año 0 volúmen 1 número 2 marzo 2019 issn: 2594-2093

Año 0 Volúmen 1 Número 2 Marzo 2019 ISSN: 2594-2093

AutoridadesZenyazen Roberto Escobar GarcíaSecretario de Educación de Veracruz

Jorge Miguel Uscanga VillalbaSubsecretario de Educación Media Superior y Superior

María Luisa Silíceo RodríguezDirectora de Educación Tecnológica

Dr. Antonio Janoary Alemán ChangDirector General del Instituto Tecnológico Superior de Perote

Equipo editorialEDITORA EN JEFE:Dra. Fabiola Sandoval Salas

DISEÑADORMMT. Emmanuel Reyes Zapata.

REVISOR DE ESTILORodrigo de Dios UrbinaREVISOR DE ESTILO (Inglés)Daniela Ruíz SandovalJuan Antonio Galindo Cobos

DESARROLLO Y SOPORTE WEBIng. Mario A. Martínez Saldaña

EDITORES ASOCIADOS

Física, Matemáticas y Ciencias de la Tierra:Dra. María Graciela Hernández y Orduña

Medicina y Ciencias de la Salud:Dr. Pedro Zetina Córdoba

Biología y Química:Dr. Moisés Mata García

REVICYT, Revista de Innovación Científica y TecnológicaAño: 0 Volumen 1 Número 2

REVICYT, Revista de investigación científica y de-sarrollo tecnológico, año 0, volumen 1, número 2, 84 páginas .

Esta revista se editó en la ciudad de Perote, Ve-racruz, con apoyo del Instituto Tecnológico Supe-rior de Perote, Carretera Federal Perote- México KM 2.5 correo electrónico: [email protected]

Ingenierías:Dr. Luis Carlos Sandoval Herazo.

Biotecnología, Alimentos y Ciencias Agropecuarias:Dra. María de la Luz Sánchez MundoDr. Cid Ramón González González

Ciencias Sociales, Económicas:Área de Educación- Dr. Fabio Fuentes NavarroÁrea Administración- Dr. Jorge Esteves LavínÁrea Políticas Públicas y Desarrollo Regional- >Mtra. Isabel Lagunes Gómez Área Economía y Finanzas- Dra. María Teresa de Jesús Zamora Lobato

COMITÉ EDITORIAL

Dr. Juan Carlos Moreno SeceñaMtro. Ismael Hernández RiañoDr. Gustavo Alonso Martínez EscalanteDr. Rubén Purroy VásquezDra. María de Jesús Perea FloresDr. Oscar Andrés del Ángel Coronel

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Directorio:

Sumario/Content

Presentación 5Diseño de un modelo de capacitación en liderazgo para empleados de una empresa de cerámicos. 6Estudio morfométrico y fisiográfico de la subcuenca hidrológica del ríoQuiotepec, Oaxaca (RH28Af), mediante uso de SIG 17Análisis multinivel para modelar el crecimiento forestal. 27Eichhornia crassipes y su capacidad de bio-absorción de metales pesados en agua sintética 43Control de Listeria innocua en quesos por Pediococcus acidilactici itv26productora de bacteriocina 49Actividad biológica de los aceites esenciales de lima (Citrus limon) y limón mexicano (Citrus aurantifolia) 53Efecto de la pasta de higuerilla como fertilizante sobre el desarollo y producción de Solanum Tuberosum L. 73

Fotografía: Rosendo Mendoza Villa

REVICYT, Revista de investigación científica y desarrollo tecnológico, es una publicación electrónica, enfocada a la ciencia multidiscipli-naria, arbitrada en modalidad doble ciego y editada con periodicidad semestral (enero/julio) por la Dirección de Educación Tecnológica, perteneciente a la Subsecretaría de Educación Media Superior y Superior de la Secretaría de Educación del Estado de Veracruz, a través del Instituto Tecnológico Superior de Perote. El idioma de publicación de los artículos es español o inglés.

El propósito de REVICYT es ofrecer un espacio para difundir temas originales, contribuciones y resultados de investigaciones de la comu-nidad científica nacional e internacional en las siguientes áreas:• Física, Matemáticas y Ciencias de la Tierra• Biología y Química• Medicina y Ciencias de la Salud• Ciencias Sociales y Económicas • Biotecnología, Alimentos y Ciencias Agropecuarias• Ingenierías

La revista, recibe artículos durante todo el año que se someten a arbitraje en modalidad doble ciego, donde los revisores cuentan con formato de evaluación de rúbricas para las consideraciones pertinentes y los artículos deben cumplir con las normativas de publicación establecidas por la revista, disponibles en la plataforma.

Los artículos publicados, editados en formatos PDF, XML bajo el SciELO Publishing Schema (SPS) y HTML, son resultado de investiga-ciones científicas y desarrollos tecnológicos realizados por la comunidad científica, incluyendo investigadores y académicos nacionales e internacionales. En cuanto al tipo, los artículos podrán ser: comunicaciones cortas, artículos de investigación, artículos de revisión (por invitación) y reseñas y conferecias y/o exposiciones de eventos con alto valor académico.

REVICYT, Revista de investigación científica y desarrollo tecnológico, año 0, No. 1, enero-julio 2018, es una publicación semestral editada por el Instituto Tecnológico Superior de Perote, Km. 2.5 Carretera Federal Perote – México, Col. Centro Perote, Veracruz de Ignacio de la Llave, México, C.P. 91270, Teléfonos: 01 (282) 8 25 31 50 Y 8 25 31 51, http://www.itsperote.edu.mx , [email protected] Editora responsable: Dra. Fabiola Sandoval Salas. Reserva de Derechos al Uso Exclusivo en trámite, ISSN 2594-2093, ambos otorgados por el Instituto Nacional del Derecho de Autor. Responsable de la última actualización: Mtro. Emmanuel Reyes Zapata.Km. 2.5 Carretera Federal Perote – México, Col. Centro Perote, Veracruz de Ignacio de la Llave, México, C.P. 91270, fecha de última modificación: 20 de febrero de 2019.

Declaración de scope:

Cintillo legal:

REVICYT, Revista de investigación científica y desarrollo tecnológico, es una publicación periódica que tiene como objetivo servir como medio de difusión de la investigación científica y tecnológica multidisciplinaria comunicaciones cortas, artículos de investigación, artí-culos de revisión (por invitación) y reseñas y conferecias y/o exposiciones de eventos con alto valor académico. Es una publicación se-mestral que aparece en enero y en julio con posibilida de aparición de números especiales. Se aceptan trabajos en español o inglés. RE-VICYT es de acceso abierto, y es publicada por la Dirección de Educación Tecnológica, perteneciente a la Subsecretaría de Educación Media Superior y Superior de la Secretaría de Educación del Estado de Veracruz, a través del Instituto Tecnológico Superior de Perote.

Enfoque y alcance:

Los aspectos éticos relacionados con la publicación de manuscritos en REVICYT, Revista de investigación científica y desarrollo tecnológico se apegan a los establecidos en el COPE.

Declaración de ética:

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Frecuencia de publicación:

Esta revista proporciona un acceso abierto inmediato a su contenido al público en general.

Política de acceso abierto:

EditorialLa investigación científica y el desarrollo tecnológico, se están convirtiendo en la base de crecimiento de cualquier país. Méxi-co no es la excepción, si quiere mejorar su participación en el mercado nacional e internacional con productos que satisfagan las necesidades apremiantes de los consumidores, requiere de la vinculación con Instituciones de Educación Superior. Esta vinculación debe estar enfocada a buscar soluciones innova-doras a problemas específicos de las empresas y el sector so-cial.

En el Estado de Veracruz, la dinámica de crecimiento ha sido cada vez más rápida, considerando que somos el Estado con mayor número de Instituciones de Educación Tecnológica; y esto ha sido atractivo para inversionistas que deciden instalar sus empresas en una zona donde se está desarrollando tec-nología.

La presente Revista de Innovación Científica y Tecnológica (REVICYT), coadyuva en la difusión del trabajo colaborativo y multidisciplinario que realizan diversas Instituciones del siste-ma Tecnológico en el Estado de Veracruz, lo que demuestra el compromiso en el desarrollo económico del país.

En esta edición se presentan 7 artículos que abordan estudios relacionados con la solución a problemáticas de empresas del área de la cerámica, manejo forestal y fertilización, producción de quesos, entre otros.

Expreso mi reconocimiento a los investigadores que hacen po-sible la realización de la presente revista que cumple su obje-tivo de dar a conocer las últimas investigaciones y desarrollo tecnológico en el Estado de Veracruz.

Dr. Antonio Janoary Alemán ChangDirector General del Instituto Tecnológico Superior de Perote

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DISEÑO DE UN MODELO DE CAPACITACIÓN EN LIDERAZGO PARA EMPLEADOS DE UNA EMPRESA DE CERÁMICOS

M.C. Alicia Peralta Maroto1* M.G.C. Daniel Bello Parra 2

1Instituto Tecnológico Superior de Xalapa. Sección 5A Reserva Territorial S/N Santa Bárbara 91096 Xalapa Enríquez, Ver; [email protected]

2Instituto Tecnológico Superior de Perote. Km. 2.5 Carretera Federal Perote – México Col. Centro 91270 Perote, Ver; [email protected]

Fecha de Envío: 09 Mayo 2018Resumen:

La investigación propone un programa de capacitación en el cual se contempla el liderazgo y el empode-ramiento como los conceptos a mejorar de manera continua. Ambos términos -liderazgo y empoderamien-to- involucran la planeación estratégica como medio para lograrlo: se trabaja para alcanzar una ventaja competitiva entre los jefes de área y supervisores de una empresa de cerámicos. A solicitud del jefe de producción por intentar unir esfuerzos para incrementar la productividad y generar un ambiente laboral digno, se plantea encaminar dichos esfuerzos al logro de objetivos, los cuales serán definidos y evaluados con la aplicación de un instrumento de medición, el cual permitirá obtener el grado de desempeño que en materia de liderazgo y empoderamiento vienen desarrollando los empleados de sus actividades diarias. Se evaluarán las principales características que un líder debe tener, así como los puntos más importantes para el desarrollo del empoderamiento bajo programas estadísticos inferenciales para su validación y confiabi-lidad. Con ello se obtendrán el tipo de liderazgo que los jefes de área y supervisores vienen desarrollando y el grado de desempeño que, en cuanto a empoderamiento, están manejando.

Palabras Clave: Actitud, liderazgo, empoderamiento, planeación estratégica, ventaja competitiva.

Artículo de investigación

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Ciencias Sociales y Económicas

Abstract: The research proposes a training program in which leadership and empowerment are contemplated as the concepts to be continuously improved. These terms involve strategic planning as a mean to achieve it; the focus is to accomplish a competitive advantage among area managers and supervisors of a ceramics company. Upon the request of the production manager trying to join efforts to increase productivity and generate an adequate work environment and direct it to the achievement of objectives. These will be defined and evaluated with the application of a measurement instrument, which will allow to obtain the degree of performance that the employees of their daily activities have been developing in leadership and empowerment. The main characteristics that a leader should have, as well as, the most important points for the development of empowerment under inferential statistical programs for their validation and reliability, will be evaluated. This will provide the type of leadership that area managers and supervisors have been developing and the degree of performance they are managing in terms of empowerment.Keywords: Attitude, leadership, empowerment, strategic planning, competitive advantage.

1. INTRODUCCIÓN

La actitud es una manera consistente de pensar, sentir o responder ante algún aspecto del ambiente. Al implementar un sistema de calidad en cualquier organización, la actitud del personal pocas veces es tomada en consideración, lo cual desencadena con-flictos emocionales que afectan tanto al comporta-miento humano como a las respuestas esperadas para el éxito de la empresa. La actitud está ligada a un rol personal espontáneamente desempeñado, sin reflex-ión previa.

Los procesos de calidad buscan asegurar la plena satisfacción de los clientes y superar sus expectativas mediante la intervención de todos quienes forman parte de la organización. La investigación tiene como finalidad fomentar el aprendizaje continuo y generar entre los jefes de área y supervisores, un liderazgo eficaz para desarrollar el potencial humano y brin-dar la calidad que el cliente espera en los productos cerámicos a través de un plan estratégico.

La carencia de capacitación de las empresas mex-icanas es una de las razones que dan la pauta para la realización de una propuesta que permita entre

los jefes de área y supervisores de una empresa de cerámicos, adquirir un compromiso de liderazgo para impulsar los cambios de comportamiento que afectan la productividad y la convivencia dentro de su ambiente laboral, así como despertar en ellos la innovación, la comunicación y el desarrollo de po-tencial humano para generar una ventaja competiti-va entre ellos y el medio exterior.

Por lo anterior, el objetivo de este trabajo es diseñar un modelo para evaluar a los jefes de área y supervisores en cuanto a su desempeño de lider-azgo y el desarrollo del empoderamiento, mediante programas estadísticos inferenciales para su vali-dación y confiabilidad.

2. MATERIAL Y MÉTODOS

El tema de investigación se desarrolla en una planta de cerámica, la empresa actualmente no cuenta con ningún tipo de certificado de calidad. La inquietud que presenta el director de la planta es de-sarrollar equipos de trabajo que le permitan organi-zar a los jefes de área y supervisores para que sean capaces de desempeñar un liderazgo eficaz, que les

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permita guiar al personal que tienen a su cargo, permitiendo con ello un desarrollo del empoderamiento y así en un futuro se pueda obtener un sistema de gestión de calidad para la empresa.

El instrumento de medición es una encuesta que se realiza a una muestra de la población de los oper-adores (Ver tabla 1). Con el resultado que arroje se evaluarán las expectativas que los operadores tienen de sus jefes (representados por supervisores y jefes de área).

Tabla 1. Esquema del instrumento de medición

La presente evaluación tiene como finalidad conocer tus expectativas acerca del rendimiento en su tra-bajo de los supervisores y jefes de área, de los cuales recibes instrucciones para realizar tus actividades. Te pido ser sincero en tus respuestas ya que de ellas depende la capacitación de los mismos. Te recuerdo

que esta información es confidencial. Gracias.

(1) Totalmente en desacuerdo (2) Desacuerdo (3)De acuerdo (4) Totalmente de acuerdo

1.- Te proporciona la seguridad y confianza para cumplir con los planes de producción

Supervisor 1 2 3 4

Jefes de Área 1 2 3 4

2.- Respeta tus ideas, opiniones y punto de vista con respecto a las actividades diarias.

1 2 3 4 1 2 3 4

3.- Da las ordenes de forma entusiasta logrando con ello animarte a la realización de las mismas

1 2 3 4 1 2 3 4

4.- Te brinda la oportunidad de participar en las decisiones que con llevan a la realización del producto.

1 2 3 4 1 2 3 4

5.- Se interesa por tu estado físico y emocional, preocu-pándose por el rendimiento que puedas dar para realizar tu trabajo.

1 2 3 4 1 2 3 4

Se utiliza la escala de Likert para la recolección de datos, la cual consiste en un conjunto de preguntas en forma de afirmaciones que exige el punto de vista de lo sujetos ante situaciones de su realidad.

La escala propuesta es de 1 a 4:1.- Totalmente en desacuerdo2.- Desacuerdo3.- De acuerdo4.- Totalmente de acuerdo

Esta se encuentra estructurada en dos partes: la primera indica el objetivo o finalidad de la aplicación de la encuesta y la segunda muestra 22 rubros clasificados en aspectos o puntos que permiten el correcto desempeño del liderazgo y el empoderamiento.

Las variables en estudio son, en el área de liderazgo: conocimiento, comunicación y motivación; del lado del empoderamiento: seguridad, confianza y respeto (Ver Tabla 2)

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Tabla 2. Variables de análisis

Variables del rubro liderazgo

No. de variable de acuer-do con su posición en el

instrumentoSub. variable que implica

1.- Conocimiento

X1 Planear

X6 Ordenar tareas a realizar

X9 Guiar

X10 Enseñar

2.- Comunicación

X7 Desarrolla conocimientos

X8 Dirige

X13 Identifica capacidades

X14 Fija objetivos

3.- Motivación

X2 Respeto de ideas

X3 Entusiasmo

X4 Brinda oportunidad

X5 Interés

X11 Reconocimiento

X12 Comprensión

Variables del rubro empoderamiento

No. de Variables de acuer-do con su posición en el

instrumentoSub-Variables que implica

4.- Seguridad y con-fianza

X15 Ordenado

X16 Brinda confianza

X18 Flexibilidad

X19 Resolución de Problemas

X22 Canales de comunicación

5.- RespetoX17 Espera resultados

X20 Cooperación

2.1 Análisis de los datos

Antes de la aplicación del instrumento se hacen varias visitas a la empresa para conocer las áreas, lo cual permitirá conocer al personal en estudio.

Los datos de la encuesta se obtienen de los oper-adores, quienes son los que perciben el desempeño del liderazgo de los jefes de área y supervisores, el número poblacional de estos es alrededor de 60 personas, pero se trata de una empresa que man-tiene personal eventual, llegando a tener en ciertos meses del año sólo a 50% de éstos. Y para tener re-sultados confiables de la percepción, se tomó la de-

cisión de analizar al 100% al personal, siendo ésta de 30 personas activas todo el año, ya que se trata de una población muy pequeña.

El nivel de confianza (α = .05) aceptamos un 5% de probabilidades de error al rechazar la hipótesis nula cuando esta es verdadera. Se trata de minimizar el denominado error Tipo I.

La prueba estadística para este caso es t de student. Aunque es considerada para muestras pequeñas con respecto al tamaño de la población, por interés del jefe de producción se decidió tomar 30 personas, toda la población, para el estudio estadístico.

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Para el análisis de los datos, se obtiene un concen-trado de los resultados expuestos en las encuestas, mismos que se ordenan para obtener el porcentaje de ocurrencia del evento. Este porcentaje nos indica el grado de necesidad de capacitación que tienen los jefes de área o supervisores, según corresponda, de acuerdo con el rubro que se esté evaluando.

Para verificar la validez del instrumento de medición se procedió a utilizar la prueba t en los 30 datos obtenidos. La hipótesis utilizada, consideran-do la media crítica son:

Ho: Hipótesis nula H1: Hipótesis alternativa

Ho: μ < 2.5H1: μ ≥ 2.5

La μ representa la media de las frecuencias de los valores en la técnica de Likert y es valor mínimo para ser aceptada la hipótesis nula, de lo contrario se rechaza y se acepta la hipótesis alternativa, la cual nos indica el correcto desempeño de esa vari-able dentro del grupo de encuestados. La hipótesis nula nos indica el incumplimiento de las variables en el grupo de encuestados.

La prueba estadística para este estudio es la sigui-ente:

= Medias = Desviación estándarn = Número de datos.t = Valor calculado

El criterio de rechazo es /to / >t α / 2, n – 1 ; donde > t α

/ 2, n – 1 denota el punto porcentual α / 2 superior de la distribución t con n – 1 grados de libertad. α = 0.05

Si t > 2.045 se rechaza la hipótesis nula

Si t ≤ 2.045 no se rechaza la hipótesis nula

3. RESULTADOS Y DISCUSIONES

Como se muestra en la tabla 3 existen dos varia-bles que fueron rechazadas por la hipótesis nula, lo que indica que se toma como la hipótesis alternativa como afirmación. Para los supervisores es notable ver que las únicas sub-variables que fueron recha-zadas por la hipótesis nula fueron en el campo del conocimiento y en los rubros que indican que estos únicamente se limitan a ordenar y a enseñar la for-ma correcta de realizar las tareas. El resto de las va-riables no fueron rechazadas por la hipótesis nula, lo que indica un incumplimiento de estas variables y es necesaria una capacitación.

Tabla 3.Análisis inferencial para supervisores

Vari-

able

Frecuen-

cia

X (X-X)2

to De-cisión

tomadaX6

83 2,77 0.81 2.401 Rechaz-ar Ho

X1086 2.87 1.00 3.302 Rechaz-

ar Ho

En la tabla 4 se observa que existen tres variables que fueron rechazadas por la hipótesis nula, lo que indica que se toma la hipótesis alternativa como afirmación. Se encuentra que existe también existe un cumplimiento en la sub-variable por parte de los jefes de área que se limitan a ordenar las tareas a realizar. También, en este grupo de individuos exis-te otro rubro importante que fue rechazado demos-trando con ello que es ordenado en sus actividades y expande este orden con todos a fin de mantener el control en la realización del producto y tiene los conocimientos necesarios para la resolución de pro-blemas de las actividades diarias.

