that antioxidants in plasma may inuence
the antioxidant compounds in other biological uids; and
second, the little understanding of the high inter-individual
variability given by TAC assays, as a result of the unnoticed
contribution by antioxidant enzymes. On the other hand,
Barchitta et al. (2020) reported that 251 women with high an-
tioxidants intake (zinc, selenium, manganese, vitamin A, vi-
Table 4. Factors associated with HPV-infection identied by conditional
multiple logistic regression (Model 1).
Tabla 4. Factores asociados con la infección por HPV, identicados median-
te regresión logística múltiple condicionada (Modelo 1).
Variable SE OR 95 % CI p-value
Number of previous
pregnancies 4.6 5.5 1.2 - 28.1 0.029
Number of sexual partners 9.7 10.8 2.9 - 58.7 0.01
Total annual sexual partners 4.9 5.9 1.5 - 25.5 0.023
aLycopene (µg/d) 0.003 0.96 0.95 - 0.99 0.019
aAntioxidant nutrients were energy-adjusted by the residual method
SE = Standard Error; OR = Odds Ratio; CI = 95 % Condence Interval; p =
Signicant level p < 0.05.
Table 5. Factors associated with HPV-infection identied by conditional
multiple logistic regression (Model 2).
Tabla 5. Factores asociados con la infección por HPV, identicados por
regresión logística múltiple condicionada (Modelo 2).
Variable SE OR 95 % CI p - value
Number of previous
pregnancies
7.63 9.26 1.88 - 45.44 0.01
Total annual sexual partners 4.16 6.45 1.82 - 22.85 0.01
TAC (mmol/L) 0.065 0.05 0.03 - 0.7 0.024
SE = Standard Error; OR = Odds Ratio; CI = 95 % Condence Interval; TAC=
Total Antioxidant Capacity in plasma; p = Signicant level p < 0.05.
138 Volumen XXV, Número 1
Morales-Figueroa et al: Biotecnia / XXV (1): 133-139 (2023)
138
tamin C, vitamin E, carotenoid, and avonoids) were at lower
risk of HPV infection. A recent review by Ono et al. (2020)
described that intake of vitamins A, D and carotenoids such
as lycopene, may inhibit early events of cervical cancer from
HPV infection, but the mechanisms of action remain unclear.
On the other hand, Lin et al. (2021) reported that women with
the lowest antioxidant serum levels had a higher risk of HPV
infection from 11,070 women aged 18 - 59 who participated
in the 2003 - 2016 National Health and Nutrition Examination
Survey in USA.
CONCLUSION
Women with more pregnancies and sexual partners
were at higher risk of HPV infection. On the other hand, hig-
her dietary consumption of lycopene and TAC in blood redu-
ced the risk of HPV infection in this study. The strength of this
research lies in its matched case-control design, all the study
variables explored, and the information generated about a
largely unexplored topic in a Mexican population. However,
the sample size and the absence of information on the role
of male partners in HPV infection transmission were a limi-
tation of this study. On the other hand, although the sexual
intercourse at early age was not associated to HPV infection,
a high percentage of our participant women reported had
sexual intercourse before the age of 18. This nding may lead
to the National Ministry of Health to look over the valid cer-
vical cancer standards to lower the age for the HPV infection
diagnosis in Mexican women. Strengthening both the sexual
education and the increase of antioxidants consumption in
women, at least at local level, to prevent the development of
cervical cancer should be carried out.
ACKNOWLEDGEMENTS
The authors thank the women who participated in
this study, as well as Elizabeth Carillo, MD, Mrs. Alma América
Ariyoshi Soto, and Mrs. Alma Angélica Ojeda, for their logis-
tical and technical support. We also thank the “Agrupación
George Papanicolau” and the ISSSTESON Hospital for the
facilities provided to perform this study.
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140 Volumen XXV, Número 1
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
140
Conabilidad del hisopado de piel y muestra de orina para detectar
ebre manchada por Rickettsia rickettsii en Sonora usando PCR en punto
nal en pacientes hospitalizados
Cutaneous Swab and Urine Samples Reliability to Detect Rickettsia rickettsii through PCR
in hospitalized patients, Sonora
Cynthia Yadira García-Cortez, Gerardo Álvarez Hernández*, Enrique Bolado Martínez, Maria del Carmen Candia
Plata, Miguel Ángel Martínez Medina
Departamento de Medicina y Ciencias de la Salud, Universidad de Sonora. Luis Encinas y Rosales S/N, Col. Centro. CP .
Hermosillo, Sonora, México.
Departamento de Ciencias Químico Biológicas, Universidad de Sonora. Luis Encinas y Rosales S/N, Col. Centro. CP .
Hermosillo, Sonora, México.
Área de Enseñanza e Investigación, Hospital Infantil del Estado de Sonora. Calle Reforma . Colonia Ley . CP. .
Hermosillo, Sonora, México.
*Autor para correspondencia: Gerardo Álvarez Hernández
Correo electrónico: galvarezh63@gmail.com, gerardo.alvarez@unison.mx
Recibido: 22 de junio de 2022
Aceptado: 12 de octubre de 2022
RESUMEN
La determinación de anticuerpos IgM e IgG por
inmunouorescencia indirecta es la prueba estándar para
conrmar la ebre manchada por Rickettsia rickettsii (FMRR),
aunque tiene limitado valor clínico pues requiere tres se-
manas para ser conable. La Reacción en Cadena de la Po-
limerasa (PCR) es una opción para el diagnóstico en sangre
total, pero hay menos certidumbre respecto a su capacidad
al usar muestras de orina y tejido. Nos proponemos estimar
la conabilidad de PCR en muestras de hisopado cutáneo y
orina en pacientes sospechosos de FMRR, comparándole con
resultados de PCR en muestras de sangre total. Se analizaron
muestras de 110 pacientes sospechosos de FMRR atendidos
en hospitales de Sonora, entre septiembre de 2018 y octubre
de 2019. El cálculo de la conabilidad se realizó mediante el
Coeciente de Kappa (K). Se detectó R. rickettsii en 21 mues-
tras de orina, encontrando una concordancia sustancial (K =
0.607, IC 95 % (0.385, 0.844)); en tanto, 3 hisopados cutáneos
resultaron positivos, pero sin signicancia estadística (K =
0.417, IC95 % (- 0.338, 1.172)). Nuestros hallazgos sustentan
que la PCR en orina es una técnica conable para conrmar
la sospecha clínica de FMRR en pacientes hospitalizados.
Palabras clave: Fiebre manchada de las Montañas Rocosas,
PCR, detección temprana de la enfermedad, conabilidad.
ABSTRACT
Rocky Mountain spotted fever (RMSF) is an infectious
disease conrmed through IgM and IgG determination
obtained by indirect immunouorescence, although it has
limited clinical value since it requires up to three weeks to
be reliable. Polymerase Chain Reaction (PCR) is an alternative
for RMSF diagnosis in whole blood, but there is less certainty
regarding its certainty when urine and tissue samples are
used. This study aimed to estimate the reliability of PCR in
skin swab and urine samples obtained from patients with
suspected RMSF, comparing it with PCR results from whole
blood samples. Samples from 110 suspected RMSF hospita-
lized patients, between September 2018 and October 2019,
were analyzed. Reliability was calculated using the Kappa
Coecient (K). R. rickettsii was detected in 21 urine samples,
nding substantial agreement (K = 0.607, 95 % CI (0.385,
0.844)); meanwhile, 3 skin swabs were positive, but without
statistical signicance (K = 0.417, 95 % CI (- 0.338, 1.172)).
Our ndings support that urine PCR is a reliable technique
to conrm clinical suspicion of RMSF in hospitalized patients.
Key words: Rocky Mountain spotted fever, PCR, early detec-
tion of disease, reliability.
INTRODUCCIÓN
La ebre manchada por Rickettsia rickettsii (FMRR) es
una enfermedad reemergente en Sonora. Es un padecimien-
to transmitido al humano por artrópodos vectores infecta-
dos, en Méxicola garrapata Rhipicephalus sanguineus es el
principal vector de la enfermedad (Eremeeva et al., 2015). La
FMRR constituye una amenaza médica cuando no es tratada
oportunamente al asociarse a una elevada letalidad, que os-
cila en Sonora entre 20 y 40 % (Álvarez et al., 2015). Histórica-
mente, en la región su presencia está ligada a determinantes
biológicos y sociales, que explican la ocurrencia de casos y
brotes durante todo el año (Álvarez y Contreras, 2013).
La sospecha temprana de FMRR se complica por la
poca especicidad del cuadro clínico inicial, que semeja a
otros padecimientos endémicos de la región como dengue
e inuenza (Álvarez et al., 2017). La conrmación diagnóstica
puede establecerse hasta cuatro semanas posteriores al
inicio sintomático al identicar una cuadruplicación en los
títulos de anticuerpos IgM e IgG por inmunouorescencia
indirecta (IFI) (La Scola y Raoult, 1997; Biggs et al., 2016). La
IFI es la prueba estándar para conrmar FMRR, pero es menos
útil clínicamente, pues cuando los títulos de IgM e IgG son
evidencia conrmatoria el paciente se ha recuperado o ha
fallecido.
Una técnica alternativa para conrmar FMRR es la
reacción en cadena de polimerasa (PCR), pues es un méto-
do válido y más temprano para conrmar la sospecha en
muestras de sangre total (Bechah et al., 2011; Santibáñez et
al., 2013; Oteo et al., 2014). Sin embargo, es menos claro su
desempeño en otras muestras biológicas como el hisopado
DOI:10.18633/biotecnia.v25i1.1790
141
Volumen XXV, Número 1
García-Cortez et al: Conabilidad del hisopado de piel y muestra de orina / XXV (1): 140-146 (2023)
141
cutáneo y orina, que además de ser menos invasivas, sean
oportunas para la toma de decisiones médicas de esta enfer-
medad, como ha sido documentado en otros padecimientos
con similar expresión clínica como ebre Zika (Gourinat et al.,
2015), leptospirosis (Bal et al., 1994) y tuberculosis (Gopinath
y Singh, 2009).
La presente investigación explora la conabilidad clí-
nica del hisopado cutáneo y la orina obtenidos de pacientes
sospechosos de FMRR que fueron atendidos en hospitales
públicos de Sonora, mediante la técnica de PCR en punto
nal. El estudio pretende generar resultados que mejoren la
capacidad diagnóstica de la FMRR a nivel regional.
MATERIALES Y MÉTODOS
Mediante un diseño transversal se estimó la conabili-
dad de muestras de hisopado cutáneo y de orina de pacien-
tes hospitalizados por sospecha clínica de FMRR, utilizando
la PCR en punto nal para identicar Rickettsia rickettsii. Los
pacientes fueron atendidos en hospitales públicos de So-
nora entre el 20 de septiembre de 2018 y el 31 de octubre
de 2019. Para examinar la capacidad diagnóstica de PCR en
ambas muestras, se empleó como método estándar la deter-
minación de PCR en muestras sanguíneas obtenidas de los
mismos pacientes. El estudio recibió aprobación por parte de
un comité de ética en investigación acreditado.
Tipo y tamaño de la muestra
La muestra del estudio constó de 110 sujetos que
recibieron atención médica en los sitios de estudio; de ellos,
79 (71.8 %) fueron sospechosos de FMRR (Grupo I), y fueron
comparados con 31 (28.2 %) pacientes con cuadro febril
infeccioso agudo de al menos de 5 días de evolución, pero
sin sospecha del diagnóstico de interés (Grupo II). Para ser
elegibles, los pacientes de ambos grupos rmaron una hoja
de consentimiento informado o de asentimiento en el caso
de menores de edad.
Los procedimientos para obtener las muestras biológi-
cas fueron: para hisopado cutáneo, la lesión maculopapular,
vesícula o escara fue humedecida con una gasa embebida en
solución salina estéril, y un hisopo de dacrón o rayón estéril
se giró vigorosamente, entre cinco y seis veces en un ángulo
de 50° a 60°, en la base de la lesión y se retiró la costra cuando
fue posible, sin lastimar al paciente; posteriormente el hisopo
se colocó en tubo estéril de plástico con solución salina es-
téril y con tapa (InDRE- Lineamientos Rickettsiosis, 2017). La
muestra de orina se tomó directamente del chorro urinario
(20 a 30 mL), en un contenedor estéril etiquetado para su
identicación. La orina colectada fue examinada durante las
primeras 24 h, tal como es recomendado (Salinas, 2008).
Procesamiento de las muestras
Se utilizó el equipo automatizado Magna Pure
Compact LC 2.0 de Roche® para la extracción del ADN. Las
muestras recibieron pretratamiento: la orina se centrifugó
por 30 min a 4,000 rpm para tomar 200 µL del sedimento;
se tomaron 200 µL de sangre y se incubó 30 min con 20 µL
de proteinasa K. Al nal de la extracción de ácidos nucleicos
se obtuvieron 200 (µL) de ADN eluído. La integridad del ADN
fue examinada mediante la nitidez de las bandas de ampli-
cación derivadas de la electroforesis.
Para conrmar el género Rickettsia se preparó mezcla
de reacción para identicar el gen gltA y otra para determi-
nar la especie rickettsii, identicando el gen de la proteína
hipotética A1G_04230; se utilizó el termociclador Bio-Rad
ICycler. Las mezclas contenían: iniciadores CS-1(F) (5’-GCA-
AGTATCGGTGAGGATGTAAT-3) y CS-2(R) (5’-GCTTCCTTAAA-
ATTCAATAAATCAGGAT-3) (0.8 M), diseñados para amplicar
un fragmento de 401 pares de bases (pb) del gen citrato
sintasa (gltA) para Rickettsia (Labruna et al., 2004) y los inicia-
dores RRi1(F) (5’-AAATCAACGGAAGAGCAAAAC-3) y RRi2(R)
(5’-CCCTCCACTACCTGCATCAT-3) (0.8 M), para un fragmento
de 153 pb de la proteína A1G_04230 para rickettsii (Kato et al.,
2012); agregando en ambas reacciones, MgCl2 (3 mM), oligo-
nucleótidos (200 M), buer 5X, Taq ADN polimerasa (0.5 U)
y 5 L de ADN extraído de la muestra, para una reacción de
25 L. Se utilizó control positivo (ADN de Rickettsia rickettsii),
control negativo (ADN de paciente sin FMMR) y agua destila-
da estéril para el blanco de PCR (Kato et al., 2013).
Las condiciones de termociclado para género fueron:
1 ciclo a 95 °C por 5 min, 40 ciclos a: 95 °C por 15 s, 52 °C por
30 s, 72 °C por 30 s y un ciclo a 72 °C por 10 min (Labruna et
al., 2004). Las condiciones para especie fueron: 1 ciclo a 95 °C
por 5 min, 40 ciclos a: 95 °C por 15 s, 58 °C por 30 s, 72 °C por
30 s y un ciclo a 72 °C por 10 min, conservando los productos
a - 20 °C (Kato et al., 2013).
Se realizó electroforesis a los productos de ampli-
cación en gel de agarosa al 2 % (p/v) en buer TBE 1X (Tris
50 mM, ácido bórico 40 mM, EDTA 0.5 M), con el colorante
Gel Star dilución 1:10 (Lonza U.S.A.), a 80 V por 60 min. Se
utilizó marcador de 100 pares de bases (pb) (Promega, U.S.A.)
(Figura 1).
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
MPM
(pb)
1000
900
800
700
600
500
400
300
200
100
Figura 1. Bandas de amplicación de los genes gltA y proteína A1G_04230.
Figure 1. Amplication bands of the gltA and A1G_04230 protein genes.
Carril 1: Marcador de 100 pb; carril 2: control positivo a género gen gltA
(401 pb); carril 3 y 4: muestra de sangre positiva a género; carril 5 y 6:
muestra de orina positiva a género; carril 7 y 8: muestra de hisopado de
piel positiva a género; carril 9: control negativo de PCR; carril 10: blanco
de PCR; carril 11: sin muestra; carril 12: control positivo a especie gen de
la proteína A1G_04230 (153 pb); carril 13 y 14: muestra de sangre positiva
a especie; carril 15 y 16: muestra de orina positiva a especie; carril 17 y 18:
muestra de hisopado de piel positiva a especie; carril 19: control negativo
de PCR; carril 20: blanco de PCR. MPM: marcador de peso molecular.
142 Volumen XXV, Número 1
García-Cortez et al: Biotecnia / XXV (1): 140-146 (2023)
142
Plan de análisis
Se obtuvieron frecuencias relativas de las variables
clínicas y sociodemográcas de los sujetos de estudio, y fue-
ron contrastadas de acuerdo con la muestra biológica que
se obtuvo: 1) muestras de orina; 2) muestras de hisopado
cutáneo; y 3) sujetos sin sospecha de FMRR. Para examinar
las diferencias de las variables categóricas se utilizó la prueba
de Chi-cuadrada para igualdad de proporciones; para las
variables continuas se emplearon las pruebas de análisis de
varianza (ANOVA) o U de Mann-Whitney, de acuerdo con su
distribución. En todos los casos, se probaron hipótesis de dos
colas y valores de p ≤ 0.05 fueron juzgados estadísticamente
signicativos.
Para estimar la conabilidad clínica de los resultados
de la técnica de PCR en punto nal en muestras de hisopado
cutáneo y de orina, se contrastaron con los obtenidos en
muestras de sangre total de los mismos sujetos de estudio.
Se consideró positivo un resultado de PCR cuando se apreció
una banda con un número de pares de bases acorde para
cada uno de los genes amplicados (Fig. 1). La conabilidad
de la PCR se estimó mediante el coeciente de Kappa de
Cohen (K) (Cohen, 1960; Cerda-Lorca et al., 2008), de acuerdo
a la siguiente fórmula:
Donde Pr (a) es el resultado de concordancia obser-
vada, y Pr (e) es el resultado de la concordancia ajustando el
azar.
Para propósitos de interpretación del coeciente de
Kappa, se empleó la tabla de valores propuesta originalmen-
te por Landis (Landis y Koch, 1977).
RESULTADOS
En total se analizaron 110 muestras biológicas, 79
(71.8 %) de pacientes sospechosos de FMRR, de éstas, 72
(65.5 %) fueron orinas y 7 (6.4 %) hisopados cutáneos; en el
grupo de comparación hubo 31 muestras de sangre. Entre
las variables analizadas, se observó que la edad media de los
casos sospechosos de FMRR fue menor que la del grupo de
comparación (20.9 ± 15.2) y esta diferencia fue signicativa
(p = 0.002).
Se observó que los pacientes con sospecha de FMRR
tenían un mayor promedio de días transcurridos desde el
comienzo de sus síntomas que los sujetos del grupo de
comparación, en los pacientes a los que se les tomó muestra
de orina, en promedio tenían 6.2 ± 3.3 d, mientras en los de
hisopado cutáneo la media fue de 7.3 ± 2.0. La media del gru-
po de comparación fue de 3.8 ± 2.2, esta diferencia también
fue signicativa (p < 0.001). Otra variable signicativamente
diferente (p = 0.009) fue la cuenta plaquetaria (x 103), con
los pacientes de hisopado, mostrando los valores más bajos
(41.25 ± 30.55) seguidos por los de muestra de orina (94.54 ±
90.00). Los detalles se muestran en la Tabla I.
Se observó que 23 de las 72 (31.9 %) muestras de orina
analizadas tuvieron un resultado conrmatorio a infección
por rickettsia y que 7 (30.4 %) de esos sujetos fallecieron,
mientras 3 (6.1 %) murieron en el grupo de pacientes (n = 49)
Tabla I. Condiciones de pacientes sospechosos de FMRR por tipo de muestra.
Table I. Conditions of RRMF-suspected patients by sample type.
Condición
Pacientes con
orina
N (%) [n = 72]
Pacientes con
Hisopado
N (%) [n = 7]
Pacientes Gpo
comparación
N (%) [n = 31]
p 1/
Muestras positivas 23 (31.94) 3 (42.85) 0 (0.0) 0.557
Edad (Media + DS) &11.79 + 10.34 13.11 + 7.07 20.90 + 15.19 0.002*
Defunciones 10 (13.8) 2 (28.57) 0 (0.0) 0.301
Días de evolución
(media + DS)A/ 6.16 + 3.32 7.28 + 1.97 3.77 + 2.21 < 0.001*
Manejo del paciente#
- Hospitalario 70 (97.22) 7 (100.0) 27 (87.09) 0.065
- Ambulatorio 2 (2.78) 0 (0.0) 4 (12.91)
Cuadro Clínico#
- Fiebre 72 (100.0) 7 (100.0) 31 (100.0) 1.000
- Exantema 55 (76.38) 5 (71.42) 18 (58.06) 0.096
- Malestar General 57 (79.16) 6 (85.71) 26 (83.87) 0.565
- Cefalea 65 (90.27) 7 (100.0) 29 (93.54) 0.720
- Plaquetas
[x103/ µL] (media + DS)&94.54 + 90.00 41.25 + 30.55 137.42 + 75.58 0.009*
- Leucocitos
[x103/ µL] (media + DS)&9.42 + 5.54 10.12 + 5.71 8.44 + 7.61 0.092
Localidad de residencia#
- Rural 16 (22.23) 3 (42.86) 12 (38.70) 0.076
- Urbana 56 (77.77) 4 (57.14) 19 (61.29)
& Basado en una prueba de ANOVA; # Basado en una prueba chi cuadrada; *
Estadísticamente signicativo a un nivel de conanza del 95 % ;
A/ Días de evolución desde el comienzo de los síntomas hasta la toma de la muestra
143
Volumen XXV, Número 1
García-Cortez et al: Conabilidad del hisopado de piel y muestra de orina / XXV (1): 140-146 (2023)
143
negativos a R. rickettsii, lo que fue estadísticamente diferente
(p = 0.009). También se encontraron diferencias signicativas
(p = 0.007) en el conteo de plaquetas (x 103), pues los sujetos
positivos tuvieron un promedio inferior (58.82 ± 56.17) al
compararlos con los pacientes con orina negativa (111.3 ±
98.17) (Tabla II). No se apreciaron diferencias signicativas
en las variables analizadas entre los pacientes del grupo de
hisopado cutáneo.
Entre las 23 muestras de orina positivas, en 21 se
conrmó infección por R. rickettsii y en otras dos se identi-
có al género Rickettsia, pero no a la especie. Al estimar el
coeciente de Kappa se alcanzó un valor de 0.615, con un IC
95 % (0.386, 0.8436). En cuanto a los 7 hisopados cutáneos
analizados, en 3 (42.8 %) pacientes se conrmó infección por
R. rickettsii; en este caso el coeciente de Kappa fue de 0.417,
aunque no tuvo signicancia estadística.
Otra característica analizada fueron las diferencias en
cuanto a la época del año en que la muestra fue obtenida,
observándose que la mayor proporción (n = 38; 52.7 %) de
muestras se alcanzó durante el trimestre agosto-octubre, el
de mayor temperatura y humedad ambiental, esta diferencia
fue signicativa (p < 0.001); en este trimestre, el mayor por-
centaje (50.0 %) de positividad ocurrió en septiembre (Figura
2). También apreciamos que la mayor proporción (77.5 %)
de muestras correspondió a pacientes menores de 18 años,
aunque la tasa de positividad (40.0 %) más elevada se encon-
tró en las muestras de niños menores de 5 años y los adultos
jóvenes entre 19 y 30 años.
Finalmente, la mayor proporción de muestras positivas
se apreció en los sujetos en quienes se tomó la muestra entre
el sexto (70.0 %) y séptimo día (66.7 %) de evolución clínica,
aunque el mayor volumen (n = 19; 23.8 %) de muestras fue
tomado en el quinto día, detectando en este, una positividad
de 31.6 %. No obstante, se detectó infección rickettsial en la
muestra de un paciente con 4 d de evolución de los síntomas.
DISCUSIÓN
Nuestros hallazgos sustentan que la prueba de PCR
punto nal en muestras de orina es una técnica conable
para conrmar la sospecha clínica de FMRR. Esto al compa-
rarse con el desempeño de la misma prueba en muestras de
sangre total. También observamos que en orina es posible
detectar la infección por R. rickettsii desde el 4° día de evo-
lución clínica, un momento relativamente temprano de la
enfermedad. La identicación de la bacteria en orina puede
ser explicada por el daño renal que ocurre en pacientes con
formas graves de FMRR que ameritan hospitalización, sea por
la liberación sistémica de endotoxinas y la activación de la
cascada inamatoria o por la invasión directa de la bacteria
al tejido renal (Stevens et al., 2014; Kamath e Iyengar, 2017).
Es importante considerar la potencial ventaja de la
muestra de orina sobre la muestra sanguínea para diagnos-
ticar FMRR, pues se ha documentado que la sensibilidad de
ensayos de PCR tradicionales en muestras de sangre total es
del 80 % (Kato et al., 2013). Es posible inferir que esta capa-
cidad aumentaría a partir del sexto y séptimo días cuando el
riñón tiene un mayor daño tisular (Bouatra et al., 2013) y la
etapa crítica de la enfermedad ha comenzado. Por ello, reco-
mendamos nuevos estudios sobre el tópico, incrementando
el tamaño de la muestra, considerando cuidadosamente los
días de evolución clínica e integrando un control interno
para incrementar la reproducibilidad y ensayar la técnica de
PCR en tiempo real.
No tenemos antecedentes de estudios previos en
México para evaluar la conabilidad de PCR en muestras de
orina para conrmar el diagnóstico de FMRR. Los hallazgos
de esta investigación pueden ser utilizados como fundamen-
to para incrementar la búsqueda de R. rickettsii en muestras
de orina de pacientes con sospecha de FMRR. A la ventaja de
que la recolección de la muestra de orina es menos invasiva
y dolorosa que la de sangre total, debe considerarse que es
superior en términos de oportunidad que la conrmación en
muestras sanguíneas por IFI, que requiere que transcurran al
menos tres semanas desde el comienzo de síntomas para de-
tectar el incremento en los títulos de anticuerpos IgG (Oteo
et al., 2014; Biggs et al., 2016). En el caso de Sonora, la mayor
proporción de desenlaces fatales ocurre entre el séptimo y
décimo (media 9.3 d) día de evolución (Álvarez et al., 2021)
por lo que sigue siendo una necesidad encontrar técnicas
conables para el diagnóstico de la enfermedad en su etapa
inicial, pero PCR en muestras de orina parece ser una buena
alternativa.
Tabla II. Condiciones de pacientes sospechosos de FMRR con muestra de
orina positiva o negativa.
Table II. Conditions of RRMF-suspected patients with positive or negative
sample.
Condición
Pacientes con
Orinas
positivas
Pacientes con
Orinas
negativas P1/
N (%) [n = 23] N (%) [n = 49]
Edad (media + DS) 11.87 + 10.08 11.73 + 10.56 0.818
Defunciones 7 (30.43) 3 (6.12) 0.009*
Días de evolución
(media + DS)A/ 6.86 + 2.77 5.71 + 3.37 0.159
Manejo del paciente#
- Hospitalario 23 (100.0) 47 (95.91)
- Ambulatorio 0 (0.0) 2 (4.08) 0.325
Cuadro Clínico#
- Fiebre 23 (100.0) 49 (100.0) 1.000
- Exantema 20 (86.95) 34 (69.38) 0.147
- Malestar General 18 (78.26) 38 (77.55) 1.000
- Cefalea 20 (86.95) 43 (87.75) 1.000
- Plaquetas
[x103/ µL] (media + DS)&58.82 + 56.17 111.3 + 98.17 0.007*
- Leucocitos
[x103/ µL] (media + DS)&10.63 + 5.60 8.97 + 5.60 0.193
Localidad de residencia#
- Rural 7 (30.43) 9 (18.36)
- Urbana 16 (69.56) 40 (81.63) 0.361
& Basado en una prueba U de Mann- Whitney; # Basado en una prueba chi
cuadrada; * Estadísticamente signicativo
a un nivel de conanza del 95 %; A/ Días de evolución desde el comienzo
de los síntomas hasta la toma de la muestra
144 Volumen XXV, Número 1
García-Cortez et al: Biotecnia / XXV (1): 140-146 (2023)
144
Respecto a la conabilidad de PCR para conrmar
FMRR en muestras de tejido obtenidas mediante hisopado
cutáneo, se encontró que, aunque tiene una capacidad
moderada de acuerdo con la escala propuesta por Landis
(1977), no fue estadísticamente signicativa, probablemen-
te porque tuvimos un reducido número de pacientes que
desarrollaron escaras, lo que limitó el poder estadístico de
la muestra. A diferencia de otras rickettsiosis del grupo de
ebres manchadas, como en infecciones por R. parkeri o R.
massiliae, la presencia de escaras, aunque posible en FMRR,
es muy infrecuente (Walker et al., 1981; Argüello et al., 2012).