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Tabla 4. Análisis Inferencial para jefes de área

Variable Frecuencia X (X-X)2

toDecisión

tomada

X6 84 2.8 0.95 2.717 Rechazar Ho

X15 87 2.9 1.16 3.623 Rechazar Ho

X19 85 2.8 1.02 3.019 Rechazar Ho

El liderazgo que actualmente se desarrolla en la em-presa se encuentra mayormente arraigado en la jefa-tura de producción, la cual delega las responsabili-dades a cada uno de los jefes de área, dando como ejemplo el ordenar y exigir las actividades requeri-das para la fabricación de los productos y la optimi-zación de resultados en la calidad de los mimos. El jefe de producción desarrolla un liderazgo autorita-rio, influenciado por el dueño de la empresa, mismo que limita los recursos económicos, tecnológicos y humanos para el correcto desempeño de las activi-dades que todo el personal realiza. Este liderazgo es manifestado de diferentes formas, como son, las de inspirar temor al despido, señalar las faltas para lue-go presentar la infracción y el de preocuparse sólo por el objetivo. En otras palabras, hace del trabajo una orden que hay que cumplir.

Dentro de las funciones que tanto el jefe de produc-ción, los jefes de área y los supervisores desconocen acerca del liderazgo se encuentran:

Prevenir. - Hacer un cálculo y preparar los objetivos futuros. Esto se logra definiendo obligaciones y responsabilidades, además de tener en cuenta el ambiente laboral, las actitudes y los intereses de cada persona.Planear. - Realizar por escrito un plan elaborado a

fin de cumplir con los objetivos antes señalados. Para esto es necesario actuar en equipo y decidir el periodo de tiempo para cumplir lo pactado.Organizar. - Dotar a los subordinados de todos los elementos necesarios para la fabricación de los productos. Es necesario contar con instrumentos muy útiles, tales como, organigramas, reglamentos, normativas, etcétera.Mandar. - Comunicar la ejecución de las decisiones pactadas y orientar los esfuerzos hacia una visión común. Esto se manifiesta a través de órdenes meditadas y ejecutadas sin titubeos.Coordinar. - Establecer la armonía entre los subordinados y sus respectivas tareas, a través el trabajo en equipo, promoviendo una misión y una visión de compromiso hacia un fin común.Controlar. - Asegurar que todos y cada uno de los subordinados cumplen con lo pactado. Se debe verificar a todo momento el plan establecido, analizando los cambios presentados y comprobando una buena comunicación.

3.1. DISEÑO DEL MODELO DE CAPACI-TACIÓN BASADO EN LA PLANEACIÓN ESTRATÉGICA Y LA VENTAJA COMPE-TITIVA

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Desafortunadamente en nuestro país exis-ten muchos empresarios que no se preocu-pan por la capacitación de sus empleados, por considerarlo una pérdida de tiempo y capital, pero se sabe que el éxito de una em-presa radica en la educación y preparación, además de la alta autoestima, de sus colabo-radores, lo cual lleva una motivación ade-cuada para el correcto desarrollo de sus ac-tividades. Es importante recordar el primer punto de la doctrina de Kauro Ishikawa: “La calidad empieza con la educación y termina con la educación”, para poder entender esta situación.

De acuerdo con Porter (2002), la ventaja competiti-va es una capacidad para mantener un rendimiento superior durante un largo periodo de tiempo. Esta ventaja comienza con el análisis sistemático de la empresa y el sector en los que la organización fun-ciona; se puede desarrollar en varios niveles o en-tornos, mismos que deben competir entre sí por la supervivencia y el éxito de su organización.

Michael Porter (2002) propone en su modelo “cin-co fuerzas” los sectores esenciales que la dirección de la empresa tiene que entender:

1) La estructura competitiva dentro de la empresa.

2) La amenaza de las empresas recién incorporadas.

3) La amenaza de productos o tecnologías sustitutivos.

4) El poder de los abastecedores y

5) El poder de los clientes.

Esto es sólo un instrumento que nos permite visualizar de manera más objetiva la situa-ción de la empresa en relación con el entorno social, aunque para este caso de estudio nues-tro principal interés radica en el primer punto marcado por el modelo de Porter.

El objetivo general del modelo es impulsar el correcto desempeño del liderazgo y el empo-deramiento entre los supervisores y jefes de área dentro de la empresa, bajo la estructura de una ventaja competitiva.

3.2. METODOLOGÍA DE LA CAPACITA-CIÓN

Abarcando el rubro de liderazgo, el modelo de cali-dad para la capacitación debe tener y cumplir con las siguientes variables:

3.2.1 ConocimientosUno de los principales conocimientos que cualquier jefe de área o supervisor debe tener es el de los pla-nes a seguir para una óptima producción, a su vez debe cumplir con una actitud empática que le permi-ta dar las órdenes de una forma correcta para que se lleven a cabo los panes marcados.

Además del amplio conocimiento del proceso de producción, los individuos en estudio tendrán que saber guiar a los subordinados en sus actividades dia-rias, desarrollando la comprensión y la cooperación de todos.

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3.2.2. ComunicaciónLa comunicación es la principal herramienta para desarrollar los conocimientos técnicos de los cola-boradores, la cual permite un entendimiento en la realización de las actividades (Munch 2006). Una manera fácil de comunicarse es enseñar de manera práctica las actividades a realizar, tenien-do las nociones de lo que realiza cada uno de los operadores o subordinados encargados de efectuar ciertas tareas, además de estar al pendiente e identi-ficar las capacidades de cada uno de ellos con el fin de promoverlos. Este rubro es importante plantear de forma clara los lineamientos a seguir y fijar los objetivos a alcanzar, a fin de tener un control en la productividad.

3.2.3. MotivaciónPara este rubro se plantea un ambiente de armonía y entusiasmo, el cual brinde al subordinado la con-fianza para expresar sus ideas, opiniones y puntos de vista para el mejoramiento de las actividades diarias.

Brindar la oportunidad de participar en las decisio-nes que conllevan a la realización del producto y comprender las contribuciones que los subordina-dos hacen para la realización del mismo, permite reconocer el esfuerzo y valorar el trabajo de ellos. Además, el jefe de área o supervisor debe tener en cuenta el interés por el estado físico y emocional de los subordinados, preocupándose por el rendimien-to que ellos puedan dar a la realización del produc-to, reconociendo el esfuerzo y valorando el trabajo de una forma humana y de manera personal.De acuerdo con Blanchard (2006), el empodera-miento es la facultad de delegar poder, pero ¿cómo

y de qué manera? Para ello se consideran las siguien-tes variables, las cuales deben ser cubiertas con el fin de incrementar la ventaja competitiva entre los jefes de área y supervisores.

3.2.4. Seguridad y confianzaUna de las principales características de todo jefe es el de ser ordenado en sus actividades, a fin de difun-dirlo a todos los subordinados de manera honesta, creando un ambiente de confianza a través de las ac-ciones que éste realiza.

La flexibilidad es otra característica primordial de todo jefe, ya que con ella se logra orientar y resolver los problemas que el personal va reflejando en sus actividades diarias, brindando la seguridad de haber realizado el trabajo correcto.

3.2.5. RespetoEste punto de suma importancia nos lleva a una pa-labra clave para todo jefe, que es la paciencia; no to-dos los seres humanos tenemos el mismo coeficiente intelectual, lo que genera que existan confusiones y desacuerdos en ciertas ocasiones. Para esto, el res-peto y la tolerancia permiten mostrar y enseñar las correcciones a las fallas en las actividades y gene-rar la cooperación de todos los subordinados. Todo permite la participación de todos para alcanzar las metas fijadas.

Los anteriores puntos han mostrado que si se tiene un cumplimiento de estos se puede generar una ven-taja competitiva entre los jefes de área y superviso-res de la empresa de cerámicos, con los cuales al ser cumplidos de forma constante se alcanza la mejora continua, que conlleva a un incremento en la produc-tividad. (Ver Figura 1)

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La mejora continua es un proceso que se encuentra involucrado en todo el modelo de capacitación, ya que un incremento en el desempeño de los rubros mencionados permite favorecer las actividades de los supervisores y jefes de área, generando con esto una ventaja competitiva entre los mismos e impulsando el crecimiento personal y grupal.

3.3. Misión de la propuesta

Impulsar entre los jefes de área y supervi-sores un interés de aprendizaje mediante la capacitación, desarrollando sus habilidades y conocimientos a través de su liderazgo y empoderamiento, permitiéndoles guiar a sus subordinados hacia el incremento de la pro-ductividad y el desarrollo de un ambiente la-boral digno.

3.4. Visión de la propuesta

Desarrollar planes estratégicos que generen

un aprendizaje continuo e impulsen una ventaja competitiva entre los empleados de la empresa con el fin de incrementar la productividad.

4. CONCLUSIONES

El conocer los conceptos y tipos de liderazgo, así como tener bien clara la definición de empoderamiento, permitirá que los jefes de área y supervisores enriquezcan sus conocimientos y adquieran las habilidades para el correcto desempeño de su cargo y con ello crear los canales

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de comunicación propicios para que la información fluya y los objetivos sean entendidos y alcanzados dentro de la organización.

Los conocimientos obtenidos de la capacitación permitirán a los colaboradores de la empresa de cerámicos, mejorar continuamente en sus actividades y despertará en los supervisores y jefes de área el interés por adquirir una ventaja competitiva frente a su grupo de trabajo.

Como resultado del instrumento de medición y con los resultados que arrojó el análisis inferencial se observó que el tipo de liderazgo que predomina en la empresa es el de tarea, pero con la implementación de programas de capacitación permitirá que los empleados adquieran un sentido de responsabilidad por el aprendizaje y extiendan sus conocimientos para el correcto desempeño de su trabajo, mediante la aplicación de otro tipo de liderazgo.

Con base en los resultados obtenidos por el análisis inferencial, se tiene que las variables que se alcanzaban a cubrir por la hipótesis nula son los que se relacionan con el ordenamiento de las tareas y la forma de enseñar a la realización de la misma, pero

en ningún momento se acepta la motivación como parte del cumplimiento, además de no aceptar la comunicación, el respeto, la seguridad y confianza como parte central del trabajo diario.

El modelo que se planteó hace énfasis en ampliar los conocimientos académicos y técnicos de los supervisores y jefes de área, pero además ampliar las expectativas de estos para generar una competencia sana que involucre el desarrollo personal y la iniciativa por mejorar continuamente en sus actividades diarias. La calidad humana juega un papel primordial para esta capacitación, permitirá generar la confianza y el respeto por el ser humano, el cual necesita la motivación y la seguridad por sentirse aceptado, valorado y útil en esta sociedad y principalmente como pieza clave de la empresa (Chiavenato 2007).

El programa de capacitación es una alternativa que el jefe de producción tendrá en sus manos, sólo es decisión de éste para que se lleve a cabo. Una vez implantado el programa se recomienda tomar esta alternativa como medida para incrementar el correcto desempeño del liderazgo y el empoderamiento entre los jefes de área y supervisores de la empresa de cerámicos.

5. BIBLIOGRAFÍA

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[9] Porter. M. (2002). Ventaja competitiva. Ed. CECSA.[10] Reza. T. J. (2014); El empresario hábil 1 Ed. Ecafsa. [11] Rodríguez. V. J. (1998). Cómo aplicar planeación estratégica a la pequeña y mediana empresa. Ed.

ECAFSA. México,[12] Senlle. A. (2000); Calidad y liderazgo. Ed. Gestión 2000 S.A.[13] Mendenhall, W. (2010); Introducción a la probabilidad y estadística. Ed. Cengage Learning

Editores, S.A. de C.V.

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Estudio morfométrico y fisiográfico de la subcuenca hidrológica del río Quiotepec, Oaxaca (RH28Af), mediante el uso de SIG

Naranjo-Luna, Francisco1, Gorgonio-Ramírez, Montserrat2, Clark-Tapia, Ricardo2

Autor por Correspondencia:[email protected]

Área Temática: Ciencias de la Tierra

1Jefatura de Ingeniería Forestal. Instituto Tecnológico Superior de Jesús Carranza. 2Profesor-Inves-tigador en la Universidad de la Sierra Juárez.

RESUMEN: Las cuencas hidrográficas son tema importante en lo económico, social y bioló-gico. Por ser fuente y captación de agua, es preciso conocer su morfología y fisiografía como herramienta para plantear un manejo integral. El objetivo de este estudio es calcular los pará-metros morfométricos y fisiográficos de la subcuenca del Río Quiotepec en la Sierra Juárez, Oaxaca, obteniendo como resultado un relieve de 5 a 3361 msnm. El área es de 4944.73 km2 y un perímetro de 435.73 km, lo cual la determina como una subcuenca grande. La longitud del cauce principal es de 123.17 km. Los coeficientes de forma son <1, considerándose como una subcuenca de forma alargada y dentro de ella sus microcuencas también. Se delimitaron siete microcuencas mediante el uso de un Modelo Digital de Elevación, la microcuenca menor tiene una superficie de 78 km2 y la mayor de 800 km2. La densidad hidrológica es de 1,090 corrientes distribuidas en nueve órdenes, lo que significa que hay altos niveles de escorrentías y de velo-cidad de desplazamiento. Es una subcuenca joven de acuerdo a su hipsometría (exponencial). Las pendientes van del 11% al 35%, considerando a estos indicadores erosivos, principalmente de arrastre de sedimentos. Esto permite plantear una recomendación para la gestión integral de esta subcuenca que posibilite el buen uso de los recursos naturales.

PALABRAS CLAVE: Curva hipsométrica, recurso hídrico, Sistemas de Información Geográfica, Mo-delo Digital de Elevación.

Ciencias de la tierra


18ISSN: 2594-2093

ABSTRACT: Watersheds are an important issue in economic, social and biological context, due to they are a catchment water and biodiversity source, therefore it is important to know their morphology and physiographic as tool to propose an integral management. The aim was to calculated morphometric and physiographic parameters in Quiotepec River sub-watershed in Sierra Juarez, Oaxaca. The relief is from 5 to 3361 m. The area is 4944.73 km2 with a perimeter of 435.73 km, which is determined as macro watershed. The mainstream length is 123.17 km. The form factor is <1, therefore it is considered as elongated, as well as, seven micro watershed identified, which were delimitated using an DEM, the minor micro watershed has a surface of 78 km2 and the mayor is 800 km2. The hydrological density is 1090 streams in nine orders, this indicate there are high levels of runoff and displacement velocity. This is a young sub-watershed according to its hypsometry (exponential). The slope range is 11% to 35%, we consider these indicators as erosive, and mainly sediments drag. This study gives a recommendation about integral management in this sub-watershed.KEYWORDS: Hypsometric curve, water resource, Geographic Information Systems, Digital Elevation Model.

INTRODUCCIÓNLa delimitación de la cuenca hidrográfica es con-siderada la primera medida para el diseño de pro-gramas para el aprovechamiento de los recursos naturales. De esta delimitación resulta un efecto sombrilla de las acciones sobre los ecosistemas presentes en el área de la cuenca. El hecho de tener documentadas las características que des-criben a una cuenca hidrográfica en cualquiera de sus niveles (cuenca, subcuenca, microcuenca), permite la toma de decisiones a las autoridades competentes (ejidal, comunal, municipal y/o esta-tal) (Cotler, 2004). En la actualidad se cuenta con un conjunto de herramientas que pueden ayudar a procesar información por medio de hardware, software, datos cartográficos y geográficos, todo esto es conocido como Sistemas de Información Geográfica (SIG) (Verdin & Verdin, 1999). En Mé-xico se están desarrollando programas de mane-jo de cuencas, como los promovidos por la Word Wildlife Fund (WWF) y la Fundación Gonzalo Río Arronte (FGRA) en las cuencas de los ríos Con-chos, Estado de Chihuahua; San Pedro Mezqui-tal, Estado de Durango, y Copalita-Zimatán-Hua-tulco, en el Estado de Oaxaca, con el objetivo de elaborar un modelo de manejo del recurso agua, con el cual se reconozca a los ecosistemas y preserve o restaure su funcionamiento natural (Cuevas et al., 2010; IDB, 2015; Garay y Agüero, 2018). Por lo anterior surge el interés de estudiar las características de la subcuenca hidrológica del río Quiotepec, Oaxaca (RH28Af), mediante el uso de los insumos de SIG, los cuales permitirán proponer un manejo integral, principalmente por ser una subcuenca importante para la región de la cuenca del Papaloapan (RH28), considerando

como objetivo de trabajo calcular y medir los pa-rámetros morfométricos y fisiográficos, con el fin de analizar e interpretar la respuesta hidrológica de este sistema, a fin de contribuir con la gestión y manejo integral de cuencas hidrográficas.

MATERIAL Y MÉTODOS

Descripción del área de estudio: La cuenca del río Quiotepec (RH28Af) se localiza en las coor-denadas geográficas 95º 53’ 59’’ W y 17º 37’ 47’’ N en el Estado de Oaxaca (figura 1). Es una cuenca que se comparte con 66 municipios, pero su cau-ce principal es compartido con los municipios San Juan Bautista Atatlahuca, San Juan Bautista Cui-catlán, Abejones, San Juan Quiotepec, San Pablo Macuiltianguis, Santa María Jaltianguis, Santa Ana Yareni y Valerio Trujano (Botello et al., 2006; INEGI, 2003). La geología está representada prin-cipalmente por rocas sedimentarias arcillosas de baja permeabilidad (lutitas, limolitas y calizas), ro-cas volcánicas de permeabilidad media y alta (ba-sálticas y andesíticas), rocas metamórficas de per-meabilidad baja (esquistos, cuarcitas y gneiss) y por rocas sedimentarias calcáreas de permeabili-dad alta (calizas y areniscas) (Gallo, 1997; Ochoa, 2001; INEGI, 2003). Cabe mencionar que esta cuenca posee una topografía compleja al estar localizada entre tres provincias fisiográficas: De-presión del Balsas, Valle de Tehuacán y Serranías Meridionales (INEGI, 2003).

La parte baja del cauce principal presenta una predominancia de clima árido - cálido (BS0(h’)w) con una temperatura media anual mayor a los 22ºC, que desciende a los 18ºC durante el mes

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más frío. Se presentan lluvias de verano y un porcentaje de lluvia invernal del 5% al 10.2% del total anual.

Figura 1. Ubicación geográfica de la subcuenca del río Quiotepec, dentro de la cuenca del río Papaloa-pan (RH28AF).

En la parte media del cauce principal se presen-ta un clima cálido (BS1(h’)w) con una temperatura media anual mayor a los 22ºC, y la temperatura del mes más frío es mayor de los 18ºC. En esta parte de la cuenca se presentan lluvias de verano con 5% al 10.2% de lluvia invernal del total anual. En la parte alta de la subcuenca se presenta un cli-ma semicálido subhúmedo del grupo C ((A)C(wo)), donde la temperatura media anual es mayor a los 18ºC, la temperatura del mes más frío es menor de 18ºC y del mes más cálido es mayor a los 22ºC. La precipitación del mes más seco es menor a los 40mm (INEGI, 1991; Enge y Whiteford, 1989; Gar-cía, 1998).

Insumos y requerimientos informáticos: Se utilizaron los softwares Arcview 3.2 y ArcGis 9.3 soportados en un equipo de cómputo portátil con la extensión Parallels 7.2 como plataforma de Win-dows 7. En cuanto a la información, se descargó cartografía vectorial a escala 1:250.000 de la pá-gina web del Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI) y de la Comisión Nacional de

Biodiversidad (CONABIO) correspondientes a las características geográficas de la subcuen-ca. Para poder obtener imágenes satelitales del estado real (2012) de la subcuenca se consultó Google Earth Pro.

Delimitación de microcuencas hidrográ-ficas: Para el análisis geoespacial se elaboró un Modelo Digital de Elevación (DEM por sus siglas en inglés: Digital Elevation Model). Se uti-lizaron las cartas topográficas digitales de cur-vas de nivel a escala 1:250.000, la cual fue cor-tada a la región de interés (espacio que ocupa la subcuenca). Teniendo como base el DEM se procedió a obtener una imagen Raster de acu-mulación, que indica las principales áreas don-de puedan encontrarse sumideros o espacios de captación de agua, con base en la variación altitudinal, lo cual permite identificar el punto de salida y el parteaguas de la cuenca. Se identifi-có la dirección y la acumulación de los flujos, y de acuerdo con las ramificaciones primarias de la cuenca se fueron eligiendo puntos de salida.


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El programa genera un polígono, siendo cada polígono los límites de cada una de las microcuencas identificadas.

Análisis morfometrico: Para estimar las características morfométricas se empleó el polígono de la subcuenca del río Quiotepec (RH28Af) en formato vectorial descargado de la página web de INEGI, y con las funciones de medición, cálculos y las tablas de atributos fue posible determinar por medio de la aplicación de los métodos cuantitativos los parámetros morfométricos que se indican en la tabla 1.

Tabla 1. Características morfométricas calculadas para la subcuenca del Río Quiotepec. Tabla de elaboración propia.

Características morfométricasFormula

Área de la cuenca (A) Espacio que ocupa la cuenca te-niendo el perímetro como límite.

Perímetro de la cuenca (P) Línea que delimita la cuenca.Longitud del cauce principal

(L)Distancia entre la desembocadura y

la parte inicial de la cuenca.Ancho (W) W=A/L Ec. (1)

Coeficiente de forma (F) F=(A/L)/L Ec. (2)Factor de forma de Horton (fh) fh= 1.41 A0.568 Ec. (3)Densidad de la Red de drejale

(d)d=L/A Ec. (4)

Índice de compacidad (kc) kc=0.28*(P/A1/2) Ec. (5)Índice de alargamiento (IA) IA =L/W Ec. (6)Pendiente de la cuenca (p) -

Curva hipsométrica -Orden de la corriente (O) -

RESULTADOS Y DISCUSIONES Topografía y delimitación de las microcuencas: El DEM que se obtuvo para identificar el relieve

presente en la región de la subcuenca del río Quiotepec muestra que se tiene un rango altitudinal de los 5 a los 3361 msnm. Teniendo como altitud media un valor de 1885 msnm, con valor de desviación estándar de 602.55 (figura 2). Cabe señalar que la información generada con el DEM es de alta resolu-ción, por lo que se pueden observar cada una de las variables altitudinales en la región.

Figura 2. Modelo Digital de Elevación (DEM) del terreno de la subcuenca del Río Quiotepec (RH28Af).

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En la determinación de las microcuencas dentro de la subcuenca del río Quiotepec se delimitaron siete microcuencas, por lo que se generó un polígono del parteaguas y dentro de ella la red hidrográfica que le corresponde a cada microcuenca (figura 3). Se puede observar que hay grandes diferencias en cuanto a la superficie que cada una de ellas ocupa (tabla 2). En el caso de la calidad y definición de los resultados obtenidos en la delimitación de las microcuencas con el uso de DEM, Delgado y Gaspari (2010) realizaron la delimitación de microcuencas probando tres métodos de SIG (a. Mediante una base de datos vectorial altimétrica; b. Usando como base el DEM; c. Mediante la base de un Raster altitudinal SRTM) y encontraron que el DEM proporciona una mejor información altitudinal, lo que permite distinguir mejor los detalles espaciales y como consecuencia una óptima descripción de cada elemento altitudinal. Lo mismo que sucedió al delimitar las cuencas del Río Quiotepec, donde es claro y de buena calidad la delimitación de las cuencas y óptimamente visibles los niveles altimétricos.

Figura 3. Delimitación de las microcuencas delimitadas dentro de la subcuenca del Río Quiotepec (RH28Af).

Análisis morfometricos (cálculo del área, el perímetro, la anchura y la longitud del cauce principal):

El área total de la subcuenca del Río Quiotepec ocupa una superficie de 4944.73 km2 por lo que es considerada como una cuenca de tamaño grande por estar entre el rango de los 2500 y 5000 km2 según la clasificación de Campos (1992), mientras que para las microcuencas las áreas calculadas se observan en la tabla 2. El área es una de las ca-racterísticas más importantes en la estructura de una cuenca, ya que cuando son de una superficie grande se le atribuyen mayores crecidas (Jiménez, 1992; Garay y Agüero, 2018).

El perímetro determinado para la subcuenca del

Río Quiotepec es de 435.73 km con una longitud del cauce principal de 123.17 km y un ancho pro-medio de 50.86 km, mientras que el perímetro de la microcuenca 5 es de 78 km siendo esta la más pequeña de las microcuencas delimitadas. La microcuenca con mayor perímetro es la 3 con un valor de 272 km (tabla 2). Las longitudes máximas y mínimas son de 89.36 y 21 mientras que los anchos promedios máximos y mínimos alcanzaron un valor de 4 y 19.42 km que corres-ponden a las microcuencas 2 y 5 respectivamen-te (tabla 2). Estas características son importan-tes ya que relacionándolas con el área pueden generar información de cómo es la forma de la cuenca (Docampo et al.,1989).


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Tabla 2. Valores de las áreas, los perímetros, longitudes y anchuras calculados para cada una de las micro-cuencas y en general para la cuenca del río Quiotepec (RH28Af). Tabla de elaboración propia.

Mc A (km2) P (km) L (km) W (km)1 899 189 66 18.52 800 145 49.51 19.423 2062 272 89.36 28.324 376 125 39.5 12.875 78 54 21 4.076 105 59 24.55 5.007 385 436 39.4 14.4

Total 4944.73 435.73 123.17 50.86N o t a : Mc: Mi-crocuen-ca; A: área; P: per íme-tro; L: longitud; W: an-cho.

Coeficiente de forma, índice de alargamien-to, coeficiente de compacidad y la densidad de drenaje: El coeficiente de forma obtenido para la subcuenca del río Quiotepec (RH28Af) es de 0.32. Para cada una de las microcuencas delimitadas se obtuvieron los siguientes valores: 0.20, 0.32, 0.25, 0.24, 0.17, 0,17 y 0.24 (tabla 3). Las cuencas que tienen un coeficiente de forma menores a uno, por lo general su forma es alargada y sujeta a pocas avenidas, mientras que cuencas con el coeficiente de forma mayor a uno son de forma redonda lo cual las haría susceptibles a avenidas rápidas o inten-sas (Guido y Busnelli, 1993; Horton, 1945). Por otra parte, una cuenca con un coeficiente de forma bajo está menos propensa a crecientes que una cuenca con un factor alto (Méndez et al., 2007).

Para comparar los valores de coeficiente de for-ma se calculó el índice de alargamiento, obteniendo un valor para la subcuenca de 1.65 y los valores determinados para las microcuencas (tabla 3). En

cuanto al coeficiente de compacidad de Horton (l) valor de la subcuenca es de 1.73 que le destina una forma oval-oblonga a rectangular-oblonga, que coincide con los valores propuestos por la ta-bla de compacidad Gravelius (Strahler, 1952).

El coeficiente de drenaje para la subcuenca toma un valor 0.02, y el valor máximo para las microcuencas es de 0.27 y el mínimo es de 0.04 (tabla 3). Horton (1945) propone que cuando los valores del índice de alargamiento son mayores a una unidad se trata de cuencas alargadas y valo-res cercanos a uno, se trata de cuencas con una densidad de drenaje en forma de abanico con un cauce principal corto. Es por ello que el valor de la cuenca del Río Quiotepec presenta un índice de alargamiento mayor a uno, lo que reafirma la for-ma que indicó el coeficiente de forma. Al igual que indica que es una cuenca resistente a torrenciales (Horton, 1945).

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Tabla 3. Valores obtenidos para el coeficiente de forma, coeficiente de compacidad, el índice de alarga-miento y la densidad de drenaje calculadas para cada una de las microcuencas y en general para la cuenca del río Quiotepec (RH28Af). Tabla de elaboración propia.

Mc F kc IA d1 0.20 1.77 2.16 0.072 0.32 1.43 1.71 0.063 0.25 1.67 2.87 0.044 0.24 1.80 2.42 0.105 0.17 1.71 3.87 0.276 0.17 1.62 3.57 0.237 0.24 6.22 1.65 0.10

Nota: Mc: Mi-crocuenca; F: coeficien-te de forma; kc: coefi-ciente de capac idad; IA: índice de alargamien-to; d: den-sidad de la red.

Red de drenaje: Con la metodología descrita fue posible calcular cada uno de los órdenes a par-tir del cauce principal, para lo cual se encontraron 6 órdenes de ramificación en la red hídrica (tabla 4). Las ramificaciones de segundo orden son las que presentan un mayor número de corrientes (608 co-rrientes) en comparación con las de quinto orden (126 corrientes) y la red hídrica clasificada por los órdenes a partir de su cauce principal para cada una de las microcuencas que anteriormente fueron delimitadas (figura 3). El INE en el 2004 define a la red de drenaje (red hídrica) como aquel sistema que ordena de manera jerárquica los cauces por ni-veles, es decir, desde los ríos pequeños hasta los grandes, que se van uniendo entre ellos hasta lle-gar al cauce principal. En este estudio el total de corrientes es de 1090, lo cual significa que su red de corriente presenta altos niveles de escorrentías y velocidades moderadamente altas de desplaza-miento del agua (INE, 2004).

Tabla 4. Principales características de la clasifi-cación en órdenes de la red hídrica. Tabla de ela-boración propia.

Orden de la corriente No. De corrientes.6 1965 6084 3043 1622 1261 296

Curva hipsometrica: La menor área acumula-da (10%) es representada por el valor altitudi-nal de 200 msnm, el punto en el cual se inició a delimitar la cota mínima siendo la cota máxima de 3300 msnm representada por un 100% del área acumulada sobre esa cota (figura 4). La tendencia de la forma de la curva hipsométrica indicó que se trata de una cuenca de edad o estado joven, debido a su creciente y a que su curva tiende a ser representativa de una fun-


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ción cuadrática (Llamas, 1993). Las diferentes formas que se pueden obtener en una curva hipsométrica es una actividad diferencial entre los procesos de construcción tectónica y la degradación causada por la erosión (Guerra y González, 2002). Desde otro contexto, la curva también indica el área drenada va-riando con la altura de la superficie de la cuenca (Aparicio, 1987, Ramírez et al., 2016).

Figura 4. Curva hipsométrica de la subcuenca Río Quiotepec (RH28Af).

Se determinaron los porcentajes de las pendientes de la cuenca, las cuales van de un rango de 0 al 33.35%, siendo las pendientes en un rango de 11.40 a 33.35 % las más representadas en esta cuenca, con un área acumulada del 100% (figura 5). La pendiente de la cuenca tiene una importancia relevante, principalmente para los indicadores de infiltración, escurrimiento superficial, humedad del suelo y con la contribución del agua subterránea al flujo de los cauces (Campos, 1992). Esta curva brinda información de la distribución de la superficie de acuerdo con la pendiente, en una relación con las altitudes. Las pen-dientes medias van a variar de acuerdo con las geoformas y con las características propias del sistema de avenamiento (Strahler, 1952). La curva de pendientes indica que un 50% del área posee vertientes y cauces con pendientes pronunciadas y el otro 50% presenta pendientes suaves, resultado de menores alturas. Pendientes sobre la media son indicadores de procesos erosivos (transporte y depósito) conse-cuencia por las velocidades de escorrentía del agua que son mayores en las áreas montañosas (Méndez et al., 2007).

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Las áreas a conservar son aquellas que presen-tan una mayor cobertura vegetal y se encuentran al contorno del cauce principal. Estas áreas estarán efectuando la función de captación y recarga de los mantos acuíferos de la red de drenaje; sin embargo, no es su única e importante función, sino que ade-más estas áreas conservadas actúan como filtros de contaminación, hábitat y medio de control de inun-daciones, entre otros (Benegas, 2009).

Otras áreas consideradas en esta propuesta son las que están siendo ocupadas para satisfacer la ne-cesidad hídrica de las comunidades establecidas a lo largo del cauce principal, ya que son estas áreas donde es más intensa la actividad humana y como consecuencia, también es mayor la contaminación del agua (Benegas, 2009).

Para poder llevar a cabo el manejo integral a par-tir de este estudio, sería necesario realizar una eva-luación de los componentes que propone Benegas (2009) y Ramírez y col. (2016) como son el Hidroló-gico/físico (evaluando el índice de escasez: a mayor escasez, mayor prioridad), Tecnológico/económico (balances de oferta y demanda: a mayor déficit entre oferta y demanda, mayor prioridad), Físico/biótico (Presencia/ausencia: a mayor presencia de ecosis-temas estratégicos, mayor prioridad), Sociocultural (número de conflictos y grado de afectación del re-curso: a mayor número de conflictos por uso, mayor prioridad) y Político/institucional (a mayor proporción de recursos disponibles, mayor prioridad).

CONCLUSIONESSe logró determinar parámetros e índices mor-fométricos de la cuenca del río Quiotepec me-diante el uso de SIG. Se puede aseverar que la utilización de estas herramientas tecnológicas es de gran ayuda en el estudio morfométrico de cuencas hidrográficas, concretamente los MDE, generados a partir de la captura de información mediante Sensores Remotos, los cuales junto con las herramientas de Procesamiento Hidrológico de MDE disponibles bajo ambiente SIG, confor-man una combinación eficaz para el desarrollo de estudios de morfometría en sistemas hidrológicos complejos. Así también, esta información puede servir para la toma de decisiones por las personas locales o bien por autoridades para la ejecución de mejores prácticas, pero sobre todo para el me-jor establecimiento de las comunidades humanas y actividades de conservación de los recursos forestales en comunidades que se rigen por el modelo de gobernanza de usos y costumbres. De manera particular con los resultados obtenidos la cuenca de río Quiotepec se concluye que se trata de una subcuenca grande de acuerdo a la clasi-ficación de Horton, considerando que esta sub-cuenca contribuye significativamente a la recarga de mantos acuíferos de la cuenca del Papaloa-pan, priorizando la necesidad de la conservación de la cobertura vegetal y memorizando el cambio de uso de suelo del territorio comprendido dentro de la subcuenca.

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Matemáticas

ANÁLISIS MULTINIVEL PARA MODELAR EL CRECIMIENTO FORESTAL

F. Valera-Rivera11,2* y E. P. Menéndez1

1 Facultad de Matemáticas. Universidad Veracruzana. Xalapa, Veracruz, México2 Área Académica. Instituto Tecnológico Superior de Perote. Perote, Veracruz, México

Resumen:

La modelación multinivel se ha aplicado notablemente en diversas disciplinas como educación y medi-cina; sin embargo, su aplicación para modelar del crecimiento forestal no se ha utilizado ampliamente en México. El presente trabajo compara tres modelos clásicos no lineales de crecimiento (Gompertz, Lo-gístico y Weibull) en árboles Pinus patula distribuidos en cuatro rodales, sin y con una estructura mul-tinivel con base en dos niveles de jerarquía. El valor del coeficiente de correlación intraclase de los tres modelos, varía entre 0.43 y 0.56, indicando que existe variación entre los rodales, permitiendo la aplica-ción del modelo multinivel en los modelos considerados. Para evaluar el ajuste de los modelos se usan los criterios AIC y BIC. El uso de la modelación multinivel proporciona un mejor ajuste para la altura de los árboles de esta especie comparado con el procedimiento clásico, colocando al modelo Weibull como el modelo que mejor se ajusta a los datos observados.

Palabras claves: Modelos de crecimiento, Análisis multinivel, Pinus patula.


28ISSN: 2594-2093

Abstract: The multilevel model has been widely applied in various disciplines such as education and medicine, however, its application in the modeling of the forest growth has not been widely used in Mexico. The present work compares three nonlinear classical growth models (Gompertz, Logistic and Weibull) in Pi-nus patula trees distributed in four stands, without and with a multilevel structure in two levels of hierar-chy. The value of the intraclass correlation coefficient of the three models varies between 0.43 and 0.56, indicating that there is variation between the stands, allowing the application of the multilevel model in the models considered. To evaluate the fit of the models, the AIC and BIC criteria are used. The appli-cation of the multilevel model provides a better fit for the height of the trees of this species compared to the classical procedure, placing the Weibull model as the model that best fits the observed data.

Keywords: Growth models, Multilevel analysis, Pinus patula.

1. INTRODUCCIÓNSe considera al manejo forestal como un proceso de toma de decisiones que permite administrar una masa forestal a través del tiempo. En otras palabras, el mane-jo forestal es un instrumento de gestión forestal de una planificación basada en la evaluación de las caracterís-ticas y el potencial forestal de la masa considerada.

El manejo forestal es un instrumento para alcanzar las metas que se fijan en cuanto al uso de los bosques. En este sentido, es necesario que se tomen decisiones pre-cisas en el tiempo apropiado, por medio de una planea-ción de las prácticas de manejo. Es indispensable tener información actualizada de los recursos forestales que se van a gestionar, así como de las características de las plantaciones. También es necesario realizar predic-ciones sobre el futuro desarrollo de los bosques (Riaño et al., 2015). Es decir, proporcionar información fiable sobre el potencial de producción maderable de diferen-tes especies de árboles (Blanco, 2013; Crecente-Cam-po, 2008; Hynynen, 2015).

En la actualidad hay una gran diversidad de métodos que se utilizan para predecir el crecimiento de los árboles en masas forestales. Una forma de construir un modelo de crecimiento es a través de métodos es-tadísticos con el uso de mínimos cuadrados ordinarios (MCO) para modelos lineales o mínimos cuadrados no lineales (MCNL) para modelos no lineales, como es el

caso de los modelos de crecimiento Gompertz, Logístico y Weibull. Sin embargo, los anteriores modelos conlle-van estimaciones sesgadas para los parámetros del mo-delo (Searle et al., 1992). En años recientes, el análisis de efectos mixtos para funciones lineales y no lineales (Restrepo et al., 2012), también conocido como análisis multinivel o modelos de efectos mixtos (Andréu, 2011), se han utilizado en la modelación forestal como un pa-radigma alternativo cuando los datos están estructurados de forma jerárquica (Calama y Montero, 2004; Riaño et al. 2015, Murillo, 2008), para considerar la variación de las variables en los niveles jerárquicos superiores e infe-riores. En México no se han encontrado aplicaciones del modelo multinivel en la actividad forestal.

Los modelos multinivel se han usado frecuentemente en áreas como la medicina o la educación y en menor me-dida en las investigaciones agropecuarias (Gómez et al., 2012). Estos permiten construir modelos donde la varia-ble respuesta es función de factores en los cuales están presentes los efectos fijos y los efectos aleatorios (Moli-nero, 2003; Goldstein, 2011; Pinheiro y Bates, 2000).

Los modelos de crecimiento forestal tienen uno o más parámetros a estimar a partir de los datos disponibles. En la literatura, la estimación de parámetros se ha reali-zado con modelos de regresión lineal o no lineal (Porté y Bartelink, 2002), como los modelos de: Gompertz, Logístico y Weibull, que consideran el cumplimiento de dos supuestos: la homocedasticidad en la varianza de

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los errores e independencia entre estos. Sin embargo, al aplicar técnicas de MCO sin que se cumplan los men-cionados supuestos produce una estimación sesgada del intervalo de confianza para el estimador del parámetro, considerando como significativas las variables que en la realidad no lo son (Calama y Montero, 2004). También los modelos de crecimiento que relacionan altura-edad tienen la cualidad de aumentar la variabilidad al incre-mentar la edad (heterocedasticidad). Estas consideracio-nes implican carencia de precisión y predicción de los modelos ajustados con las consideraciones clásicas.