Por lo anterior, no tenemos evidencia que apoye la
colecta rutinaria de tejidos mediante hisopado cutáneo para
el diagnóstico de FMRR; sin embargo, en caso de identicarse
una escara en pacientes con sospecha, alentamos a que se
les tome hisopado cutáneo, pues como hemos documenta-
do se identicó R. rickettsii en 3 hisopados cutáneos, uno de
ellos en un paciente con resultado negativo en sangre, quien
cursaba su tercer día de tratamiento con doxiciclina. No po-
demos descartar totalmente la potencial utilidad de PCR en
este tipo de muestra biológica, pues ya otros investigadores
(Bechah et al., 2011) identicaron la bacteria utilizando esta
técnica, especialmente en pacientes con más de seis días de
evolución, cuando existe una mayor concentración de bac-
terias en la lesión o escara. En escenarios similares a Sonora,
el hisopado de escaras puede contribuir a identicar otras
especies de Rickettsia diferentes de R. rickettsii, como ha sido
demostrado en otras regiones (Parola et al., 2013).
Aunque no fue un objetivo del estudio, un hallazgo
interesante es que fue más frecuente encontrar un resultado
positivo en muestras tomadas entre las 14:00 y las 21:00 h,
contrario a la recomendación de que el mejor momento para
la toma de estas muestras sea por la mañana, cuando existe
mayor carga de la bacteria (Kato et al., 2016). No obstante,
recomendamos que se lleven a cabo nuevos estudios regio-
nales para concluir al respecto.
Se reconoce que la ocurrencia de FMRR es mayor
cuando la temperatura y humedad ambientales se incre-
mentan, favoreciendo el crecimiento, desarrollo, patrones de
alimentación y multiplicación de las garrapatas R. sanguineus
( Chen y Sexton, 2008; Parola et al., 2018), esto es consistente
con lo que observamos en nuestro estudio, pues la mayor
proporción (21.3 %) de muestras sucedió en octubre y la
mayor tasa de positividad (50.0 %) en septiembre, cuando la
temperatura media es de 29 °C y el porcentaje de humedad
relativa es superior al 30 % (CONAGUA, 2021), condiciones
que se asocian a una mayor actividad alimentaria de la ga-
rrapata R. sanguineus, a incremento de transmisión e incluso,
a la ocurrencia de formas más severas de rickettsiosis del
grupo de ebres manchadas (Dantas-Torres, 2008; Parola et
al., 2008). En este sentido, es recomendable efectuar en el
corto plazo, investigaciones regionales para secuenciar los
fragmentos de amplicación de DNA de R. rickettsii y corre-
lacionarlos con la severidad de las manifestaciones clínicas.
Dada la poca especicidad de sus manifestaciones
clínicas y la ventana de tiempo requerida, hasta 21 d, para
conrmar mediante la prueba estándar, el diagnóstico de
la FMRR permanece como un desafío. En este escenario, los
ensayos moleculares de la PCR son la opción más promisoria
para conrmar la sospecha diagnóstica de FMRR utilizando
una variedad de muestras biológicas, incluyendo el hisopado
cutáneo (Parola et al., 2013). Una serie de factores, como la
calidad del ADN extraído, la presencia de inhibidores de la
PCR, la selección del blanco genético que se amplicará, el
desempeño de los iniciadores y el grado de aprovechamiento
del ensayo, pueden mermar la sensibilidad y la conabilidad
de la técnica. Por ello, se ha propuesto que el desarrollo de
ensayos de PCR en tiempo real puede optimizar la capacidad
diagnóstica de los métodos moleculares tradicionales, espe-
cialmente su sensibilidad, lo que tendría un impacto clínico
muy favorable pues usando muestras de orina e hisopado
Figura 2. Muestras de pacientes sospechosos de FMRR, según mes de la toma y resultado.
Figure 2. Samples from patients with suspected FMRR, according to the month of collection and result.
p < 0.0001*
145
Volumen XXV, Número 1
García-Cortez et al: Conabilidad del hisopado de piel y muestra de orina / XXV (1): 140-146 (2023)
145
cutáneo, es posible disminuir a 4 d o menos el periodo para
conrmar FMRR (Zemtsova et al., 2015).
CONCLUSIONES
Las muestras de orina analizadas mediante PCR en
punto nal mostraron una sustancial conabilidad para
detectar infección por Rickettsia rickettsii en pacientes con
sospecha clínica de FMRR, cuando se le contrasta con PCR
en muestras sanguíneas. Por ello, se plantea que la muestra
de orina es una opción útil para conrmar el diagnóstico de
FMRR en pacientes hospitalizados, y puede emplearse en
pacientes con vasculitis severa o con daño endotelial sisté-
mico como la trombocitopenia, en los que hay dicultad para
tomar una muestra sanguínea.
Considerando que la presencia de escaras en FMRR es
muy rara, el hisopado cutáneo no parece ser una alternativa
que deba emplearse rutinariamente ante este tipo de pacien-
tes. Pero si es una opción que debe considerarse en Sonora
cuando se detecten pacientes con sospecha de alguna ebre
manchada acompañada por el desarrollo de escaras, pues es
posible identicar la infección por alguna Rickettsia diferente
a R. rickettsii, lo que es factible pues hay evidencia de R. parke-
ri en garrapatas de la región (Delgado-de la Mora et al., 2019).
Nuestros hallazgos pueden representar una línea ba-
sal para futuras investigaciones regionales respecto a la ca-
pacidad diagnóstica de la PCR en muestras biológicas como
la orina y tejido recolectado mediante hisopado cutáneo, lo
que es necesario pues la FMRR en Sonora se mantiene como
una región de alta endemia y una elevada letalidad.
AGRADECIMIENTOS
A la Universidad de Sonora por permitirnos el uso de
sus laboratorios, equipos e instrumentos del Departamento
de Medicina y Ciencias de la Salud. Gracias a los hospitales
públicos de Sonora por el apoyo en la obtención de las
muestras. Nuestra gratitud a miembros del Departamento de
Zoonosis Rickettsiales de los Centros de Prevención y Control
de los Estados Unidos (CDC, Atlanta) por su apoyo técnico en
el desarrollo de este estudio.
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Volumen XXV, Número 1
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
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Métodos de extracción, funcionalidad y bioactividad de saponinas de
Yucca: una revisión
Extraction methods, functionality and bioactivity of saponins from Yucca: a review
Guadalupe Johanna Góngora-Chi, Jaime Lizardi-Mendoza*, Yolanda Leticia López-Franco, Marco Antonio López-
Mata, Luis Quihui-Cota
Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C. (CIAD, A.C.) Carretera Gustavo Enrique Astiazarán Rosas No. .
Col. La Victoria . Hermosillo, Sonora, México.
Departamento de Ciencias de la Salud, Universidad de Sonora, Campus Cajeme, Blvd. Bordo Nuevo S/N, A.P. ,
Antiguo Providencia, Cd. Obregón, Sonora, México
aEstos autores contribuyeron de manera igualitaria en este artículo
*Autor para correspondencia: Jaime Lizardi Mendoza
Correo electrónico: jalim@ciad.mx
Recibido: 12 de julio de 2022
Aceptado: 31 de octubre de 2022
RESUMEN
Las saponinas son metabolitos secundarios produci-
dos naturalmente por las plantas debido al estrés biótico. Las
plantas del género Yucca se consideran fuente de saponinas,
particularmente de glucósidos esteroidales. Debido a su
estructura química, son moléculas con diversas propiedades
funcionales y con actividad biológica. Este documento ex-
plora de manera crítica los procesos tecnológicos reportados
para la obtención de saponinas y extractos con saponinas de
diversas especies del género Yucca, así como sus propieda-
des, bioactividad y aplicaciones actuales. Se considera que
los extractos con saponinas de yuca presentan un potencial
de uso a nivel industrial en diversas áreas, particularmente en
tecnología de alimentos, salud y agropecuaria.
Palabras clave: Yucca, saponinas, bioactividad, métodos de
extracción.
ABSTRACT
Saponins are secondary metabolites produced na-
turally by plants in response to biotic stress. Plants of the
Yucca genus are considered a source of saponins, particularly
steroidal glycosides. Due to their chemical structure, they
are molecules with diverse functional properties and biolo-
gical activities. This review critically explores the reported
technological procedures to obtain saponins and saponin
rich extracts from species of the Yucca genus, as well as their
properties, bioactivity, and current applications. Yucca sapo-
nin extracts are considered to have potential for industrial
application in various areas, particularly in food technology,
health and agriculture.
Keywords: Yucca, saponins, bioactivity, extraction methods.
INTRODUCCIÓN
Las saponinas son un conjunto de metabolitos se-
cundarios producidos principalmente por plantas, donde
forman parte del sistema de defensa contra patógenos y
depredadores. Diversos géneros de plantas pueden producir
estos compuestos en distintas partes como semillas, raíces,
hojas, frutos, tallos y cortezas. Un rasgo distintivo de las
saponinas es su capacidad de producir espuma por lo que
tradicionalmente se han usado como jabón (Francis et al.,
2002; Reichert et al., 2019).
Los usos actuales de las saponinas están directamente
relacionados con su estructura química. Estas son moléculas
anfílicas, con una parte hidrofóbica y otra hidrofílica (Güçlü-
Üstündağ y Mazza, 2007; Vincken et al., 2007). Esta caracterís-
tica hace que las saponinas tengan propiedades emulgentes
y estabilizantes que han encontrado aplicación en el área
farmacéutica y en la industria agroalimentaria (Cheok et al.,
2014). Muchas de las aplicaciones propuestas para las sapo-
ninas se basan en que su efecto y actividad generalmente
son inocuas (Piacente, et al., 2005; Güçlü-Üstündağ y Mazza,
2007) y biocomplatibles. Incluso algunas saponinas o extrac-
tos ricos en saponinas han logrado certicaciones tipo GRAS
(sustancia “Generalmente reconocida como segura”, por su
traducción del inglés) en diversas regiones del mundo (En-
vironmental Protection Agency 2000, 2007; 21CFR172.510,
2019). Diversos estudios cientícos han reportado saponinas
con actividad inmunoestimulante, hipocolesterolémica,
antiinamatoria, antiparasitaria, antimicrobiana, antiviral e
incluso propiedades anticancerígenas contra ciertas líneas
celulares especícas (Lacaille-Dubois y Wagner, 1996; Francis
et al., 2002; Güçlü-Üstündağ y Mazza, 2007). Actualmente,
investigaciones cientícas continúan explorando caracte-
rísticas químicas y propiedades funcionales de saponinas
de diversas fuentes vegetales, así como el desarrollo de tec-
nologías para la aplicación de extractos ricos en saponinas,
particularmente en áreas médicas, nutricionales, tecnología
de alimentos, agricultura, ganadería y acuacultura (Juang y
Liang, 2020; Schreiner et al., 2021).
Plantas pertenecientes a la subfamilia Agavoideae son
consideradas fuentes de saponinas con propiedades funcio-
nales atractivas para su uso (Simmons-Boyce y Tinto, 2007).
En particular, especies del género Yucca han mostrado ser
ricas en saponinas que se pueden encontrar en mayor pro-
porción en tallos, hojas o rizomas dependiendo de la especie.
Las yucas son un conjunto de especies de plantas nativas de
América del Norte, que suelen encontrarse en hábitats áridos
DOI:10.18633/biotecnia.v25i1.1800
148 Volumen XXV, Número 1
Góngora-Chi et al: Biotecnia / XXV (1): 147-155 (2023)
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y semiáridos. Actualmente, poblaciones naturales de Yucca
schidigera son aprovechadas a nivel comercial con uso prin-
cipalmente en el área agropecuaria. El contenido de saponi-
nas de este tipo de productos se considera esencial en sus
aplicaciones. En este contexto resulta relevante desarrollar
conocimiento tanto sobre las sustancias activas presentes
en distintas yucas, como de los procedimientos tecnológicos
aplicables para maximizar su extracción. Lo anterior es con la
idea de que el aprovechamiento de la yuca, como un recurso
natural valioso, sea efectivo y responsable. Por este motivo,
se presenta una compilación crítica de las propiedades fun-
cionales y los principales procesos de obtención de extractos
ricos en saponinas de distintas especies del género Yucca.
Saponinas
La palabra ‘saponina’ proviene del latín ‘saponinus’, que
signica “perteneciente al jabón” y hace referencia a la capa-
cidad de esta sustancia para generar espuma similar al jabón
(Juang y Liang, 2020). Es por esto que tradicionalmente las
saponinas han sido empleadas como detergente, insecticida
o fertilizante. Entre las aplicaciones actuales se encuentra
su uso como limpiador de aguas residuales o como aditivo
alimentario, por sus propiedades emulsionantes. De manera
relevante, se utilizan extractos con saponinas para mejorar la
producción agrícola, porque estimula el crecimiento de las
plantas, además de tener actividad insecticida y antifúngica
(Benichou et al., 1999; Güçlü-Üstündağ y Mazza, 2007).
En la naturaleza, las saponinas son metabolitos se-
cundarios distribuidos ampliamente en el reino vegetal. Su
función siológica está implicada en la defensa contra pató-
genos y herbívoros (Cheok et al., 2014; Juang y Liang, 2020).
Diversas plantas son consideradas fuentes de saponinas y
estas pueden localizarse en semillas, frutos, hojas, tallos y
raíces. Usualmente las saponinas se encuentran formando
parte de una matriz compleja con otros compuestos como
azúcares, polifenoles, proteínas y lípidos (Cheeke, 2000). La
cantidad de saponinas depende de una variedad de factores
como la especie de planta, su edad, condiciones climáticas
y presencia de patógenos o depredadores (Fenwick et al.,
1991).
Estructura Química
En la estructura química de la saponina se reconocen
dos partes principales. La parte conocida como aglicona
o sapogenina es una estructura hidrofóbica que puede ser
triterpenoide o esteroide (Figura 1). Las sapogeninas son
denominadas acorde a la estructura del anillo principal; las
de naturaleza triterpenoides, según su estructura principal,
pueden ser oleanano pentacíclico, ursano, lupano y dama-
rano tetracíclico (Figura 1a). Por otro lado, en las saponinas
de naturaleza esteroidal el núcleo de la estructura puede
ser colestano tetracíclico, espirostano hexacíclico, furostano
pentacíclico y cardenólido (Figura 1b) (Francis et al., 2002;
Cheeke et al., 2006; Juang y Liang, 2020).
La parte complementaria de la estructura de saponi-
nas son glúcidos de carácter hidrofílico. Las sapogeninas se
pueden clasicar según el número de residuos de azúcar y se
denominan como mono, di- o tridesmosídicas cuando pre-
sentan uno, dos o tres residuos de azúcar, respectivamente.
Las moléculas de azúcar en la estructura de las saponinas
esteroidales usualmente están unidas en los carbonos C-3
y C-26. Por su parte, en las saponinas triterpenoides los
glúcidos están unidos en los carbonos C-3 y C-28 (Francis et
al., 2002; Cheeke et al., 2006; Juang y Liang, 2020). Entre los
azúcares más comúnmente encontrados en saponinas se in-
cluyen la D-glucosa, D-galactosa, ácido D-glucurónico, ácido
D-galacturónico, L-ramnosa, L-arabinosa, D-xilosa y D-fucosa
(Güçlü-Üstündağ y Mazza, 2007).
Figura 1. Estructura química del esqueleto de las sapogeninas con aglicona
(a) esteroide (furostán) o (b) triterpeno (tipo β-amirina, oleananos).
Existen numerosas variaciones posibles en la estruc-
tura química, tanto de las sapogeninas (aglicona) como en
los glúcidos incluidos. Es por esto que se han reportado una
variedad considerable de saponinas de diversas fuentes
vegetales y otros grupos de seres vivos. Incluso es común en-
contrar diversos tipos de saponinas presentes en una misma
especie.
Propiedades Funcionales
Debido a la variabilidad en su estructura química,
las saponinas presentan características físico-químicas con
diversas propiedades funcionales. Estas son base para su
uso en diversas áreas, como la agricultura, biotecnología, in-
dustria alimentaria, cosmética y farmacología. Las saponinas
son consideradas como surfactantes naturales útiles para la
formación de emulsiones y espumas, con capacidad humec-
tante y limpiadora. Por ello, recientemente se ha propuesto
el uso de saponinas como reemplazo para los productos sur-
factantes de origen sintético, debido a que son obtenidas de
fuentes renovables naturales (Bezerra et al., 2021). También se
está evaluando su incorporación en alimentos, considerando
la actividad antimicrobiana y antiparasitaria de extractos
con saponinas (Hasnudi et al., 2019). Incluso organizaciones
regulatorias internacionales, como la FDA, han otorgado el
reconocimiento GRAS a saponinas de algunas especies para
su uso como aditivo en alimentos y bebidas, estableciendo
límites de consumo máximo para asegurar su inocuidad. Por
su parte la FAO, a través del Codex Alimentarius, aprobó el
uso del extracto de Quillaja, rico en saponinas triterpénicas,
en bebidas y alimentos, con límite máximo de consumo de
hasta 500 mg/kg al día (Reichert et al., 2019; Jiménez et al.,
2021).
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Góngora-Chi et al: Métodos de extracción, funcionalidad y bioactividad de / XXV (1): 147-155 (2023)
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Las saponinas presentan actividad biológica, con
benecios a la salud, dependiendo principalmente del tipo
de sapogenina, los azúcares unidos a la estructura y su con-
centración en la fuente vegetal. Entre las plantas utilizadas en
la medicina herbal para tratar diversas enfermedades, la ma-
yoría son consideradas fuentes de saponinas con potencial
de aplicación médica mediante el desarrollo de fármacos (Ta-
naka et al., 1996; Matsuura 2001; Kerwin, 2004). Por ejemplo,
en la medicina tradicional china se utiliza el ginseng y otras
plantas ricas en saponinas debido a su actividad antifúngica,
antimicrobiana, antiviral, antiinamatoria, anticancerígena,
antioxidante y por efectos inmunomoduladores (Juang y
Liang, 2020).
Entre las propiedades funcionales de las saponinas se
ha reportado que pueden formar complejos insolubles con el
colesterol, evitando su absorción y ayudando a su excreción,
con efectos hipocolesterolémicos (inhibiendo el reciclaje del
colesterol enterohepático) (Cheeke et al., 2006). En estudios
con animales, se han encontrado diferentes efectos de las
saponinas a nivel sistémico, como incremento en la absor-
ción de nutrientes a nivel gastrointestinal, mayor actividad
hipoglucemiante e hipocolesterolémica, estimulación de las
células mediadoras del sistema inmune, mayor producción
de anticuerpos, así como función antioxidante, antifúngica,
antiviral y antiparasitaria (Francis et al., 2002). Debido a su
naturaleza anpática, presentan propiedades tensoactivas
que mejoran la penetración de proteínas a través de las
membranas celulares (Cheeke, 2000; Patel, 2012). Se ha in-
vestigado la actividad citotóxica de saponinas de diferentes
plantas contra leucemia, cáncer de pulmón, colon, ovario,
riñón, próstata y mama, encontrando que algunas de ellas
tienen alta actividad contra las líneas de cáncer mencionadas
(Patel, 2012).
Fuentes
Las saponinas se pueden obtener de diversas partes
de las plantas desde las semillas hasta la corteza (Francis
et al., 2002). Se ha reportado la presencia de saponinas en
más de 100 familias de plantas y en algunas especies mari-
nas como la estrella de mar y el pepino de mar. Una misma
especie puede contener más de un solo tipo de saponinas,
lo cual dependerá de diversos factores tanto ambientales
como genéticos de la planta (Lacaille-Dubois y Wagner,
1996). Se considera también que los tratamientos durante
la plantación, cosecha, postcosecha y procesamiento de la
muestra afectan el tipo y cantidad de saponinas presentes
(Güçlü-Üstündağ y Mazza, 2007).
En alimentos de consumo humano, las saponinas se
encuentran en soya, lentejas, chícharos, frijoles, habas, maní,
garbanzo, avena, quinoa, espárragos, té y ajo (Burrows et al.,
1987; Matsuura 2001; Kerem et al., 2005). Dentro del reino
vegetal se han identicado y caracterizado algunas saponi-
nas de los géneros Glycine, Chenopodium, Quillaja, Medicago,
Aesculus, Malphiguia, Glycyrrhiza, Saponaria, Trigonella y
Yucca, entre otras (Bezerra et al., 2021).
Se ha identicado la presencia de saponinas en nume-
rosas especies del género Yucca. Estas plantas son arbustos
perenes de tallos duros y rígidos que viven durante muchos
años (El Sayed et al., 2020). Tomando en cuenta la cantidad de
saponinas presentes en algunas especies de yuca, estas son
consideradas fuente potencial para su extracción (Jiménez et
al., 2021).
Saponinas de Yucca
El género Yucca, de la familia de las agaváceas, com-
prende alrededor de 50 especies de plantas diferentes. Estas,
por lo general, viven en climas cálidos y secos, predominan-
temente en zonas desérticas, áridas y semiáridas de América
del Norte y Central. Entre las especies que se encuentran en
México, se han reportado Yucca schidigera (yuca de Mojave,
[Mojave yucca]) en los desiertos de Baja California y Sonora,
Yucca baccata (yuca banana, [dátil yucca]) en la sierra baja
de Sonora, Yucca elata (yuca de árbol de jabón o cortadillo,
[soaptree]) en los desiertos de Sonora y Chihuahua, o Yucca
elephantipes (yuca de izote, yuca pie de elefante [giant yuc-
ca]) distribuida en el sureste de México. En las zonas áridas
de Estados Unidos, prevalecen las especies Yucca whipplei
(yuca chaparral o bayoneta española, [Chaparral yucca]) en
el chaparral al sur de California y Yucca brevifolia (árbol de
Josué, [Joshua tree]) en el desierto de Mojave (Patel, 2012;
Gutiérrez-García et al., 2021; Jiménez et al., 2021). Nuestros
ancestros empleaban algunas de estas especies con nes
medicinales para tratar diversas condiciones como el dolor
articular, sangrado, inamaciones de la uretra y próstata. Se
ha reportado que raíces de yuca se trituraban para hacer
cataplasmas para tratar heridas y aliviar síntomas de enfer-
medades como el reumatismo (Waller y Yamasaki, 1996a;
1996b; Patel, 2012).
En el género Yucca predominan las saponinas de
tipo espirostánico y furostánico en las especies Y. gloriosa, Y.
glauca, Y. schidigera, Y. aloifolia, Y. desmetiana, Y. elephantipes,
Y. macrocarpa y Y. smalliana. (Jiménez et al., 2021). Especí-
camente, en Y. shidigera se han documentado saponinas
de tipo esteroidal de espirostano, en Y. elephantipesde tipo
esteroidal, en Y. gloriosade tipo esteroidales de furostanol, y
en Y. aloifoliaesteroidales de espirostanol (Bahuguna et al.,
1991; Nakano et al., 1991a; Oleszek et al., 2001; Kowalczyk et
al., 2011; Skhirtladze et al., 2011; Zhang et al., 2013; Qu et al.,
2018b).
Diversos estudios se han enfocado en la extracción de
saponinas de las plantas del género Yucca. El contenido de
saponinas en distintos extractos es variable, pues se emplean
diversas técnicas de obtención y procesos de puricación,
aunado a la variabilidad natural. Al momento se han reporta-
do más de 100 diferentes saponinas de Yucca (Jiménez et al.,
2021). Solo algunos extractos ricos en saponinas y saponinas
aisladas de las especies de Yucca mencionadas previamente
son reconocidos como sustancias GRAS. Destaca el caso de
Yucca schidigera, la cual cuenta con pruebas experimentales
reconocidas que aseguran su inocuidad (Qu et al., 2018b). A
pesar de la identicación de algunas saponinas de las diver-
150 Volumen XXV, Número 1
Góngora-Chi et al: Biotecnia / XXV (1): 147-155 (2023)
150
sas especies del género Yucca, aún son necesarios estudios
para establecer rangos de concentración de consumo, que
por un lado presenten bioactividad al tiempo que aseguran
su inocuidad en el ser humano y otras especies (Piacente, et
al., 2005; Jiménez et al., 2021).
Métodos de obtención
Las propiedades funcionales de los extractos con
saponinas de yuca, con aplicaciones principalmente en áreas
de salud y agroalimentarias han motivado un creciente inte-
rés. Entre los objetivos predominantes en los estudios dispo-
nibles destaca la atención sobre los procesos de extracción
(Cheok et al., 2014). Actualmente existen diversas técnicas
reportadas y utilizadas; no obstante, la selección de la téc-
nica dependerá de factores como la condición y pureza de
la muestra, el propósito del estudio y recursos económicos
(Reichert et al., 2019).
Entre las técnicas reportadas para la extracción de
saponinas se encuentran, en primera instancia, los métodos
que emplean solventes orgánicos, de uso habitual, pero
que implican largos periodos y altas temperaturas para
dispersar efectivamente la muestra y lograr la liberación
de las saponinas y otros compuestos. Debido a los altos
requerimientos de tiempo, energía y esfuerzo, además de
rendimientos limitados obtenidos con estos procesos, han
surgido los métodos basados en “tecnologías verdes”. Este
tipo de métodos hacen referencia a un mayor cuidado del
medio ambiente y consisten en la optimización del tiempo,
energía y el uso de solventes más seguros durante la extrac-
ción de las saponinas. Dentro de la tecnología habitual se
encuentran las técnicas como maceración, reujo, Soxhlet y
procesos combinados o secuenciales. El uso de tratamientos
con ultrasonido o microondas son ejemplos de tecnologías
de extracción asistida. A pesar de los diversos benecios
atribuidos al uso de las tecnologías verdes, tanto en aspectos
ambientales, de rendimiento y económicos, la mayoría de las
investigaciones reportan extracciones usando los métodos
tradicionales (Cheok et al., 2014).
El conjunto de técnicas reportadas para la extracción
de saponinas de las especies del género Yucca pueden
clasicarse en métodos simples, complejos y con asistencia
tecnológica. Los métodos simples consisten en la extracción
directa del tejido vegetal con un solo tipo de disolvente. Los
métodos complejos utilizan una secuencia determinada de
extracciones simples con uno o más solventes distintos. Por
su parte, los métodos con asistencia tecnológica utilizan
equipos especializados basados en procesos físicos, como
la cavitación (ultrasonido) o vibración inducida de dipolos
(microondas), para mejorar la eciencia de procesos de ex-
tracción basados en solventes (Cheok et al., 2014; Reichert et
al., 2019). La mayoría de las extracciones reportadas para las
es
pecies de Yucca son de tipo complejo, empleando diversos
solventes. Solo algunos reportes incluyen también procedi-
mientos de puricación para aislar y caracterizar las saponinas
presentes en los extractos vegetales (Jiménez et
al., 2021).
Un esquema general para la obtención del extracto
con saponinas inicia con en el acondicionamiento de la mate-
ria prima. Esta etapa incluye desde la obtención de la materia
prima (tejido vegetal), almacenamiento, secado, molienda y
otros, hasta tener el material listo para la etapa de extracción.
En dicha etapa se utiliza el procedimiento seleccionado de
cualquiera de los tipos mencionados anteriormente. Final-
mente, los pasos subsecuentes estarán determinados por el
grado de pureza que se desea lograr, ya sea utilizar los extrac-
tos en crudo o utilizar métodos de puricación y aislamiento
(como cromatografía) para obtener las distintas saponinas
presentes en la muestra (Cheok et al., 2014; Reichert et al.,
2019; Jiménez et al., 2021).