Para validar la hipótesis de que la modelación multinivel proporciona un mejor ajuste para la altura de los árboles en comparación con el procedimiento clásico, el presente trabajo tiene como objetivo aplicar la modelación multi-nivel, con datos reales de la especie Pinus patula, desti-nados al crecimiento forestal (edad-altura), comparando los resultados con los tres modelos que son frecuente-mente utilizados en estudios de crecimiento forestal: Gompertz, Logístico y Weibull, (Aguilar, 1991; García, 1988; León-Sánchez et al., 2016; Santiago-García., 2013; Rodríguez-Carrillo et al., 2015). De este modo, también se pretende divulgar el empleo de este paradig-ma de modelación en el ámbito del crecimiento forestal en México.

2. MATERIAL Y MÉTODOS

2.1 Modelo multinivel

El modelo de regresión multinivel considera que existe un conjunto de datos ordenados jerárquica-mente, con una sola variable dependiente medida en el nivel más bajo, llamado nivel 1, y variables expli-cativas en todos los niveles superiores (De la Cruz, 2008). Para este trabajo se considera un modelo multinivel con estructura de dos niveles, donde el nivel 1 considera la variación interna de cada rodal debido a los árboles, mientras que el nivel 2 consi-

dera la variación entre los rodales. Para plantear el modelo multinivel, se parte del modelo clásico de regresión lineal, asumiendo que hay 4 rodales en el nivel 2 (la cantidad de 4 rodales se explica en la sección Aplicación con Pinus patula), con diferente número de árboles en el rodal j, donde

1, , ji N= K , j=1, 2, 3,4. El modelo de regresión

lineal simple para la variable respuesta ijy (altu-ra del árbol i en el rodal j) con una variable ex-

plicativa ijx (edad del árbol i en el rodal j), tiene la forma de la Ec. (1).

0 1ij j j ij ijy xb b e= + + Ec. (1)

En la Ec. (1), el coeficiente 0 jb , conocido como

intercepto, es la altura que el modelo pronosti-ca para un árbol cuando la edad tiene un valor

de cero. El coeficiente 1 jb , también llamado

pendiente de la recta de regresión, es el cambio que el modelo pronostica en la altura del árbol por cada unidad de incremento de la edad. El

término ije representa el error asociado a cada

pronóstico individual, es decir, la diferencia entre la altura real de cada árbol y la pronosticada por el modelo. Se asume que estos errores se distri-buyen normalmente con media cero y varianza

común 2s . También se asume que cada rodal

del nivel 2 está caracterizado por un diferente

intercepto 0 jb y por una diferente pendiente de

regresión 1 jb . Por lo tanto, los parámetros 0 jb

y 1 jb ya no se interpretan como constantes fijas, como el modelo de regresión clásico, sino que

Matemáticas

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consideran que sus valores pueden cambiar de un rodal a otro (Pardo et al, 2007). En otras palabras, tal y como se expresa en la Ec. (2), el intercepto se

forma por una parte fija 0g , que representa la altura

media de la población de árboles, más una parte

aleatoria 0 ju , la cual refleja la variabilidad de cada

rodal respecto a esa media poblacional; asimismo,

la pendiente de la regresión tiene una parte fija 1g

, que es la pendiente media que relaciona el cambio

de altura con la edad de los árboles en la población

de rodales, y una parte aleatoria 1 ju , que refleja la

variabilidad de las pendientes de los distintos roda-

les con respecto a esa pendiente poblacional media.

0 0 0

1 1 1

j j

j j

uu

b g

b g

= +

= +

Ec. (2)

Los errores del nivel del grupo, 0 ju y 1 ju , se asu-

men con media cero, independientes del error ije

en el nivel individual y con varianzas 20t y 2

1t , respectivamente. Ahora, sustituyendo los valores de

0 jb y 1 jb de la Ec. (2) dentro de la Ec. (1) y reor-denando los términos, para tener los efectos fijos al principio y los aleatorios al final entre paréntesis, se obtiene la formulación del modelo multinivel ex-presada por la Ec. (3).

( )0 1 0 1ij ij j j ij ijy x u u xg g e= + + + + Ec. (3)

Para evaluar el ajuste de los modelos se utilizaron el criterio de información Akaike y el criterio de

información bayesiana (AIC y BIC, por sus siglas en inglés, respectivamente). En estos dos criterios se distingue un mejor ajuste del modelo cuando se tiene un menor valor, o sea, un modelo con valores pequeños en los criterios implica una probabilidad mucho más alta de que sea más apropiado (Je-rez-Rico et al., 2011).

Para identificar el grado de variabilidad existente entre los rodales se empleó el coeficiente de co-rrelación intraclase CCI (Pardo et al., 2007). Para calcular el CCI es necesario construir el llamado modelo nulo, que es un caso especial del modelo multinivel completo dado por la Ec. (3). Es el mo-delo multinivel más simple que no tiene variable independiente, x , es decir, es un modelo que tiene únicamente intercepto, además en el nivel 1 adopta la forma de la Ec. (4).

0ij j ijy b e= + Ec. (4)

En este nivel, la altura de los árboles se interpreta como el resultado de combinar la altura media de

los árboles del rodal al que pertenecen, 0 jb , más el

error residual en torno a esa media, ije . Se asume que los errores residuales se distribuyen normal-

mente con media cero y con igual varianza 2s , en todos los rodales. En el nivel 2, que es el nivel de los grupos o rodales, la altura media de cada rodal,

0 jb , se interpreta como la suma de la media en la

población de rodales, 0g , más la variación aleato-

ria de cada rodal, 0 ju , en torno a esa media, tal y como se expresa en la Ec. (5).

0 0 0j jub g= + Ec. (5)

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Se asume que el componente aleatorio de este nivel,

0 ju , tiene media cero y varianza 20t . Sustituyendo

la Ec. (5) en la Ec. (4), se obtiene el modelo nulo, dado por le Ec. (6).

()0 0ij j ijy ug e= + + Ec. (6)

El coeficiente de correlación intraclase es un esti-mador de la proporción de varianza explicada por la estructura de la agrupación, dado por la expresión de la Ec. (7).

20

2 20

tr

t s=

+

Ec. (7)

En otras palabras, representa el grado de variabili-dad existente entre los distintos rodales, dada por

la varianza 20t , en comparación con la variación

existente entre los árboles del mismo rodal, dado

por 2s . Para valores cercanos a cero el CCI indica que la variabilidad entre rodales no existe y no es necesario construir un modelo multinivel, pero para valores cercanos a la unidad indica que la variación entre rodales sí es fuerte y se sugiere la construcción de un modelo multinivel. El modelo nulo, dado por la Ec. (6), permite estimar los valores de las varian-

zas, 20t y 2s , que posteriormente, al sustituir en la

Ec. (7), brinda la estimación del valor del CCI.

2.2 Aplicación con Pinus patula

Para el estudio se utilizan los datos correspondientes a la altura y la edad en cada uno de los 400 árboles

de la especie Pinus patula seleccionados aleato-riamente de cuatro rodales, que a su vez fueron seleccionados de un grupo de ellos; aunque finalmente sólo se pudo acopiar la información de cuatro de ellos. Es conocido que es poca la cantidad de unidades de segundo nivel, en este caso rodales, no obstante se decidió realizar el estudio, ya que uno de los objetivos del trabajo es la divulgación del empleo de este paradigma de modelación. En la tabla 1 se muestran la ubicación geográfica y el tamaño de cada rodal. Para el uso de un modelo multinivel se consi-deran dos niveles. En el primer nivel están las observaciones de los árboles individuales en los rodales, mientras que en el segundo nivel se consideran los cuatro rodales. En cada rodal se obtuvo la altura total (h) en metros como varia-ble dependiente y la edad (t) en años como va-riable independiente de cada árbol seleccionado aleatoriamente.

Con fundamento en la información proporcio-nada en la literatura existente sobre modelos de crecimiento forestal, se seleccionaron los tres modelos clásicos, que por su forma son consi-derados que mejor expresan la relación entre la altura y la edad. Dichos modelos se han usado en diversos estudios de carácter forestal (Agui-lar, 1991; Návar-Cháidez y Domínguez-Calle-ros, 2013; Pacheco et al., 2016; Escalante et al., 2012; Rodríguez-Shade, 2010).

Las gráficas y el ajuste de modelos se han ela-borado utilizando el lenguaje de programación de análisis estadístico R, versión 3.3.2, con las librerías nls2, para el procedimiento clásico, y lme4, para la modelación multinivel.

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Tabla 1. Rodales utilizados en el estudio.

Rodales Ubicación geo-gráfica

Tamaño de la

muestra

A 19° 46’ 42’’ N98° 05’ 52’’ O 26

B 19° 31’ 10’’ N97° 04’ 53’’ O 119

C 19° 24’ 58’’ N96° 55’ 28’’ O 121

D 19° 24’ 56’’ N96° 55’ 31’’ O 134

Total 400

Como un primer acercamiento al análisis del crecimiento de los árboles se aplica el modelo de regre-sión lineal simple a los datos observados sin considerar la estructura jerárquica de los mismos. La Fig. 1 muestra el gráfico de dispersión de los 400 árboles y la recta de regresión del modelo lineal ajustado, notándose que el modelo lineal obtenido no explica de manera adecuada la relación entre la altura y la edad de los árboles, ya que no muestra un comportamiento asintótico de la altura en la medida de que la edad aumenta, lo cual es típico en este tipo de relación entre las variables consideradas.

Figura 1. Gráfico de dispersión y recta de regresión ajustada sin considerar una estructura jerárquica.

Posteriormente, se grafican los tres modelos no lineales clásicos ajustados sin una estructura jerárquica: Gompertz, Logístico y Weibull para identificar el comportamiento de cada uno de ellos. La Fig. 2 mues-tra las curvas ajustadas de los tres modelos clásicos y el modelo lineal simple. Estas curvas evidencian que tampoco los tres modelos considerados explican adecuadamente la relación entre la altura y la edad

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de los árboles. En particular, si bien estos tres modelos presentan un comportamiento asintótico de la altura en la medida en que la edad aumenta, dicho comportamiento tiene a subestimar grandes valores de la altura.

A continuación se realiza una comparación del comportamiento del modelo lineal multinivel, bajo una estructura jerárquica, junto con los tres modelos de crecimiento clásicos Gompertz, Logístico y Weibull, previamente linealizados, es decir se considera que cada modelo clásico tiene una estructura jerarquiza-da comportándose como un modelo multinivel, con una parte de efectos fijos y otra de efectos aleato-rios. La tabla 2 muestra cada uno de los tres modelos de crecimiento clásicos en su expresión original y su forma linealizada.

Figura 2. Gráfico de dispersión y curvas ajustadas de los tres modelos no lineales y el modelo lineal sim-ple.

Tabla 2. Modelos de crecimiento clásico en su expresión original y linealizada. Las letras a, b y c repre-sentan los parámetros de los modelos en su expresión original.

Modelo Expresión original Expresión linealizada

Gompertz ( )c t be

h ae� ��

= ln ln a bc cth

� �= �� ÷� �

Logístico

1b tc

ahe

�=

+

ln a h b th c c�

= �

Weibull ()1cbth a e�= � ln ln ln lna b c t

a h� �= +� ÷��

Mientras que la tabla 3 se muestra la relación entre los parámetros de la expresión original (a, b y c) y la

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expresión linealizada ( 0g y 1g ), las letras 0g y 1g representan los parámetros de la parte fija del modelo

multinivel. Además se considera que la altura máxima de los datos observados es max 46.1h = metros.

Cabe agregar que el error ije de todas las observaciones se asume que cumple con la condición de nor-malidad, con media 0 y varianza constante .

Tabla 3. Relación entre los parámetros de la expresión original y linealizada de los tres modelos clási-cos.

Modelo Relación entre parámetrosPor la condición de normalidad

0ije =

Gompertzmax

0

1

1

a h

b

c

gg

g

=

= �

= �

Logístico

max

0

1

1

1

a h

b

c

gg

g

=

= �

= �Weibull

0

max

1

a h

b ec

g

g

=

=

=, ,a b cParámetros de la expresión ori-

ginal

0 1,g gParámetros de la expresión linea-

lizada

3. RESULTADOS Y DISCU-SIONES

Después de linealizar los tres modelos clásicos se aplica el modelo multinivel a cada uno de ellos para, primero, estimar el modelo nulo de cada modelo linealizado por medio de la Ec. (6) y se procede a calcular el CCI usando la Ec. (7). Los valores estimados de las varianzas del intercepto

20t y 2s , así como el CCI se muestran en la tabla

4. El modelo Lineal alcanza un valor de 0.5689,

mientras que el modelo Gompertz tiene un CCI de 0.4811, seguido de modelo Logístico con 0.4564 y del modelo Weibull con 0.4337; estos valores indican que la variación entre los rodales es signi-ficativa, por este motivo se justifica el empleo del análisis de los datos por medio de una estructura jerárquica, es decir, se justifica el uso del modelo multinivel para cada uno de los modelos clásicos ajustados linealmente.

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Tabla 4. CCI de cada modelo.

Modelo CCI20t

2s

Lineal 0.5689 75.7121 57.3762Gompertz 0.4811 0.3760 0.4055Logístico 0.4564 1.0830 1.2900Weibull 0.4337 0.7078 0.9242

Segundo, se aplica el modelo multinivel completo, dado por la Ec. (3). En la tabla 5 se muestran las estimaciones de los parámetros para el modelo lineal y la varianza de los errores de nivel 2 de los tres modelos clásicos.

Tabla 5. Parámetros estimados de los modelos empleando el modelo multinivel.

Modelo0g 1g

20t

21t

Lineal 8.16310 0.54990 8.52980 0.35820Gompertz 1.09519 -0.04620 0.00021 0.16516Logístico 2.76701 -0.08605 1.09421 0.05733Weibull -3.83260 1.05390 1.42520 0.17980

Los valores de la tabla 5 son utilizados para retornar a la expresión original de los modelos clásicos, para ello se emplean las relaciones entre los parámetros de la expresión original y linealizada, que aparece en la tabla 3. De esta forma, se obtienen los parámetros, a, b y c, de los tres modelos en su expresión origi-nal. La tabla 6 muestra los valores de cada uno de ellos.

Tabla 6. Parámetros de los modelos clásicos en su expresión original.

Modelo a b cGompertz 46.1 23.70767 0.04620Logístico 46.1 32.15630 11.62133Weibull 46.1 0.02165 1.05390

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Con estos valores se construyen los tres modelos de crecimiento clásicos y el modelo Lineal, tal y como se muestran en la tabla 7.

Tabla 7. Modelos de crecimiento clásicos y el modelo Lineal después de aplicar el modelo multinivel.

Modelo Expresión original

Lineal 8.1631 0.5499h t= +

Gompertz ( )0.04620 23.270767

46.1teh e

� ��=

Logístico32.1563011.62133

46.1

1th

e�=

+Weibull ( )1.053900.0216546.1 1 th e�= �

Se realiza una comparación de los modelos usando su expresión original y la expresión empleando el modelo multinivel. En las figs. (3a)-(3d) aparecen las curvas ajustadas que comparan las expresiones originales de los tres modelos clásicos y el lineal con las ajustadas con el modelo multinivel.

Figura 3a. Curvas ajustadas con la expresión original y el modelo multinivel del modelo Lineal.

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Figura 3b. Curvas ajustadas con la expresión original y el modelo multinivel del modelo Gompertz.

Figura 3c. Curvas ajustadas con la expresión original y el modelo multinivel del modelo Logístico.

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Figura 3d. Curvas ajustadas con la expresión original y el modelo multinivel del modelo Weibull.

Mientras que la Fig. 4 muestra las curvas de los modelos ajustados usando el análisis multinivel.

Figura 4. Gráfico de dispersión y las curvas ajustadas de los tres modelos no lineales y del modelo lineal usando una modelación multinivel.

Para determinar el mejor ajuste entre los modelos se estiman los valores de los criterios AIC y BIC para los modelos en su expresión original y en su expresión obtenida con multinivel. Los valores de cada cri-terio aparecen en la tabla 8 para los modelos obtenidos con el multinivel. Ahí se observa que los valores de los criterios AIC y BIC en los modelos usando multinivel son mucho más bajos que cuando se usan las expresiones originales. Esto da validez para señalar que el uso del análisis multinivel mejora, por

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mucho, el ajuste de las curvas con respecto a las expresiones originales.

Tabla 8. Criterios de selección del mejor modelo.

Modelo

AIC

Expresión

con original

BIC

Expresión

con original

AIC

Expresión

con multinivel

BIC

Expresión

con multinivelLineal 2505.134 2517.108 2262.1850 2286.1340Gompertz 2279.015 2294.981 571.0787 595.0275Logístico 2306.375 2322.341 902.6592 926.6080Weibull 2261.375 2277.341 420.6772 444.6260

Ahora, analizando únicamente los valores obtenidos con el análisis multinivel, el valor más bajo de AIC se da en el modelo Weibull, y el más alto en el modelo lineal. El mismo comportamiento se nota con el criterio BIC. Con estos dos criterios se puede establecer, en primera instancia, que el modelo que tiene mejor ajuste es el de Weibull. Este comportamiento se muestra en la Fig. 5, donde la curva ajustada tiene un mejor comportamiento con respecto a los datos observados.

Figura 5. Gráfico de dispersión y el modelo Weibull, que tiene el mejor ajuste al usar el modelo multini-vel.

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4. CONCLUSIONESLos valores de los criterios AIC y BIC muestran que con el uso del modelo multinivel se logra un mejor desempeño de los tres modelos de creci-miento clásicos, validando la hipótesis de investi-gación.

El patrón de crecimiento en la altura, de los árbo-les Pinus patula de los cuatro rodales estudiados y el modelo lineal, puede describirse a partir de un modelo multinivel con un buen valor en los criterios de ajuste AIC, BIC y correlación de efecto fijo. En la gráfica de la Fig. 5, los da-tos observados tienen un rápido crecimiento de la altura en los primeros 20 años de edad, para posteriormente entrar en una sección de mayor dispersión; sin embargo, la curva del modelo

de Weibull estima con un ajuste significativo el comportamiento de estos datos, siendo el modelo de crecimiento que mejor se ajusta a dichos datos observados. Por lo que, para las necesidades del manejo forestal el modelo multinivel proporciona el mejor ajuste.

5. AGRADECIMIENTOSEl primer autor agradece el apoyo del Programa para el Desarrollo Profesional Docente (PRODEP) por la beca ITESPE-005 otorgada para cursar el doctorado en matemáticas dentro del programa de doctorado de la Facultad de Matemáticas de la Universidad Veracruzana; así como al Instituto Tecnológico Superior de Perote por las facilidades para cursar dicho programa.

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43 ISSN: 2594-2093

Química

Eichhornia crassipes y su capacidad de bio-absorción de metales pesados en agua sintética

77Mata-García Moisés1, Hernández-Ramírez Daniel1, González-Jiménez Alondra Lilibeth1, Vázquez-Briones Ma-ría del Carmen1, Hernández y Oduña María Graciela1, Vázquez-Briones Manuel2*

*Autor por Correspondencia:[email protected]

01 (921) 21 101 60 ext 2027

Área(s) temática Química

1Universidad Tecnológica del Sureste de Veracruz. Av. Universidad Tecnológica. Lote grande No. 1. S/C. C.P. 96360. Nanchital, Veracruz-Llave, México.2Instituto Tecnológico Superior de Villa La Venta, Huimanguillo, Tabasco; Circuito Tecnológico No.1 Col. El Cuatro.

RESUMEN:

El presente trabajo estudió la capacidad de absorción de tejidos (hojas, tallos y raíz) de metales pesados (Cu, Fe y Pb) en agua sintética durante 0, 30, 60 y 90 minutos. La cuantificación de me-tales pesados se llevó a cabo despues de una digestión con ácido nítrico por espectrometría de absorción atómica de flama. Los resultados obtenidos en este trabajo mostraron que los tejidos de Eichhornia crassipes (hoja, tallo y raíz) presentaron capacidad de absorción de metales (Cu, Fe y Pb). Sin embargo, la raíz presentó mayor absorción de los metales Fe y Pb. Los valores de Fe en agua sintetizada tratada con la raíz de Eichhornia crassipes mostraron una disminución significativa (p˂0.05) al incrementar el tiempo a 90 minutos.

PALABRAS CLAVE: Agua, metales pesados, lirio acuático, bioabsorción, Eichhornia crassipes


44ISSN: 2594-2093

ABSTRACT: The present work studied the absorption capacity of tissues (leaves, stems and roots) of heavy metals (Cu, Fe and Pb) in synthetic water. The quantification of heavy metals was carried out after a digestion with nitric acid by flame atomic absorption spectrometry. The results obtained in this work showed that tissues of Eichhornia crassipes (leaf, stem and root) had metal absorption ca-pacity of Cu, Fe and Pb. However, the root presented higher absorption of Fe and Pb metals. The Fe values in synthesized water treated with the root of E. crassipes showed a significant decrease (p˂0.05) by increasing the time to 90 minutes.

KEYWORDS: Water, heavy metals, water lily, bioabsorption, Eichhornia crassipes.

INTRODUCCIÓN

El mundo atraviesa un estado de grave escasez de recursos, tanto renovables como no renovables. El agua constituye el principal recurso renovable. Sin embargo, el agua dulce disponible en la tierra es 2.5% del total de 1 386 millones de kilolitros cúbicos y solo un tercio de esta pequeña cantidad está dis-ponible para uso humano (Janaa, 2011). Aunado a esto, el rápido crecimiento de las industrias conduce a la contaminación ambiental. Esta contaminación puede ser transferida a través de masas de agua naturales o, indirectamente, a través de actividades económicas (Karlapudi, et al. 2018). Existen varias fuentes posibles para la contaminación del agua potable con metales pesados: fugas industriales, disolución de aire contaminado y disolución de im-purezas encontradas en sistemas de distribución de agua, desechos electrónicos, efluentes de curtidos (Ohara et al. 2015; Sarkar, et al. 2017). Se sabe que el Cu es un elemento esencial para la vida, mientras que otros metales, como el Pb son altamente tóxicos para todos los organismos, incluso en baja concen-tración (Jakimska et al. 2011; Remeikaitė-Nikienė et al. 2018). Por lo tanto, las personas se enfrentan a varios problemas de salud cuando utilizan agua contaminada por metales en sus hogares (Ahmed et al. 2016). Esto es a causa, de que, las propiedades del agua cambian por la presencia de metales pesa-dos (Ahmed, et al. 2016).El río Coatzacoalcos presenta en épocas de lluvia una gran cantidad de lirio acuático (Eichhornia cras-sipes), de esta planta se ha reportado que presenta una alta eficacia de eliminación de contaminantes y de metales pesados (Sanmuga y Senthamil, 2017). Sin embargo, Eichhornia crassipes ha ganado aten-ción debido a su alarmante capacidad reproductiva, que posteriormente conduce a daños ecológicos en

lagos eutróficos y su tolerancia a factores ecológi-cos. Los métodos tradicionales de eliminación me-cánica del lirio acuático tienen desventajas, debido a que derrochan este valioso recurso que puede ser utilizado en la fitorremediación del agua conta-minada (Wei et al. 2017). Por lo tanto, el propósito de este trabajo es evaluar la capacidad de absor-ción de tejidos: hojas, tallos y raíz de Eichhornia crassipes de tres metales pesados (Cu, Fe y Pb) en agua sintética, para que en trabajos posteriores se realicen pellets formulados a base de Eichhor-nia crassipes para el uso en tratamiento de agua.

MATERIALES Y MÉTODOS

La planta Eichhornia crassipes fue recolectada en el río Coatzacoalcos en las inmediaciones de la ciudad de Nanchital de Lázaro Cárdenas del Río, Veracruz, considerando 5 puntos de muestreo que se indican en la figura 1.

Figura 1. Punto de muestreo de Eichhornia crassipes.

Tratamiento de lirio acuático

La Eichhornia crassipes después de ser recolec-

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tada se trasladó a las instalaciones del laboratorio de análisis instrumental de la carrera de Ingeniería Química de la Universidad Tecnológica del Sureste de Veracruz. Posteriormente, se lavaron con agua de grifo hasta lograr la eliminación de tierra y hojarascas. Por último, fueron separados los tejidos del lirio (hoja, tallo y raíz).

Formulación de soluciones con metales pesados

Se prepararon soluciones en el laboratorio con una concentración conocida de metales: Cu, Fe y Pb (10 mg/L), a partir de estándares de 1000 ppm, grado analítico, marca MerckMR.

Tratamiento del agua sintetica con Eichhornia crassipes

Para el proceso de absorción de los metales presen-tes en las soluciones, se emplearon tres columnas de vidrio con un volumen de 600 mL a las cuales se les añadió 500 mL soluciones de metales con una con-centración conocida (10 mg/L). Con la finalidad de determinar qué parte de la planta posee mayor capa-cidad de absorber los metales (Cu, Fe y Pb) se rea-lizaron tres tratamientos: en el primer recipiente de vidrio se colocaron hojas, en el segundo recipiente se colocaron tallos y al último recipiente raíces de Ei-chhornia crassipes. A cada uno se le añadió una can-tidad de 10 gramos de tejido.

Se obtuvieron muestras de la solución (150 mL) a los 0, 30, 60 y 90 minutos tratada con los tejidos de la Eichhornia crassipes para posteriormente evaluar la concentración de metales. Los tratamientos se reali-zaron por duplicado.

Determinación de metales por Espectrometría de absorción atómica de flama

La cuantificación de metales (Cu, Fe y Pb) en mues-tras de agua tratada con Eichhornia crassipes se realizó por espectrometría de absorción atómica de flama (Besada et al. 2011). Utilizando un Espectróme-tro marca Perkin ElmerMR modelo Aanalyst 400 con lámpara de catado hueco para fierro, cobre y plomo. Se elaboró una curva de calibración con estándares de cada metal (Cu, Fe y Pb) de 0 a 10mg/L.

Análisis Estadístico

Se realizó un análisis de varianza y prueba de Tukey para evaluar diferencias entre las medias de los tratamientos utilizando el software Minitab 18 (Lead Technologies Inc., NJ). Una probabilidad < de 0.05 fue considerada estadísticamente sig-nificativa.

RESULTADOS Y DISCUSIONES

En la figura 1 se muestra la separación de los te-jidos de la planta Eichhornia crassipes que fueron utilizadas para la absorción de los metales Cu, Fe y Pb.

Figura 1. Tejidos de Eichhornia crassipes: raíz, tallo y hoja de izquierda a derecha.

De acuerdo con los resultados obtenidos en este trabajo, se da a conocer que tanto la hoja como el tallo y la raíz presentaron capacidad de absorción de metales (Cu, Fe y Pb), esto concuerda con lo reportado por Sanmuga y Senthamil (2017). La figura 2 muestra la curva estándar obtenida de cada metal (Cu, Pb y Fe).

Química

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Figura 2. Curvas estándar de metales a) Cobre, b) plomo y c) Fierro.

Respecto de los resultados obtenidos de la solución donde se añadió Cu, no se observó diferencia significativa (P≤0.05) en la absorción del Cu al comparar los diferentes tejidos (hojas, tallo y raíz). El tallo de la planta Eichhornia crassipes mostró la mayor absorción desde el minuto 30 aunque no fue estadísticamente significativo (P≤0.05). Esto concuerda con lo reportado por Soltan y Rashed (2003) ya que mencionan que el jacinto acuático (Eichhornia crassipes Mart. Solms) juega un papel sobresaliente como descontaminante de metales pesados.

Tabla 1. Concentración de Cu en agua sintetizada tratada con tejidos de Eichhornia

crassipes

Concentración de Cu (mg/L) __________________________________________________________

Tiempo (min) Hoja Tallo Raíz

0 10±0.0a 10±0.0 a 10±0.0 a

30 9.68±0.1 a 6.89±0.06 a 8.58±0.06 a

60 8.01±0.0 a 6.60±0.01 a 7.21±0.1 a

90 7.60±0.1 a 6.27±0.07 a 7.11±0.09 a

a-zDiferente letra indica diferencia significativa entre tratamientos, determinada por la prueba de Tukey (p˂ 0.05).

Por otra parte, los valores Fe en la solución mostraron diferencia significativa con una probabilidad ˂ 0.05 comparada con los valores de la solución que contenía Cu y Pb, como se observa en la tabla 2. Los valores de Fe en soluciones tratadas con raíz de Eichhornia crassipes mostraron una disminución signi-ficativa (P≤0.05) al incrementar el tiempo, esta tendencia fue similar a la reportada por Kumar y y Tripathi (2008) al evaluar la efectividad de tres macrófitas acuáticas Pistia stratiotes L., Spirodela polyrrhiza W. Koch y Eichhornia crassipes para la eliminación de metales pesados (Fe, Zn, Cu, Cr y Cd); sin embargo,

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ellos reportan una alta eliminación (>90%) de los metales durante 15 días de experimento en el agua, revelando sus resultados que E. crassipes fue más eficiente para la eliminación de metales pesados.

Tabla 2. Concentración de Fe en agua sintetizada tratada con tejidos de Eichhornia crassipes

Concentración de Fe (mg/L) __________________________________________________________


0 10±0.0a 10±0.0 a 10±0.0 a

30 4.60±0.02 b 4.37±0.03 b 5.79±0.0 b

60 3.92±0.02 b 4.23±0.04 b 1.86±0.05 c

90 3.23±0.2 b 3.81±0.04 b 1.61±0.02 c


La solución que contenía Pb tratada con la raíz de la planta Eichhornia crassipes presentó el menor valor de concentración de 4.26±0.02 a un tiempo de 90 min. A partir de 60 minutos los tejidos mostraron una disminución significativa. (Tabla 3). Por lo tanto, los tejidos (hoja, tallo y raíz) de Eichhornia crassipes presentaron la capacidad de adsorción del Pb como lo informa Soltan y Rashed (2003).

Tabla 3. Concentración de Pb en agua sintetizada tratada con tejidos de Eichhornia crassipes

Concentración de Pb (mg/L) __________________________________________________________


0 10±0.0a 10±0.0 a 10±0.0 a

30 9.20±0.00 a 7.50±0.0 a 7.49±0.0 a

60 8.99±0.04 b 5.31±0.05 b 4.29±0.01 b

90 8.76±0.09 b 5.13±0.04 b 4.26±0.02 b


CONCLUSIONES

De acuerdo con los resultados obtenidos en este trabajo, la raíz de Eichhornia crassipes presentó mayor absorción de metales (Pb y Fe). Mientras que para Cu el Tallo mostró mayor absorción. Por lo tanto, dependiendo del tipo de agua que se quiera tratar, considerando el tipo de metal a partir de algún tejido de Eichhornia crassipes se podría realizar la formulación de pellets para utilizarlos en el tratamiento de agua.

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49 ISSN: 2594-2093

Bioquímica e Ingeniería en alimentos


Control de Listeria innocua en quesos por Pediococcus acidilactici itv26 productora de bacteriocina

Micloth López del Castillo Lozano 1, Ricardo Hernández Lozano 2, Lilia Ortiz Rodríguez 3*,Cynthia Cristina Arci-la Lozano 4, Carmen Bulbarela Sampieri 5.

*Autor por Correspondencia:[email protected]

Área temática de la Investigación:Bioquímica e Ingeniería en Alimentos

Micloth López del Castillo Lozano, Investigador, Universidad Veracruzana; Ricardo Hernández Lozano, Ingeniero graduado en IIA, Instituto Tecnológico Superior de Perote; Lilia Ortiz Rodríguez, Profesora,

Instituto Tecnológico Superior de Perote; Cynthia Cristina Arcila Lozano, Profesora, Instituto Tecnológi-co Superior de Perote; Carmen Bulbarela Sampieri, Profesora, Universidad Veracruzana.

RESUMEN: El objetivo de este trabajo fue demostrar la actividad antimicrobiana de Pediococcus acidi-lactici ITV26 en contra de Listeria innocua AST-062, como bacteria contaminante en un modelo de queso almacenado en refrigeración a 12 °C. Diferentes lotes de quesos fueron inoculados al mismo tiempo con dos concentraciones de P. acidilactici ITV26 (103 y 107 UFC/g) y con tres concentraciones de L. innocua AST-062 (103, 105, y 107 UFC/g). Los resultados mostraron que Pediococcus fue capaz de inactivar par-cialmente a Listeria en el modelo de queso utilizado, manifestando una actividad principalmente del tipo bacteriostático. Debido a que el crecimiento de L. innocua es aún favorable en los quesos bajo condicio-nes de refrigeración, se propone evitar la contaminación de la leche y de sus productos derivados por esta bacteria patógena.

PALABRAS CLAVE: Queso, Listeria, Pediococcus, bacteriocina, seguridad alimentaria.

50ISSN: 2594-2093

ABSTRACT: The aim of this study was to demonstrate the antimicrobial activity of Pediococcus acid-ilactici ITV26 against Listeria innocua AST-062, as contaminant bacterium in a cheese model stored in refrigeration to 12 °C. Different batches of cheeses were inoculated at the same time with two different concentrations of P. acidilactici ITV26 (103 and 107 UFC/g) and three concentrations of L. innocua AST-062 (103, 105, and 107 UFC/g). The results showed that Pediococcus was able to partially inactivate Listeria in the cheese model used, showing a mainly bacteriostatic activity. Due to the remaining growth of L. innocua in the model cheeses storaged under refrigeration conditions, it is suggested to avoid the contamination of milk and its byproducts by this pathogen bacterium.

KEYWORDS: Cheese, Listeria, Pediococcus, bacteriocin, food safety.

INTRODUCCIÓN

Las bacterias ácido lácticas son un grupo het-erogéneo de bacterias reconocidas por la FDA como seguras para su uso y consumo en alimen-tos. Entre otras cosas, las bacterias lácticas se uti-lizan ampliamente en la industria de los alimentos por las características de sabor, aroma y textura que pueden impartir al medio o alimento donde son cultivadas. Asimismo, la producción de ácido láctico y otros compuestos con características antimicrobi-anas, como son las bacteriocinas, ha también per-mitido su empleo con fines de control de bacterias contaminantes, algunas de ellas potencialmente patógenas (1). Las bacteriocinas son compuestos peptídicos o pequeñas proteínas producidas por un gran número de bacterias lácteas, las cuales se ha demostrado que son capaces de controlar e in-hibir el desarrollo de otras bacterias competitivas presentes en el mismo medio donde se desarrolla la cepa productora. En general, las bacteriocinas solo son activas contra especies relacionadas con la cepa productora, aunque hay algunas que tienen también un mayor espectro de inhibición (2). La ni-sina, la plantaricina y las pediocinas son algunos ejemplos de bacteriocinas producidas por bacterias lácticas (3,4). Esta última, la pediocina, es una bac-teriocina producida por algunas cepas de bacterias del género Pediococcus, que son bacterias lácti-cas encontradas y utilizadas frecuentemente en alimentos fermentados de origen animal y vegetal. Las pediocinas han demostrado ser activas contra un espectro amplio de bacterias potencialmente patógenas, entre las más estudiadas se incluyen Staphylococcus aureus y Listeria monocytogenes, las cuales pueden encontrarse en productos cárni-

cos y lácteos (3).En el caso de Listeria, se ha demostrado su

presencia como bacteria oportunista y emergente. El género Listeria comprende seis especies, entre ellas L. monocytogenes y L. innocua (5). Se ha re-portado su presencia en diversos medios además del hospitalario y clínico, incluyendo instalaciones de rastros, y algunos alimentos cárnicos y lácteos preparados con leche no pasteurizada (6). Una vez consumida con los alimentos, listeria puede provocar la enfermedad denominada listeriosis, la cual ha sido vinculada con casos de aborto en ani-males y humanos y en casos extremos a la muerte de los sujetos infectados. Es por ello que en el presente trabajo se planteó determinar la capaci-dad de la cepa de pediococco P. acidilactici ITV26 para controlar el crecimiento de listeria (L. innoc-ua AST-062) bajo condiciones de refrigeración en quesos elaborados como un sistema modelo.

MATERIAL Y MÉTODOS

Conservación y cultivo de las cepas de microor-ganismosPediococcus acidilactici ITV26 y Listeria innocua AST-062 fueron amablemente proporcionadas por la Unidad de Investigación y Desarrollo en Alimentos del Instituto Tecnológico de Veracruz, y conservados en forma liofilizada hasta su uso. Para su activación P. acidilactici fue resuspendi-do en medio MRS, mientras que L. innocua fue resuspendida en medio LB, y ambas fueron incu-badas a 25°C hasta observar crecimiento (24 a 36 h). Una vez activadas se prepararon cultivos de trabajo resembrando en los medios apropiados bajo las mismas condiciones de activación hasta alcanzar su fase estacionaria y una concentración de 1x109 UFC mL-1.

51 ISSN: 2594-2093

Bioquímica e Ingeniería en alimentos

Elaboración de los quesos modeloPara la elaboración de los quesos modelo se uti-lizó leche de vaca obtenida de una producción cercana al laboratorio, a la cual se le realizó un análisis fisicoquímico, se estandarizó el contenido de grasa y proteína, y se pasteurizó a 65°C por 30 min, para reproducir el método artesanal seguido por la quesería de donde se obtuvo la leche. Se utilizaron lotes de tres litros de leche pasteurizada para la producción de cada lote de queso. Para la elaboración de los quesos se adicionó 0.20 g/L de cloruro de calcio y 1.5 ml/L de una solución ma-dre de 0.15 mL/L de cuajo comercial en agua. Se mezcló completamente y se dejó en reposo hasta alcanzar el punto máximo de cuajada (aproxima-damente en 40 min). Posteriormente se realiza-ron cortes de aproximadamente 1 cm2, se retiró el suero, y se adicionaron 16 g/L de sal mezclando suavemente durante 10 min, y se procedió al mol-deado bajo presión para obtener quesos modelo de 20 g cada uno.

Preparación de los quesos para las pruebas de actividad contra listeriaLos quesos elaborados se dividieron en tres grupos, según el tratamiento a recibir. El primer grupo fue de quesos control negativo, sin ningu-na bacteria inoculada. El segundo grupo fue de quesos control positivo de crecimiento, inoculados independientemente con cada una de las bacte-rias (pediococco o listeria). El tercer grupo fue el correspondiente a los quesos de tratamiento. Tanto los quesos control positivo y los de trata-miento con pediococco fueron inoculados al inicio de su elaboración para obtener una concentración de 103 y 107 UFC/L de P. acidilactici ITV26. Los quesos control positivo y de tratamiento con liste-ria se sumergieron en suspensiones conteniendo 103, 105 y 107 UFC/L de L. innocua AST-062, y se mantuvieron en agitación suave durante una hora. Finalmente, todos los quesos fueron colocados sobre una malla en recipientes de plástico y al-macenados bajo refrigeración a 4 y 12 °C hasta su análisis.

Determinación de la actividad de P. acidilactici ITV26 contra L. innocua AST-062. Para determinar la inhibición del crecimiento de la listeria por el pediococus se analizaron los quesos cada tres días durante 12 días (los almacenados a 4 °C) y 14 días (los almacenados a 12 °C). Para

ello, cada queso se trituró y homogenizó en 180 ml de agua durante 30 s utilizando una batidora co-mercial. La muestra obtenida se sembró utilizando el método estándar de dilución decimal e inclusión en agar MRS o LB. Para poder diferenciar el creci-miento de ambas bacterias, se adicionó una mezcla de 10 g de sulfametoxazol y 2 g de trimetoprima al medio MRS a una dilución final de 1:1000, de acuerdo con lo reportado por otros autores (7). Las cajas así preparadas se incubaron a 25 °C por 24 h, y se registró el número de unidades formadoras de colonias obtenidas.