Para obtención de los extractos de Yucca gloriosa se
han utilizado rizomas, hojas y ores de la planta; entre los
solventes reportados se menciona el metanol, butanol, hexa-
no, cloroformo y agua (Montoro et al., 2010; Skhirtladze et
al., 2011). Para la identicación de las saponinas (glucósidos
esteroidales), las hojas fueron sometidas a una extracción
inicial con metanol - agua, posteriormente se realizó la eva-
poración de metanol y se sometió a una segunda extracción
con cloroformo para eliminar compuestos lipofílicos que
pudiera contener el extracto. El tratamiento butanólico fue
utilizado como una puricación previa a la cromatografía
HPLC-MS para la identicación y caracterización de saponi-
nas (Kemertelidze et al., 2011).
Utilizando Yucca schidigera como materia prima,
se han obtenido extractos de la corteza y el tallo. Entre los
solventes utilizados se encuentran cloroformo, agua, etanol
y metanol, empleando procedimientos tipo Soxhlet y co-
lumnas empacadas (Miyakoshi et al., 2000; Kowalczyk et al.,
2011). Otros estudios reportan extracción mediante reujo
con etanol-agua y posterior puricación con cromatografía
(Qu et al., 2018a; 2018b).
Investigaciones basadas en el aislamiento y puri-
cación de saponinas de distintas especias de yuca suelen
utilizar procesos de extracción con mezclas agua-alcohol.
También se han empleado procesos de extracción metanó-
lica simple para hojas o rizomas de especies como Y. glauca,
Y. desmettiana y Y. elephantipes (Diab et al., 2012; Yokosuka
et al., 2014). Saponinas esteroidales de tipo espirostanol
fueron aisladas de Y. aloifolia usando etanol como disolvente
(Kishor y Sati, 1990; Bahuguna et al., 1991). También se han
reportado tratamientos más severos, como maceración y
extracción con acetato de etilo más el proceso Soxhlet con
eter de petróleo para la extracción de saponinas de hojas de
Y. lamentosa (Plock et al., 2001). A nivel industrial, existen
productos de extractos de Yucca schidigera con aplicaciones
en granjas, acuicultura, agricultura, rolado de granos, trata-
miento de agua y uso humano sin especicación sobre los
métodos de obtención del extracto (AGROIN, 2022).
Caracterización
Para la cuanticación e identicación de las saponinas
suelen utilizarse métodos espectrofotométricos y cromato-
grácos. En general, las técnicas de espectrofotometría son
151
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consideradas simples, rápidas y económicas. Este tipo de
técnicas es particularmente útil para la determinación de
la concentración total de saponinas en una muestra. Se ha
reportado el uso de anisaldehído, ácido sulfúrico y/o acetato
de etilo para formar cromóforos, pero el método más utili-
zado conocido como ‘vainillina-ácido sulfúrico’ se basa en
la oxidación de las saponinas triterpénicas con vainillina. Se
debe tener en consideración factores como los estándares a
utilizar, la longitud de onda con la que se trabajará y condi-
ciones de tratamiento de la muestra para la selección de la
metodología. Estudios para la cuanticación de saponinas de
diversas plantas han reportado rangos de longitud de onda
480 – 610 nm (Liu et al., 2012; Mostafa et al., 2013).
La cromatografía es una técnica especializada utiliza-
da para cuanticar un tipo de saponinas en especíco. Los
métodos más comúnmente empleados para la identicación
y separación de saponinas emplean cromatografía líquida
de alta resolución (HPLC) y cromatografía de capa na (TLC).
Ambos métodos se han utilizado para identicar saponinas
presentes en el género Yucca. Para Y. schidigera se ha utili-
zado HPLC, logrando la identicación y separación de 25
saponinas de espirostanol. Para Y. gloriosa se obtuvo un ren-
dimiento por encima del 25 % p/p de saponinas glucósidos
esteroidales (Skhirtladze et al., 2011; Mostafa et al., 2016; Qu
et al., 2018a). Se ha documentado también el uso de croma-
tografía HPLC-ELSD para la identicación y cuanticación de
saponinas esteroidales de Y. schidigera (Sastre et al., 2016).
Funcionalidad
La funcionalidad de los extractos obtenidos de las di-
ferentes partes de la yuca dependerá, en gran medida, de es-
tructura química de las saponinas presentes. La variabilidad
estructural, tanto de las sapogeninas como de los azúcares
unidos a ella, proporcionan diversas funcionalidades a los
extractos con saponina (Bezerra et al., 2021).
Actividad emulsicante
Patentes e investigaciones cientícas han reportado la
capacidad de extractos de Yucca (sin especicación de espe-
cie) para formar emulsiones (Beath 1914; Ralla et al., 2018).
Las propiedades emulsicantes tienen uso en la industria de
alimentos y cosmética. Recientemente, se ha aumentado la
demanda por la búsqueda de productos de origen natural
para la utilización en la industria alimentaria. Debido a su
carácter anfílico, las saponinas presentan la capacidad para
formar emulsiones. Entre las pruebas realizadas a las emul-
siones formadas están la estabilidad, pH, fuerza iónica, calen-
tamiento, almacenamiento y congelación-descongelación
(Ralla et al., 2018; Schreiner et al., 2021). La actividad emulsi-
cante del extracto de Yucca se midió durante la formación de
partículas; la adición de extracto disminuyó el tamaño hasta
5 veces, logrando la formación de partículas en escala micro,
comparable con el uso de emulsicantes sintéticos (Tween
80) y naturales (goma arábiga) (Ralla et al., 2018).
Propiedades espumantes
Las propiedades espumantes se relacionan con el
poder limpiador de una emulsión con usos en diversas áreas
y dene su capacidad de limpieza (Mainkar y Jolly, 2000). Este
método consiste en determinar el poder y la estabilidad es-
pumante mezclando dos soluciones para formar espuma. Se
mide la altura de la espuma generada al momento de la mez-
cla y 5 min después. La primera medición se reere al poder
espumante mientras que la segunda medición (5 min des-
pués) a la estabilidad (Chen et al., 2010). El poder espumante
ha sido estudiado en saponinas puras, presentando un poder
y estabilidad emulsicante 390 % mayor en comparación
con extractos crudos de plantas (Tribulus terrestris, Trigonella
foenum-graecum y Ruscus aculeatus), siendo consideradas
como buenos agentes emulsicantes y determinando su uti-
lidad en diversas áreas de la industria donde esta propiedad
es requerida (Schreiner et al., 2021).
Tensión interfacial y supercial
La actividad en la interfase en las emulsiones hace
referencia a la estabilidad de la emulsión y es importante
para el diseño de las mismas. Diversos estudios han repor-
tado valores de tensión interfacial en compuestos naturales
y sintéticos, reportando mayor actividad en compuestos
naturales (polisacáridos, proteínas y extractos ricos en sapo-
ninas) en comparación con los sintéticos (Ralla et al., 2017).
Ralla y colaboradores (2018) reportaron una disminución de
la tensión en la supercie al adicionar concentraciones del
extracto de yuca en un rango de 85 a 52 % con valores más
bajos observados en tensión interfacial de 3.4 ± 0.1 mN m-1 y
de 37.9 ± 0.2 mN m-1 para la tensión supercial que indican
la adsorción de moléculas de saponina anfílicas a las inter-
fases. Estos valores demostraron ser similares a valores obte-
nidos para emulsicantes sintéticos utilizados en la industrial
(Ralla et al., 2018).
La tensión supercial tiene también relación con la ca-
pacidad detergente, ya que al reducir la tensión se considera
un buen detergente. Mientras más tensioactiva sea conside-
rada una sustancia, presenta mayor reducción de la tensión
interfacial. Su relación con la concentración es inversamente
proporcional, es decir, a menor actividad supercial mayor
será la cantidad de emulsionante requerido para lograr el
efecto deseado (Mainkar y Jolly, 2000).
Actividad biológica
Al igual que las saponinas extraídas de otras plantas,
las saponinas de Yucca han demostrado presentar diversos
efectos bioactivos. Entre estos se destaca actividad antiina-
matoria, antifúngica, antimicrobiana y antiparasitaria (Tabla
1). La actividad citotóxica se ha reportado sólo en algunas
especies como Y. glauca, Y. desmetiana, Y. gloriosa, Y. lamen-
tosa y Y. schidigera. Se considera que la actividad mostrada
por cada muestra está determinada por la fuente, así como
por la estructura química particular de la saponina (Eskander
et al., 2013; Yokosuka et al., 2014; Qu et al., 2018a).
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Góngora-Chi et al: Biotecnia / XXV (1): 147-155 (2023)
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Se ha encontrado actividad antifúngica en extractos
con saponinas de Yucca schidigera, tanto en pruebas in vitro
como en estudios de tecnología de alimentos. Esta propie-
dad se les atribuye a las saponinas de tipo espirostanos
presentes en los extractos (Piacente et al., 2005). Se percibe
un potencial considerable de aplicación de los extractos
con saponinas de yuca en la industria alimentaria, debido a
sus propiedades antioxidantes y antimicrobianas. De igual
manera se ha observado que extractos con saponinas de
yuca mejoran el contenido de lípidos en carne de pollo para
consumo humano. Se logra una disminución de las grasas
saturadas e incrementos en ácidos grasos esenciales y poliin-
saturados (Piacente et al., 2005; Benamirouche et al., 2020).
Recientemente se ha reportado actividad antipara-
sitaria y antimicrobiana efectiva de extractos con saponina
de Y. baccata (Quihui-Cota et al., 2014; Gutiérrez-García et al.,
2021). Por su parte, estudios sobre la bioactividad de las sa-
poninas encontradas en Y. gloriosa han reportado que estas
evitan la agregación plaquetaria, con un efecto positivo en el
sistema circulatorio al evitar eventos de trombosis (Skhirtla-
dze et al., 2011).
Aplicaciones
Debido a sus propiedades emulsicantes, espuman-
tes, humectantes y de reducción de la tensión supercial,
algunas saponinas y extractos de saponinas tienen apli-
caciones en la industria cosmética, farmacéutica, agrícola
y alimentaria (Güçlü-Üstündağ y Mazza, 2007). Estas son
reconocidas por organismos regulatorios internacionales
como aditivo seguro para el consumo humano, además de
ser consideradas no tóxicas, ni mutagénicas. Es por esto que
los extractos de Yucca ricos en saponinas tienen un potencial
considerable de uso a nivel industrial en formulaciones de
bebidas y alimentos. En la industria alimentaria, Yucca schi-
digera es una de las especies que cuenta con la clasicación
como aditivo alimentario en Estados Unidos por la FDA
(21CFR172.510, 2019); el extracto de rizomas se utiliza como
potenciador de sabor en alimentos y agente espumante en
bebidas carbonatadas (Tanaka et al., 1996).
Tabla 1. Bioactividad e identicación de saponinas y extractos ricos en saponinas obtenidas de distintas especies
del género Yucca.
Table 1. Bioactivity and identication of saponins and saponin-rich extracts obtained from dierent Yucca species.
Especie Parte de la Planta Tipo de Saponina Bioactividad Referencia
Y. lamentosa
Hojas Esteroidal antimicrobiana (El Sayed et al., 2020)
Raíz Esteroidal (Plock et al., 2001)
Y. gloriosa
Tallo Esteroidal (Nakano et al., 1991a)
Flores Esteroidal (Nakano et al., 1991b)
Rizomas
Esteroidal
(espirostano,
furostano y
colestano)
(Skhirtladze et al., 2006)
Y. schidigera
Tallo
(Agro industrias) Espirostanol
Antimicrobiana:
bactericida y
fungicida en
alimentos
(Miyakoshi et al., 2000)
Polvo de Yucca
(Dessertking) Esteroidal Antimicrobiana
en animales
(Oleszek et al., 2001; Narvaez et
al., 2013)
Rizomas
Esteroidal
(furostanol)
Antiagregación
plaquetaria (Skhirtladze et al., 2011)
Espiroestanol
(yuccaol y
yuccaone)
Antioxidante (Wang et al., 2000)
Extracto
(Desertking) y
polvo de corteza
Esteroidal (Kowalczyk et al., 2011)
Tallo Espirostanol (Quet al., 2018a; 2018b)
- - Antiinamatoria (Cheeke et al., 2006)
Extracto Reducción de
ácidos grasos Benamirouche et al., 2020
Y. glauca Rizomas Esteroidal Actividad
citotóxica (Yokosuka et al., 2014)
Y. smalliana Hojas Esteroidal Antimicrobiana
y antifungica (Jin et al., 2007)
Y. baccata Tallo (extracto) Esteroidales Antiparasitaria y
antimicrobiana
(Quihui-Cota et al., 2014; Gutiérrez-
García et al., 2021)
Y. aloifolia Hojas Yuccaol B y C Citotóxica (Simmons-Boyce y Tinto, 2007)
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Volumen XXV, Número 1
Góngora-Chi et al: Métodos de extracción, funcionalidad y bioactividad de / XXV (1): 147-155 (2023)
153
En Japón, las sustancias compuestas de saponinas
obtenidas de Y. schidigera se encuentran dentro de la lista
de aditivos alimentarios existentes, aprobado para ser usado
como aditivo natural por el Ministerio de Salud y Bienestar de
Japón (The Japan Food Chemical Research Foundation 2022).
Entre sus usos como aditivo alimentario se han reportado
como emulsicante en bebidas y remoción de colesterol en
productos lácteos durante el procesamiento de los alimentos
(Piacente et al., 2005).
Existen al menos dos empresas dedicadas a la inves-
tigación y comercialización de saponinas de Y. schidigera:
Desert King (Desert King Int., 2021) y Baja Agro International
S. A. de C. V. (AGROIN, 2022). Actualmente, en el mercado
se encuentran disponibles el polvo y el extracto acuoso de
Y. schidigera, productos derivados de la planta usadas como
fuentes de saponinas para diferentes usos. Se ha documen-
tado su uso en productos de limpieza, de uso personal en
cosmética, en la industria farmacéutica, alimentación para
animales y aditivo en bebidas carbonatadas debido a sus pro-
piedades surfactantes (Piacente et al., 2005; Güçlü-Üstündağ
y Mazza, 2007).
CONCLUSIONES
Las plantas del género Yucca son una fuente de sapo-
ninas que han demostrado propiedades biológicas y funcio-
nales con potencial aplicación en la industria alimentaria y
farmacéutica. Debido a la complejidad de la estructura de
las saponinas, sus características físico-químicas (como su
solubilidad en agua) y la matriz en la que se encuentran en
la planta, la optimización de los métodos de extracción es
un factor que puede contribuir al avance del conocimiento
sobre las pruebas funcionales y bioactividad de la saponinas
de las especies de este género.
Debido a las propiedades biológicas y sus benecios
a la salud, algunas saponinas estudiadas en las plantas
de Yucca pueden servir como base para el desarrollo de
nutracéuticos, en el diseño de alimentos y bebidas, y como
reemplazo de las sustancias sintéticas utilizadas para lograr
efectos antimicrobianos, conservadores y emulsicantes en
los alimentos, estableciendo límites máximos de uso para
asegurar su inocuidad y bioactividad.
Los métodos utilizados actualmente se basan en el
uso de métodos tradicionales con grandes volúmenes de
solventes. La optimización de los métodos de extracción pre-
tende la utilización de tecnologías acopladas a los métodos
ya existentes para aumentar los rendimientos y optimizar
el tiempo, permitiendo el estudio de los extractos ricos en
saponinas, así como el aislamiento, identicación y cuanti-
cación de las saponinas presentes en el extracto.
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156 Volumen XXV, Número 1
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
156
*Autor para correspondencia: José de Jesús Ornelas Paz
Correo electrónico: jornelas@ciad.mx
Recibido: 27 de julio de 2022
Aceptado: 17 de octubre de 2022
Dietary sources, bioavailability and health eects of carotenoids
Fuentes dietarias, biodisponibilidad y efectos en salud de carotenoides
Claudia I. Victoria-Campos1, Juan Ornelas-Paz2, Saul Ruiz-Cruz3, José de Jesús Ornelas-Paz2*, Braulio Cervantes-
Paz4, Claudio Rios-Velasco2, Jaime David Pérez-Martínez5, Alfonso A. Gardea-Béjar6, Elhadi M. Yahia7, Vrani Ibarra-
Junquera8
1 Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Facultad de Enfermería y Nutrición, Av. Niño Artillero No. 130, Zona Universitaria,
C.P. 78240, San Luis Potosí, Mexico.
2 Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C.-Unidad Cuauhtémoc, Av. Río Conchos S/N, Parque Industrial.
C.P. 31570, Cd. Cuauhtémoc, Chihuahua, Mexico.
3 Departamento de Investigación y Posgrado en Alimentos, Universidad de Sonora, Encinas y Rosales S/N, C.P. 83000,
Hermosillo, Sonora, México.
4 Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Instituto de Investigación de Zonas Desérticas, Altair 200, Col. Del Llano. C.P.
78377, San Luis Potosí, México.
5 Universidad Autónoma de San Luis Potosí, Facultad de Ciencias Químicas, Manuel Nava 6 Zona Universitaria. C.P. 78210,
San Luis Potosí, México.
6 Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo A.C.-Unidad Guaymas, Carretera al Varadero Nacional Km. 6.6, Col.
Las Playitas. C.P. 85480, Guaymas, Sonora, México.
7 Universidad Autónoma de Querétaro, Facultad de Ciencias Naturales, Avenida de las Ciencias S/N. C.P. 76230, Juriquilla,
Querétaro, Mexico.
8 Universidad de Colima, Laboratorio de Bioingeniería, Km. 9 carretera Coquimatlán-Colima. C.P. 28400, Coquimatlán,
Colima, Mexico.
ABSTRACT
Carotenoids are non-polar compounds found in fruits
and vegetables. The consumption of these compounds has
been associated with many benecial eects on human
health, especially on the prevention of chronic diseases
that are currently considered as problems of public health.
These eects have mainly been attributed to the antioxidant
properties of carotenoids, although many other mecha-
nisms are involved, including the inuence of carotenoids
in the expression of genes involved in the pathogenesis of
these diseases. Unfortunately, the bioavailability of these
compounds is very limited. The eects of several factors
on carotenoid bioavailability have been studied in order to
identify the best strategies to increase their absorption and,
consequently, their bioactivity. This review analyzes in a
systematic fashion the recent ndings on the composition of
carotenoids composition in plant foods, and their bioavaila-
bility and benecial eects on human health.
Keywords: Absorption, bioactivity, non-polar pigments, nu-
traceuticals, plant foods.
RESUMEN
Los carotenoides son compuestos no polares que se
encuentran en frutas y hortalizas. El consumo de estos com-
puestos se ha asociado con muchos efectos benécos para la
salud humana, especialmente en la prevención de enferme-
dades crónicas que actualmente se consideran problemas de
salud pública. Estos efectos se han atribuido principalmente
a las propiedades antioxidantes de los carotenoides, aunque
muchos otros mecanismos están involucrados en estos efec-
tos, incluida la inuencia de los carotenoides en la expresión
de genes implicados en la patogénesis de estas enferme-
dades. Desafortunadamente, la biodisponibilidad de estos
compuestos es muy limitada, razón por la cual se han estu-
diado los efectos de varios factores en la biodisponibilidad
de los carotenoides con el n de identicar las mejores es-
trategias para aumentar la absorción de estos compuestos y,
en consecuencia, su bioactividad. En esta revisión se analizan
de manera sistemática los descubrimientos recientes sobre
la composición de carotenoides en alimentos de origen ve-
getal y su biodisponibilidad y efectos protectores de la salud
humana.
Palabras clave: Absorción, alimentos vegetales, bioactivi-
dad, nutracéuticos, pigmentos no polares.
INTRODUCTION
Carotenoids are non-polar pigments that are abun-
dant in foods. Around 100 dierent carotenoids have been
identied in fruits, vegetables, grains, tubers and bulbs,
where they mainly accumulate as liquid-crystalline forms in
tubular chromoplasts or solid crystals in crystalloid chromo-
plasts, although the occurrence of lipid-dissolved carotenoi-
ds within globular chromoplasts also occurs in some plant
foods (e.g., peach palm fruit and tangerine tomato) (Schwei-
ggert and Carle, 2017). Carotenoids are pigments that confer
yellow, orange and red colorations to plant foods, although
DOI:10.18633/biotecnia.v25i1.1809
157
Volumen XXV, Número 1
Victoria-Campos et al: Dietary sources, bioavailability and health eects / XXV (1): 156-168 (2023)
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colorless carotenoids are also present (i.e., phytoene and
phytouene) (Schweiggert et al., 2012). Overall, carotenoids
are commonly tri- or tetraterpenes (30 and 40 carbon atoms)
with a system of conjugated double bonds, which is involved
in their biological activities (Desmarchelier and Borel, 2017).
They can be linear structures or contain cycled ends. They
exist as free forms or esteried with fatty acids, sugars and
proteins. They have been classied in carotenes and xantho-
phylls; carotenes are hydrocarbons and xanthophylls contain
oxygenated groups (Britton, 2020).
Several benecial eects on human nutrition and
health have been attributed to carotenoids, including
eects against several chronic diseases that are considered
as public health problems, such as some cancer forms and
cardiovascular diseases (Britton, 2020). These biological ac-
tions are performed by dierent mechanisms. Unfortunately,
the benecial eects of carotenoids are limited due to their
low bioavailability, according to the low levels of circulating
carotenoids commonly reported (Desmarchelier and Borel,
2017; Schweiggert and Carle, 2017). The absorption process
for carotenoids is very complex and can be altered by various
factors (Desmarchelier and Borel, 2017).
Plant foods rich in carotenoids
Although carotenoids can be found in foods of animal
origin, algae and microorganisms, plant foods represent
the main source of carotenoids in the human diet. Only 40
carotenoids are signicantly consumed by humans, howe-
ver, only ve are the most abundant carotenoids in human
plasma (Desmarchelier and Borel, 2017). The most abun-
dant carotenoids in green leafy vegetables are lutein and
β-carotene (Table 1). Carotenes in green leafy vegetables
can be found as protein-carotenoid complexes. The roots
(e.g. sweet potatoes and carrots) are commonly rich in α- and
β-carotene, with carrots being the most important source of
β-carotene (where it accumulates as crystals) in human diet
(Schweiggert and Carle, 2017). Fruits are rich in xanthophyll
esters (e.g., β-cryptoxanthin, zeaxanthin and lutein) and
β-carotene, which are in non-crystalline form in the chromo-
plasts. Lycopene accumulates in tomato fruit as big crystals.
The carotenoid content in commonly consumed fruits is
shown in Table 1.
The carotenoid content in plant foods depends on
many factors, especially on the ripening process. Ethylene,
the ripening hormone, triggers carotenoid biosynthesis,
causing in many cases, exponential increases in carotenoid
content (Cervantes-Paz et al., 2012). This process involves the
degradation of chlorophylls and the transformation of chlo-
roplasts in chromoplasts rich in carotenoids (Cervantes-Paz
et al., 2012). Any postharvest technology applied to preserve
plant foods in postharvest may retard or compromise the
biosynthesis of carotenoids. This is the case of the use of
low temperatures, the modication of the gas composition
surrounding the food (modied atmosphere packaging and
controlled atmosphere storage), application of ripening in-
hibitors (e.g., KMnO4 and 1-methylcyclopropene) or applica-
tion of phytosanitary treatments with heat or ionizing energy
(Table 1) (Ornelas-Paz et al., 2017; Yahia et al., 2018).
Carotenoids do not accumulate homogeneously in
plant foods, and their content also depends on genotype
(Kljak et al., 2015). The geographical origin of plant foods also
alters the carotenoid content in foods, since it is inuenced
by environment temperature, exposition to light, and rain
(Laurora et al., 2021). Processing also alters signicantly the
carotenoid content in plant foods because carotenoids are
prone to degradation, transformation or isomerization under
light exposition, heating and alkaline or acid conditions. New
processing techniques (e.g., pulsed electric elds, ultrasound,
high hydrostatic pressures, high pressure homogenization,
etc.) reduce the negative eects of conventional processing
techniques on carotenoid content (López-Gámez et al., 2021),
however, mincing, chopping or homogenizing are enough to
alter the carotenoid content in fruits and vegetables (Yahia et
al., 2018). Undoubtedly, other factors can alter the content of
carotenoids in plant foods (Table 1).
The carotenoid absorption process
The rst step of the carotenoid absorption process
implies the release of these compounds from foods during
digestion (Figure 1) (Cervantes-Paz et al., 2017). This step lar-
gely depends on the mechanical and chemical disruption of
food by mastication, movements of the gastrointestinal tract,
gastric acid, alkaline medium in the intestine, and digestive
enzymes. Due to their lipophilic nature, the released carote-
noids must then be incorporated into the lipids co-consu-
med with the carotenoid-rich food (Yahia et al., 2018). The
carotenoid-lipidic phase tends to emulsify with the aqueous
content of the gastrointestinal tract. The lipid droplet size in
this emulsion is large in the gastric phase, but it decreases
in the intestinal phase of digestion due to the emulsifying
action of bile salts secreted by gall bladder (Victoria-Campos
et al., 2013; Desmarchelier and Borel, 2017). This reduction of
lipid droplet size is very important for lipid digestion, since
lipases are hydrosoluble and only exert their action on lipid
droplet surface (Cervantes-Paz et al., 2017).
Lipid digestion inuences the formation of micelles,
which are structured by the products of lipid digestion (free
fatty acids, diglycerides, monoglycerides, etc.), bile salts,
phospholipids and cholesterol (Yahia et al., 2018). Micelles
are required for transportation of carotenoids from the
chime to the enterocyte. Only micellarized carotenoids can
be absorbed by intestinal cells (Cervantes-Paz et al., 2017;
Desmarchelier and Borel, 2017).
It must be stated that the distribution of carotenoids
in lipid droplets depends on their polarity, with xanthophylls
being located on droplet surface and carotenes in the core
of the lipid droplets (Yahia et al., 2018). Thus, the lipid diges-
tion starts on the surface of the lipid droplet and therefore
xanthophylls are more eciently released and micellarized
than carotenes. Micellarized carotenoids are considered
as bioaccessible and represent the amount of carotenoids
available in the required form to be absorbed by intestinal
158 Volumen XXV, Número 1
Victoria-Campos et al: Biotecnia / XXV (1): 156-168 (2023)
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Table 1. Carotenoid content (µg/g FW) in commonly consumed foods as aected by dierent factors.
Tabla 1. Contenido de carotenoides (µg/g FW) en alimentos en función de diferentes factores.