En este estudio se determinó la inhibición de L. in-nocua AST-062 por P. acidilactici ITV26 en quesos modelo conservados en refrigeración a 4 y 12 °C. A estas temperaturas de almacenamiento, en los quesos control positivo de crecimiento, se observa-ron crecimientos normales para ambas bacterias, por lo que a continuación se presentan solo los re-sultados de los quesos sometidos a tratamiento de inhibición de la listeria por el pediococco.Así, L. innocua AST-062 fue inhibida por la pre-sencia de Pediococcus a las tres concentraciones iniciales de prueba de listeria, y en ambas tempe-raturas de almacenamiento. En la figura 1 se pre-sentan las cinéticas de inhibición a la temperatu-ra de 12 ° C. La inhibición máxima observada fue de al menos dos ciclos logarítmicos con respecto al control sin Pediococcus. De acuerdo con nues-tros resultados, la concentración inicial de Pedio-coccus más efectiva para el control de la listeria es de 103 UFC/g. Esto pudiera estar ligado al propio crecimiento de Pedicococcus, el cual al iniciar en una concentración más baja es capaz de producir mayor cantidad de bacteriocina. Pérez Espitia et al. (9) reportan que la pediocina de P. acidilactici ITV26 por si sola y en combinación con EDTA, nisina y ácido láctico, es capaz de inhibir totalmente a L. in-nocua AST-062 en un medio líquido agitado (140 rpm) a 37 ºC en un tiempo de 12 -18 h. El efecto de barrera de las proteínas y de la grasa, componen-tes mayoritarios del queso, podría estar retardando este efecto máximo en nuestro estudio, como lo su-girieron Perin et al. (4).

CONCLUSIONES

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En este trabajo se investigó la capacidad de inhibi-ción de una cepa de Pediococcus en contra de lis-teria bajo condiciones de refrigeración en un queso modelo. Los resultados muestran que Pediococcus fue capaz de inhibir el crecimiento de Listeria en al menos dos ciclos logarítmicos. Es posible que los constituyentes del queso estén funcionando como barrera para no alcanzar una mayor inhibición.Pediococcus acidilactici ITV26 fue capaz de inhi-bir el crecimiento de Listeria innocua AST-062 en queso por al menos doce días de almacenamiento

en condiciones de refrigeración. Estos resultados permiten considerar que el pediococco podría ser aplicado directamente en un alimento lácteo y ejer-cer su actividad antimicrobiana.Se recomienda continuar con el estudio de produc-ción y distribución de la bacteriocina en la matriz del queso bajo las condiciones de este estudio y a temperatura ambiente, incluyendo su posible inte-racción con las fases lipídicas y proteicas del mo-delo quesero.

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Agradecimiento

Nuestro agradecimiento a la Maestra Cristina Landa Morales, docente del Instituto Tecnológico Superior de Perote, por la traducción del texto al idioma inglés, graduada de Master in English Language Tea-ching, University of Southampton.Nuestro agradecimiento a la Unidad de Investigación y Desarrollo en Alimentos del Instituto Tecnológico de Veracruz por donar las cepas para este estudio.

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Nomenclatura

UFC/g Unidades formadoras de colonias g-1

rpm Revoluciones por minuto

UFC/L Unidades formadoras de colonia L 1�

FDA Food and Drug Administration

L Listeria

P Pedicococcus

Figura 1 Inhibición del crecimiento de L. innocua AST-062 a diferentes concentraciones de P. acidilactici ITV26 en quesos almacenados en refrigeración a 12 °C. Inóculo inicial (UFC/g) de L. innocua: A) 103, B) 105, C) 107.

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Biotecnología, Alimentos y Ciencias Agropecuarias

ACTIVIDAD BIOLÓGICA DE LOS ACEITES ESENCIALES DE LIMA (Citrus limon) Y LIMÓN MEXICANO (Citrus aurantifolia)

Oscar Andrés Del Ángel-Coronel1*, Alba Martínez-Castillo2, Luis Eduardo Colorado-Acosta2, Víctor González-Flo-res2.

1Tecnológico Nacional de México. Instituto Tecnológico Superior de Huatusco. Av. 25 Poniente No. 100 Col. Reserva Territo-rial, Huatusco, Ver., México. C.P. 94100. 2Universidad Politécnica de Huatusco. Calle 9 Sur entre Av. 7 y 9 s/n. Col. Centro, Huatusco, Ver., México.*Autor para correspondencia: [email protected]

RESUMEN El género Citrus, que pertenece a la familia Ruteaceae, es el más importante de árboles frutales en el mun-do, con una producción aproximada anual de 115.5 millones de toneladas. De toda esta producción, la lima (Citrus limon) y el limón mexicano (Citrus aurantifolia) se ubican en la tercera posición con una aportación de 12.9 millones de toneladas. Diversos estudios se han realizado sobre los compuestos activos de estos cí-tricos, que los destacan como promotores de la salud, ricos en compuestos fenólicos, vitaminas, minerales, fibra dietética, aceites esenciales y carotenoides. Por su importancia comercial para el mercado de productos frescos y la industria alimentaria, se ha evidenciado que las redes productivas generan grandes cantidades de desechos y subproductos que constituyen una importante fuente de ingredientes funcionales con potencial para la manufactura de alimentos, productos farmacológicos y de uso médico, alimentación animal, agentes antimicrobianos y más recientemente en la síntesis de nanopartículas y producción de biocombustibles. En esta revisión se presentan los avances y tendencias sobre las principales propiedades nutracéuticas, antimi-crobianas, insecticidas, como aditivo, bioconservador, bioenergético, entre otras aplicaciones que ofrecen los compuestos activos obtenidos a partir de los aceites esenciales de Citrus limon y Citrus aurantifolia.

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INTRODUCCIÓNAdemás de la producción de jugo, el aceite esen-cial es uno de los principales subproductos del pro-cesamiento de cítricos (Vekiari et al., 2002). Este puede describirse como mezcla de hidrocarburos, compuestos oxigenados y/o residuos no voláti-les, incluyendo terpenos, sesquiterpenos, aldehí-dos, alcoholes, ésteres y esteroles (Darjazi, 2013).

La producción mundial de aceite esencial de limas y limones, se ha estimado en 11,000 ton/año du-rante la útlima década (Lawrence, 2009). El aceite esencial de limón ha sido uno de los aceites aroma-tizantes más importantes, utilizado ampliamente en todo tipo de bebidas, refrescos; en productos hor-neados, como pasteles, relleno de pasteles, confi-tería, caramelos de centro blandos y duros, postres de gelatina y helados; también se ha empleado en perfumes, aguas de tocador, aguas de colonia y en cosméticos a los cuales imparte una nota superior refrescante (Guenther, 1955; Bakkali et al., 2008).

COMPUESTOS ACTIVOS EN EL ACEI-TE DE LIMA Y LIMÓN Los aceites esenciales son mezclas complejas de compuestos químicos que pueden ser clasifica-dos en tres grupos principales: monoterpenos, ses-quiterpenos y compuestos oxigenados. Los pig-mentos naturales, principalmente carotenoides y clorofilas, también están presentes en los acei-tes esenciales de cítricos (Gamarra et al., 2006).

La composición química de los aceites esenciales de limas y limones presenta variación en el tipo y can-

tidad relativa de los componentes, dependiendo la parte de la planta o fruto del cual ha sido extraído. También tiene influencia en ello el método extrac-ción empleado: Gamarra et al. (2006) demostraron que el tiempo de destilación influye en la calidad del aceite esencial de limón, indicaron que se pue-de obtener aceite esencial de buena calidad den-tro de las 10 h del proceso de destilación al vapor (con equipo industrial) en condiciones normales, además de que la recuperación del aceite esencial del condensador a 35ºC evita más reacciones oxi-dativas y la pérdida de los terpenos en esta etapa. Por encima de las 10 h de proceso, la presencia de compuestos carbonílicos en el aceite mayor a 3% compromete sus aplicaciones en los alimentos.

Se ha encontrado también que el porcentaje de ingredientes activos en el aceite esencial de muestras naturales, depende de la distribución geográfica y de las condiciones ambientales, como la temperatura, la precipitación, la altitud, las horas de sol, etcétera (Hossain et al, 2014).

Estudios de composición química por cromato-grafía de gases-espectrometría de masas (GC-MS) de aceites esenciales de limón mexicano (Citrus aurantifolia), reportaron 5 componentes (92.6% del total analizado) para extracción por hidrodestilación de hojas y semillas (Razzaghi et al., 2009); mientras que en el análisis de acei-te esencial extraído por hidrodestilación de cás-cara de limón, se identificaron 40 componentes (99.2% del total analizado) (Fouad & Camara, 2017), los resultados se muestran en la Tabla 1.

Espina et al. (2011) evaluaron la composición

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química de aceites esenciales comerciales obtenidos de cáscara de frutas frescas por sistema de extrac-ción de prensado en frío, logrando identificar 43 componentes (96% del total) en el aceite esencial de lima (Citrus limon). Por otra parte, Djenane (2015) determinó la composición química del aceite esen-cial obtenido por hidrodestilación de cáscaras frescas de lima de Algeria, identificando 9 componentes (93.55% del total); mientras que Hsouna y colaboradores (2017) caracterizaron químicamente el aceite esencial obtenido de flores frescas de limas por el método de hidrodestilación, encontrando 20 compo-nentes (99.65% de los constituyentes). En todos estos casos el análisis se efectuó por cromatografía de gases acoplado a espectrómetro de masas (GC-MS) y el compendio de resultados se presenta a continua-ción en la Tabla 2.

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De acuerdo con los datos mostrados en las Tablas 1 y 2, se observa que a pesar de las diferencias eviden-tes debidas al órgano de la planta empleado y al método de extracción, el aceite esencial de lima y limón está constituido por alrededor del 60 a 80% de monoterpenos en cáscara y hasta un 67% en flores, mien-tras que para monoterpenos oxigenados las flores aportan una mayor concentración (aprox. 30%) con respecto de la cáscara (5 a 25% aprox.), y el resto de sesquiterpenos, sesquiterpenos oxigenados y otros componentes. Cabe destacar la aportación de limoneno tanto en cáscara (51 a 59%) como en flor (38-39), mientras que en hojas se reportan valores muy sobresalientes de hasta un 85% de dicho compuesto activo.

Simas et al. (2017) evaluaron la composición química, por técnicas GC-MS y HS-SPME (Headspace-So-lid-Phase Microextraction), de aceites esenciales de cítricos, entre ellos lima y limón mexicano, obte-nidos por hidrodestilación de cáscara (Tabla 3). Este estudio permite comparar la composición química del aceite esencial de lima y limón obtenido y analizado bajo condiciones y técnicas iguales, se observa, que el compontente más abundante es el Limoneno con 53.9% y 31.1%, seguido por 12.2% y 10.8% de γ-Terpineno, 13.1% y 8.5% de β-Pineno, 2.2% y 9.6% de Geranial, 3.4% y 1.3% de Sabineno, 1.7% y 7.1% de Neral y 2.7% y 1% de Mirceno, como constituyentes principales respectivamente en lima y limón.El limoneno es el principal constituyente del aceite de limón y podría usarse como un índice funcional de madurez (Combariza et al., 1994). Además, el Citral, representado por sus isómeros Neral y Geranial,

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contribuye significativamente a la calidad del sabor y el aroma del limón, y su concentración es, con mucho, el factor más importante para determinar el valor comercial de un aceite de limón (Gamarra et al., 2006); por otro lado, las actividades biológicas y químicas siempre dependen de los ingredientes activos en el aceite (AL-Jabri & Hossain, 2014).

ACTIVIDAD BIOLÓGICA DE LOS ACEI-TES ESENCIALES

Actividad antibacterianaPara prevenir la contaminación durante la produc-ción, venta, distribución o para extender el tiem-po de vida de anaquel de los alimentos crudos y/o procesados, generalmente se utilizan aditivos sin-téticos. Sin embargo, existe un fuerte debate sobre los aspectos de seguridad de estos conservantes químicos, ya que se les considera responsables de muchos atributos carcinogénicos y teratogénicos, así como de la toxicidad residual (Skandamis et al., 2001). Por tanto, se presta cada vez más atención a los compuestos derivados de plantas y hierbas na-turales como una nueva alternativa para prevenir la proliferación de microorganismos y proteger los alimentos de la oxidación (Hsouna et al., 2017).

Teóricamente se acepta que la actividad antimicro-biana de los aceites esenciales está asociada con sus componentes fitoquímicos como los monoterpenos o sesquiterpenos y sus derivados oxigenados, que son los principales componentes de los aceites esen-ciales y que exhiben actividades antimicrobianas potenciales (Cakir, 2004) con amplia aplicación en la industria de la condimentación y conservación de alimentos. Sin embargo, por ser una mezcla de varios componentes, no se puede confirmar que su acción antimicrobiana se deba únicamente a uno de ellos, de hecho, la eficacia antimicrobiana de los aceites esenciales vegetales en sistemas in vivo con-tra patógenos transmitidos en alimentos, como la carne, se ha investigado pobremente (Bajpai et al., 2012). Una revisión más amplia de los mecanismos de acción antimicrobiana de los aceites esenciales vegetales se puede encontrar en Rivera et al. (2015).

En específico para el aceite esencial de limas y li-mones, Hsouna et al., (2017) evaluaron la actividad del aceite esencial de flores de Citrus limón, con dos componentes dominantes: limoneno (39.74%) y β-Pineno (25.44%), frente a bacterias Gram po-sitivo (Bacillus cereus, Enterococcus. faecalis, Staphylococcus. aureus, Staphylococcs. epidermis, Bacillus subtilis, Listeria monocytogenes y Micro-coccus luteus) y Gram negativo (Pseudomonas aeruginosa, Escherichia. coli, Salmonella enteriti-dis y Klebsiella pneumoniae). Los valores de con-centración mínima inhibitoria (MIC – por sus siglas en inglés: Minimum Inhibitory Concentrations) mostraron efecto positivo antibacteriano observan-do que las bacterias Gram positivas son más sen-sibles al aceite investigado, con un rango de 0.039 a 1.25 mg/ml que las bacterias Gram negativas en el rango de 0.625 a 2.5 mg·ml-1, lo que es consis-tente con otros estudios (Delaquis et al., 2002; Ju-liano et al., 2000; Lambert et al., 2001; Smith et al., 2001). Además, evaluaron el potencial de con-servación de la carne aplicando el aceite esencial de Citrus limon contra Listeria monocytogenes, observando la inhibición exitosa del desarrollo de Listeria monocytogenes en carne de vacuno picada con una aplicación de 0.06 y 0.312 mg·g-1 de aceite esencial. Esto puede abrir nuevas y prometedoras oportunidades para la prevención de la contamina-ción y el crecimiento de bacterias patógenas, par-ticularmente Listeria monocytogenes, durante el almacenamiento de carne picada de ternera a 4°C.

Respecto de la aplicación de aceites esenciales de limón y de limas para la extensión de la vida útil de productos marinos, también se dispone de datos limitados: Alfonzo et al., (2017) investiga-ron los efectos bioconservadores de las microe-mulsiones de aceite esencial de limón en las sar-dinas (Sardina pilchardus) saladas. Los análisis químicos sobre sardinas saladas inoculadas con microemulsiones de aceite esencial obtenido de cáscara de Citrus limon (los monoterpenos cuan-titativamente más relevantes fueron D-limoneno, β-pineno, γ-terpineno y p-cimeno. El α-terpineol, α-citral, β-citral, acetato de nerilo y 4-terpineol representaron la mayor concentración dentro del grupo de monoterpenos oxigenados; los hidrocar-

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buros sesquiterpénicos también se detectaron pero a baja concentración) mostraron claramente una per-sistencia sustancial de varios compuestos orgánicos volátiles pertenecientes a grupos de monoterpenos, monoterpenos oxigenados y serquisterpenos deri-vados del aceite esencial durante todo el periodo de maduración (las moléculas más representadas fueron limoneno, p-cimeno y β-pineno). Inmediatamente después de la adición de las microemulsiones, las concentraciones de todos los grupos microbianos disminuyeron. La presencia de enterobacterias, esta-filococos y bacterias del ácido láctico fue significati-vamente menor que la registrada para el ensayo del tratamiento control durante todo el período de mo-nitoreo. Además, la adición de las microemulsiones de aceite esencial determinó una menor acumulación de histamina en las sardinas en comparación con el tratamiento control. Las puntuaciones más altas de evaluación sensorial se registraron para el sabor y la aceptabilidad general de los ensayos experimentales en presencia de aceite esencial. Los autores conclu-yen que en base al creciente interés hacia los nuevos conservantes de alimentos, el uso de aceites esencia-les de lima para producir pescado salado represen-ta una estrategia válida para mejorar la seguridad y las características sensoriales de las sardinas saladas, lo cual también tiene implicaciones económicas, ya que la mejora de sabor debido a la adición de aceite esencial de lima podría aumentar el consumo de sar-dinas por parte de consumidores nuevos y regulares.

De manera similar, Djenane (2015) también eva-luó el efecto del aceite esencial de cáscara de cí-tricos (Citrus limón y Citrus aurantium) contra Staphylococcus aureus, inoculada sobre Sardina pilchardus; sus resultados demostraron que el acei-te de Citrus limon tuvo el mayor efecto antibacte-riano, con un valor MIC de 0.25 a 0.40 µl/ml; sin embargo, al aumentar la dosis a 4 x MIC, el aceite esencial de Citrus aurantium redujo completamen-te el crecimiento de Staphylococcus aureus desde el día 2 hasta el final del almacenamiento a 8°C.

Zengin & Baysal (2014) determinaron la activi-dad antibacteriana de los compuestos α-terpineol, linalol, eucaliptol y α-pineno obtenidos a partir de aceites esenciales, frente a bacterias patógenas for-

madas durante el deterioro. Las actividades an-tibacterianas de estos compuestos se observaron in vitro en cuatro cepas Gram negativas y tres Gram positivas. Shewanella putrefaciens fue la bacteria más resistente a todos los componentes probados, mientras que Escherichia coli O157: H7 fue la cepa más sensible entre las bacterias probadas. Los experimentos de crecimiento ce-lular in vitro mostraron que los compuestos pro-bados tenían efectos tóxicos en todas las espe-cies bacterianas con diferente nivel de potencia.

Sandoval et al. (2012) realizaron una extracción con hexano de los compuestos presentes en la cáscara de limón mexicano (Citrus aurantifolia) encon-trando compuestos que mostraron actividad con-tra una cepa sensible y tres cepas mono resistentes (isoniacida, streptomicina o etambutol) de Myco-bacterium tuberculosis H37Rv. En el estudio se en-contró que el ácido palmítico y 5,8-dimetoxipsrale-no presentaron la mayor actividad antimicrobiana.

Zu et al. (2010) evaluaron la actividad in vitro de diez aceites esenciales comerciales de dife-rentes plantas, contra Propionibacterium acnes, aunque los aceites esenciales de tomillo, cane-la y rosa exhibieron las mejores actividades an-tibacterianas, el aceite esencial de lima también mostró efectos de inhibición positivos logran-do matar a la bacteria dentro de 30 minutos al igual que el aceite esencial de toronja, mien-tras que el aceite esencial de menta no mató a la bacteria, incluso después de 120 minutos.

Socovic et al. (2010) evaluaron la actividad in vi-tro de diez aceites esenciales de diferentes plan-tas contra Bacillus subtilis, Enterobacter cloacae, Escherichia coli O157:H7, Micrococcus flavus, Proteus mirabilis, Pseudomonas aeruginosa, Sal-monella enteritidis, Staphylococcus epidermidis, Salmonella typhimurium, and Staphylococcus aureus. Algunos de los aceites esenciales fueron extraídos en laboratorio, mientras que el aceite esencial de Citrus limon fue de origen comercial y mostró tener efectos antibacterianos positivos para todas las bacterias evaluadas por el método de microdilución; mientras que por el método de

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zonas de inhibición no presentó actividad para Pro-teus mirabilis y Pseudomonas aeruginosa, pero con resultados positivos para las demás cepas. Estos au-tores concluyen que el carvacrol y timol fueron los dos componentes de aceites esenciales con mayor actividad antibacteriana. Estos resultados concuer-dan con lo reportado por De Oliveira et al. (2015) quienes determinaron el efecto de una combinación de carvacrol y 1,8-cineol frente a un cultivo mixto de Listeria monocytogenes, Aeromonas hydrophila y Pseudomonas fluorescens en vegetales mínima-mente procesados. El carvacrol mostró una MIC de 1.25 y 1,8-cineol de 40 μl/ml, mientras que el índice de concentración inhibidora fraccional (FIC) de los compuestos combinados fue de 0,25 contra el inó-culo mixto, lo que sugiere una interacción sinérgica.

Contrario a los casos anteriores, AL-Jabri & Hossain (2014) encontraron poco o nulo efecto de aceites esenciales obtenidos de lima de Turquía y de India contra cuatro bacterias patógenas (Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aerugino-sa y Proteus vulgaris) a diferentes concentracio-nes, lo cual demuestra que los aceites esenciales no siempre tienen efecto antimicrobiano en siste-mas in vitro contra diferentes bacterias patógenas.

Actividad antifúngicaLas aflatoxinas son un importante grupo de con-taminantes alimentarios producidos principalmen-te por algunos miembros de la sección ‘Flavi’ de Aspergillus en condiciones favorables de tempe-ratura y humedad relativa. De acuerdo con Pay-ne (1998), el género Aspergillus contiene hongos aflatóxicos cosmopolitas con conidios transpor-tados por el aire como propágulos infecciosos, habitualmente contaminan alimentos, piensos y productos agrícolas como cacahuates, maíz, pis-tachos y semillas oleaginosas en todo el mundo. Se ha reportado ampliamente que la contamina-ción de los alimentos con aflatoxinas está asociada con algunas características de las micotoxicosis, como el daño hepático principalmente como car-cinoma hepatocelular en humanos y varios mode-los animales experimentales (Bhatnagar & García, 2001). Por lo tanto, el consumo de alimentos con-taminados con aflatoxinas es un problema grave desde el punto de vista no solo de la salud públi-

ca, sino también de los problemas económicos.

Razzaghi et al. (2009) evaluaron la actividad an-tifúngica e inhibición de aflatoxinas de 12 aceites esenciales de 12 plantas medicinales; demostrando que el aceite esencial obtenido de hojas de Citrus limon inhibe el crecimiento de Aspergillus parasi-ticus y la producción de aflatoxinas al igual que el aceite esencial de Thymus vulgari, 5 de los aceites esenciales solo presentaron resultados positivos para una de las evaluaciones y el resto ninguna actividad.

Bosquez et al. (2010), demostraron el efec-to antifúngico del aceite esencial de Citrus aurantifolia contra los hongos Colletotri-chum gloeosporioides y Rhizopus stolonifer.

Fekrazad et al. (2015) partieron de la hipótesis de que la fotoactivación del aceite esencial de Citrus aurantifolia (comercial), fluconazol e in-docianina verde pueden tratar dos hongos infec-ciosos mucocutáneos a fin de encontrar terapias alternativas a la terapia antifúngica tradicional. Sus resultados demostraron que el tratamiento que consistió en suspensiones de Candida albi-cans o Tricophyton rubrum (106 células·ml-1) tra-tadas con irradiación de laser infrarrojo, en pre-sencia de indocianina verde, aceite esencial de limón, con la exposición secuencial a luz natural y luz de tungsteno, presentó un 99.9% de reduc-ción en el contenido celular de ambos hongos.

Simas et al. (2017) evaluaron el efecto de cuatro aceites esenciales de cáscara de cítricos, entre ellos Citrus limon y Citrus aurantifolia, contra hongos patógenos postcosecha de ftrutas: Penicillium di-gitaum, Trichoderma viride, Botrytis cinerea. En-contraron, de acuerdo con sus valores de concen-tración mínima inhibitoria, una modesta actividad antifúngica de todos los aceites esenciales proba-dos, con los mejores resultados contra Botrytis ci-nerea. Sin embargo, un experimento para evaluar la activiad de los compuestos volátiles de los cí-tricos, citral y otros componentes quirales puros, demostró que el aceite esencial y sus componentes volátiles tienen una influencia diferencial sobre el crecimiento de las tres especies de hongos evalua-

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dos. Mientras que todos los aceites inhibieron el cre-cimiento de Botrytis cinerea y Trichoderma viride, lo opuesto se observó para el hongo Penicillium digita-tum, cuyo crecimiento fue estimulado. Una prevalen-cia del efecto inhibitorio fue observado para los com-ponentes quirales puros cuando se probaron contra Botrytis cinerea y Trichoderma viride. Sin embargo, con exepción al citral, (+)-α-pineno y (+)-β-pineno, todos los componentes volátiles quirales puros es-timularon el crecimiento de Penicillium digitatum. Lo anterior, demuestra que los aceites esenciales de especies cítricas y sus componentes pueden in-hibir o estimular el crecimiento fúngico en frutas.

Actividad antioxidanteEl aceite esencial de lima (Citrus limon) y de limón mexicano (Citrus aurantifolia) adicionado a pelícu-las a base de gelatina de pescado (Tilapia) y glice-rol como agente plastificante, mostró actividad an-tioxidante según lo reportado por Tounguanchan et al., (2013). Al respecto, Zengin & Baysal (2014) evaluaron la actividad antioxidante de tres consti-tuyentes de estos aceites esenciales y encontraron que α-terpineol tuvo la actividad más fuerte, segui-do en orden descendiente por linaol y eucaliptol.

Djenane (2015) evaluó la actividad antioxidante de aceites esenciales de cáscaras de cítricos inocu-lados sobre Sardina pilchardus almacenada a 8°C, y observó que la presencia de los aceites esencia-les extiende significativamente la estabilidad de los lípidos, aunque Citrus aurantium mostró mayor actividad antioxidante que Citrus limon con una relación inversamente proporcional a la concentra-ción del aceite esencial. Concluyó que los aceites esenciales de cítricos pueden ser usados como po-tentes preservativos naturales que contribuyen a la reducción de la oxidación de lípidos en sardinas.

Actividad citotóxica y anticancerígenaZu et al. (2010) evaluaron la actividad anticancerí-gena en sistemas in vitro de diez aceites esenciales comerciales, entre ellos, el aceite esencial de lima (Citrus limon) contra tres líneas de células huma-nas cancerígenas (próstata: PC-3; pulmón: A549 y mama: MCF-7). Aunque el aceite esencial de lima mostró resultados positivos, no fue el de mejor ac-tividad al presentar citotoxicidad en todas las con-

centraciones evaluadas. La citotoxicidad de los diez aceites esenciales evaluados fue signi-ficativamente más fuerte en las células de cán-cer de próstata que en cáncer mama y pulmón.

Actividad bioinsecticidaFouad & da Camara (2017) analizaron los aceites de cáscara del limón mexicano (Citrus auranti-folia) y mandarina (Citrus reticulata) cultivados en el noreste de Brasil. La actividad insecticida de los aceites y ambas formas enantioméricas del constituyente principal limoneno [(R)- (+)-limo-neno y (S)-(-)-limoneno] se evaluó frente a al gorgojo del maíz (Sitophylus zeamais) en condi-ciones de laboratorio. Los resultados se compa-raron con DeltametrinaMR como control positivo. El análisis cromatográfico de los aceites cítricos demostró que el limoneno es el constituyente principal, representando el 38.9% del aceite de Citrus aurantifolia y el 80.2% del aceite de Ci-trus reticulata. El aceite de cáscara de Citrus re-ticulata demostró ser más tóxico para los adultos de Sitophylus zeamais en las pruebas de contac-to, ingestión y fumigación que el aceite de Citrus reticulata. Se encontró una diferencia no signi-ficativa entre (R) y (S)-limoneno en las pruebas de contacto y fumigante. Sin embargo, el (R)-li-moneno exhibió una mayor toxicidad contra Si-tophylus zeamais que el (S)-limoneno durante el ensayo de ingestión. La DeltametrinaMR fue mucho más tóxica en los bioensayos de contacto e ingestión que los aceites de cítricos y las dos formas enantioméricas de limoneno. El aceite de Citrus reticulata fue más repelente que Citrus au-rantiifolia. En la prueba de repelencia, los adultos de Sitophylus. zeamais fueron más susceptibles a (S)-limoneno que (R)-limoneno. Los resultados de este estudio sugieren que estos aceites cítricos y las dos formas enantioméricas de limoneno tie-nen efectos tóxicos sobre Sitophylus zeamais de diferentes maneras (es decir, a través de la cutí-cula, el sistema digestivo y el sistema respirato-rio), así como un efecto conductual (repelencia).

Chellappandian et al. (2018) incluyeron al aceite esencial de cáscara de Citrus aurantifolia en una revisión sobre aceites esenciales de diferentes familias de plantas que poseen actividad en con-

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tra de las larvas y mosquitos adultos del dengue.

Aditivo en biopelículasEl uso de plásticos derivados del petróleo en em-balajes y empaques individuales tipo punto de venta en los productos alimenticios representan un grave problema ambiental debido a la genera-ción de basura no biodegradable, por lo que el uso de alternativas sostenibles para el embalaje tales como las películas o recubrimientos comestibles a base de biopelículas derivadas de aceites y resinas naturales se han utilizado con éxito como aditi-vos alimentarios, como agentes antioxidantes y/o antimicrobianos (Domínguez & Jiménez, 2012; Fernández et al., 2015). El aceite esencial de li-món mexicano (Citrus aurantifolia) ha demostra-do actuar como un agente antimicrobiano en los sistemas alimentarios que se puede incorporar a una matriz de película. El aceite esencial de lima (Citrus limon) y de limón mexicano (Citrus au-rantifolia) ha sido incorporado a películas a base de gelatina de pescado (Tilapia) y glicerol como agente plastificante (Tounguanchan et al., 2013).

Bosquez et al. (2010) elaboraron una película para la protección post-cosecha de papaya a base de goma de mezquite adicionada con aceite esencial de tomillo y limón mexicano (Citrus aurantifolia). Los resultados mostraron un 50% y 40% de reduc-ción de descomposición debida a Colletotrichum gloeosporioides y Rhizopus stolonifer, respectiva-mente, durante el almacenamiento, mientras que la fruta no tratada reveló 100% de descomposición.

Sánchez (2015) evaluó una película comestible a base de extracto péctico de bagazo y otra a base de extracto péctico de orujo de limón mexica-no (Citrus aurantifolia) adicionadas con aceite esencial extraído de bagazo, pulpa y semillas del mismo fruto; sus resultados demostraron que los extractos pécticos de películas comestibles in-corporadas con aceite esencial de limón mexica-no inhibieron el crecimiento de las bacterias pa-tógenas (Escherichia coli O157: H7, Salmonella typhimurium, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus y Listeria monocytogenes) transmitidas por los alimentos y pueden ser útiles en la con-

servación de los alimentos para aumentar la vida útil. Contrario a otros estudios, ellos encontraron que las la bacterias Gram negativas fueron más sensibles a la película comestible adicionada con aceite esencial, que las bacterias Gram positivas.

A pesar de que los recubrimientos de quitosano que contienen aceites esenciales de limón se han reportado como eficaces para controlar la des-composición fúngica de la fruta a 20°C durante 7 días, también se ha reportado que su aplicación en ciertos productos, como la fresa, afecta direc-tamente las rutas metabólicas y el perfil de com-puestos volátiles en la misma (Perdones et al., 2016). El quitosano puro promovió la formación de ésteres y dimetil-furfural en muy poco tiempo después del recubrimiento, mientras que los recu-brimientos que contenían aceite esencial de limón incorporaron terpenos (limoneno, γ-terpineno, p-cimeno y α-citral) a los volátiles de la fruta e in-crementaron el proceso fermentativo, modificando el aroma típico de la fruta. No se percibió senso-rialmente ningún efecto de los recubrimientos de quitosano, y sí se apreciaron notablemente los cambios inducidos por el aceite esencial de limón.

Peretto et al. (2014) prepararon películas comesti-bles de puré de fresas con carvacrol y cinamato de metilo, que utilizaron en conchas de almeja para proporcionar una liberación controlada de los va-pores sin contacto directo con la fruta. Las fresas frescas se empacaron en las conchas de almeja y se mantuvieron a 10°C durante 10 días con un 90% de humedad relativa. Observaron un retraso signi-ficativo y una reducción en la severidad de la des-composición visible en la fruta que se empaque-tó en las conchas con las películas tratadas y las bayas se mantuvieron más firmes y de color más brillante en comparación con las fresas sin tratar.

La kafirina es una proteína extraída del sorgo que se utiliza ampliamente en recubrimientos y películas alimenticias. Taylor et al. (2015) de-sarrollaron una película de kafirina que contenía citral y quercetina como agentes antimicrobianos y antioxidantes naturales. Estos autores determi-naron que las películas incorporadas con citral

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tenían una fuerte actividad antimicrobiana con-tra Campylobacter jejuni, Listeria monocytogenes y Pseudomonas fluorescens. Sin embargo, ambos aceites esenciales impartieron un color amarillen-to a las películas, y redujeron significativamente la permeabilidad al oxígeno de la película, la tracción y la velocidad de transmisión del vapor de agua.

Micro y nanopartículasLa nano o microencapsulación de aceites esencia-les podría ofrecer posibles soluciones para resol-ver los desafíos que enfrentan sus aplicaciones en los alimentos. Pan et al. (2014) estudiaron el ti-mol encapsulado en caseinato sódico y encontra-ron que el timol encapsulado era más efectivo que el timol no encapsulado en la inhibición de pató-genos alimentarios en la leche, debido a la distri-bución mejorada y la solubilidad del encapsulado.

Chen et al. (2015) coencapsularon eugenol y timol en nanopartículas de zeína/caseína que posterior-mente se secaron por pulverización. Los complejos secados por pulverización se rehidrataron fácilmen-te y produjeron una dispersión estable. Los aceites esenciales encapsulados mostraron liberación con-trolada en 24 h, con el eugenol encapsulado mostran-do una tasa de liberación más alta que el timol. Se observaron efectos bactericidas y bacteriostáticos en el suero de leche para Escherichia coli O157: H7 y Listeria monocytogenes Scott A, respectivamente.

Campelo et al. (2018) analizaron la influencia de la maltodextrina con dextrosa equivalente en las propiedades de reconstitución, almacenamiento, li-beración y protección del aceite esencial de limón mexicano (Citrus aurantifolia). Se estudiaron las propiedades de reconstitución y almacenamiento de las micropartículas (solubilidad, humectabilidad y densidad), cinética de adsorción de agua, isotermas de sorción, propiedades termogravimétricas, libera-ción controlada y cinética de degradación del aceite esencial de limón encapsulado para medir la calidad de los materiales encapsulados. Los resultados del estudio indicaron que el grado dextrosa equivalente (DE) influye en las características de reconstitución, almacenamiento, liberación controlada y caracterís-ticas de degradación de los compuestos bioactivos

encapsulados. El aumento en el equivalente de dextrosa mejora la solubilidad, humectabilidad y densidad de las micropartículas, principalmen-te debido al tamaño de las moléculas de malto-dextrina. La cinética de adsorción y las curvas de isotermas de sorción confirmaron el aumento de la higroscopicidad de las maltodextrinas con mayores grados de polimerización. El tamaño de las cadenas de maltodextrina influyó en la libe-ración y protección del aceite esencial de limón encapsulado. Finalmente, el grado de polimeri-zación de la maltodextrina puede considerarse un parámetro que influirá en las propiedades fisico-químicas de los alimentos microencapsulados.

Misni et al. (2017) encapsularon aceites esen-ciales de Alpina galangal, Citrus grandis, Citrus aurantifolia y DEET (N,N-Dietil-m-toluamida)

en microcápsulas poliméricas. Las microcápsu-las poliméricas se produjeron mediante el méto-do de precipitación interfacial que contiene un núcleo en el que el repelente activo está impli-cado por la carboximetilcelulosa. Las microcáp-sulas se usaron para reducir la volatilización y extender la acción repelente. Las microcápsulas se produjeron e incorporaron en una loción de administración tópica. Los aceites esenciales y DEET en forma libre se incorporaron directa-mente en la loción que origina las formulaciones de control. La actividad repelente contra el mos-quito Culex quinquefasciatus se evaluó en todas las formulaciones. En condiciones de laboratorio, las formulaciones que contenían aceites esencia-les microencapsulados no presentaron diferen-cias significativas en relación con la duración del efecto repelente en comparación con el DEET microencapsulado en una concentración mayor del 20%. Todas las formulaciones microencap-suladas que contenían aceites esenciales o DEET presentaron un efecto repelente superior al 98% con una duración de 4 h. Las formulaciones que contienen aceite esencial microencapsulado tie-nen un efecto repelente al 100% y duran 2 h. El control de formulaciones sin aceites esenciales y de marcas comerciales que contienen aceite esen-cial de citronela, presentan un efecto repelente del 100% en solo 1 h. Los hallazgos preliminares

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mostraron que la microencapsulación promovió un aumento en el efecto repelente de los aceites esen-ciales y que las formulaciones desarrolladas son mejores alternativas que las formulaciones que con-tienen aceites esenciales disponibles en el mercado.

Química verdeEl limoneno pertenece a un grupo de productos intermedios muy importantes utilizados en la pro-ducción de productos químicos finos. Este com-puesto monoterpeno se puede obtener a partir de cáscaras de cítricos como naranja, lima o limón que son un desecho (biomasa) de la industria de cítri-cos. Por lo tanto, el limoneno es un compuesto re-novable, fácil de conseguir y relativamente barato.

Aissou et al. (2016) analizaron la posibilidad de transformar el limoneno en una plataforma agro-química para la producción de una amplia gama de compuestos de valor agregado para ingredien-tes farmacéuticos, cosméticos e ingredientes ali-mentarios. Esta molécula también se evaluó como un solvente alternativo para la extracción de va-rios compuestos bioactivos en comparación con el n-hexano. De acuerdo con estos autores, el li-moneno se extrajo de los aceites esenciales de las cáscaras de cítricos mediante una técnica de extrac-ción en microondas sin disolventes. El limoneno se transformó con éxito en productos con interés industrial por oxidación catalítica utilizando tres catalizadores de hierro diferentes. La capacidad del limoneno para usarse como un solvente alternativo se realizó usando dos herramientas de simulación, los parámetros de solubilidad de Hansen (HSP) y el modelo de cribado similar al conductor para solventes reales (COSMO-RS) y mediante experi-mentación. Los resultados indicaron que el limo-neno podría ser un solvente verde prometedor y un componente para la sustitución del petróleo en la extracción o síntesis de compuestos bioactivos.

Wróblewska (2014) presentó estudios preliminares sobre el proceso de epoxidación de limoneno so-bre catalizadores de tipo zeolita tales como: TS-1 y Ti-SBA-15. En estos estudios se usó metanol como disolvente y como agente oxidante se aplicó una solución de peróxido de hidrógeno al 60% en peso.

Los resultados obtenidos se compararon y se eligió el catalizador más activo. Estos estudios también han mostrado diferentes formas posibles de trans-formación del limoneno, no solo en la dirección del 1,2-epoxilimoneno y su diol correspondiente, sino también en la dirección de carveol, carvona y compuestos de alcohol perílico con muchas apli-caciones. Se propusieron los posibles mecanismos de formación de los productos de oxidación alílica.

BiocombustiblesLa presencia de limoneno en los medios de fermen-tación causa un efecto inhibidor sobre los microor-ganismos productores de etanol. Este monoterpeno está presente como componente principal de cásca-ras, bagazo, hojas y otras estructuras botánicas en todos los cítricos. Para el caso particular del limón mexicano (Citrus aurantifolia) se reportan en la literatura valores de limoneno que alcanzan hasta el 85.5% en hojas (Razzaghi et al., 2009) y 38.5% en cáscara (Fouad & Cámara, 2017), mientras que para la lima (Citrus limon) estos valores oscilan entre 51 y 59% en cáscara (Espina et al., 2011; Djenane, 2015) y 39% en flores (Hsouna et al., 2017). Si bien en la presente revisión no se encon-traron reportes de aplicaciones en materia de bio-combustibles o fermentaciones de este compuesto activo ni de otros compuestos reportados para lima y limón mexicano, la evidencia que se presenta a continuación, tomada de otros cítricos, sugiere la posibilidad de realizar aplicaciones similares de estos compuestos puros o mezclados en aceites esenciales de Citrus aurantifolia y Citrus limón.