Food Lyc αC βC Lut Vio Zea βCry
Processing/storage
Mango (Fresh)
Mango (CD: 50 - 70 ºC)
33 - 58*
13 - 33*
9 - 11*
0 - 9*
7 - 22*
2 - 14*
Orange Sweet Potato (Fresh)
Orange Sweet Potato (B, R, and S)
0.78*
0.6 - 0.8*
152*
19 - 1333*
1 - 4*
1 - 11*
1 - 2*
1 - 6*
Carrots (stored at - 15 ºC to 50 ºC) 38-89 0.6 - 1.4 33 - 44 0.5 - 1.5
Cauliower (Raw)
Cauliower (B, R, S, and MW)
0.08-9.6
0.05 - 13
1 - 85
0.4 - 106
0.8 - 11
0.5 - 16
0.03 - 0.4
0.02 - 0.9
0.02 - 0.1
0.001 - 0.2
Apricot (Fresh)
Apricot (H, F, and FD)
150*
70 - 200*
200*
100 - 240*
250*
120 - 280*
120*
110 - 250*
250*
120 - 260*
Cherries (Fresh)
Cherries (H, F, and FD)
10*
10*
20*
20*
20*
20*
20*
20*
20*
20*
Nectarines (Fresh)
Nectarines (H, F, and FD)
60*
20 - 60*
90*
30 - 90*
90*
30 - 80*
100*
40 - 90*
90*
40 - 90*
Peaches (Fresh)
Peaches (H, F, and FD)
20*
20-30*
30*
30 - 40*
30*
30 - 40*
30*
30 - 40*
30*
30 - 40*
Plums (Fresh)
Plums (H, F, and FD)
20*
10 - 20*
30*
20 - 30*
30*
30 - 40
30*
30 - 40*
30*
30 -4 0*
Carrots (Fresh)
Carrots (H, F, and FD)
280*
220 - 300*
380*
310 - 360*
440*
370 - 440*
420*
360 - 900*
450*
380 - 470*
Peppers (Fresh)
Peppers (H, F, and FD)
600*
430 - 750*
700*
660 - 1020*
840*
720 - 1300*
760*
680 - 1310*
850*
720 - 1300*
Mango (Fresh)
Mango (HHP: 592 MPa, 3 min)
0.5 - 1.2
0.9 - 1.1
5.9 - 10
8.6 - 17
0.8
0.8
0.4 - 6.6
0.4 - 5.9
0.3 - 1.1
0.5 - 1.6
0.5 - 1.5
0.5 - 2.1
Papaya (Fresh)
Papaya (HHP: 100 - 600 MPa, 5 min)
0.8
0.6 - 0.9
1.7
2.0 - 6.5
0
0 - 2.7
0.03
0.2 - 1.2
0
0 - 2.3
0.4
0.9 - 3.9
Carrots (Fresh)
Carrots (HHP: 60 - 100 MPa, 5 min)
2005 - 2132*
1307 - 2180*
3312 - 3449*
2227 - 3983*
242 - 253*
237 - 289*
210 - 269*
327 - 392*
271 - 336*
394 - 480*
Avocado paste (Fresh)
Avocado paste (HHP: 600 MPa, 3 min)
0.2
0.003 - 0.6
0.9
1.2 - 3.2
3.1
3.9 - 4.6
0.06
0 - 0.1
0.3
0.3 - 1.4
Cape gooseberry juice (Fresh)
Cape gooseberry juice (HP: 80 ºC, 10 min)
Cape gooseberry juice (US: 10 - 40 W, 15 min)
1.5
1.6
2-3.2
2.1
2.2
3 - 4.2
3.3
3.2
3.2 - 6.2
3.4
3.3
4.2 - 5.8
4.0
4.4
5.5 - 7.7
Pumpkin juice (Fresh)
Pumpkin juice (US: 200 - 600 W)
0.8 - 0.9
0.8 - 1.2
0.9 - 1.2
1.1 - 1.6
1.1 - 1.3
1.1 - 1.7
1.1 - 1.4
1.2 - 1.8
1.1 - 1.3
1.2 - 1.8
Carrot juice (Fresh)
Carrot juice (HPH: 100 - 150 MPa, 1.2 L/h)
30.1
30 - 32
76.6
75 - 80
2.9
2.1 - 2.8
Carrots (Fresh)
Carrots (PEF: 0.8 - 3.5 kV/cm-5 - 30 pulses)
0.15 - 0.2
0.2 - 0.4
0.45 - 0.5
0.4 - 1.0
0.18 - 0.2
0.01 - 0.3
Cultivar/variety
Mango (16 varieties) 1.1 - 4.6 0.4 - 13 0.03 - 1.4 0.01 - 12 0.2 - 0.6
Carrots (10 varieties)
0 - 1400*
41 - 60
0 - 1000*
72 - 84
0 - 1400*
2.1 - 4.1
3-5000*
Potato (72 cultivars) 0.002 - 0.6 0.06 - 4.7 0.06 - 5.0 0 - 0.05
Corn (9 hybrids/cultivar) 0.6 - 2.1 0.2 - 16 0.7 - 19 0.3 - 3.1
Pumpkin (29 cultivars) 0.01 - 0.18 0.06 - 0.50
13 - 115*
0.3 - 1.2
33 - 389 3 - 192*
Food tissue
Mango (Peel)
Mango (Pulp)
0 - 2.5
0.03 - 6.0
0 - 8.0
0.09 - 12
13 - 45
6.4 - 45
0.3 - 2.8
0.6 - 0.7
3.0
0.23
1.0 - 13
1.0 - 6.0
0.2 - 6.0
0.1 - 1.7
Apricot (Peel)
Apricot (Flesh)
0 - 1.8
0 - 1.7
0.1 - 8.0
0.002 - 73
6.7 - 198
0.69 - 123
1.7 - 18
0.03 - 1.4
0.09 - 1.1
0.01 - 0.08
0.1 - 1.6
0 - 0.5
0.6 - 19
0.02 - 12
Peach (Peel)
Peach (Pulp)
146
93
0.02 - 46
0 - 226
0.02 - 0.13
0.1 - 2.0
0.01 - 0.13
0 - 1.5
0.01 - 0.05
0.0.62
Sweet potato (Peel)
Sweet potato (Flesh)
137
364
21
47
Tomato (Peel)
Tomato (Flesh)
83
113
144
84
17
25
Goldenberry (Pulp)
Goldenberry (Peel)
70*
150*
3*
20*
Ripening stage
Avocado at 5 ripening stages 0.01 - 0.04 0.03 - 0.08 0.04 - 0.6 0.04 - 1.7
Rosehip at 5 ripening stages 4 - 136*0 - 13*15 - 186*14 - 112*1.9 - 2.4*
Mango at 6 ripening stages 14 - 41 0 - 3 0 - 4 0.6 - 1.7
Pre-harvest factors
Melon (5 rootstocks) 5.7 - 11.2 6.3 - 117 0 - 13.7
Papaya (11 locations on the island of Hawaii) 1.5 - 3.2 2.4 - 7.4
Brassica vegetables (bed, pot, eld and tunnel) 0 - 68 0 - 105
Leafy kale from Italy, Portugal, and Turkey 385 - 64*536 - 615*
Baby leaf lettuce (led light and blue led light) 0.2 - 2.9 0.09 - 2.8
*Values expressed in dry weight; FW: esh weigh; Lyc: lycopene; αC: α-carotene; βC: β-carotene; Lut: lutein; Vio: violaxanthin; Zea: zeaxanthin; βCry: β-cryptoxanthin;
CD: convective draying; B: boiling; R: roasted; S: steaming; MW: microwaving; H: heating; F: freezing; FD: freeze drying; HHP: high hydrostatic pressure; US: ultra-
sound treatment; HP: heat pasteurization; W: watts; PEF: pulsed electric elds; HPH: high-pressure homogenization. Sources: Condurso et al., 2012; Dhliwayo et al.,
2014; Donado-Pestana et al., 2012; Jacobo-Velázquez and Hernández-Brenes, 2012; Leong and Oey, 2012; Fernandez-Orozco et al., 2013; Ferioli et al., 2013; Reif et al.,
2013, Samuolienė et al., 2013; Zhao et al., 2013; Kljak and Grbeša, 2015; Ma et al., 2015; Behsnilian and Mayer-Miebach, 2017; Cao et al., 2017; Ordoñez-Santos et al.,
2017; De Andrade Lima et al., 2019; Kourouma et al., 2019; Ranganath et al., 2018; Kulczyński and Gramza-Michałowska, 2019; Elizondo-Montemayor et al., 2020; Etz-
bach et al., 2020; Fratianni et al., 2020; Liang et al., 2020; Zhou et al., 2020; Cervantes-Paz et al., 2021; Diamante et al., 2021; Hu et al., 2021; Lara-Abia et al., 2021; Laurora
et al., 2021; Lebaka et al., 2021; López-Gámez, et al., 2021a; Viacava et al., 2021; Zhang et al., 2021; Suo et al., 2022; Szczepanska et al., 2022.
159
Volumen XXV, Número 1
Victoria-Campos et al: Dietary sources, bioavailability and health eects / XXV (1): 156-168 (2023)
159
cells (Victoria-Campos et al., 2013; Cervantes-Paz et al., 2017).
Micellarized carotenoids are transported to the brush border
of enterocytes through the aqueous medium. The acidic
medium of the unstirred water layer adjacent to the brush
border of the enterocytes causes the dissociation of micelles
and the liberation of carotenoids, which are passively taken
by the enterocytes and facilitated diusion and unilamellar
or multilamellar vesicles of phospholipids (Reboul, 2013).
Currently, the quantity of micellarized carotenoids
(bioaccessible carotenoids) is used as a measure of carote-
noid absorption (bioavailability). The passive diusion pro-
cess is quickly saturated causing that most carotenoids are
incorporated into the enterocytes by protein transporters
(e.g. SR-BI, CD36, NPC1L1) (Reboul, 2013; Desmarchelier and
Borel, 2017). Table 2 shows the bioaccessibility of carotenoids
from several plant foods. In the enterocytes, the provitamin
A carotenoids are converted in vitamin A esters. Then, the
non-provitamin A carotenoids, vitamin A and other com-
pounds are packed in chylomicrons, which are evacuated to
the lymphatic system and then to the bloodstream. Several
transporters are involved in the intracellular ux of carotenoi-
ds, including CD36, NPC1L1, SR-BI, GSTP1, HR-LPB and fatty
acid-binding proteins (Reboul, 2013). Chylomicrons exposed
to the action of endothelial lipoprotein lipases in the bloods-
tream, lead to chylomicrons remnants, which are taken by
the liver (Schweiggert and Carle, 2017; Desmarchelier and
Borel, 2017).
Carotenoids are exported from liver to dierent
tissues by lipoproteins. Carotenes (e.g., β-carotene and
lycopene) are transported by low-density lipoproteins (LDL)
and very low-density lipoproteins, while xanthophylls (e.g.,
lutein, zeaxanthin and β-cryptoxanthin) are transported by
high-density lipoproteins and LDL (Desmarchelier and Borel,
2017; Meléndez-Martínez et al., 2017). Carotenoids that are
Table 2. Bioaccessibility (%) of carotenoids from commonly consumed fruits and vegetables.
Tabla 2. Bioaccesibilidad (%) de carotenoides en frutas y hortalizas comúnmente consumidas.
Food
Phy and Phytf
Lut
Zea
Neox
Viol
βCry
αC
βC
Lyc
Carotenes
Xantophylls
ester
TC
Tomatoes 5 - 43 9 - 59 0.5 - 57 0.3 - 4 0.5 - 18 2 - 12
Carrots 17 - 64 0 - 41 0 3 - 7 4 - 22 39 2 - 7
Spinach 4 - 38 22 3 20 3 - 47 19
Kale 8 - 100 1 - 10 0.1
Lettuce 11 - 18 6 - 16
Broccoli 1 - 38 0 7 - 54 0.1
Pepper 17 - 98 73 - 77 8 4 - 39 30 - 45 1 7 - 21 0 - 41
Pumpkin 10 - 14 25 - 35
Butternut squash 16 4 18 17
Sweet potato 14
Avocado 0.4 - 2 0.4 - 1 1 - 15 9 - 11
Mango 14 19 4 - 32
Papaya 2 0.6 3 - 9 0.6 - 6 0.3 0 - 20 0.3
Melon 34 50 7
Watermelon 64 0 30 3
Orange juice 8 - 10 103 9 2.7 98 6 - 34 100 6 - 7 23
Mandarins 10 - 72 33 - 42 16 - 36 8 - 36 0 - 37
Abbreviations: TC = total carotenoids; βC = β - carotene; αC = α - carotene; δC = δ - carotene; ϒC = ϒ - carotene; Lut = lutein; Lyc = lycopene; Zea= zea-
xanthin; βCry = β - cryptoxanthin; Viol = violaxanthin; Phy = phytoene; Phyt = phytouene; Carotenes includes αC, βC, Lyc. Sources: Ornelas - Paz et al., 2010;
Jeery et al., 2012; Schweiggert et al., 2012; Victoria-Campos et al., 2013; Li et al., 2016; Petry and Mercadante, 2017; Bergantin et al., 2018; González-Casado
et al., 2018; Mapelli-Brahm et al., 2018; Zhang et al., 2018; de la Fuente et al., 2019; Liu et al. 2019; Zhong et al., 2019; De Oliveira et al., 2020; Etzbach et al.,
2020; Hayes et al., 2020; Cervantes-Paz et al., 2021; Iddir et al., 2021; Lara-Abia et al., 2021; Laurora et al., 2021; López-Gámez et al., 2021a; López-Gámez et al.,
2021b; Schmidt et al., 2021.
160 Volumen XXV, Número 1
Victoria-Campos et al: Biotecnia / XXV (1): 156-168 (2023)
160
being absorbed, metabolized, stored and/or employed by
the organism are considered as bioavailable (Desmarchelier
and Borel, 2017). The general process for carotenoids absorp-
tion is shown in Figure 1.
Factors aecting the carotenoid absorption process
The micellarization of carotenoids, which is a key step
for carotenoid bioavailability, is aected by many factors
(Tables 3 and 4). The food matrix is the most important factor
aecting the bioaccessibility/bioavailability of carotenoids
(Victoria-Campos et al., 2013; Cervantes-Paz et al., 2017). The
term “food matrix” refers to the combined eects of all factors
associated with a food that improve or reduce the bioavaila-
bility of carotenoids (Cervantes-Paz et al., 2017). This explain
why the bioaccessibility/bioavailability of carotenoids from
simple foods (e.g., supplements) is higher than that of com-
plex plant foods. The form in which carotenoids are present
in foods determines their bioaccessibility/bioavailability.
Carotenoids present in foods as lipid-based forms,
are readily released from the food and then incorporated
into the oily phase of chime, as compared to carotenoid
crystals or carotenoid-protein complexes (Schweiggert and
Carle, 2017). That is the reason why β-carotene from some
fruits (e.g., tomatoes and mango) is more bioavailable than
β-carotene from carrots or spinach (Ornelas-Paz et al., 2010).
Food processing alters the eect of food matrix. Coo-
king and mincing favor carotenoid release from food during
digestion, increasing the micellarization and absorption of
these compounds (Table 3) (Li et al., 2016; Eriksen et al., 2017;
De Oliveira et al., 2020). Industrial processing also increases
the bioaccessibility of food carotenoids (Dhuique-Mayer et
al., 2018; Mapelli-Brahm et al., 2018; Zhong et al., 2019). Non-
thermic technologies (e.g., high hydrostatic pressurization,
high pressure homogenization, pulsed electric elds and
ultrasound) also increase the bioaccessibility of carotenoids
(Lara-Abia et al., 2021; López-Gámez et al., 2021). The increa-
se of carotenoid bioaccessibility is a consequence of the
processing-mediated softening of food (cellular disruption).
Ripening also causes softening of fruits, favoring the release
of carotenoids during digestion. However, ripening also
favors the esterication of carotenoids with fatty acids, re-
ducing their polarity and, consequently, their micellarization
rate and bioavailability (Cervantes-Paz, et al., 2012; Victoria-
Campos et al. 2013).
On the other hand, the ber from carotenoid-rich food
or co-consumed foods alters the carotenoids micellarization
and bioavailability (Table 4). Overall, ber reduces the
absorption of carotenoids by altering of the macro- and micro-
viscosity of chime. This alteration reduces the emulsication
of lipid droplets favoring the formation of large ones, and
reduces the activity of lipase, formation of micelles, the
transference of carotenoids from lipid droplets to micelles
and the diusion of carotenoid-rich micelles to the enterocyte
(Cervantes-Paz et al., 2016). Low concentrations of pectin in
the chime (~ 2 %) can cause high reductions in carotenoid
bioavailability (20 - 50 %) (Rock and Swendseid, 1992). This
eect depends on the physicochemical characteristics of
bers (solubility, molecular weight, degree of esterication,
etc.), with soluble bers exerting the most negative eect on
carotenoid absorption (Cervantes-Paz et al., 2016; Cano et al.,
2019).
FOOD
CAROTENOIDS RELEASED
FROM FOOD MATRIX
EMULSIFICATION
CAROTENOIDS
FAT GLOBULE
PANCREAS
GALLBLADDER
STOMACH
LIPASES
BILE SALTS
ENTEROCYTE
LYMPH SYSTEM
BLOOD
CHYLOMICRONS
LIVER
SR-B1
CD36
ABCG5
MICELLES
VESICLES
Figure 1. Overview of the carotenoid absorption process.
Figura 1. Diagrama general del proceso de absorción de carotenoides.
161
Volumen XXV, Número 1
Victoria-Campos et al: Dietary sources, bioavailability and health eects / XXV (1): 156-168 (2023)
161
Table 3. Eect of thermic and non-thermic food processing on carotenoid bioaccessibility (BA).
Tabla 3. Efecto del procesamiento térmico y no térmico en la bioaccesibilidad (BA) de carotenoides.
Food source Treatment Bioaccessibiliy (BA)
Cooking treatments
Spinach Raw and steamed (100 °C/3 min) BA of Lut and βC was higher with steamed (16.8 - 21.7 % and 5.6 - 6.2 %,
respectively) than with raw (5.3 - 6.4 % and 2.0 - 3.5 %, respectively) tissues
Lettuce Raw and boled (98 °C/ 20 min) BA of βC and Lut from raw lettuce was 8.5 - 13 % and 5 - 11 % higher than
with cooked samples
Tomatoes Boiled (100 °C/10 min) and digested in absence and
presence of an emulsion containing 4 % of olive oil
BA of TC was higher in boiled samples with fat than in raw tissues without fat.
Boiling ↑ the BA of TC (45 - 72 %) in digestions with and without fat
Jalapeño peppers Raw, boiled (94 °C /12.5 min) and grilled (210 °C /13.2 min)
BA of free xanthophylls from red peppers followed the order of raw > grilled
> boiled. Cooking methods did not inuence clearly the BA of carotenoids
from green peppers.
Industrial thermal-treatments
Orange-eshed
sweet potato (OFSP)
based baby puree
and pumpkin
products
Homemade steaming (HM-100 °C), PAST (100 °C/15
min), blanching (BP- 90 °C/3 min+PAST), blanching and
sterilization (BS) and sterilization at 123 °C/30 min (S) and
commercial baby food (CBF-OFSP)
BA of βC ↑ with the intensity of the thermal treatment (BS and CBF-OFSP
(5 - 6 %) > BP and S (3 - 4 %) > HM and PAST (0.5 - 1 %)). BA of cis-βC also was
higher in S, BS and CBF-OFSP samples that in BP (29 %), HM (6 %) and P (0 %)
treated samples
Mature pinalate
orange juice
Fresh, UF and thawed at room temperature (UF-RT), in the
fridge (UF-FG), or in MW (UF-MW) and PAST
Thermal processing ↑ the BA of TC in the order of PAST (26 %) > UF-MW
(18 %) > UF-RT (14 %) > UF-FG (12 %) > Fresh (8 %). All treatments ↑ the
BA of carotenes (~ 238 %), but only 49 % for UF - FG samples. The eect of
treatments was variable in the BA of xanthophylls
Tomato and Kale
juices
Raw and treated with TT (90 °C/30 s), OH (13 V/cm/ 60 Hz/
90 °C/30 s) and PEF (35 kV/cm)
In tomato juices, PEF signicantly ↓ and ↑ the BA of βC (50 %) and Lyc (2.5
times), respectively. OH and TT did not inuence the BA of βC and Lyc. The BA
of βC and Lut from kale juices was not signicantly inuenced by treatments
Fresh carrot, sweet
potato, yellow bell
pepper and broccoli
orets
Fresh and HAD (60, 70, 80 °C) samples with or without 5 %
(w/w) of olive oil
In carrots, HAD ↑ the BA of Lut, αC and βC (33 - 42 %, 62 - 141 % and 217 -
256 %, respectively). HAD ↑ 1.4 - 23 times the BA of Lut, αC and βC from bell
peppers. For sweet potato and broccoli orets, HAD ↑ the BA of αC and βC
(9 - 136 %) with olive oil. HAD ↓ the BA of Lut, αC and βC (9 - 74 %) in absence
of oil
Non-thermal emerging technologies
Sweet Mary papaya
Cubes (1 cm3) treated with HHP (100, 350 and 600 MPa)
at 26.2 °C for come-up time (CUT) and holding time (HT)
of 5 min
The highest BA of carotenoids was observed for samples treated with HHP at
350 MPa/CUT and 350 MPA/5 min (1.4 % and 1.1 %, respectively). The lowest
BA was observed at 100 MPa/5min (0.4 %) and 600 MPa/5 min (0.6 %)
Persimmon Control (freeze-dried pulverized fruit), PAST (85 °C/15 min)
and HHP (200 MPa/25 °C/6 min)
Carotenoids were only bioaccessible in samples treated with HPP and PAST.
The most bioaccessible were βCry - laurate (23.9 - 36.9 %), βCry (11.6 - 54.2
%), Ant (18.4 - 30.1 %) and Lyc (17.2 - 27.2 %) and HPP caused the highest
bioaccesibility. In HPP treated samples, all-trans and 13-cis βC were highly
bioaccessible (19.3 % and 16.4 %, respectively)
Valencia orange
juice
Untreated and treated juices with HPP (600 MPa/3 min),
PEF (12.7 kV/cm / 107.4 kJ/L /61 Hz), Low PAST (LP - 73.9
°C/ 30 s), Conventional PAST (CPAST- 92.2 °C/31 s) and
Hot lling (HF) (CP + lling at 82.3 °C). All treatments with/
without US (65.7 - 68. 3 W/cm2/29.5 - 30.7 °C)
BA of carotenoids was higher (41 - 51 %) in juices treated with US than
in non-sonicated samples (19 - 24 %). PAST techniques did not aect
signicantly the BA of TC, however, treatments at higher temperatures
(CPAST and HF) ↓ BA, especially that of TC, epoxy carotenoids, diepoxy
carotenoids and esteried carotenoids
Tomato puree Untreated and treated with PEF (0.4, 1.2 and 2 kV cm-1; 5,
18 and 30 pulses) in presence of olive oil (5 %)
The highest BA of TC (17.1 %), βC (21.6 %), ϒC (34.5 %), Lut (21.4 %), δC
(18.4 %) was observed with puree treated with 5 pulses at 2 kV m-1. Lyc BA
was equally enhanced by treatments at 1.2 and 2 kV cm-1 (9.7 % and 9.5 %,
respectively). The BA of more polar carotenoids, Phyt and Phy was higher in
untreated tomatoes. The number of pulses did not aect signicantly the
carotenoid BA
Carrots
Untreated puree and treate with PEF (5 pulses of 3.5 kV
cm-1), TT (70 °C/10 min), PEF and TT (PEF/TT). Samples
were digested in presence of olive oil (5 %)
All treatments ↑ carotenoid BA (PEF/TT (245.5 - 296 %), PEF (231.8 - 256 %)
and TT (66.7 - 100 %). The impact of treatments was similar for all carotenoids
Mango (peels and
paste) Untreated and treated with US (300 W/cm2)US ↑ BA of βCry (44 - 47 %), Lut (35 - 46 %) and βC (33 - 44 %) from peels. The
impact of US on carotenoid BA was higher for paste than for peels.
Kale Untreated samples and treated with HPP (200, 400 and
600 MPa for 5, 10, 40 min)
Higher pressures and extended holding periods ↑ the BA of individual
carotenoids from 28.5 up to 78.6 % (600 MPa/40 min)
Tomato juice
Fresh and treated with HPH (200, 300, 400, 500 bar) and
US (200, 400, 600, 800 W for 20 min, 50 µm of amplitude
and 10 s interval)
BA of total all-trans and cis isomers of Lyc was higher for juice treated with
HPH at 500 bar (6.9 and 13.4 %, respectively) and US at 800 W (9.7 and 15.8
%, respectively). BA of total Lyc was higher with HPH at 500 bar and US at 800
W (1.4 and 1.8 times higher than with fresh samples, respectively). BA of ζC
was not aected by treatments
Abbreviations: UF = ultrafrozen; MW= microwave oven; PAST = Pasteurized; OH = Ohmic heating; PEF= Pulsed electric eld; HPP= high pressure proces-
sing; HHP = High hydrostatic pressurization; US = ultrasonication; HPH = high-pressure homogenization; HAD = hot air drying; TT = thermally-treated; BA =
bioaccessibility; TC = total carotenoids; βC = β-carotene; αC = α-carotene; ζC = ζ-carotene; δC = δ-carotene; ϒC = ϒ-carotene; Lut = lutein; Lyc = lycopene;
βCry = β-cryptoxanthin; Viol = violaxanthin; Ant = antheraxanthin; Phy = phytoene; Phyt = phytouene. Sources: Victoria-Campos et al., 2013; Li et al., 2016;
Eriksen et al., 2017; Mercado-Mercado et al., 2017; Dhuique-Mayer et al., 2018; González-Casado et al., 2018; Mapelli-Brahm et al., 2018; Zhang et al., 2018;
Cano et al., 2019; Zhong et al., 2019; Zhang et al., 2019; de Oliveira et al., 2020; Etzbach et al., 2020; Lara-Abia et al., 2021; López-Gámez et al., 2021.
162 Volumen XXV, Número 1
Victoria-Campos et al: Biotecnia / XXV (1): 156-168 (2023)
162
The amount and type of fat consumed with caro-
tenoids alter the absorption rate of carotenoids (Table 4),
since the latter are poorly absorbed in absence of fat. The
minimum amount of fat required for carotenoid absorption
is unknown. Some studies have suggested that at least 3-5 g
of fat per meal are required for good carotenoid absorption,
although higher quantities of fat per meal (e.g., 20 g) have
also been proposed (Goltz et al., 2012). The positive eect of
fat on carotenoid absorption depends on carotenoid type,
with zeaxanthin, α-carotene, and β-carotene requiring more
fat than lutein to reach the highest micellarization values
(Hempel et al., 2017; González-Casado et al., 2018; De Souza
et al., 2020). Fat consumption can increase the absorption
of carotenoids by 2-3 times or even more, depending on
carotenoid type. The benecial eect of fat on carotenoid
micellarization and absorption also depends on fat type,
with monounsaturated and polyunsaturated fatty acids best
promoting the bioaccessibility of carotenoids than saturated
fatty acids (Goltz et al., 2012; Victoria-Campos et al., 2013).
Protein improves the bioaccessibility of dietary carote-
noids due to its emulsifying properties (Iddir et al., 2021). The
carotenoid dose also inuences the carotenoid absorption
rate, with low doses resulting in a higher carotenoid absorp-
tion than large doses (Yahia et al., 2018). Under gastrointesti-
nal conditions, there is a competence among carotenoids for
absorption, thus the inclusion of a new carotenoid in the diet
will cause a reduction in the absorption of other carotenoids.
In some cases, the inclusion of xanthophylls causes a decrea-
se in carotene absorption while in other cases the opposite
has been observed (Kopec and Failla, 2018). The eect of
some modiers on carotenoid bioaccessibility is shown in
Table 4.
Benecial eects of carotenoids on human health
Carotenoids are able to neutralize free radicals, which
can damage molecules in cells and cause degenerative di-
seases in humans. Abnormal levels of free radicals in the hu-
man body cause oxidative stress, which has been associated
Table 4. Modiers of carotenoid bioaccessibility (BA).
Tabla 4. Modicadores de la bioaccesibilidad (BA) de carotenoides.
Digested food Modier Bioaccessibiliy (BA)
Goji and spinach Coconut oil (1 %) Coconut oil ↑ the BA of Zea from 6.7 % to 13.3 %
Whole, peel and esh per-
simmon Whole-fat (WFM) and skimmed (SM) milks
BA of TC was higher with WFM than with SM, especially in digestions
with whole fruit (2.74 times) than with esh and peels (0.05 - 0.26 times
higher)
Frozen Cajá pulp - based
beverages
Water (W), SM or WFM, with/without sugar-
cane (7 %)
Sugar enhanced the BA of all carotenoids, in the order W (27 %) > SM
(22 %) > WFM (15 %)
Commercial milk - fruit
juices
Skimmed milk, vitamins (C, D, A, E, B6), sugars,
and gelling agents
Beverages containing pectin showed greater BA values (40.7 %) than
those containing arabic, xanthan or guar gums (7.4 %)
B. gasipaes fruits Lyophilized peach palm, oil-in-water (O/W)
food emulsion
BA of TC, all - trans - βC, all - trans - Lyc and all - trans - γC was 11 - 21
times higher in digestions with food emulsion than with the lyophilized
fruit
Tomato products
3 ripening stages (mature-green, pink and
red), 5 % oil (coconut, olive and sunower
oils) and two disruption levels (puree and
cubes)
BA of TC and Lyc followed the order red > pink > mature-green (0 %).
Olive oil ↑ 11 - 15 times the BA of TC and Lyc and sunower and coconut
oils between 7- and 11-times vs digestions without oil. BA of TC and Lyc
was higher (46 - 251 %) from tomato puree than from cubes
Spinach
Mg (0, 200, 400 mg/mL), canola oil, coee
creamer with 10 % fat and bile extract (1 or
8 mM)
Mg ↓ the BA of TC, Lut and βC. Coee creamer ↑ more the BA of
carotenoids than canola oil (0.1 – 4.3 % vs 0 – 1.9 % respectively),
especially with bile extract at 8 mM
Pure Lyc, βC and Lut WPI, SPI, SC, GEL (0, 10, 25, and 50 % of the
protein RDA)
WPI ↑ the BA of βC and Lyc, but ↓ the BA of Lut. SPI ↓ the BA of Lut and
Lyc (up to 41.0 and 14.3 %, respectively) and ↑ the BA of βC (35 - 37 % at
10 and 25 % of the RDA). SC and GEL ↓ the BA of Lut (up to 62.9 % - 63.4
%) and ↑ that of βC (36.6 - 49.8 %)
Spinach, tomato juice and
carrot juice
WPI, SPI, SC, GEL, turkey, and cod (0, 10, 25
and 50 % of the protein RDA)
Proteins ↑ the BA of TC (1.1 %) from tomato juice but ↓ that of TC from
carrot juice and spinach (2.1 - 2.8 %). Proteins ↓ the BA of Lut and Zea
from all foods. Proteins ↑ the BA of βC from juices (at 25 and 50 % of the
RDA)
Carrot juice (CJ), apricot
nectar (AN), tomato juice
(TJ), frozen spinach (FS),
eld salad (FSD)
Ca (0, 250, 500, 1000 mg/L), Mg (0, 100, 200,
300 mg/mL), Na (0, 375, 750, 1500 mg/L) and
Zn (0, 12.5, 25, 50, 100, 200 mg/L)
The highest concentrations of Ca and Mg inhibited the BA of carotenoi-
ds. Na ↑ the BA of carotenoids. Zn ↑ the BA of βC from FSD and FS but ↓
the BA of βC from AN, CJ and TJ. Na ↓ the BA of xanthophylls from FSD
but Zn ↑ their BA. Na and Zn did not aect the BA of xanthophylls from
FS. BA of Lyc, Phyt and Phyt from TJ ↓ as the concentration of Ca and Mg
↑, while the highest level of Na and Zn ↑ slightly their BA
Abbreviations: BA = bioaccessibility; TC = total carotenoids; βC = β-carotene; αC = α-carotene; Lut = lutein; Lyc = lycopene; Zea = zeaxanthin; βCry =
β-cryptoxanthin; Phy = phytoene; Phy t = phytouene; RDA = recommended dietary allowance; WPI = Whey protein isolate; SPI = soy protein isolate; SC =
sodium caseinate; GEL = gelatin. Sources: Corte-Real et al., 2017; da Costa and Mercadante 2017; García-Cayuela et al., 2017; Hempel et al., 2017; Corte-Real
et al., 2018; González-Casado et al., 2018; Stinco et al., 2019; De Souza et al., 2020; Iddir et al., 2021.
163
Volumen XXV, Número 1
Victoria-Campos et al: Dietary sources, bioavailability and health eects / XXV (1): 156-168 (2023)
163
with the pathogenesis of more than 100 dierent diseases
(Yahia et al., 2018). Carotenoids can neutralize several oxygen
reactive species, including singlet oxygen and peroxyl radi-
cals (Britton, 2020). This antioxidant activity depends on
their number of conjugated double bonds and oxygenated
substituents (Yahia et al., 2018), and involves the binding of
carotenoids to free radicals and the transference of energy
from the free radical to the carotenoid (Swapnil et al., 2021).
Lycopene, canthaxanthin and astaxanthin show a higher
antioxidant activity than β-carotene and zeaxanthin. Several
studies have demonstrated that the antioxidant activity of
carotenoid mixtures is higher than that of individual carote-
noids, demonstrating the synergistic eects of carotenoids
(Rowles and Erdman, 2020).
The consumption of some carotenoids has been as-
sociated with a reduced risk of some forms of cancer (Table
5). The carotenoid with the highest anticancer eect seems
to be lycopene, independently if it is consumed in puried
form or from tomato products. Lycopene is highly eective
in the prevention of prostate cancer, although consumption
of lycopene has also been related to the protection against
other cancer forms (digestive tract, pancreatic, cervical, etc.)
(Lu et al., 2015; Bakker et al., 2016; Van Hoang et al., 2018; Kim
et al., 2018; Swapnil et al., 2021).
The eects of other carotenoids in cancer preven-
tion are less clear. There is some evidence that lycopene,
β-carotene and β-cryptoxanthin prevent lung cancer (Is-
kandar et al., 2016). β-Carotene, α-carotene and lutein have
shown protective eects against breast cancer (Bakker et
al., 2016). β-Carotene, lycopene, β-cryptoxanthin, lutein
and zeaxanthin prevent pharyngeal, laryngeal and pancreas
cancers (Rowles and Erdman, 2020). Lycopene reduces the
risk of gastric and prostate cancer (Van Hoang et al., 2018;
Kim et al., 2018). β-cryptoxanthin, lycopene, α-carotene and
β-Carotene reduce the risk of colorectal cancer (Lu et al.,
2015). The anticancer eects of carotenoids have been attri-
Table 5. Carotenoids and health.
Tabla 5. Carotenoides y salud.
Disease / type of study Population or studied subjects Eect*
Gastric cancer (GC) / case-
control study
415 cases and 830 controls Case group consumed signicantly less TC, βC, βCry, Lyc, tomato, and ketchup
than control group. TC intake in women and an overall intake of Lyc were
inversely associated with GC risk
Breast cancer (BC) / case-
control study
1502 cases (BC), 462 estrogen receptor-
negative (ER-) and 1502 controls (C)
The highest αC (198 - 1520 vs 14 - 57 nmol/L) and βC (1067 - 7699 vs 29 - 348)
plasma levels were inversely associated with the risk of ER - BC
Colorectal cancer (CC) /
case control study
845 cases (CC) and 845 controls The intake of carotenoids was inversely related with the risk of CC in the order
of βCry (110 - 167 vs 42 - 68 μg/day) > Lyc (841 - 1278 vs 223 - 379 μg/day) and
αC (770 - 1065 vs 207 - 355 μg/day) > βC (7856 - 9164 vs 3818 - 4299 μg/day).
The eect of βC was only observed in males
Prostate cancer (PC) / case
control study
244 cases PC and 408 controls The intake of Lyc (>1200 vs <648 μg/day), tomatoes (> 16.5 vs < 7.1 g/day) and
carrots (> 3.2 vs < 1 g/day) was inversely related with the risk of PC
Head and neck cancer
(HNC) / Cohort Study
120,852 participants, 3898 subcohort
members
Inverse association between the intake of vitamin E and carotenoids and
incidences of HNC and HNC subtypes
Congestive heart failure
(CHF) / Longitudinal
population-based study
Data from 1031 participants in the Kuopio
Ischemic Heart Disease Risk Factor Study
from Finland – followed prospectively for
> 17 y
The lowest serum βC concentration increased the hazard ratio of CHF (≤ 0.22
vs > 0.46 μmol/L). The lowest levels of serum βC and Lyc increased the risk of
death for coronary heart disease
Cardiovascular diseases
(CDVs) / cross-sectional
study
1350 healthy adults from Japan Serum levels of TC were inversely associated with baPWV, SBP, DBP, HOMA-IR,
blood insulin, FBG, TGs and cholesterol in males, and with seven biomarkers
(BMI, baPWV, SBP, HOMA-IR, blood glucose, FBG, TGs and cholesterol) in
females. In both sex, TC had a positively association with HDL while Lyc was
inversely associated with baPWV and positively associated with HDL. In males,
serum Lut was negatively associated with HOMA-IR and insulin
Cardiovascular diseases
(CDVs) / Meditation
analyses using US
national data from the
NHANES
Data from 1312 men and 1544 women
participating in the NHANES 2003-2006
CRP and tHcy were inversely associated with serum concentration of TC.
LDL were inversely associated with Lut/Zea. HDL cholesterol had a positive
association with serum αC, βCry, Lut/Zea and TC. βC was inversely associated
with the CRP levels
Type 2 Diabetes (T2D) /
Cohort study
37,846 participants of the European
Prospective Investigation from
Netherlands
βC (2.8 – 4.3 vs 1.1 – 1.7 mg/day) and αC (0.4 – 1.1 vs 0.2 – 0.4 mg/day) were
inversely associated with the risk of T2D
Alzheimer dementia (AD)
/ A community-based
cohort
927 older adults (81 y) participanting
in the Rush Memory and Aging Project
followed prospectively for 7 y
TC (24.8 vs 6.7 mg/day) and Lut/Zea (0.37, 8.1 vs 1.2 mg/day) were inversely
related with the risk of AD. βC and βCry were inversely related with the HR
of AD. TC, Lut and Lyc were inversely related with global AD pathology and
individual disease indicators
*All eects in the table were reported as statistically signicant trends (p < 0.05) in original papers. Abbreviations. TC = total carotenoids; βC = β-carotene;
αC = α-carotene; Lut = lutein; Lyc = lycopene; Zea = zeaxanthin; βCry = β-cryptoxanthin; BMI = body mass index; baPWV = brachial ankle pulse wave velo-
city; SBP = systolic blood pressure; DBP = diastolic blood pressure; HOMA−IR = Homeostatic Model Assessment for Insulin Resistance; FBG = fasting blood
glucose; TG = triglyceride; HDL = high-density lipoprotein; LDL = low density lipoprotein; CRP = C-reactive protein; tHcy = total homocysteine. Sources:
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al., 2019; Matsumoto et al., 2020; Yuan et al., 2021.
164 Volumen XXV, Número 1
Victoria-Campos et al: Biotecnia / XXV (1): 156-168 (2023)
164
buted to their antioxidant properties, the alteration of genes
expression involved in the pathogenesis, alterations in the
levels of signaling molecules and other eects (Rowles and
Erdman, 2020).
The eect on carotenoid consumption on cardiovas-
cular diseases is unclear, as both positive and negative eects
have been reported (Table 5). There are some evidences
suggesting that β-carotene, lycopene, lutein, zeaxanthin, as-
taxanthin, among others, might prevent the development of
cardiovascular diseases (Karppi et al., 2013; Wang et al., 2014;
Kulczyński et al., 2017; Matsumoto et al., 2020). The eects of
lycopene and β-carotene on cardiovascular diseases has been
highly studied. The antioxidant activity of carotenoids seems
to be associated with their benecial eect on prevention of
cardiovascular diseases, however, other mechanisms seem
to be involved, including the carotenoid-related reduction
of the inammatory response caused by the tumor necrosis
factor-α (TNF-α), maintaining endothelial nitric oxide bioa-
vailability, altering the expression of some genes, inhibiting
leucocyte adhesion and migration, reducing apoptosis,
inhibiting macrophages activation, regulating cholesterol
synthesis, inhibiting platelet activation, regulating the levels
of lipoproteins, among others (Kulczyński et al., 2017). The
consumption of β-carotene and α-carotene also is inversely
related to type 2 diabetes risk (Sluijs et al., 2015). A neuro-
protective eect was recently associated with the intake of
total carotenoids, lutein, zeaxanthin, β-cryptoxanthin, and
β-Carotene (Yuan et al., 2021).
Lutein and zeaxanthin are important components of
macula and retina and their levels in these tissues have posi-
tively been associated with visual functions (García-Romera
et al., 2022). These eects have been clearly demonstrated
in clinical trials. Lutein and zeaxanthin absorb blue light,
exert antioxidant eects, improve vision and prevent the
development of cataracts and age-related macular dege-
neration (Yahia et al., 2018). Interestingly, the levels of these
carotenoids in the macule can be used as markers of their
concentrations in the brain and cognitive functions (García-
Romera et al., 2022).
β-Carotene, β-cryptoxanthin, zeaxanthin, lycopene, si-
phonaxanthin, fucoxanthin, astaxanthin, crocetin and crocin,
and some of their conversion products, are able to reduce
the adiposity in animals and humans (Bonet et al., 2020), by
inuencing adipocyte dierentiation, oxidation rate of fatty
acids and thermogenesis (Bonet et al., 2015).
Also, carotenoids can reduce liver damage, due to
their antioxidant and anti-inammatory eects as well as the
modulation of the expression of genes (Yahia et al., 2018).
Other benecial eects of carotenoids include the protection
of photodamage of skin, cytoprotection against mycotoxins,
human growth, reproduction and immune function, among
other benecial eects (Yahia et al., 2018; Swapnil et al., 2021).
Table 5 summarizes the results of some recent epidemiologi-
cal studies on the eect of carotenoids on human health.
CONCLUSIONS
Fruits and vegetables represent the most important
source of carotenoids in the human diet. These compounds
are able to exert many protective eects on human health,
which are limited by the low absorption of these compounds
in the intestinal tract. Food processing can increase the
bioavailability of carotenoids, although processing causes
a negative eect on carotenoid content. Further research is
needed in order to clarify the benecial eects of carotenoi-
ds on human health and the mechanisms involved in such
eects.
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169
Volumen XXV, Número 1
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
169
*Autor para correspondencia: Maritza Lizeth Álvarez Ainza
Correo electrónico: maritza.alvarez@unison.mx
Recibido: 10 de octubre de 2022
Aceptado: 9 de noviembre de 2022
Evaluation of antimicrobial susceptibility and genetic proles (ERIC-PCR)
of Enterococcus species isolated from chicken viscera
Evaluación de la susceptibilidad a antibióticos y perles genéticos (ERIC-PCR) de especies
Enterococcus aislados de vísceras de pollo
Arantxa Almada-Corral1, Maritza Alejandra Cordero-Ortiz1, Lizbeth Dolores Ballesteros-Herrera1, Siria de Jesús
Calderón-Montoya1, Enrique Bolado-Martínez1, Reyna Isabel Sánchez-Mariñez1, Alfonso García-Galaz2, Iracema del
Carmen Rodríguez-Hernandez1, Mario Onofre Cortez-Rocha3 and Maritza Lizeth Álvarez-Ainza1*
1 Laboratory of Microbiology, Department of Chemical and Biological Sciences, University of Sonora. Boulevard Luis Encinas
y Rosales s/n, C.P. 83000, Hermosillo, Sonora, Mexico.
2 Coordination of Food Science. Research Center in Food and Development A.C., Carretera a la Victoria Km 0.6, P.O. Box 1735,
Hermosillo, Sonora, Mexico.
3 Laboratory of Microbiology, Department of Food Research and Graduate Program, University of Sonora. Boulevard Luis
Encinas y Rosales s/n, C.P. 83000, Hermosillo, Sonora, Mexico.
ABSTRACT
The genus Enterococcus can be found in water, soil,
and food, and above all, they are part of the animal (including
human) intestinal microbiota. Food prevalence is mainly due
to their resistance to adverse environmental conditions.
Seventy-three isolates from chicken viscera were conrmed
to belong to the Enterococcus genus by biochemical tests
and carbohydrate fermentation. Phenotypic characterization
of the species indicates that E. casseliavus was the predo-
minant specie. Antimicrobial resistance to amikacin (42 %),
kanamycin (38 %), streptomycin (55 %) and erythromycin (33
%) in the isolates was notorious. The analysis obtained from
ERIC-PCR proles shows a high genetic variability among the
isolates. In addition, a relationship between the antimicrobial
and ERIC-PCR proles was observed among isolates. These
results indicate the presence of multi-resistant Enterococcus
in commercial chicken viscera with high genetic variability,
which could be a potential nosocomial bacterium or transfer
this resistance to another pathogenic species causing human
diseases.
Keywords: Enterococcus; antimicrobials; identication; resis-
tance; food safety.
RESUMEN
El género Enterococcus puede ser encontrado en agua,
suelo y en general en todo ambiente, son parte de la microbio-
ta intestinal de animales, incluyendo a humanos. La prevalen-
cia en alimentos se debe principalmente a la resistencia que
presentan a las condiciones adversas del ambiente. Setenta
y tres aislados de vísceras de pollo fueron conrmados como
pertenecientes al género a través de pruebas bioquímicas y
fermentación de carbohidratos. La caracterización bioquími-
ca indicó que la especie predominante fue E. casseliavus. La
resistencia de los aislados a antimicrobianos fue notoria para
amikacina (42 %), kanamicina (38 %), estreptomicina (55 %), y
eritromicina (33 %). El análisis obtenido por ERIC-PCR mostró
una alta variabilidad genética entre los aislados. Así también,
los aislados mostraron relación entre los perles obtenidos
con la susceptibilidad a antimicrobianos y por ERIC-PCR. Es-
tos resultados muestran la multi-resistencia de Enterococcus
en vísceras de pollo expedidos comercialmente, con una alta
variabilidad genética. Además, estos Enterococcus pueden ser
potencialmente patógenos en individuos como una bacteria
nosocomial y además transferir la resistencia en especies
que son estrictamente patógenas y causan enfermedades al
humano.
Palabras clave: Enterococcus; antimicrobianos; identica-
ción; resistencia; seguridad alimentaria.
INTRODUCTION
Enterococcus genus are Gram-positive cocci, gene-
rally grouped in pairs or short chains. They are facultative
anaerobes, catalase-negative, and have Lanceeld group
D oligosaccharides. Their primary habitat is water, soil, and
food; above all, they are part of animal (including) intestinal
microbiota (Ortega-González, 2010). The Enterococcus genus
include species associated with human diseases whose pre-
valence in food is mainly due to their resistance to adverse
environmental conditions (Marguet et al., 2008; Chajęcka-
Wierzchowska et al., 2017). Enterococcus faecalis and E. fae-
cium are the two main species involved in human infections
such as bacteremia, infective endocarditis, wound infections,
and urinary tract infections, among others (Alzahrani et al.,
2022; Hammerum 2012; Hayes et al., 2004), and they are re-
sistant to antimicrobials. Enterococcus is inherently resistant
to several rst-line antimicrobial agents; they show low-level
resistance to β-lactams and aminoglycosides (Alzahrani et al.,
2022). Therefore, controlling bacterium infections and avoi-
ding cross-contamination with food is of utmost importance
(Hammerum, 2012).
Since the detection of vancomycin-resistant Entero-
coccus and streptogramin-resistant E. faecium outside hos-
pitals, molecular typing methods have been implemented
to compare enterococci from dierent sources. The genetic
DOI: 10.18633/biotecnia.v25i1.1869
170 Volumen XXV, Número 1
Almada-Corral et al: Biotecnia / XXV (1): 169-176 (2023)
170
proles obtained gave a clearer picture of the isolates in-
volved and a comparison of the clonal transfer of plasmids
(Hammerum, 2012).
Molecular techniques are preferable to phenotypic
ones due to their better reproducibility, typing power, versa-
tility, and discrimination. They are widely used as a comple-
ment to conventional epidemiological investigations, for the
study of nosocomial infections of bacterial etiology as well
as in the epidemiological study of dierent bacterial isolates
distribution, based on genetic proles (Corrales and López-
Cánovas, 2016). One of the molecular techniques proven
useful to precisely distinguish between E. faecalis and E. hirae
isolates, and to reveal the genetic diversity of E. faecalis iso-
lates from birds is the amplication of intergenic repetitive
consensus sequences (ERIC-PCR). In addition, it has shown
great discriminating power between cheese E. faecium
isolates, compared to other techniques such as pulsed-eld
gel electrophoresis (PFGE). Therefore, it is useful to obtain a
bacterial genetic distribution and epidemiology (Blanco et
al., 2017). Also, in other studies, ERIC-PCR has shown a good
dierentiation power for E. coli molecular typing (Ardakani
and Ranjbar, 2016; Ramakrishnan et al., 2022).
Thus, the aim of this study was to determine the anti-
biotic susceptibility and the genetic proles using ERIC-PCR
of Enterococcus spp. previously isolated from commercial
chicken viscera in order to observe the relationship of these
isolates.
MATERIALS AND METHODS
Strain reactivation
Enterococcus samples isolated from chicken viscera
purchased in retail stores from Hermosillo, Sonora, México,
were conserved by deep freezing (-80 °C). Vials were defros-
ted at 25 °C, placed into BHI broth, and incubated at 36 °C
for 24 - 48 h for reactivation. Initially, every chicken viscera
was evaluated according to the Ocial Mexican Norm NOM-
210-SSA1-2014 (DOF, 2015) at the University of Sonora Mi-
crobiology laboratory, for the obtention of Enterococcus. All
the positive and conrmed Enterococcus isolates were used
in this study.
Phenotypic characterization
Biochemical tests were performed on the previous
isolates to observe the typical characteristics of the genus En-
terococcus. The tests carried out were Gram staining, catalase,
growth in salty BHI broth, and Bile Esculin Medium (BEM)
(Devriese et al., 1993). Also, the carbohydrate fermentation
test was carried out according to the recommendations of
García-Galaz et al. (2004). Sorbose, lactose, adonitol, me-
lezitose, melibiose, ranose, arabinose, glucose, galactose,
sorbitol, sucrose, trehalose, inulin, xylose and mannitol were
used.
Antimicrobial resistance determination
The disk diusion method was used according to
the recommendation of the Clinical & Laboratory Standards
Institute (CLSI, 2020) to evaluate the isolates resistance to the
following antimicrobials: ampicillin (10 µg), streptomycin (10
µg), gentamicin (10 µg), amikacin (30 µg), kanamycin (30 µg),
amoxicillin/clavulanic acid (20 +10 µg), erythromycin (15 µg),
ciprooxacin (5 µg), noroxacin (10 µg), nitrofurantoin (100
µg), imipenem (10 µg), tetracycline (30 µg) and vancomycin
(30 µg). Staphylococcus aureus (ATCC 25923), E. faecalis (ATCC
29212) and E. faecalis (ATCC 51299) were used as control stra-
ins. The assay was performed in Mueller-Hinton Agar (Difco),
and the inoculum of each bacterium was obtained by the
absorbance 665 nm (0.08 - 01) using a spectrometer (Thermo
Spectronic 40001/4).
Genomic characterization by ERIC-PCR
DNA extraction. Once the isolates were phenotypically cha-
racterized, their genomic DNA was extracted according to
Wright et al. (2017) with some modications using lysozyme
(24000 kU/mL, Sigma, Canada) and mutanolysin (40 kU/mL).
The DNA integrity was checked through a 1.0 % agarose gel
electrophoresis and developed with GelRed (Biotum, U.S.A.)
under ultraviolet light. Subsequently, the bacterial genetic
material was quantied using an AquaMate Vis spectropho-
tometer (Thermo Scientic).
ERIC-PCR. Amplication of the DNA extracted from each
isolate was carried out by the ERIC-PCR technique. The
reaction mixture contained 200 µM of dNTP’s, 0.4 µM of
ERIC- 1 (5’-ATGTAAGCTCCTGGGGATTCAC-3’), 0.4 µM ERIC-2
(5’-AAGTAAGTGACTGGGGTGAGCG- 3’), 2 mM of MgCl2 (Pro-
mega, USA), 5 µL of 5X buer with dye (Promega, USA), and
one U of Taq DNA polymerase (Promega, USA). Then, sterile
deionized water was added to complete a nal volume of
20 µL and gently homogenized. Finally, 5 µL of previously
extracted DNA (containing 100 ng) were added to each mi-
crotube with the reaction mixture (Modied from Cabral et
al., 2012; Durmaz et al., 2015). After obtaining the ERIC-PCR
results, the proles were visualized or checked through a 1.5
% agarose gel electrophoresis and developed with GelRed
(Biotum, U.S.A.) under ultraviolet light, and the image captu-
red by the photodocumentator WiseDOc (WGD-305, Korea).
The fragments size was estimated and compared with the
100-bp molecular ladder.
Statistical analysis
The results of the carbohydrate fermentation test and
the ERIC-PCR proles were analyzed with the BioNumerics
version 6.5 software (Applied Maths, Belgium), using Pearson
or UPGMA (Unweighted Pair Group Method with Arithmetic
Mean) to make the clusters and the DICE coecient (80 %),
which provides a percentage of similarity among the Ente-
rococcus isolates. Furthermore, the ERIC-PCR results were
correlated with the determination of antibiotic resistance
through the disk diusion test (Durmaz et al., 2015).
RESULTS AND DISCUSSION
A total of 73 isolates were conrmed to belong to the
Enterococcus genus. The carbohydrate fermentation results
171
Volumen XXV, Número 1
Almada-Corral et al: Evaluation of antimicrobial susceptibility and genetic / XXV (1): 169-176 (2023)
171
gave the presumptive phenotypic characterization of the
species, and by means of the BioNumerics program output,
it was possible to form isolates groups, a dendrogram (Figure
1). It allowed us to relate and discriminate the species with
more than 60 % similarity. According to the prevalence (%)
for each Enterococcus species, E. casseliavus and E. faecalis
showed the highest prevalence, corresponding to 53 % (39
isolates) and 20.5 % (15 isolates), respectively. The rest of the
species showed lower than or equal to 6 %, as shown in Table
1.
In chickens, it has been observed that an age-
dependent succession of enterococcal species colonizes
the intestines. Initially, they are colonized by E. faecalis, then
displaced mainly by E. faecium, and afterwards, these species
are replaced by E. cecorum in adult chickens (Aarestrup et
al., 2002; Lebreton et al., 2014). Nevertheless, Lebreton et al.
(2014) indicate that E. faecalis is also found in young chickens.
For this reason, the E. faecalis species found in our study
could be due to human contamination during handling the
product since they were not young chickens.
Our results dier from those reported by Hidano et al.
(2015) and Alzahrani et al. (2022), who isolated Enterococcus
species from chicken product samples. They found that E.
faecalis (75 and 50 %) dominated as the high-prevalence spe-
cies followed by E. faecium (16 and 33 %). This contrasts with
our results since E. faecalis appeared with high frequency,
whereas E. faecium had a prevalence near 5 %.
On the other hand, E. cecorum was initially described
as part of the normal microbiota in poultry, which coincides
with the ndings in this work. Even if it was found in low
proportion, it is recognized as an important pathogen in
feedlots. In the case of humans, it has had sporadic partici-
pation in infections such as septicemia, endocarditis and
osteomyelitis (Hayes et al., 2004).
Gallegos and Guerrero (2004) performed a similar stu-
dy in which Enterococcus was isolated from chicken viscera.
They found that 23 % of isolates belonged to E. casseliavus,
also reporting E. cecorum (22.8 %), E. gallinarum (19.4 %), E.
sulfureus (10.1 %), Enterococcus spp. (8.4 %), E. avium (6.7 %),
E. malodoratus (5.9 %), E. faecalis (1.6 %) and E. hirae (0.8 %).
These results partially agree with the data obtained in our
study. The diversity of species is similar, E. casseliavus was
predominated in both cases, but there is dissimilarity in the
other species prevalence, which might be due to the raising
poultry practices, that can modify the Enterococci species in
the microbiota.
Table 1. Enterococcus species isolated from chicken viscera identied by
biochemical characteristics.
Tabla 1. Especies de Enterococcus aisladas de vísceras de pollo, de acuerdo
con sus características bioquímicas.
Identied species Total isolated % Isolated
E. casseliavus 49 53 %
E. faecalis 21 23 %
E. ranosus 8 9 %
E. faecium 5 5 %
E. solitarius 3 3 %
E. mundtii 3 3 %
E. malodoratus 2 2 %
E. cecorum 1 1 %
E. durans 1 1 %
Total 73 100 %
Figure 1. Dendrogram of Enterococcus species isolated from chicken visce-
ra, according to their biochemical characteristics.
Figure 1. Dendrograma de las especies de Enterococcus aisladas de vísceras
de pollo, de acuerdo con sus características bioquímicas.
172 Volumen XXV, Número 1
Almada-Corral et al: Biotecnia / XXV (1): 169-176 (2023)
172
Resistance to Antibiotics by Disk Diusion
Results of the resistance proles determined by the
disk diusion test are presented in Table 2. The antimicrobial
resistance demonstrated by all the isolates to antibiotics
was notorious for amikacin (42 % of the isolates), kanamycin
(38 %), streptomycin (55 %) in addition to erythromycin
(33 %). These results indicate that the susceptibility to the
antimicrobials is low and a large number of the isolated
showed intermediate susceptibility. Also, it is noteworthy the
representative number of isolated resistance to vancomycin
(22 %), which is interesting since these isolates were obtai-
ned from chicken viscera, not from a hospital source, where
phenotypes with resistance to this antibiotic are commonly
found. The results in this work are similar to those reported by
Alzahrani et al. (2022), where resistance to tetracycline (55.6
%), erythromycin (31.1 %), ciprooxacin (21.1 %) ampicillin
(30 %) and nitrofurantoin (17.8 %) were the most frequent,
except the last two antibiotics which in our work, showed
low resistance. In theory, the chicken viscera isolated have
not been exposed to antibiotics. However, it is possible that
the human handling of the product in the supermarket was
the contamination source.
Moreover, it is acknowledged that dierent types
of antibiotics are used in poultry raising, mainly those that
belong to macrolides (erythromycin), trimethoprim, uoro-
quinolones and tetracyclines, either in a therapeutic or sub-
therapeutic way. For this reason, the resistance shown may
be due to the chicken viscera samples obtained. Poultry may
have been exposed to antibiotics belonging to any of these
groups. However, it should be noted that enterococci have
intrinsic resistance to macrolides (Novais et al., 2013; Daniel
et al., 2015; Woolhouse et al., 2015).
The results of the disk diusion test shows that
the isolates are multidrug-resistant. However, one isolate
showed resistance to eight antibiotics and was characterized
as Enterococcus faecium. Its high percentage of resistance to
vancomycin is worrisome because it is a naturally multi-resis-
tant bacterium, in which daptomycin and linezolid resistance
also begins to appear. In some cases, this has led to a total
absence of eective antibiotics (Alós, 2015).
The multidrug resistance among Enterococcus species
may be due to their intrinsic resistance to aminoglycosides
and β-lactams, or because they can easily acquire resistance
from the environment where extrinsic resistance is found.
Table 2. Enterococcus spp. susceptibility to antibiotics analyzed by the disc diusion method.
Table 2. Susceptibilidad a antibióticos en Enterococcus spp. analizados a través del método de disco
difusión.
Drug group Antibiotic % Resistant
(n)
% Intermediate
(n)
% Susceptible
(n)
1. Aminoglycosides
AMK 42 % (31) 14 % (10) 44 % (32)
KAN 38 % (28) 35 % (26) 26 % (19)
STR 55 % (40) 20 % (15) 25 % (18)
2. Aminopenicillins
AMC 8 % (6) 0 % (0) 92 % (67)
AMP 2 % (3) 1 % (1) 96 % (70)
3. Carbapenems IMP 3 % (2) 0 % (0) 97 % (71)
4. Fluoroquinolones
CIP 18 % (17) 27 % (20) 55 % (40)
NOR 14 % (10) 9 % (7) 77 % (56)
5. Glycopeptides VAN 22 % (16) 21 % (15) 57 % (42)
6. Macrolides ERI 33 % (24) 38 % (38) 15 % (11)
7. Nitrofurans NIT 10 % (14) 9 % (7) 84 % (61)
8. Tetracyclines TCY 22 % (16) 4 % (3) 74 % (54)
AMK: Amikacin; KAN: Kanamycin; STR: Streptomycin; AMC: Amoxicillin/clavulanic acid; AMP:
Ampicillin; IMP: Imipenem; CIP: Ciprooxacin; NOR: Noroxacin; VAN: Vancomycin; ERI: Erythromycin;
NIT: Nitrofurantoin; TCY: Tetracycline. The bacterium susceptibility (Resistant, Intermediate and
Susceptible) was determined based on CLSI recommendations and the disk fabricant of each
antimicrobial, using control strains.
AMK: Amikacina; KAN: Kanamicina; STR: Estreptomicina; AMC: Amoxicilina/ácido clavulánico;
AMP: Ampicilina; IMP: Imipenem; CIP: Ciprooxacino; NOR: Noroxacino; VAN: Vancomicina; ERI:
Eritromicina; NIT: Nitrofurantoina; TCY: Tetraciclina. La susceptibilidad de las bacterias (Resistente,
Intermedio y Susceptible) fue determinada basada en las recomendaciones del CLSI y las del
fabricante de cada antimicrobiano, utilizando las cepas control.
173
Volumen XXV, Número 1
Almada-Corral et al: Evaluation of antimicrobial susceptibility and genetic / XXV (1): 169-176 (2023)
173
Due to the massive use of antibiotics, a highly signicant
increase in the prevalence of resistance has been observed
worldwide (Cercenado, 2011; Alós, 2015).
The appearance of MDR (Multidrug-resistant) bacteria
(in this case Enterococcus) in livestock and poultry industry
is a public health concern due to the reported transmission
of these bacteria to humans. The spread of MDR bacteria
occurs by consuming contaminated food, direct contact with
farmers and veterinarians or indirectly by handling animal
waste, contaminated soil, water, or surfaces. Resistance de-
terminants, carried by MDR strains, can also be transmitted
to other commensal isolates in the host and cause future
complications. In addition, infections caused by MDR isolates
have been associated with extended hospital stays, high
morbidity and mortality rates (Daniel et al., 2015; Price et al.,
2018; Beganovic et al., 2018).
It is known that the microbiota plays a fundamental
role in the regulation of the organism, and that the type
of microbiota depends on various factors, including diet.
Currently, selective microbiota associated with the consump-
tion of contaminated products with resistant bacteria has
been observed, which is also of great concern. Additionally,
bacteria such as enterococci can easily acquire and transfer
resistance. For this reason, it is essential to know the proles
of resistance and proper of use antibiotics, whether in hu-
man, veterinary, or animal husbandry medicine.
ERIC-PCR
All the isolates showed around 2 - 11 bands in the
ERIC-PCR test. Most of them resulted in 3 (23.29 %), 4 (28.77
%), or 6 (13.70 %) bands. The ERIC segment size was 100 to
4,361 bp, coinciding with those reported by Wijetunge et al.
(2012) who characterized E. cecorum species isolated from
diseased poultry, and obtained between 2-7 bands with a
size of 200-5000 bp, similar to those obtained in our study.
The band analysis from the ERIC-PCR products elec-
trophoretic gels, through a dendrogram obtained by UPGMA
analysis using the DICE coecient with a similarity value of
80 %, is shown in Figure 2. As can be seen, the analysis shows
a high genetic variability among the isolates, which coinci-
des with the ndings of Wijetunge et al. (2012) and Blanco et
al. (2017).
Most of the clusters had around 20 and 60 % similarity
in the dendrogram analysis. Based on this, they were classi-
ed into 10 groups (I to X). Group I includes two E. casselia-
vus isolates with 100 % similarity and one group of an isolate
with ≥ 80 % similarity. Group II contains two isolates with 100
% similarity (one E. casseliavus, and the other E. solitarius),
and two groups with ≥ 80 % similarity. Group III comprises
two groups with ≥ 80 % similarity, each with two isolates.
Groups IV and V have only one group with ≥ 80 % similarity
containing two isolates each. Groups VI to X contain isolates
that do not have a signicant percentage of similarity, which
is why they are considered dierent. This analysis shows the
genomic diversity among the isolated Enterococcus, even
among the specie characteristics determined by biochemical
tests and carbohydrate fermentation.
Figure 3 shows the dendrogram that includes the
analysis of the ERIC-PCR genomic proles and antibiotic
susceptibility tests. In this analysis, the two E. casseliavus
isolates with 100% similarity in group I coincide in presenting
resistance to kanamycin, erythromycin and streptomycin. On
the other hand, they have ≥ 80 % similarity with another E.
casseliavus isolate, sharing resistance to kanamycin and
erythromycin. In group II are two other isolates (E. casseli-
avus and E. solitarius) with 100% similarity. This resistance
prole coincides with amikacin, kanamycin, erythromycin,
vancomycin, and streptomycin. Group III presents two similar
isolates (E. casseliavus and E. ranosus) with resistance to
kanamycin, erythromycin and streptomycin; and two other
isolates (E. mundtii and E. faecalis) that have resistance to
erythromycin, tetracycline, vancomycin and streptomycin.
Figure 2. Dendrogram obtained from ERIC-PCR analysis of 73 Enterococcus
species isolated from chicken viscera.
Figure 2. Dendrograma obtenido del análisis por ERIC-PCR de 73 especies
de Enterococcus aisladas de vísceras de pollo.
174 Volumen XXV, Número 1
Almada-Corral et al: Biotecnia / XXV (1): 169-176 (2023)
174
of strains among the isolates, even of the same species
according to the phenotypic characterization. As mentioned
above, this was perhaps due to the product handling in the
dierent supermarkets where poultry viscera were obtained.
Also, the chicken samples could come from dierent farms
and/or companies.
These results agree with those of Bedendo and Pigna-
tari (2000), where identical proles were observed through
molecular techniques in E. malodoratus and E. hirae samples.
They stated that this may indicate that conducting studies
only at the phenotypic level, such as biochemical tests or
susceptibility to antibiotics, does not provide accurate results
about the species. Also, that among dierent species, it is
possible to obtain an identical band, thus both, phenotypic
and genotypic studies, complement each other. The mole-
cular techniques used to typify bacterial strains are known
to be statistically signicant in discriminatory power and
reproducibility, standardization, and interpretation, making
them indispensable in any epidemiological study (Palomino-
Camargo and González-Muñoz, 2014).
The isolates related through the ERIC-PCR prole also
showed a relationship with their antibiotic resistance prole.
This has been previously reported in enterococcal isolates
from hospitalized patients, which were related to their ERIC
band prole and antibiogram. A similar resistance pattern
among isolates classied in the same group could indicate
that they came from a common site and have both chro-
mosomal genes and resistance mechanisms (Zalipour et al.,
2019).
CONCLUSIONS
This study shows the prevalence of E. casseliavus iso-
lates in chicken viscera. A high percentage of antimicrobial
resistance was observed to aminoglycoside and macrolide
antibiotics; also, the isolates had a worrying resistance per-
centage to vancomycin. The ERIC-PCR analysis showed high
genetic variability among the isolates and a correlation bet-
ween the antimicrobial and ERIC-PCR proles.
ACKNOWLEDGEMENTS
The authors would like to thank to Gutiérrez-Franco, L.
E. for proofreading.
CONFLICT OF INTEREST
There is no conict of interest.
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Figure 3. Dendrogram obtained from the ERIC-PCR and antimicrobial pro-
les analysis of 73 Enterococcus species isolated from chicken viscera. AMK:
Amikacin; KAN: Kanamycin; STR: Streptomycin; AMC: Amoxicillin/clavulanic
acid; AMP: Ampicillin; IMP: Imipenem; CIP: Ciprooxacin; NOR: Noroxacin;
VAN: Vancomycin; ERI: Erythromycin; NIT: Nitrofurantoin; TCY: Tetracycline.
Figura 3. Dendrograma obtenido del análisis por ERIC-PCR y de perles de
susceptibilidad a antimicrobianos de 73 especies de Enterococcus aisladas
de vísceras de pollo. AMK: Amikacina; KAN: Kanamicina; STR: Estreptomici-
na; AMC: Amoxicilina/ácido clavulánico; AMP: Ampicilina; IMP: Imipenem;
CIP: Ciprooxacino; NOR: Noroxacino; VAN: Vancomicina; ERI: Eritromicina;
NIT: Nitrofurantoina; TCY: Tetraciclina.
In group IV, there are two isolates (E. casseliavus and E. fae-
calis) with resistance to amikacin, kanamycin, erythromycin,
ciprooxacin and streptomycin. Group V contains two similar
isolates (E. faecalis and E. casseliavus) with resistance to ka-
namycin and noroxacin.
The similarity percentage used for the dendrogram
analysis was ≥ 80 %. Fifteen isolates had a resistance percen-
tage higher than or equal to 80 %, showing a great diversity
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Volumen XXV, Número 1
Almada-Corral et al: Evaluation of antimicrobial susceptibility and genetic / XXV (1): 169-176 (2023)
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Volumen XXV, Número 1
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
177
*Autor para correspondencia: Mauricio Luna Rodríguez
Correo electrónico: mluna@uv.mx
Recibido: 20 de abril de 2022
Aceptado: 25 de octubre de 2022
Inuencia de la temperatura en la infectividad de Fusarium oxysporum f.
sp. vanillae en Vanilla planifolia y en híbridos V. planifolia x V. pompona
Inuence of temperature on the infectivity of Fusarium oxysporum f. sp. vanillae in Vanilla planifolia and
in hybrids V. planifolia x V. pompona
J.M. Barreda-Castillo1, R.A. Menchaca-García1, A. Pérez-Silva2, N.G. Sánchez-Coello3 and M. Luna-Rodríguez3*
1 Centro de Investigaciones Tropicales, Universidad Veracruzana, Xalapa, Veracruz, México.
2 Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica, Tecnológico Nacional de México, Tuxtepec, Oaxaca, México.
3 Facultad de Ciencias Agrícolas, Universidad Veracruzana, Xalapa, Veracruz, México.
RESUMEN
Vanilla planifolia es la principal fuente vegetal de vaini-
llina, saborizante de amplia importancia comercial. Fusarium
oxysporum f. sp. vanillae, principal patógeno de V. planifolia,
ha devastado cultivos enteros a nivel mundial. Vanilla pom-
pona posee resistencia a patógenos comunes del género. Va-
riaciones climáticas extremas repercuten en las interacciones
planta-patógeno. A partir del supuesto de que temperaturas
superiores a 28 ºC intensican la infectividad de F. oxysporum
en vainilla, se determinó la inuencia del incremento de la
temperatura en la infectividad de F. oxysporum f. sp. vanillae
(cepa M21C5) en V. planifolia y dos híbridos de V. planifolia x
V. pompona. Se inocularon raíces de esquejes de V. planifolia
y de los híbridos con suspensiones de esporas del hongo. Se
midió el avance de la enfermedad durante 60 días a 25, 30 y
35 ºC. Se emplearon cinco réplicas por tratamiento, incluyen-
do un lote testigo. Se utilizó ANOVA post hoc Tukey (P ≤ 0.05)
para analizar los datos. V. planifolia fue susceptible a 35 °C y
altamente susceptible a 25 y 30 °C. Ambos híbridos mostra-
ron resistencia al patógeno en las temperaturas evaluadas.
Por la resistencia mostrada, los híbridos de V. planifolia x V.
pompona son una alternativa viable ante el patógeno.
Palabras clave: Vainilla, pudrición de raíz y tallo, vigor híbri-
do, cambio climático.
ABSTRACT
Vanilla planifolia is the main vegetable source of va-
nillin, a avoring of wide commercial importance. Fusarium
oxysporum f. sp. vanillae, the main V. planifolia pathogen, has
devastated whole crops worldwide. Vanilla pompona posses-
ses resistance to common genus pathogens. Extreme climatic
variations aect the plant-pathogen interactions. Based on
the assumption that temperatures above 28 ºC will intensify
the infectivity of F. oxysporum in vanilla, we determined the
inuence of the increase in temperature on the infectivity of
F. oxysporum f. sp. vanillae (strain M21C5) in V. planifolia and
two hybrids of V. planifolia x V. pompona. Root cuttings from
hybrids 1 and 2 (V. pompona x V. planifolia) and V. planifolia
were inoculated with F. oxysporum f. sp. vanillae spore sus-
pensions. Disease progression was measured for 60 days at
25, 30 and 35 °C. Five replicates per treatment were used,
including a control group. ANOVA post hoc Tukey test (P ≤
0.05) was used for data analysis. V. planifolia was susceptible
at 35 °C and highly susceptible at 25 and 30 °C. Both hybrids
were resistant to the pathogen at the evaluated temperatu-
res. Due to the resistance, it was shown that V. planifolia x V.
pompona hybrids are a viable alternative to the pathogen.
keywords: Vanilla, root and stem rot, hybrid vigor, climate
change.
INTRODUCCIÓN
La vainilla es una orquídea originaria de México y de
ella se obtiene la vainillina, uno de los productos aromáticos
más demandados a nivel mundial que se obtiene de las vainas
de vainilla mediante un proceso de extracción con alcohol
etílico (Mendoza Sánchez et al., 2021). Las especies de vainilla
de mayor importancia en el mercado son Vanilla planifolia y
Vanilla pompona. El 95 % de la vainilla comercializada en el
mundo corresponde a V. planifolia (Bory et al., 2008). V. pom-
pona es de menor uso, casi restringido a la perfumería, pero
cuenta con la característica de ser una de las especies del
género más resistente a patógenos y cambios ambientales
(Soto-Arenas y Solano-Gómez, 2007; Sinha et al., 2008). Entre
2019 y 2020, Madagascar, Indonesia y México generaron el
77.2 % (5739 t) de la vainilla que se produjo en el mundo
(FAO, 2022). Por su parte, Estados Unidos, Francia y Alemania
juntos representan alrededor del 80 % del comercio mundial
de vainilla (Businesscoot, 2022).
Todas las especies de plantas cultivadas tienen desa-
fíos de enfermedades. La vainilla se propaga fácilmente por
esquejes y es genéticamente uniforme en todas las áreas
de producción, no obstante, este método no garantiza la
calidad de las nuevas plantaciones (Carranza-Álvarez et al.,
2021). La propagación vegetativa facilita la transmisión de
enfermedades (Chambers, 2019). F. oxysporum f. sp. vanillae,
patógeno fúngico más dañino de la vainilla, ha causado la
pérdida de cultivos enteros en países como Puerto Rico y
Costa Rica (Bayman, 2019; Varela-Quirós, 2019). Una vez que
el hongo penetra a la planta por la raíz, los síntomas inician
con lesiones de color café, seguido de ennegrecimiento y
desecación del tejido, causando posteriormente la pudrición
de la base del tallo, lo que conlleva a la pérdida de hojas, afec-
DOI: 10.18633/biotecnia.v25i1.1737
178 Volumen XXV, Número 1
Barreda-Castillo et al: Biotecnia / XXV (1): 177-183 (2023)
178
tando la oración y eventualmente, la muerte de la planta
(Hernández-Hernández, 2011).
El desarrollo de híbridos de vainilla genera plantas
resistentes a sequías, a cambios ambientales bruscos o a los
patógenos, ya que los híbridos suelen tener mejores carac-
terísticas que los organismos parentales (vigor híbrido), con
lo cual se producen genotipos con menores necesidades
culturales, como la aplicación de agroquímicos en benecio
hacia un cultivo orgánico (Lippman y Zamir, 2006; Paniagua-
Vásquez et al., 2013).
En el presente trabajo se propuso determinar la
inuencia de la temperatura en el grado de patogenicidad
de Fusarium oxysporum f. sp. vanillae en V. planifolia y sus hí-
bridos con V. pompona, en busca de contestar la interrogante
a los escenarios tosanitarios que podrían generarse para
el cultivo, a partir de los cambios en la temperatura de los
agrosistemas en consecuencia del cambio climático.
MATERIALES Y MÉTODOS
Material biológico
El material de V. planifolia y de los híbridos fue donado
del acervo de vainillas que resguarda el orquidario CITRO, en
Xalapa, Veracruz, México. Los híbridos V. planifolia x V. pom-
pona (híbrido 1) y V. pompona x V. planifolia (híbrido 2) co-
rresponden a individuos adultos de 10 años generados en la
investigación doctoral de Rebeca Menchaca-García en 2012.
Se descartó el uso de V. pompona en el experimento debido
a su baja capacidad de enraizamiento en las condiciones
experimentales empleadas. La cepa de Fusarium oxysporum
f. sp. vanillae M21C5 pertenece a la colección del Laboratorio
de Genética e Interacciones Planta Microorganismos de la
Facultad de Ciencias Agrícolas de la Universidad Veracruzana,
Veracruz.
Enraizamiento de esquejes
Para inducir la generación de raíces en los esquejes
se empleó el método propuesto por Solano-de la Cruz et al.
(2019). Los bejucos de V. planifolia y de los híbridos fueron
previamente sanitizados externamente mediante lavados
con solución de detergente líquido de uso doméstico por 10
minutos y enjuagados con agua esterilizada, posteriormente,
se sumergieron en solución de cloro comercial (10 gotas/L)
durante 5 min y se enjuagaron con agua destilada esterili-
zada. Para obtener los esquejes se cortaron los tallos bajo
condiciones de asepsia en campana de ujo laminar. Cada
esqueje consistió en una fracción del tallo de vainilla de apa-
riencia sana, con dos nudos de longitud (aproximadamente
30 cm) y dos hojas. Cada esqueje se colocó en cámara hú-
meda elaborada con charola de unicel con papel absorbente
previamente esterilizado, humedecido con agua destilada
esterilizada y se cubrió con polipropileno para evitar la de-
secación. Las charolas con los esquejes se mantuvieron en
oscuridad a 25 ± 2 °C, con humedad relativa de 90 – 100 %
durante 40 d. Se adicionó musgo Sphagnum como sustrato
para mantener humedad según lo propuesto por Koyyappu-
rath et al. (2016).
Pruebas de patogenicidad
Bajo condiciones de asepsia en campana de ujo
laminar (ECOSHEL-CV1) se realizó una incisión menor a un
centímetro en la zona apical de la raíz del esqueje, donde se
inoculó un fragmento de aproximadamente 5 mm de diáme-
tro de medio PDA con micelio de F. oxysporum f. sp. vanillae
(cepa M21C5) de siete días de desarrollo. Después de la
inoculación del patógeno las cámaras húmedas se colocaron
en incubadoras microbiológicas (FELISA) a 25, 30 y 35 °C ±
1 °C durante 60 d. Los esquejes se hidrataron dos veces por
semana adicionando 15 mL de agua destilada esterilizada a
la charola; cada charola se mantuvo cubierta con una pelí-
cula de polipropileno. Los grupos testigos consistieron en
esquejes no inoculados con el patógeno. Se emplearon cinco
esquejes por cada grupo experimental y grupos testigos.
Para evaluar el grado de infectividad se midió el
porcentaje de raíz afectada por el patógeno, siendo este la
relación entre el área afectada y el área total de la raíz. Se
consideró como afectación la presencia de síntomas típicos
de esta enfermedad. Para su evaluación se empleó el análisis
de imagen digital mediante el software Imagej 1.8.0. (Schnei-
der et al., 2012) a partir de registros fotográcos del avance
del síntoma causado por el hongo, tres veces por semana
durante 60 días.
Para determinar el grado de infección en los esquejes
se utilizó la escala descrita por Koyyappurath et al. (2016) y
modicada por Grisoni, Com. pers. (02 de noviembre 2018)
(Tabla 1). A partir del grado de infectividad del patógeno se
inrió el grado de resistencia de la vainilla al patógeno como
se indica en la Tabla 1.
Inuencia de la temperatura en la infectividad de F. oxys-
porum f. sp. vanillae
Se establecieron 25, 30 y 35 °C para determinar la
inuencia de la temperatura en la capacidad infectiva del
hongo con base en las investigaciones que se detallan a con-
tinuación. Se estableció 25 °C, por ser la temperatura óptima
de crecimiento para el patógeno de acuerdo con Ramos-
Quintana et al. (2017), 30 °C por ser la temperatura promedio
que se alcanza en un vainillar durante los meses cálidos de las
zonas de cultivo (Hernández-Hernández, 2011) y 35 °C para
simular el posible aumento de temperatura debido al cam-
bio climático (Tejeda-Martínez y Rodríguez-Viqueira, 2006).
Para simular los ambientes térmicos se utilizaron estufas de
incubación microbiológicas vericadas con termómetro de
mercurio.
Tabla 1. Correspondencia del grado de resistencia de Vanilla sp. con el
grado de infectividad de Fusarium oxysporum f. sp. vanillae.
Table 1. Correspondence of Fusarium oxysporum f. sp. vanillae degree of
infectivity with the Vanilla sp degree of resistance.
% raíz dañada Grado de infectividad de F.
oxysporum f. sp. vanillae
Grado de resistencia de
Vanilla sp.
0 - 10 No infectivo Altamente resistente
10 - 22 Ligeramente infectivo Ligeramente resistente
22 - 82 Infectivo Susceptible
82 - 100 Altamente infectivo Altamente susceptible
179
Volumen XXV, Número 1
Barreda-Castillo et al: In uencia de la temperatura en la infectividad de Fusarium / XXV (1): 177-183 (2023)
179
Análisis estadísticos
Se utilizó un diseño factorial completamente al
azar. Para las pruebas de patogenicidad se utilizó la prueba
análisis de varianza (ANOVA) post hoc Tukey (P ≤ 0.05) para
determinar diferencias estadísticas entre V. planifolia y los
organismos híbridos. Esto fue realizado para cada una de
las tres temperaturas utilizadas en el presente estudio. Para
determinar la in uencia de la temperatura en la infectividad
se utilizó la prueba ANOVA de dos vías (P ≤ 0.05). Los porcen-
tajes de raíz infectada fueron previamente trasformados para
ajustarse a los supuestos estadísticos necesarios mediante la
función arcoseno. Las pruebas estadísticas se realizaron con
el paquete Rmisc (Hope, 2013) y agricolae (Mendiburu, 2019)
del software R versión 3.6.0. Se empleó el software R y el
paquete ggplot2 para la obtención de los grá cos (Wickham,
2016).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Pruebas de patogenicidad
Infectividad de F. oxysporum f. sp. vanillae a 25 °C
Se encontraron diferencias estadísticamente signi -
cativas (P < 0.01) respecto al daño causado por el hongo a
25 °C entre V. planifolia y los híbridos (Tabla 2). Se observó
un cambio notorio en la coloración de la raíz de V. planifolia
y síntomas de pudrición a partir del día siete después de la
inoculación por F. oxysporum f. sp. vanillae. En comparación,
ambos híbridos solo presentaron un ligero cambio de colo-
ración en la zona donde se inoculó el hongo. Para el día 17
se observó un avance del daño del 50 % de las raíces en V.
planifolia, en tanto que, en ambos híbridos el daño estuvo
restringido a la zona de inoculación (Figura 1). A los 60 d del
experimento, V. planifolia fue la más afectada al presentar
todos sus individuos muertos a causa del hongo, mientras
que ambos híbridos presentaron lesiones menores al nal de
la prueba. No se observaron cambios en las plantas de los
grupos testigo. A partir del grado de infectividad se in rió
que V. planifolia fue altamente susceptible al patógeno, a di-
ferencia con ambos híbridos que mostraron ser ligeramente
resistentes (Tabla 3).
Infectividad de F. oxysporum f. sp. vanillae a 30 °C
Se encontraron diferencias estadísticamente signi -
cativas (P < 0.01) respecto al daño causado por el hongo a
30 °C entre V. planifolia y los híbridos (Tabla 4). V. planifolia, a
Tabla 2. Infectividad de F. oxysporum f. sp. vanillae (cepa M21C5) en Vanilla
planifolia y los híbridos 1 y 2 (Vanilla planifolia x Vanilla pompona) a 25 °C.
Table 2. F. oxysporum f. sp. vanillae (strain M21C5) infectivity in Vanilla plan-
ifolia and hybrids 1 and 2 (Vanilla planifolia x Vanilla pompona) at 25 °C.
Variable Df FValor de P
Día 21 10.18 < 0.01
Vainilla 4 167.611 < 0.01
Post hoc Tukey
Comparación Valor de P Comparación Valor de P
Híbrido 1 vs híbrido 2 0.63 Testigo vs híbrido 1 < 0.01
Híbrido 1 vs V. planifolia < 0.01 Testigo vs híbrido 2 < 0.01
Híbrido 2 vs V. planifolia < 0.01 Testigo vs V. planifolia < 0.01
Figura 1. Daño a raíces de vainilla debido a infección por F. oxysporum f. sp.
vanillae (cepa M21C5) a 25 °C, durante los 60 d de prueba.
Figure 1. Damage to vanilla roots due to F. oxysporum f. sp. vanillae (M21C5
strain) infection at 25 °C, during the 60 d of testing.
Tabla 3. Correspondencia del grado de infectividad de Fusarium oxysporum
f. sp. vanillae (cepa M21C5) y del grado de resistencia de Vanilla a 25 °C.
Table 3. Correspondence of Fusarium oxysporum f. sp. vanillae degree of
infectivity with the Vanilla sp. degree of resistance at 25 °C.
Organismo Porcentaje raíz
dañada
Grado de
infectividad
de F. oxysporum
f. sp. vanillae
Grado de
resistencia de
Vanilla
z100 ± 0 Altamente infectivo Altamente
susceptible
Híbrido 1 14.844 ± 6.721 Ligeramente
infectivo
Ligeramente
resistente
Híbrido 2 28.902 ± 17.922 Ligeramente
infectivo a infectivo
Ligeramente
resistente a
susceptible
Grupos testigo 0 - -
Tabla 4. Infectividad de F. oxysporum f. sp. vanillae (cepa M21C5) en Vanilla
planifolia y los híbridos 1 y 2 (Vanilla planifolia x Vanilla pompona) a 30 °C.
Table 4. F. oxysporum f. sp. vanillae (strain M21C5) infectivity of in Vanilla
planifolia and hybrids 1 and 2 (Vanilla planifolia x Vanilla pompona) at 30 °C.
Variable Df FValor de P
Día 21 8.187 < 0.01
Vainilla 4 369.367 < 0.01
Post hoc Tukey
Comparación Valor de P Comparación Valor de P
Híbrido 1 vs híbrido 2 0.32 Testigo vs híbrido 1 < 0.01
Híbrido 1 vs V. planifolia < 0.01 Testigo vs híbrido 2 < 0.01
Híbrido 2 vs V. planifolia < 0.01 Testigo vs V. planifolia < 0.01
diferencia de los híbridos, presentó daños más severos desde
el día siete después de la inoculación del patógeno (Figura 2),
la pudrición total de la raíz en todos los individuos a los 37 d
y la muerte de todas las plantas a los 60 d, demostrando ser
altamente susceptible a esta temperatura (Tabla 5). Ambos
híbridos presentaron alta resistencia al patógeno (Tabla 5),
dado que al nal de la prueba, las plantas solo mostraron la
muerte de tejido en la zona donde se inoculó el hongo. Se
observó estrangulamiento del tejido, como una forma de
restringir el avance de la enfermedad al resto de la planta
(Figura 3).
180 Volumen XXV, Número 1
Barreda-Castillo et al: Biotecnia / XXV (1): 177-183 (2023)
180
Infectividad de F. oxysporum f. sp. vanillae a 35 °C
Se encontraron diferencias estadísticamente signi -
cativas (P < 0.01) respecto al daño causado por el hongo a
35 °C entre V. planifolia y los híbridos, y entre el híbrido 1 y
el híbrido 2 (Tabla 6). V. planifolia presentó daño en la raíz
desde el segundo día después de la inoculación haciéndose
más evidente al quinto día (Figura 4), mientras que para los
organismos híbridos el daño se evidenció en el día cinco.
V. planifolia presentó mayor infectividad del patógeno por
lo que fue más susceptible a lo largo del experimento, en
contraste con los híbridos (Tabla 7), pero en menor magnitud
en comparación con la alta infectividad mostrada a tem-
peraturas de 25 y 30 ºC. El híbrido 1 presentó ligeramente
mayor avance del patógeno en comparación con el híbrido
2 (Figura 4). Al igual que a 30 ºC, ambos híbridos generaron
un área de estrangulamiento de la raíz próxima a la zona de
inoculación del patógeno (Figura 3). El híbrido 2 generó esta
respuesta desde el noveno día, en tanto que el híbrido 1 la
desarrolló a los 17 d.
In uencia de la temperatura en la infectividad de F. oxys-
porum f. sp. vanillae
Se encontraron diferencias estadísticamente signi ca-
tivas para cada tipo de vainilla bajo estudio (P < 0.01, D.F. =
6, F = 37.038). Las plantas de V. planifolia tuvieron el 100 %
de raíces infectadas por el hongo a 25 y 30 °C, y murieron
durante el transcurso del experimento; esta respuesta no
0
25
50
75
100
0 10 20 30 40 50 60
Días de experimento
Raíz infectada (%)
testigo
híbrido 1
híbrido 2
V. planifolia
Figura 2. Daño a raíces de vainilla debido a infección por F. oxysporum f. sp.
vanillae (cepa M21C5) a 30 °C, durante los 60 d de prueba.
Figure 2. Damage to vanilla roots due to infection by F. oxysporum f. sp.
vanillae (M21C5 strain) at 30 °C, during the 60 d of testing.
Tabla 5. Correspondencia del grado de infectividad de Fusarium oxysporum
f. sp. vanillae (cepa M21C5) y del grado de resistencia de Vanilla sp. a 30 °C.
Table 5. Correspondence of the degree of infectivity of Fusarium oxysporum
f. sp. vanillae with the degree of resistance of Vanilla sp. at 30 °C.
Organismo Porcentaje
raíz dañada
Grado de
infectividad
de Fusarium
oxysporum f. sp.
vanillae
Grado de
resistencia de
Vanilla
V. planifolia 100 ± 0 Altamente infectivo Altamente
susceptible
Híbrido 1 9.616 ± 3.713
No infectivo a
ligeramente
infectivo
Altamente
resistente a
ligeramente
resistente
Híbrido 2 10.31 ± 2.145
No infectivo a
ligeramente
infectivo
Altamente
resistente a
ligeramente
resistente
Grupos testigo 0 - -
Tabla 6. Infectividad de F. oxysporum f. sp. vanillae (cepa M21C5) en Vanilla
planifolia y los híbridos 1 y 2 (Vanilla planifolia x Vanilla pompona) a 35 °C.
Table 6. Infectivity of F. oxysporum f. sp. vanillae (strain M21C5) in Vanilla
planifolia and hybrids 1 and 2 (Vanilla planifolia x Vanilla pompona) at 35 °C.
Variable Df FValor de p
Día 21 8.144 < 0.01
Vainilla 4 381.799 < 0.01
Post hoc Tukey
Comparación Valor de p Comparación Valor de p
Híbrido 1 vs híbrido 2 < 0.01 Testigo vs híbrido 1 < 0.01
Híbrido 1 vs V. planifolia < 0.01 Testigo vs híbrido 2 < 0.01
Híbrido 2 vs V. planifolia < 0.01 Testigo vs V. planifolia < 0.01
Figura 3. Aspecto del daño causado por Fusarium oxysporum f. sp. vanillae
en raíz de Vanilla planifolia a los 17 d después de la inoculación a 25 y 30
ºC (imagen izquierda); en los híbridos 1 (V. planifolia x V. pompona) y 2 (V.
pompona x V. planifolia) a los 60 d después de la inoculación, incubados a
35 ºC (imagen central y derecha).
Figure 3. Appearance of the damage caused by Fusarium oxysporum f. sp.
vanillae in Vanilla planifolia root at 17 d after inoculation at 25 and 30 ºC
(left image); in hybrids 1 (V. planifolia x V. pompona) and 2 (V. pompona x
V. planifolia) at 60 d after inoculation, incubated at 35 ºC (center and right
image).
0
20
40
0 10 20 30 40 50 60
Días de experimento
Raíz infectada (%)
testigo
híbrido 1
híbrido 2
V. planifolia
Figura 4. Porcentaje de daño a raíces de vainilla debido a infección por F.
oxysporum f. sp. vanillae (cepa M21C5) a 35 °C, durante los 60 d de prueba.
Figure 4. Damage to vanilla roots due to infection by F. oxysporum f. sp.
vanillae (M21C5 strain) at 35 °C, during the 60 d of testing.
181
Volumen XXV, Número 1
Barreda-Castillo et al: In uencia de la temperatura en la infectividad de Fusarium / XXV (1): 177-183 (2023)
181
ocurrió a 35 °C, donde la enfermedad no logró desarrollarse
más del 50 % de las raíces (Figura 5). Para el híbrido 1, no se
encontraron diferencias signi cativas entre los tratamientos,
aun cuando a 30 °C hubo menor evidencia de la enfermedad.
De igual manera, para el híbrido 2 a 35 °C no se encontraron
diferencias signi cativas, sin embargo, el daño de la raíz fue
más evidente a 25 ºC.
En resumen, Vanilla planifolia presentó alto grado de
susceptibilidad ante F. oxysporum f. sp. vanillae, en tanto que,
los híbridos fueron resistentes, independientemente de la
temperatura evaluada. Se ha reportado que V. planifolia no
presenta resistencia ante este patógeno (Irvine et al., 1964;
Alconero, 1968) y que V. pompona es resistente, por lo que se
ha planteado que organismos híbridos entre estas especies
deberán heredar esta cualidad (Ploetz, 2006; Koyyappurath
et al., 2015; 2016). Los resultados con rman que la resistencia
a F. oxysporum f. sp. vanillae se hereda en los híbridos de V.
planifolia x V. pompona, sin importar si V. planifolia es la
receptora o donadora del polen. Se sabe que V. pompona
posee grandes depósitos de lignina en las células de las
raíces, propiedad básica a la que se atribuye la resistencia al
funcionar como una barrera que imposibilita el avance del
hongo (Prell y Day, 2001; Koyyappurath et al., 2016), esto
puede expresarse también en los híbridos.
Belanger y Havkin-Frenkel (2019) señalan que los
híbridos de V. planifolia con especies de vainilla resistentes
a este hongo, como V. aphylla, V. pompona o V. phaeantha,
heredan la característica de resistencia y hacen énfasis en
el híbrido Vanilla cv. Vaitsy (V. planifolia x V. pompona x V.
planifolia), del cual mencionan, es sumamente resistente al
patógeno y genera idioblastos en las raíces para di cultar
el avance del hongo. Los idioblastos son células distintas al
tejido del que forman parte, por su función secretora poseen
amplia variedad de sustancias: aceites, resinas, mucílagos,
gomas, taninos, cristales. Idioblastos que acumulan taninos
(células taníferas) se encuentran en todos los órganos vege-
tales, variando la cantidad de tanino producido y acumulado,
según la especie. Los taninos son compuestos fenólicos as-
tringentes que sirven como defensa del ataque de hongos,
otros patógenos y parásitos.
La formación de idioblastos con cristales de rafuro de
oxalato de calcio han sido reportados en las raíces adventi-
cias de V. planifolia (Kausch y Homer, 1983), sin embargo, su
formación ha sido relacionada con el crecimiento y desarrollo
de las plantas incluyendo la regulación de calcio de alta capa-
cidad, la protección contra herbivoría y la tolerancia a metales
pesados, no así como defensa ante microorganismos, lo cual
podría estar con rmándose en el presente estudio. Otros
idioblastos que se han relacionado con función importante
en la defensa de la planta ante insectos y microrganismos
son las células de mirosina, que poseen la enzima mirosinasa
responsable de la generación de productos tóxicos que con-
tienen nitritos (Evert, 2008), no obstante, no hay estudios que
evidencien la existencia de estas estructuras en vainilla.
En cuanto al efecto de la temperatura en la capacidad
infectiva de F. oxysporum f. sp. vanillae se observó que a 25
y 30 °C, el patógeno ocasionó la muerte de todas las plan-
tas de V. planifolia,por lo cual, se remarca que la especie es
altamente susceptible (Irvine et al., 1964; Alconero, 1968) y
no obstante que ninguno de los individuos híbridos murió,
el hongo si tuvo capacidad infectiva a 25 ºC sobre estos y,
esta disminuyó conforme se incrementó la temperatura. Se
ha indicado que F. oxysporum f. sp. vanillae presenta buen
desarrollo en el intervalo de temperatura entre 23 y 28 °C
con un óptimo a los 25 °C, incluso ha mostrado capacidad
para desarrollarse a 32 °C (Gandara et al., 2010; Benaouali
et al., 2014); a temperaturas más altas el hongo se ve inhi-
bido y se ha propuesto que hay menor probabilidad de que
mantenga la capacidad de causar enfermedad (Agrios, 2010;
Ramos-Quintana et al., 2017), no obstante, los resultados
evidenciaron que el patógeno causó daño hasta del 50 % de
la raíz de V. planifolia a 35 ºC y permite proponer que, si bien,
el patógeno no causó la muerte de las plantas, en condicio-
nes de cultivo traería consecuencias en el desarrollo de ésta,
debido a la mala absorción de nutrientes.
Si bien, por las características propias de la familia Or-
chidaceae, V. planifolia logra sobrevivir en primera instancia,
generando nuevas raíces en su condición de sobrevivencia,
una vez que sus raíces son dañadas por el primer ataque del
patógeno; a mediano plazo, este esfuerzo trae consecuencias
Tabla 7. Correspondencia del grado de infectividad de Fusarium oxysporum
f. sp. vanillae (cepa M21C5) y del grado de resistencia de Vanilla sp. a 35 °C.
Table 7. Correspondence of Fusarium oxysporum f. sp. vanillae degree of
infectivity with the Vanilla sp. degree of resistance at 35 °C.
Organismo Porcentaje de
raíz dañada
Grado de
infectividad
de Fusarium
oxysporum f. sp.
vanillae
Grado de
resistencia de
vainilla sp.
V. planifolia 45.139 ± 10.473 Infectivo Susceptible
Híbrido 1 14.231 ± 0.558 Ligeramente
infectivo
Ligeramente
resistente
Híbrido 2 3.96 ± 0.796 No infectivo Altamente
resistente
Grupos testigo 0 - -
Figura 5. Daño de la raíz de vainilla causado por la infección de F. oxys-
porum f. sp. vanillae (cepa M21C5) a 25, 30 y 35 ºC. Los individuos de los
grupos testigo para cada tratamiento no presentaron daño.
Figure 5. Vanilla root damage caused by F. oxysporum f. sp. vanillae (strain
M21C5) at 25, 30 and 35 ºC. The individuals of the control groups for each
treatment did not present damage.
182 Volumen XXV, Número 1
Barreda-Castillo et al: Biotecnia / XXV (1): 177-183 (2023)
182
siológicas en la planta llevándola a la muerte, debido a que
las nuevas raíces se encontrarán nuevamente con el patóge-
no que permanece en el sustrato.
En las orquídeas, donde la planta sostiene importan-
tes relaciones simbióticas mutualistas benécas con hongos
micorrizógenos resulta desacertado combatir enfermedades
fúngicas de raíz por métodos químicos, por lo que una
opción sería desarrollar variedades resistentes o tolerantes.
En los programas de mejora de la vainilla, se ha puesto la
mirada en V. pompona, que es una planta xerofítica que logra
sobrevivir entre 13 a 30 °C ante precipitaciones bajas, lográn-
dose encontrar poblaciones espontáneas en zonas secas
(Soto-Arenas y Dressler, 2009; Flores-Jiménez et al., 2016);
cualidad que signica un elemento favorable ante un posible
escenario por el incremento de la temperatura en las zonas
de cultivo, en consecuencia del cambio climático, dado que
V. planifolia a temperaturas mayores de 32 ºC presenta ama-
rillamiento, pérdida de viabilidad de polen y caída de frutos
(Hernández-Hernández, 2011; INIFAP, 2016).
CONCLUSIONES
Se constató la alta susceptibilidad de V. planifolia a F.
oxysporum f. sp. vanillae a temperaturas desde 25 a 35 ºC, por
lo que se considera que son las características genéticas de la
especie y el manejo del cultivo, y no la temperatura, el factor
inuyente sobre el desarrollo de la enfermedad en las zonas
usuales de cultivo. Los híbridos de V. planifolia x V. pompona
fueron resistentes a F. oxysporum f. sp. vanillae sin importar
que especie parental fue donador o receptor del polen y por
tanto, son una alternativa viable que marca la pauta para
programas de mejoramiento genético de la vainilla bajo el
planteamiento de nuevas líneas de investigación que atien-
dan, además de la resistencia a patógenos, diversos aspectos
de importancia agrícola encaminados a mantener o mejorar
el rendimiento de los cultivos, con miras a satisfacer la de-
manda de vainilla en el mercado mundial ante un escenario
cambiante.
AGRADECIMIENTOS
Al Conacyt por el nanciamiento otorgado al proyecto
número 29748 “Estrategias para la adaptación y mitigación al
cambio climático necesarias para el rescate del cultivo de la
vainilla en México”.
REFERENCIAS
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184 Volumen XXV, Número 1
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud
http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
“El saber de mis hijos hará
mi grandeza”
184
*Autor para correspondencia: Rafael Ramírez Orduña
Correo electrónico: rramirez@uabcs.mx
Recibido: 6 de agosto de 2022
Aceptado: 3 de noviembre de 2022
Rendimiento forrajero, grano y calidad del garbanzo
(Cicer arietinum L.) tipo Desi
Desi-type chickenpea (Cicer arietinum L.) forage yield, grain and quality
R. Avalos-Castro1, R. Ramírez-Orduña2*, E. Gutierrez-Perez1, C.M. Melgoza-Villagómez1, J.A. Acosta-Gallegos3
1 Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP). CIRNO-C.E. Todos Santos. La Paz, Baja
California Sur.
2 Departamento de Ciencia Animal y Conservación del Hábitat, Universidad Autónoma de Baja California Sur, La Paz, Baja
California Sur, México.
3 Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), Campo Experimental Bajío, Celaya,
Guanajuato, México.
RESUMEN
Debido a la importancia que tiene el garbanzo tipo
Desi, en ciertas zonas de México, como alimento para el
ganado, la investigación se realizó con el objetivo de evaluar
e identicar genotipos sobresalientes en la producción de
forraje, grano y calidad nutrimental. Para ello, se utilizaron
cinco genotipos de garbanzo; cuatro del INIFAP y uno del
ICRISAT. Los ensayos de campo se establecieron durante los
ciclos agrícolas de otoño-invierno del 2018 - 2019 y 2019
- 2020 de acuerdo con un diseño de bloques completos al
azar. Los cinco genotipos mostraron similar rendimiento de
grano (3.48 – 3.87 t ha-1); la variedad El Patrón presentó el ma-
yor rendimiento biológico (14.21 t ha-1), de esquilmos (10.73
t ha-1) y mayor capacidad de unidades animal por alimentar.
El grano de la variedad San Antonio 05 presentó el más alto
contenido de proteína (24.04 %) y la línea experimental
ICC-1273, el más bajo (21.55 %). El análisis de preferencia
mostró que el genotipo ICC-1273 fue el de mayor calidad
nutrimental. Todos los genotipos mostraron un contenido
importante de minerales, siendo el K+ (1.35 a 1.44 %) el de
mayor concentración.
Palabras clave: Cicer arietinum, rumiantes, alimentación.
ABSTRACT
Due to the importance of the Desi type chickpea in
certain areas of Mexico, as food for cattle, the research was
carried out with the objective of evaluate and identify outs-
tanding genotypes to produce forage, grain and nutritional
quality, from ve chickpea genotypes, four from INIFAP and
one from ICRISAT. Field trials were established during the
2018 – 2019 and 2019 – 2020 fall-winter agricultural cycles
according to a fully randomized block design. The ve ge-
notypes showed similar grain yield (3.48 – 3.87 t ha-1); the
variety El Patron presented the highest biological yield (14.21
t ha-1), waste yield (10.73 t ha-1) and the highest capacity of
animal units to feed. The grain of the San Antonio 05 variety
presented the highest protein content (24.04 %) and the ex-
perimental line ICC-1273, the lowest (21.55 %). The preferen-
ce analysis showed that the ICC-1273 genotype was the one
with the highest nutritional quality. All genotypes showed an
important content of minerals, being K+ (1.35 to 1.44 %) the
one with the highest concentration
Key words: Cicer arietinum, Cattle, feed.
INTRODUCCIÓN
La mayoría de los garbanzos que se siembran en el
mundo se producen para el consumo humano (Echevarría-
Hernández et al., 2021); en la ganadería, por su importante
aporte de proteína y energía, se han utilizado en dietas de
animales con el n de apoyar la producción de leche, carne y
huevo; su paja se puede utilizar como alimento para rumian-
tes (Bampidis y Christodoulou, 2011). Además, su uso permi-
te reducir la compra de alimentos balanceados de alto costo
(Soltero-Díaz et al., 2008), por lo que, el conocimiento de su
rendimiento y contenido de nutrientes se vuelve importante.
Según la distribución geográca y color de la semilla,
el garbanzo se agrupa en dos tipos, el Kabuli que tiene como
origen el mediterráneo y Medio Oriente, de grano color
blanco a crema y se utiliza principalmente para consumo hu-
mano; el tipo Desi, que es de origen indú (Chavan et al., 1989),
su semilla puede ser de color marrón, marrón claro, leonado,
amarillo, naranja, negro o verde; siendo, este último, utilizado
en México exclusivamente como alimento para animales.
En algunas zonas de México, especícamente en los
estados de Jalisco y Michoacán, la producción de garbanzo
Desi se realiza en clima subtropical subhúmedo, tanto en
condiciones de riego y humedad residual, resaltando que en
estas zonas el garbanzo forrajero tiene una gran demanda
como alimento molido para el ganado (planta y grano). En
condiciones semiáridas se ha observado que se adapta bien
con algunas variedades de riego que producen hasta 3.5 t ha-1
de semilla en la siembra de otoño (Iliadis, 2001). A pesar de su
importancia en la alimentación del ganado, los estudios exis-
tentes en México se basan en la evaluación del rendimiento
y contenido de proteína en cuanto a la calidad nutritiva. Por
otra parte, el análisis factorial y el de componentes principa-
les son herramientas útiles para determinar la estructura de
las correlaciones entre un gran número de variables a través
de la denición de conjuntos de variables altamente interre-
lacionadas (Salako, 2006). Los procedimientos de análisis de
DOI: 10.18633/biotecnia.v25i1.1814
185
Volumen XXV, Número 1
Avalos-Castrol et al: Rendimiento forrajero, grano y calidad del garbanzo / XXV (1): 184-192 (2023)
185
componentes principales y de conglomerados, han resulta-
do ser e cientes para evaluar la diversidad genética de los
rasgos agro-morfológicos en garbanzos (Gupta et al., 2011;
Kayan y Adak, 2012; Parameshwarappa et al., 2011). Así, estu-
dios que integren características que evalúen el aporte de las
diferentes fracciones nutritivas y rendimiento, con técnicas
de análisis de componentes principales, pueden apoyar la
selección de genotipos sobresalientes en producción animal.
Con la intención de incrementar la información
existente sobre el garbanzo forrajero (tipo Desi) en México,
se realizó el presente estudio con el objetivo evaluar e iden-
ti car genotipos sobresalientes en la producción de forraje,
grano y calidad nutrimental.
MATERIALES Y MÉTODOS
Área de estudio
La investigación se realizó en el Sitio Experimental
Valle de Santo Domingo del Instituto Nacional de Investiga-
ciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias localizado a 25° 00´
36´´ N, 111° 39´ 49´´ O y 48.3 m de altitud, en el municipio de
Comondú, Baja California Sur, México. El clima es muy seco,
la precipitación media anual es de 200 mm y la temperatura
promedio de 22 °C (CONAGUA, 2018). El comportamiento de
la precipitación durante los ciclos de estudio se muestra en la
Figura 1. En general, los suelos son pobres (0.4 - 0.9 mg kg-1)
en nitrógeno (N3-) total y potasio (K+, 9.9 – 28.7 mg kg -1), pero
ricos en fósforo (P5+, 0.9 a 12 mg kg -1); predominan valores de
pH alcalinos (7.7 – 8.8) y conductividad eléctrica de 1.27 dS
m-1 (Mancera, 2011; López et al., 2013).
Figura 1. Precipitación promedio en el municipio de Comondú, Baja Cali-
fornia Sur, México, durante los ciclos agrícolas 2018 – 2019 y 2019 – 2020.
Figure 1. Average rainfall at the Comondu municipality, Baja California Sur,
Mexico, during the 2018 – 2019 and 2019 – 2020 agricultural cycles.
Análisis de características productivas
Se evaluaron los genotipos de garbanzo tipo Desi El
Patrón, Lerma, Pénjamo, San Antonio 05 procedentes del
Campo Experimental El Bajío, en Celaya, Guanajuato y la lí-
nea ICC-1273 procedente del ICRISAT, en India. La siembra se
realizó en los ciclos agrícolas de otoño - invierno 2018 – 2019
y 2019 – 2020. El diseño utilizado fue bloques completos al
azar con tres repeticiones. La super cie de cada bloque fue
de 120 m2, donde cada genotipo se distribuyó de forma
aleatoria en parcelas de 24 m2. La super cie total fue de 360
m2. La siembra se realizó de forma manual a una densidad de
15 semillas por m lineal y separación de 80 cm entre surcos.
El control de maleza se realizó con oxi uorfen a dosis
de 240 g de i. a. ha-1 en presiembra e incorporado al momen-
to del riego. La semilla se trató con carboxim + tiram a dosis
de 80 g por cada 100 kg. Los riegos se aplicaron con cinta
de goteo calibre seis milésimas y goteros separados a 20 cm,
con una presión estimada de 11 psi. La lámina de riego total
fue de 35 cm. Se fertilizó con la dosis 120 – 70 – 00 (NPK) con
las fuentes de UAN 32® y ácido fosfórico. El N se fraccionó en
partes iguales y se aplicó a los 15, 30 y 50 d después de la
siembra; el P, a los 15 d después de la siembra. A los 130 d
después de la siembra se tomaron muestras por tratamiento
de una super cie de 4.8 m2, las plantas se cortaron a una
altura de 5 cm sobre el nivel del suelo, en estas se determinó
el rendimiento biológico de forraje (RB), que corresponde a
la materia seca total producida por la planta al nal del ciclo,
como momento máximo de producción vegetativa y que
incluye los tallos, hojas y grano en su capsula, el rendimien-
to de grano (RG), que corresponde a los granos o semillas
obtenidas después de la trilla (sin envoltura o cascara de la
vaina).y el rendimiento de esquilmos (RE) que corresponde
solo a los tallos, hojas y las cascaras de las vainas de los
granos de garbanzo que se separan al momento de la trilla,
en toneladas por hectárea (t ha-1) de materia seca (MS). La
trilla y limpieza del material se realizó en forma manual. El
índice de cosecha (IC) se determinó mediante la fórmula IC =
(producción de grano/rendimiento biológico) *100 (Kohashi
et al., 1980). El análisis bromatológico se realizó del grano
de cada genotipo. Además, para cada genotipo se estimó el
número de unidades animal (UA) que pudieran ser alimenta-
dos. El cálculo se realizó con base en la propuesta del Comité
Técnico Consultivo de Coe cientes de Agostadero (COTECO-
CA, 1975), bajo el supuesto de que cada UA (vaca de 450 kg
con cría al pie) consume 3 % de su peso vivo de forraje (MS),
cantidad considerada necesaria para satisfacer necesidades
alimenticias y cumplir con su función zootécnica (Gómez et
al., 2008).
Análisis de características de calidad
Las muestras secas de grano se molieron en un equipo
eléctrico (Wiley®) con criba de 1 mm y de la harina obtenida se
tomó una submuestra para estimar la MS a una temperatura
de 100 °C. Con el n de realizar el análisis de preferencia la
producción de grano de los dos ciclos de evaluación fue mez-
clada y analizada por su contenido de nutrientes y minerales.
Contenido de Nutrientes
Las muestras secas de grano fueron analizadas por
su contenido de nutrientes, la proporción (%) de proteína
cruda (PC), por el método Kjeldahl y la grasa (EE), según lo
recomendado por la AOAC (1990). La bra detergente neutra
(FDN, %), bra detergente ácida (FDA, %) y lignina (L, %) se
determinaron con base al método ANKOM (2005), siguiendo
las recomendaciones hechas por Goering y Van Soest (1970).
186 Volumen XXV, Número 1
Avalos-Castro et al: Biotecnia / XXV (1): 184-192 (2023)
186
La proteína digestible (PD, %), proteína ligada a la bra de-
tergente ácida (NIDA, %) y los carbohidratos no estructurales
(CNE, %) fueron utilizados para estimar el contenido de ener-
gía neta de mantenimiento (ENm, Mcal Kg -1), energía neta de
lactancia (ENl, Mcal Kg-1), y energía neta de ganancia (ENg,
Mcal Kg -1), utilizando las ecuaciones del NRC (2000). El con-
sumo de materia seca en base al porcentaje de peso corporal
del animal (CMS, % PV) se calculó como 120 / (% FDN). La
digestibilidad de la materia seca (DMS, % MS) se determinó
como 88.9 – 0.779 * (FDA) (Moore y Undersander, 2002)
Contenido de Minerales
Las muestras de grano fueron analizadas por su
contenido de macro y microminerales, dentro de los mac-
rominerales, la concentración de fósforo fue estimada por
colorimetría (Díaz-Romeau y Hinter, 1988), los macrominera-
les Ca2+, Mg2+, K+, Na+ y los microminerales Zn2+, Mn2+, Cu2+ y
Fe2+ fueron preparados para el análisis de minerales por el
procedimiento de cenizas húmedas (HCl-HNO3) a partir de
las cenizas obtenidas después de la incineración de las mues-
tras a 550 °C por 6 h (AOAC, 1990) para ser determinados
mediante espectrofotometría de absorción atómica con un
espectrofotómetro Varían modelo 3000 con una ama aire/
acetileno.
Análisis de preferencia
Para el análisis de preferencia (MDPREF) se realizó con
el procedimiento PRINQUAL del SAS (2014), el cual realiza
análisis de componentes principales de datos cualitativos,
cuantitativos y mixtos, que encuentra transformaciones
lineales y no lineales de las variables, utilizando mínimos
cuadrados alternos, que optimizan las propiedades de cor-
relación o covarianza matricial de las variables transformadas
(Jacinto-Pimienta et al., 2016).
Análisis estadístico
El diseño utilizado fue bloques completos al azar con
arreglo factorial (5 genotipos x 2 ciclos) y tres repeticiones,
a los resultados obtenidos del rendimiento biológico, de
grano y esquilmos se les aplicó un análisis de varianza con
el procedimiento PROC GLM y comparación de medias de
tratamientos a través de las pruebas de Tukey (p ≤ 0.05), y al
análisis de calidad el procedimiento ANDEVA, ambos con el
paquete estadístico SAS (2014).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Características productivas
Se detectaron diferencias (p ≤ 0.05) entre los factores,
ciclo de siembra y genotipo, excepto para el rendimiento de
grano, con diferencia solo entre ciclos. No se observó interac-
ción entre factores (Tabla 1). El efecto del ciclo fue mayor que
el de los genotipos para el rendimiento biológico y de grano.
En el ciclo de siembra otoño-invierno 2018 – 2019 se
obtuvo mayor rendimiento (p ≤ 0.05) respecto al ciclo 2019
– 2020 (Tabla 2). Con diferencias que varían de 1 a más de 2 t
ha-1 de rendimiento y de 4 % en el índice de cosecha.
De acuerdo a los resultados de la evaluación prome-
dio de dos ciclos, la variedad El Patrón presentó el mayor
rendimiento biológico, rendimiento de esquilmos y el menor
índice de cosecha; como se observó en el Tabla 1, no se en-
contraron diferencias para el rendimiento de grano entre ge-
notipos. Para la cantidad de unidades animal que se pueden
mantener por genotipo, tanto para el rendimiento biológico
como para el de esquilmos, se observó que la variedad El Pa-
trón y la línea ICC-1273 tienen la mayor capacidad; mientras
que Lerma, la menor (Tabla 3).
Tabla 1. Cuadrados de la media del análisis de varianza para las variables
de producción de cinco genotipos de garbanzo evaluados en los ciclos de
siembra 2018 – 2019 y 2019 – 2020.
Table 1. Mean Squares of the analysis of variance for the production
variables of ve chickpea genotypes evaluated in the 2018 - 2019 and 2019
- 2020 sowing cycles.
Fuente de
variación GL Rendimiento
biológico
Rendimiento
de grano
Índice de
cosecha
Rendimiento
de
esquilmos
Genotipo 4 5.63** 0.15 ns 65.10** 7.15**
Ciclo 1 38.69** 8.62** 74.19** 10.79**
Genotipo*
ciclo 4 0.04 ns 0.19 ns 14.91 ns 0.18 ns
Error 16 0.63 0.19 7.48 0.39
CV (%) 6.22 11.64 9.33 6.96
GL = grados de libertad; CV = coeciente de variación; ** altamente
signicativo (p ≤ 0.01); ns = no signicativo.
Las diferencias productivas del garbanzo entre ciclos
se deben principalmente a la cantidad de lluvia registrada
en cada ciclo. La precipitación registrada previo a la siembra
del ciclo otoño – invierno 2019 – 2020 (Figura 1), pudo incre-
mentar la cantidad de insectos plaga en el cultivo, teniendo
un efecto de reducción signicativa sobre el rendimiento,
debido a que, en ambos ciclos, no se realizó la aplicación de
productos químicos para su control. En este sentido, algunos
autores mencionan que el potencial del garbanzo no se ha
alcanzado debido a la inestabilidad de las variaciones anua-
les en precipitación, temperatura y enfermedades (Morales
et al., 1997; Padilla et al., 2008). En lo que respecta al com-
portamiento entre genotipos, la variedad El Patrón superó
los rendimientos biológicos de forraje de todos ellos. Este
rendimiento se debe a que es el genotipo que se reporta con
el mayor porte, número de ramas y a que, probablemente, se
adapta mejor a las condiciones de clima y suelo de la región.
Tabla 2. Respuesta productiva promedio (DS) de los genotipos de garban-
zo Desi evaluados en los ciclos 2018 – 2019 y 2019 – 2020.
Table 2. Average productive response (SD) of the Desi chickpea genotypes
evaluated in the 2018 - 2019 and 2019 - 2020 cycles.
Variable Ciclo de siembra DEC
2018 – 2019 2019 – 2020
Rendimiento biológico (t ha-1) 13.95 (1.3)a11.68 (1.6)b2.27
Rendimiento de grano (t ha-1) 4.29 (0.4)a3.21 (0.6)b1.08
Índice de cosecha (%) 30.89 (3.7)a27.75 (5.0)b3.89
Rendimiento de esquilmos (t ha-1) 9.67 (1.2)a8.47 (1.5)b1.20
a, b = diferentes literales entre columnas indican diferencia signicativa,
según la prueba de Tukey (p ≤ 0.05); DEC = diferencia entre ciclos; Valores
entre paréntesis indican la desviación estándar.
187
Volumen XXV, Número 1
Avalos-Castrol et al: Rendimiento forrajero, grano y calidad del garbanzo / XXV (1): 184-192 (2023)
187
Rendimiento de forraje
Los genotipos con el mayor rendimiento forrajero
presentaron el menor índice de cosecha, lo que indica su alto
potencial de rendimiento biológico. Los datos reportados
por Gutiérrez et al. (2017) y Soltero y Pérez (2006), muestran
un mayor índice de cosecha en las variedades El Patrón,
Pénjamo y San Antonio 05 a los observados en las mismas
variedades evaluadas en el presente estudio. Esto se debe
a que la cantidad de forraje no modica el rendimiento de
grano, pero si el índice de cosecha, debido a la correlación
negativa existente entre éste con el rendimiento biológico y
de esquilmos.
Rendimiento biológico de grano
El rendimiento de grano no fue diferente entre los
genotipos, lo cual coincide con lo documentado por otros
autores, quienes mencionan que los rendimientos del gar-
banzo tipo Desi, que se siembran en regiones áridas, durante
el otoño y condiciones de riego, pueden ser de 3.5 t ha-1 (Ilia-
dis, 2001). Soltero y Pérez (2006) reportaron que la variedad
San Antonio 05 presenta rendimientos de entre 2.4 a 3.5 t ha-1
bajo condiciones de riego. Por su parte, Gutiérrez et al. (2017)
observaron, en la misma localidad de prueba, rendimientos
inferiores (2.6 t ha-1) para las variedades El Patrón y Pénjamo,
a los observados en el presente estudio, con la diferencia de
que ellos sembraron en surcos a doble hilera y en el presente,
en surco sencillo.
Rendimiento de esquilmos
Los rendimientos de esquilmos observados fueron
mayores a los reportados por Kalzadeh y Maleki (2012),
quienes mencionan que la paja de garbanzo que queda
después de la trilla del grano, suele ser igual o superior
al rendimiento de la semilla. Por su parte, Soltero y Pérez
(2006) reportaron rendimientos de esquilmos entre 5 y 7 t
ha-1, rendimientos por debajo a los reportados en el presente
estudio. El aporte de esquilmos de garbanzo en México está
dado principalmente por el tipo kabuli, que, por dejarse secar
en el suelo, pierde todas las hojas antes de su trilla, por lo que
el esquilmo que queda se compone principalmente de ramas
y cáscaras de las vainas.
En general, los materiales evaluados bajo las condicio-
nes del presente estudio muestran rendimientos de grano y
forraje que pueden ser complemento importante de la dieta
de animales, principalmente en las zonas áridas donde la
disponibilidad y cantidad de alimento es limitado y donde
este recurso alimenticio muestra alto rendimientos de grano
y esquilmos.
Características de calidad
Contenido de nutrientes. Para el análisis bromatológico del
grano, se observó que el contenido de materia seca osciló
entre 91 a 92 %. Las variedades El Patrón, Pénjamo y Lerma
presentaron similar contenido de proteína cruda y proteína
digestible. El contenido de NIDA fue diferente entre genoti-
pos. La variedad San Antonio 05 presentó el mayor contenido
de PC, PD y el más bajo contenido NIDA, CNE y TND. La línea
ICC-1273 presentó el menor contenido de PC, FDN y FDA,
pero el mayor de NIDA, EE, L, CNE, TND, DMS, CMS, ENl, ENm y
ENg. La variedad Lerma presentó, junto a ICC-1273, el mayor
contenido de L y EE. Pénjamo y San Antonio 05 presentaron
el mayor contenido de FDA y FDN (Tabla 4).
Contenido de PC. La semilla de garbanzo es una buena
fuente de proteína (lllg et al., 1987), proteína que se conside-
ra de reserva (Roy et al., 2010) y que, gracias a sus péptidos
bioactivos de bajo peso molecular, se pueden utilizar como
terapias alternativas para ciertas enfermedades relaciona-
das a la inamación crónica (Juárez-Chairez et al., 2022). El
contenido de esta fracción, en los genotipos evaluados en el
presente estudio coincide con los datos que Wood y Grusak
(2007) reportan para la semilla de garbanzo tipo Desi (16.7 %
a 30.6 %), por lo que cualquiera de los genotipos aquí evalua-
dos puede ser utilizado como ingrediente que aporte a los
requerimientos de proteína en las etapas de mantenimiento
(8 %) (Van Soest, 1994) y crecimiento (9 – 16 %) de bovinos
(NRC, 2000). Dicho aporte dependerá del nivel de inclusión
en la dieta.
Contenido de EE. En general, el garbanzo presenta menor
contenido de grasa que otras leguminosas (Singh, 1985;
Gül et al., 2008). El valor de grasa aquí reportado (3 a 4 %) se
encuentra entre los rangos observados por Wood y Grusak
(2007) para los garbanzos tipo Desi, que indican es del 2.9 a
7.4 %.
Contenido de FDN. Se reporta que los garbanzos Desi tienen
una cubierta de semilla más gruesa que los tipos Kabuli, lo
que se reeja en el mayor contenido de bra (Knights y Mai-
Tabla 3. Comparación de medias (DS) del rendimiento biológico, de grano, de esquilmos (t ha-1), unidad animal (mes) e índice de cosecha (%) entre
genotipos de garbanzo Desi del promedio de los ciclos agrícolas otoño-invierno de 2018 – 2019 y 2019 – 2020.
Table 3. Comparison of means (SD) for biological yield, grain, harvest (t ha-1), animal unit (month) and harvest index (%) between Desi chickpea genotypes of
the average of the autumn-winter agricultural cycles of 2018 – 2019 and 2019 – 2020.
Genotipo Rendimiento biológico Animales
(n) Rendimiento de grano Índice de cosecha Rendimiento de esquilmos Animales (n)
El Patrón 14.21 (2.0)a35 3.48 (0.9)a24.16 (3.8)b10.73 (1.2)a27
Lerma 11.71 (1.4)c29 3.83 (0.6)a32.60 (2.5)a7.88 (0.9)c20
Pénjamo 12.21 (1.7)b,c 30 3.84 (0.4)a31.72 (3.5)a8.37 (1.5)bc 21
San Antonio 05 12.68 (1.8)b,c 31 3.73 (1.1)a28.90 (5.5)a8.96 (0.9)b,c 22
ICC - 1273 13.26 (1.4)a,b 33 3.87 (0.6)a29.22 (2.7)a9.38 (1.1)b23
abc = diferentes literales entre las indican diferencia signicativa, según la prueba de Tukey (p ≤ 0.05); Valores entre paréntesis indican la desviación
estándar).
188 Volumen XXV, Número 1
Avalos-Castro et al: Biotecnia / XXV (1): 184-192 (2023)
188
ler, 1989). La alta concentración de bra (FDN) que pueden
resultar en efectos negativos sobre el consumo (Chalupa et
al., 1996; Espinoza-Canales et al., 2017), por lo que la combi-
nación del grano de garbanzo con otros ingredientes resulta
atractiva, debido al bajo porcentaje de bras que presentan
los genotipos aquí evaluados, ya que el NRC (2001) indica
que las raciones para ganado lechero deben contener de 19 a
27 % de FDA. Hadsell y Sommerfeldt (1988), observaron que
una tasa óptima de incorporación dietética de bovinos leche
es cercana al 50 % durante la lactancia temprana, siendo la
ingesta de grasas el mayor benecio, aunque argumentan y
sugieren en la necesidad de hacer más estudios.
Contenido de FDA. Por otra parte, la FDA se correlaciona
de manera negativa con la digestibilidad de los alimentos
(Harris, 1993), siendo esta fracción utilizada para estimar el
contenido de energía de los mismos (Donker, 1989). Para
el presente estudio, se pudo observar que en el análisis de
preferencia (Figura 2) corrobora lo mencionado por dichos
autores, siendo el genotipo ICC-1273 el de menor concentra-
ción de bras y debido a ello el de mejor aporte de energía
(mantenimiento, lactancia y ganancia), digestibilidad, consu-
mo de materia seca y total de nutrientes digestibles; fraccio-
nes que han sido usados como indicadores para estimar el
comportamiento productivo del ganado (Espinoza-Canales
et al., 2017). En general, el contenido de FDA fue bajo para
todos los genotipos evaluados.
Contenido de PD. En general, se ha reportado que la digesti-
bilidad de la proteína del garbanzo tipo Kabuli es mayor que
la proteína del tipo Desi (Paredes-López et al., 1991; Sánchez-
Vioque et al., 1999). Fracción que puede mejorar si la semilla
recibe un tratamiento especial (Bampidis y Christodoulou,
2011), principalmente cuando se utiliza en alimentación de
no rumiantes (Domoney, 1999).
Contenido de energía (ENm, Eng y ENl). Una vaca lechera en
crecimiento moderado de 700g d-1 requiere de 6.9 a 7.5 Mcal
d-1 de ENm y de 2.5 a 3.1 Mcal d-1 de ENg (NRC, 2001), por lo
que en una dieta con 50 % grano y 50 % forraje, teniendo
como única fuente el grano de cualquier variedad es su-
ciente para alcanzar este nivel de producción, sin embargo
una vaca lechera de 450 kg de peso vivo con una producción
de leche de 25 kg d1 requiere una concentración de 1.9 a 2.3
Mcal Kg-1 de ENl (NRC, 2001), mientras que los granos eva-
luados tienen una concentración energética cercana al límite
inferior para este nivel de producción.
Contenido de minerales. El contenido de cenizas fue similar
entre genotipos. Respecto al K+, fue el mineral encontrado en
mayor proporción (1.3 – 1.4 %) y el Na+, en menor cantidad
(Tabla 5).
Contenido de macrominerales. El NRC (2000) menciona que
los principales macrominerales requeridos por los rumiantes
son el Ca2+ (0.21 – 0.30 %), P5+ (0.15 – 0.19 %), Mg2+ (0.12 - 0.20
%), K+ (0.60 – 0.70 %), Na+ (0.06 – 0.10 %) y S2- (0.15 %). Al res-
pecto, los aportes observados por los genotipos evaluados
Tabla 4. Valor nutrimental (DS) del grano de cinco genotipos de garbanzo Desi.
Table 4. Grain nutritional value (SD) of ve Desi chickpea genotypes.
Variable Unidad El Patrón Lerma Pénjamo SA 05 ICC-1273
MS % 91.97 (0.5)a91.77 (0.5)a91.92 (0.5)a 92.14 (0.6)a 92.16 (0.5)a
PC % 23.25 (0.3)b23.25 (0.3)b23.08 (0.5)b24.04 (0.4)a 21.55 (0.3)c
PD % 17.34 (0.3)b17.34 (0.5)b 17.19 (0.5)b18.6 (0.3)a15.80 (0.3)c
NID A % 0.24 0.01)b0.22 (0.01)b,c 0.27 (0.03)b0.20 (0.01)c0.35 (0.03)a
Grasa (EE) % 3.71 (0.2)b4.04 (0.2)a 3.86 (0.05)b3.84 (0.05)b4.18 (0.2)a
FDA % 12.15 (0.4)b12.89 (0.3)b13.51 (0.3)a 13.11 (0.3)a,b 11.41 (0.2)c
FDN % 13.95 (0.5)b13.92 (0.5)b15.72 (0.5)a15.64 (0.5)a 12.57 (0.5)c
CNE % 55.34 (0.5)b55.22 (0.6)b53.78 (0.5)c52.74 (0.5)c58.11 (0.5)a
TND % 81.02 (0.5)a80.25 (0.7)a,b 79.61 (0.5)b 80.03 (0.5)a81.78 (0.5)a
L % 0.01 (0.01)c0.12 (0.01)a0.01 (0.01)c0.09 (0.01)b 0.13 (0.01)a
ENl Mcal/kg 1.88 (0.2)a1.89 (0.2)a1.87 (0.2)a1.87 (0.2)a1.91 (0.2)a
ENm Mcal/kg 2.43 (0.1)a 2.45 (0.1)a 2.42 (0.1)a2.42 (0.1)a 2.47 (0.1)a
ENg Mcal/kg 1.71 (0.05)a 1.73 (0.05)a 1.7 (0.05)a 1.7 (0.05)a1.74 (0.05)a
DMS % 79.44 (0.5)a78.86 (0.5)b 78.38 (0.5)b 78.69 (0.5)b 80.01 (0.5)a
CMS % PV 8.60 (0.5)b 8.62 (0.5)b 7.73 (0.5)c7.67 (0.5)c9.55 (0.5)a
abc = diferentes literales entre columnas indican diferencia signicativa, según la prueba de Tukey (p ≤ 0.05);
PC proteína cruda; PD proteína digestible; PIDA proteína insoluble en detergente ácido; PIDN = proteína inso-
luble en detergente neutro; EE extracto etéreo; FDA = bra detergente ácida; FDN= bra detergente neutro;
CNE = carbohidratos no estructurales; TND = total de nutrientes digestibles; L = lignina; ENL= energía neta de
lactancia; ENM = energía neta de mantenimiento; ENG = energía neta de ganancia; DMS = digestibilidad de la
materia seca; CMS = consumo de materia seca; PV = peso vivo; SA 05 = San Antonio 05. Valores entre paréntesis
indican la desviación estándar.
189
Volumen XXV, Número 1
Avalos-Castrol et al: Rendimiento forrajero, grano y calidad del garbanzo / XXV (1): 184-192 (2023)
189
en este estudio indican que un kilogramo de garbanzo Desi
cubre los requerimientos de Mg2+, P5+y K+.
Contenido de microminerales. Los materiales evaluados
tienen un aporte importante de Mn2+, Zn2+ y, principalmente,
de Fe2+ a los requeridos por rumiantes (NRC, 2000). Se ha
observado que estos minerales son marginales a de cientes
en ciertos forrajes nativos de zonas áridas (Ramírez-Orduña
et al., 2005; 2008), mientras que los pastos tienen un aporte
importante de Ca2+ y P5+, pero su alto contenido de lignina
reduce la utilización de estos (Reyes-Pérez et al., 2022), por
lo que la inclusión de garbanzo en la dieta de este alimento
en bovinos que pastorean libremente es importante. Wang
y Daun (2004) observaron que la semilla de garbanzo cruda
(100 g) proporciona en promedio alrededor de 5.0 mg/100 g
de Fe2+, 4.1 mg/100 g de Zn2+, 138 mg/100 g de Mg2+ y 160
mg/100 g de Ca2+ (Jukanti et al., 2012) siendo, este último,
mayor en los tipos Desi que en los Kabuli.
Análisis de preferencia. Jacinto-Pimienta et al. (2016),
mencionan que, puesto que el análisis MDPREF se basa en
un modelo de componentes principales, el biplot, que es
una representación grá ca que muestra la relación entre los
datos de la matriz (las columnas y las las), las dimensiones
del biplot son los dos primeros componentes (Figura 2). El
primer componente es aquel que tiene una mayor dimen-
sión del biplot, es la característica de producción y calidad.
El segundo componente es ortogonal al primero, siendo el
segundo más preferido. En el biplot, se muestran puntos que
observan los genotipos y cada valor de producción y calidad
por un vector. Los puntos que están estrechamente agrupa-
dos en una región del grá co representan los genotipos que
tienen los mismos patrones de preferencia a través de las
variables de producción y calidad. Los vectores que apuntan
en más o menos la misma dirección representan los valores
de producción y calidad que tienen patrones similares.
Figura 2. Representación grá ca del análisis de preferencia multidimen-
sional de la relación entre genotipos y características de rendimiento y
calidad. Cen = Cenizas, RF= Rendimiento de forraje, DMS = Materia Seca
digestible, TND = Total de nutrientes digestibles, CNE = Carbohidratos
no estructurales, CMS = Consumo de materia seca, PFDA = Proteína en la
bra detergente ácido, ENL= Energía neta en leche, ENG = Energía neta de
ganancia, ENM = Energía neta de mantenimiento, L = Lignina, EE= Extracto
etéreo, FDA = Fibra detergente ácido, FDN = Fibra detergente neutro, PC =
Proteína cruda, PD = Proteína digestible.
Figure 2. Graphical representation of the multidimensional preference
analysis of the relationship between genotypes and yield and quality cha-
racteristics. Cen = Ash, RF = Forage yield, DMS= Digestible dry matter, TND
= Digestible total de nutrients, CNE = Non-structural carbohydrates, CMS =
Dry matter intake, PFDA = Protein in acid detergent ber, ENL= Net energy
in milk, ENG = Gain net energy, ENM = Maintenance net energy, L = Lignin,
EE = Eter extract, FDA = Acid detergent ber, FDN = Neutral detergent ber,
PC = Crude Protein, PD = Digestible Protein.
Dos componentes explicaron el 91.51 % de la varia-
ción total (Figura 2). La representación grá ca muestra que
el mayor rendimiento de forraje y minerales se encuentran
preferentemente en el genotipo El Patrón. Por su parte la
DMS, CNE, TND, CMS, EE, NIDA y contenidos de energía (lac-
Tabla 5. Concentración mineral (DS) del grano de cinco genotipos de garbanzo Desi.
Table 5. Grin mineral concentration (SD) of ve Desi chickpea genotypes.
Mineral Unidad El Patrón Lerma Pénjamo SA 05 ICC-1273
Cenizas % 3.75 (0.5)a3.57 (0.5)a3.76 (0.5)a3.74 (0.5)a3.59 (0.5)a
Ca2+ % 0.17 (0.1)a 0.14 (0.1)bc 0.17 (0.1)a 0.14 (0.1)b,c 0.15 (0.1)b
P5+ % 0.49 (0.01)a 0.46 (0.01)b 0.45 (0.01)b 0.45 (0.01)b 0.44 (0.01)b
Mg2+ % 0.15 (0.01)b 0.15 (0.01)b 0.16 (0.01)a 0.15 (0.01)b 0.15 (0.01)b
K+% 1.37 (0.07)a1.35 (0.07)a 1.40 (0.07)a 1.44 (0.07)a 1.35 (0.07)a
Na+% 0.03 (0.001)a 0.03 (0.001)a 0.03 (0.001)a 0.03 (0.001)a 0.03 (0.001)a
Zn2+ mg/kg 21.89 (0.5)a 17.57 (0.5)c 22.97 (0.5)a 21.07 (0.5)a,b 19.41 (0.5)b
Mn2+ mg/kg 30.39 (0.5)a 29.49 (0.5)a,b 31.08 (0.5)a 31.38 (0.5)a 27.37 (0.5)b
Cu2+ mg/kg 7.27 (0.5)a 7.48 (0.5)a 6.53 (0.5)b 7.56 (0.5)a 6.08 (0.5)b
Fe2+ mg/kg 77.20 (0.5)a 60.40 (1.5)b 60.70 (1.9)b59.70 (1.6)b 63.60 (1.0)b
abc = diferentes literales entre columnas indican diferencia signi cativa, según prueba de Tukey (p ≤ 0.05); C = cenizas; Ca2+ =
calcio; P5+ = fósforo; Mg2+ = magnesio; K+ = potasio; Na+ = sodio; Zn2+ = zinc; Mn2+ = manganeso; Cu2+ = cobre; Fe2+ = erro; Valores
entre paréntesis indican la desviación estándar.
190 Volumen XXV, Número 1
Avalos-Castro et al: Biotecnia / XXV (1): 184-192 (2023)
190
tancia, mantenimiento y ganancia), se encuentran preferen-
temente en la línea experimental ICC-1273. Las variables RG,
PC, PD, FDA, FDN y los minerales Mg, Mn y Cu se encuentran,
preferentemente, en los genotipos Lerma, San Antonio 05 y
Pénjamo.
Diversos estudios han encontrado que los procedi-
mientos de análisis de componentes principales y de conglo-
merados son ecientes para evaluar la diversidad genética
de los rasgos agro-morfológicos en garbanzos (Gupta et al.,
2011; Kayan y Adak, 2012; Parameshwarappa et al., 2011). Los
resultados de los genotipos evaluados en el presente estudio
con la utilización de ambos procedimientos, considerando
características productivas y de calidad, permitió agrupar
de una manera clara la diversidad genética de los materiales
evaluados. Dicha diversidad determina su potencial para me-
jorar la eciencia y, por lo tanto, su uso para la reproducción,
que eventualmente puede resultar en una mejor producción
de alimentos (Malik et al., 2014), características a considerar
en la producción animal, principalmente como una alterna-
tiva forrajera más, en siembras de otoño - invierno, como lo
sugieren Ochoa-Espinoza et al. (2022).
Considerando las variables de rendimiento de forraje
(RF), rendimiento de grano (RG) y calidad nutrimental, se
construyó el dendograma de la Figura 3. Los genotipos se
separaron en tres grupos, uno integró a los genotipos Ler-
ma, Pénjamo y San Antonio 05; otro, a la línea ICC-1273; el
tercero, a la variedad El Patrón, que fue la que presentó la
mayor distancia de promedio entre grupos. En este caso, los
resultados de este análisis en el presente estudio sugieren el
cruzamiento directo entre las variedades El Patrón y la línea
ICC-1273 con el objetivo de desarrollar materiales superiores
en características de rendimiento y calidad forrajera.
Figura 3. Dendograma que representa la relación genética de cinco genoti-
pos de garbanzo Desi basado en 26 rasgos cuantitativos.
Figure 3. Dendrogram representing the genetic relationship of ve Desi
chickpea genotypes based on 26 quantitative traits.
CONCLUSIONES
Los cinco genotipos de garbanzo forrajero presen-
taron rendimientos de grano similares, sin embargo, la
variedad El Patrón presentó el mayor rendimiento biológico,
rendimiento de esquilmos y en consecuencia mayor capaci-
dad para alimentar UA. La variedad San Antonio 05 presentó
el mayor contenido de proteína cruda, y aunque la línea ex-
perimental ICC-1273 presentó el nivel más bajo, el análisis de
preferencia por componentes principales mostró que fue el
genotipo de mayor DMS, CNE, TND, CMS, EE, NIDA, ENl, ENm
y ENg; características que la hacen la variedad con grano y
forraje de mayor valor nutricional. Se observó un contenido
importante de minerales, principalmente de K. En general,
los resultados muestran que, tanto en rendimiento como en
calidad, los genotipos de garbanzo Desi pueden servir como
una fuente importante de forraje y nutrientes en la alimenta-
ción animal.
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