De acuerdo con Wilkins et al. (2007), para inhi-bir la producción de etanol por Saccharomyces cerevisiae las concentraciones umbral inicial y final de D-limoneno se reportan entre 0.33% y 0.14% (v/v), respectivamente. Una concentración mínima inhibitoria de aceite de cáscara de naran-ja fue reportada en 0.01% (v/v) para la fermenta-ción etanólica de cáscara de naranja por Pichia kudriavzevii KVMP10 (Koutinas y col., 2016). Para la bacteria etanógena Zymomonas mobilis (a 37°C), se informaron concentraciones mínimas in-hibitorias de aceite de cáscara de naranja para la producción de etanol de 0.05%, 0.10% y 0.20%,

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después de 24, 48 y 72 h, respectivamente, y no se observó inhibición después de 96 h (Wilkins, 2009).

Por otra parte, Mucor indicus, un hongo productor de etanol filamentoso, y Rhizopus sp., han mostrado tolerancia al D-limoneno máximo al 2% en medios semisintéticos bajo condiciones aeróbicas y anaeró-bicas (Lennartsson et al., 2012). Los dos zigomicetos son capaces de producir etanol en altas concentra-ciones de los compuestos antimicrobianos disponi-bles en hidrolizados de cáscara de naranja, que son intolerables para casi todos los microorganismos.

CONCLUSIONES

Los aceites esenciales de Citrus limon y Citrus au-rantifolia son mezclas complejas de compuestos quí-micos clasificados en tres grupos principales: mono-terpenos, sesquiterpenos y compuestos oxigenados. De estos se han identificado 43 componentes acti-vos, siendo el Limoneno el compuesto mayoritario tanto en cáscara, hojas y flores de estos cítricos, se-guido en mucho menor proporción por γ-Terpineno, β-Pineno, Geranial, Sabineno, Neral y Mirceno, que en su conjunto influyen en la percepción del sabor y aroma característicos del limón y la lima.

En el caso particular del limoneno, puede obtener-se a partir de cáscaras de lima o limón, que general-mente son desechos de la industria, por lo que este compuesto monoterpeno puede catalogarse como un compuesto renovable, fácil de conseguir y re-lativamente barato, aprovechable para una amplia gama de compuestos de valor agregado en diversos productos comerciales, como por ejemplo, en la in-dustria farmacéutica tiene potencial de uso como in-grediente activo de repelentes contra diversos tipos de insectos como gorgojos, larvas y mosquitos, sin los efectos tóxicos que normalmente presentan los insecticidas y repelentes sintéticos. Otro uso poten-cial como ingrediente farmacéutico es a través de productos destinados al tratamiento de infecciones mucocutáneas causadas por Candida albicans o Tri-cophyton rubrum, donde el aceite esencial presentó hasta un 99.9% de reducción del contenido celular

en ambos hongos. Adicionalmente, también ha mostrado resultados positivos en estudios de ci-totoxicidad y actividad anticancerígena en células humanas canderígenas de la próstata, pulmón y mamas, aunque dichos resultados no son los me-jores comparados con otros aceites esenciales.

Por otra parte, en la industria alimentaria tanto el limoneno como los demás compuestos activos de los aceites esenciales del limón mexicano y la lima han demostrado tener una amplia gama de aplicaciones, particularmente como aditivo en la conservación de alimentos susceptibles a da-ños por microorganismos patógenos, tales como los productos cárnicos y marinos, donde la carga microbiana de bacterias Gram positivas y Gram negativas es alta. En este sentido, los aceites esen-ciales de Citrus aurantifolia y Citrus limón han mostrado un efecto positivo antibacteriano con concentraciones mínimas inhibitorias que oscilan entre 0.039 a 2.5 mg·ml-1, y adicionalmente tie-nen efecto antioxidante cuando funcionan como biopelículas o recubrimientos comestibles, los cuales pueden ser aún más eficientes si se apli-can como micro o nano cápsulas. En este sentido, se ha observado que su aplicación provee un au-mento significativo en la estabilidad de los lípi-dos de productos derivados del mar. Mientras que en productos hortofrutícolas, granos, cereales y otros vegetales, mostraron ser eficiente en la inhi-bición de la actividad antifúngica y en particular en la inhibición de aflatoxinas de algunos hongos como los del género Aspergillus y de otros más como Colletotrichum gloeosporioides, Rhizopus stolonifer, Botrytis cinerea y Trichoderma viride.

Finalmente, aunque en la presente revisión no se encontraron reportes de aplicaciones en ma-teria de biocombustibles, fermentaciones o quí-mica verde para los aceites esenciales de Ci-trus aurantifolia y Citrus limon, la evidencia tomada de otros cítricos sugiere la posibilidad de aprovechar el potencial observado en el li-moneno para inhibir o retrasar la producción de etanol de algunas levaduras, hongos y bacterias.

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Agronomía

EFECTO DE LA PASTA DE HIGUERILLA COMO FERTILIZANTE SOBRE EL DESARRO-LLO Y PRODUCCIÓN DE SOLANUM TUBEROSUM L.

Abraham Castillo-González1, Carlos Méndez-Carreto1, María Isabel Solano Rentería1, Fabiola Sando-val-Salas1

Autor por Correspondencia:[email protected]

Agronomía1Subdirección de Posgrado e Investigación. Instituto Tecnológico Superior de Perote.

Resumen:Durante la extracción del aceite de higuerilla se genera un sólido, que es conocido como pasta de hi-guerilla. Este producto tiene un alto contenido de nitrógeno, potasio y fósforo que son esenciales en los procesos de crecimiento y producción de los tubérculos de papa e influyen en su rendimiento. En este contexto se investigó el uso de la pasta de higuerilla como fuente de nitrógeno para el crecimiento de Solanum tuberosum L. La investigación se realizó con 150 plantas, a las que se aplicó fertilizante comer-cial y pasta de higuerilla en una relación de 150 kg ha-1 a los 0, 30 y 45 días. Durante el experimento se evaluó el porcentaje de brotes, biomasa, crecimiento de las plantas, rendimiento de tubérculos y presencia de ricina. Los parámetros evaluados en este estudio mostraron que los tratamientos donde se aplicó pasta de higuerilla difieren de manera significativa (α=0.01). El análisis por electroforesis mostró que no hay presencia de ricina en los tubérculos provenientes de cultivos tratados con pasta de higuerilla obtenida por extracción con solvente y detoxificada por autoclave. Estos datos muestran la factibilidad del uso de pasta


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de higuerilla en cultivos de S. tuberosum en la región del Valle de Perote.Palabras clave: Solanum-tuberosum, ricina, fertilizante, nitrógeno, aceite, detoxificación.Abstract:During extraction of castor oil a solid waste is generated, which is known as castor cake. This product has a high content of nitrogen, potassium and phosphorus, which are essential for growth and production pro-cesses and affect the yield of potato tubers. In this context, castor cake as a nitrogen source for the growth of Solanum tuberosum L, was evaluated. The research was realized in an experimental crop with one hun-dred fifty plants, to which was applied commercial fertilizer and castor cake in a ratio from 150 kg/ha to the 0, 30 and 45 days. Percentage of sprouting, biomass, plant growth, tubers yield and the ricin presence, were evaluated. The parameters evaluated in this study demonstrate that treatment which were applied castor cake are significantly different (α = 0.01). The analysis by electrophoresis showed that don´t have the presence of ricin in tuber from of crops treatment with castor cake obtained by solvent extraction and detoxified by autoclaving. These dates shower the feasible of use of castor cake in crops of S. tuberosum L. in the region of the Perote Valley.

Keywords: Solanum-tuberosum, ricin, fertilizer, nitrogen, oil-extraction, detoxification.

INTRODUCCIÓN El cultivo de papa (Solanum tuberosum L.) es uno de los más importantes en el mundo, al prosperar en diferentes climas y áreas (Sharma and Nandi-neni, 2015; Khan et al., 2014; Srek et al., 2010). Representa el tercer alimento más importante a ni-vel mundial, después del arroz y del trigo (Vlees-houwer et al., 2011). Este tubérculo es utilizado como materia prima para elaborar otros productos para consumo humano, como almidón, alcohol y edulcorantes (Tamasi et al., 2015). Los tubércu-los de S. tuberosum son una importante fuente de almidón, un alimento bajo en grasa con alto con-tenido de fibra y vitaminas (Bártová et al., 2013). Debido a la pérdida de la fertilidad en los suelos y al incremento de la población mundial, el sector agrícola necesita grandes cantidades de fertilizan-te para producir más alimentos, lo que provoca un aumento en los costos de producción (Azzem et al., 2014). Sin embargo, el uso de fertilizante es nece-sario para satisfacer la demanda de alimentos, por

lo que se buscan fertilizantes orgánicos que puedan sustituir los sintéticos.Las semillas de Ricinus communis L. (higuerilla) son aprovechadas para la producción de biodiesel a partir del aceite que contienen, cuya extracción ge-nera una fracción sólida, conocida como pasta de higuerilla (Melo et al., 2008). Esta pasta contiene un alto contenido de nitrógeno, potasio y fósforo (75.4, 6.6 y 31.1 g kg-1 de pasta, respectivamente; Lima et al., 2011; Severino et al., 2012; Dubois et al., 2013). Sin embargo, la aplicación de pasta de higuerilla como fertilizante para el cultivo de papa representa un riesgo para la salud humana (Godoy et al., 2009), al detectarse que contiene altos ni-veles de ricina (proteína tóxica para los humanos; Barnes et al., 2009; Audi et al., 2005; Lord et al., 2003). Ello hace necesario tratar la pasta para eli-minar el riesgo, antes de utilizarla como fertilizan-te orgánico. En este contexto el objetivo de este es-tudio es evaluar el efecto de la utilización de pasta de higuerilla para el desarrollo y producción de S.

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tuberosum en la región del Valle de Perote, Veracruz, México.

MATERIAL Y MÉTODOS

Material biológicoPara establecer el cultivo se utilizó semilla de S. tu-berosum variedad alfa, producida en la región del Va-lle de Perote, Ver., México (19° 33’ 43.2’’ N, 97° 14’ 31.2’’ O). La pasta de higuerilla se obtuvo de semillas colectadas en una plantación experimental localiza-da en la comunidad de Tlachinola, Veracruz, México (19° 39’ 8.82’’ N, 96° 56’ 26.21’’ O). La pulpa fue obtenida del beneficio de café “La Laja” localizada en Tlatetela, Veracruz, México (19° 19’ 022 N, 96° 54’ 0’’ O).

Obtención de la pasta de higuerillaLa pasta de higuerilla se obtuvo mediante dos méto-dos: extracción con solvente (Danlami et al., 2015; McKeon et al., 2016), el aceite de 20 g de pasta se extrajo con 150 mL de hexano en un equipo de ex-tracción soxhlet durante 6 h y, extracción mecánica (Vaughn et al., 2010) mediante el empleo de una pre-sa de tornillo sin fin con chaqueta de calentamiento. La pasta de higuerilla obtenida de la extracción con solvente se detoxifico en autoclave eléctrica durante una hora a 121 °C y 0.1 MPa.

Manejo agronómicoLa siembra de la semilla de papa se realizó al aire libre en bolsas de plástico para vivero de 40 x 40 cm. El sustrato fue tierra utilizada para el cultivo de papa, obtenida de los alrededores del Valle Perote, Vera-cruz, México. Para realizar la irrigación del cultivo se instaló un sistema continuo por goteo en cada una de las bolsas.

FertilizaciónSe evaluaron cinco tratamientos: T0 (control), T1 (urea), T2 (pasta de higuerilla obtenida por ex-tracción con solvente/pulpa de café 50:50 p/p), T3 (pasta de higuerilla obtenida con solvente y de-toxificada por autoclave), T4 (pasta de higuerilla obtenida por extracción mecánica). La aplicación de la fuente de nitrógeno (urea y pasta de higue-rilla) fue realizada para cada tratamiento (0, 3.9, 15.85, 31.7 y 43.3 g respectivamente) equivalente a 150 kg/Ha (Boiteau et al., 2008). La aplicación de nitrógeno se realizó a los 0, 30 y 45 días en cada uno de los tratamientos.

Evaluación de los parámetros fisiológicosLa cuantificación de la germinación se realizó contando directamente la emergencia de las plan-tas a los 10 y 21 días después de la plantación. La evaluación del crecimiento de las platas se realizó midiendo la altura (cm) a los 10, 21, 35, 50, 65 y 80 días. La biomasa foliar fue cuantificada en tres plantas (seleccionadas al azar) para cada uno de los tratamientos, con base en el desarrollo de las hojas verdaderas.

Cosecha y evaluación de rendimientoLa cosecha se realizó a los 90 días del cultivo de la planta, cuando el proceso de producción es consi-derado como concluido. La biomasa foliar (hojas y tallos) fueron cortados; los contenedores fueron vaciados para colectar los tubérculos obtenidos de cada planta de todos los tratamientos. La produc-ción fue evaluada por pesado del total de los tu-bérculos obtenidos de cada planta.

Evaluación de ricinaExtracción de proteína

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La extracción de proteína de los tubérculos, obteni-dos de la cosecha, se realizó siguiendo la metodolo-gía reportada por Godoy et al., (2009). Las muestras se maceraron en un mortero hasta obtener harina; se pesaron 75 mg de harina de papa y se mezclaron con 1.5 mL de agua destilada y se incubaron por 24 horas en agitación (primero a 60 °C por 6 horas y después a 37 °C por 18 horas). Después las mues-tras se centrifugaron a 2000 x g a 20 °C en una cen-trifuga refrigerada (HERMLE Z32HK) durante 30 minutos. El sobrenadante obtenido se utilizó para realizar el análisis por electroforesis.

Análisis cualitativo de ricinaEl método de electroforesis fue utilizado para iden-tificar la presencia de ricina. Se utilizaron geles de poliacrilamida al 12% (Mini-Protean TGX). Se to-maron 100 µL del sobrenadante que contenía las proteínas, el cual se mezcló con 70 µL de búfer Laemmli. Para la detección del peso de las proteí-nas, se utilizó como estándar un marcador molecu-lar Protein Dual Color (Bio-Rad). Para realizar la corrida de las muestras se utilizó Trisglicina-SDS (1x, Bio-Rad). Después de realizar la electroforesis, el gel se tiñó con una solución de azul de Coomas-sie R-250 por 30 minutos. Para remover el exceso de colorante se realizaron tres lavados con agua destilada durante 10 min cada uno en agitación. Se realizaron cinco réplicas por cada tratamiento.

Diseño experimentalSe realizó un diseño completamente al azar con cinco tratamientos y 30 unidades experimentales para cada uno. Los resultados se analizaron con un ANOVA y un test de Tukey (α = 0.05) para la acumulación de biomasa y el rendimiento total de tubérculos. La evaluación del crecimiento de las plantas se realizó con una prueba de signo (evalua-

ción de la mediana de Mood), utilizando el software estadístico MINITAB 16.


Evaluación de la emergencia de brotes en S. tube-rosumEl porcentaje de brote después de los 10 días en el tratamiento control y en el tratamiento uno, donde se utilizó el fertilizante químico fue del 87 y 82%, res-pectivamente (Tabla 1). En los cultivos donde se apli-caron los tratamientos T2 y T4, se obtuvo menos del 60% de brotes. Este comportamiento puede ocurrir debido a la presencia de compuestos inhibidores de brotes o crecimiento foliar de la planta. Es conocido que compuestos como N-fenil carbamato sopropil, isopropil-m-clorocarbanilato y naftaleno retardan o inhiben los brotes de los tubérculos de papa (Da-niels-Lake et al., 2013). Otro factor que puede influir en el porcentaje de brotes es el tiempo de aplicación de fertilizante. La aplicación de pasta de higuerilla en el día de la siembra incrementa la concentración de nitrógeno (amonio y nitrato) a niveles tóxicos, dismi-nuyendo el crecimiento de la planta y por lo tanto el porcentaje de brotes (Lima et al., 2011).

Los inhibidores de los brotes pueden ser removidos simultáneamente con la toxicidad de la pasta de hi-guerilla durante la extracción del aceite. Asimismo, el proceso térmico desnaturaliza proteínas, que pue-den influir en la disminución de la mineralización de la pasta de higuerilla, disminuyendo los niveles

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tóxicos de nitrógeno en el día de la siembra. Debido a que el proceso de detoxificación (autoclave) no fue aplicado a T1 y T4, el efecto de inhibición causo un bajo porcentaje de brotes.A los 21 días, el porcentaje de brotes fue similar en todos los tratamientos. Esto pudo ser causado por la microflora del suelo, que contribuyó a la eliminación de compuestos inhibidores de brotes, disminuyendo el contenido de nitrógeno mineral. La presencia de compuestos que incrementan la salinidad del substra-to puede ser un factor para retrasar los brotes (San-chez-Bernal et al., 2003).

Evaluación del crecimiento de S. tuberosumEl crecimiento de S. tuberosum se observó en todos los tratamientos, siendo mayor en el tratamiento T3, seguido por T4 (P=0.01; Figura 1). La variación en el crecimiento de las plantas debido a la alta deman-

da de nitrógeno y otros elementos esenciales en la etapa de desarrollo se reflejó en el desarrollo de la altura de las plantas (Sierra et al., 2002). Es re-portado que la aplicación de la pasta de higuerilla en el día de siembra reduce el crecimiento de las plantas (Grupta et al., 2004). Los resultados obte-nidos mostraron que la aplicación de pasta de hi-guerilla no reduce el crecimiento de S. tuberosum. El desarrollo de las plantas fue mayor cuando se aplicó pasta de higuerilla en los tratamientos T2, T3 y T4. Desde la aplicación de fertilizante quí-mico al tratamiento T1, las plantas presentaron un decremento en la altura debido a la solubilidad del fertilizante en el suelo (Giletto et al., 2011). Estos resultados pueden ser debido a la rápida minerali-zación que genera la alta actividad microbiana de-tectada cuando es aplicada la pasta de higuerilla en el suelo (Severino et al., 2005).

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Evaluación de la biomasa foliar de S. tuberosumLa acumulación de biomasa en las plantas fue mayor cuando se aplicó pasta de higuerilla como fertilizante en los tratamientos T4, T3 y T2 (Figura 2). La acumulación mostró una diferencia significativa para el tra-tamiento T3 (P = 0.01), este resultado es consecuencia de la cantidad de nutrientes disponibles en el suelo y en el proceso de asimilación de las plantas (Ankumah et al., 2003), siendo el nitrógeno el macroelemento más importante en esta etapa (Giletto et al., 2007).Para la variedad “Ajiba” es reportada una biomasa foliar de 80 g a los 39 días de cultivo con la aplicación de fertilizante químico (Abreu et al., 2016), cinco veces más que lo obtenido en este trabajo. La diferencia de biomasa entre estas especies puede ser por las características de cada una de las variedades.

Evaluación de la producción de tubérculos de S. tuberosumLa producción de S. tuberosum cuando se aplicó pasta de higuerilla como fertilizante (T3 y T4) presentó una alta producción comparada con los tratamientos T0 y T1 (P = 0.01; Figura 3). Estos datos fueron consistentes con la presencia de una alta cantidad de biomasa en las plantas de los tratamientos que se fertilizaron con pasta de higuerilla. La iniciación del desarrollo del tubérculo se controla por hormonas producidas en la planta. Esta etapa es relativamente corta (de 10 a 14 días) y coincide con el comienzo del periodo de floración (Ewing, 1995). En el proceso de crecimiento de los tubérculos, las células se ex-panden debido a la acumulación de agua, nutrientes y carbohidratos. En esta etapa, la planta debe tener suficiente área foliar para mantener una alta velocidad de fijación de carbono para el desarrollo de los tu-bérculos directamente dependientes de la red fotosintética registrada durante esta fase (Rojas et al., 2013).Estos datos son comparables con lo reportado para cultivos de Sinaloa, donde obtuvieron rendimientos de 255 a 188 g por planta de la misma variedad (Luque, 2008).

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Presencia de ricinaLa determinación de ricina por electroforesis sobre los tubérculos de S. tuberosum de las plantas fertiliza-das con pasta de higuerilla se muestra en la Tabla 2.

La evaluación de los tubérculos mostró la ausencia de ricina (Figura 4), lo cual garantiza la seguridad del uso de pasta de higuerilla como fertilizante en cultivos de papa. Estos resultados son causados por la mez-cla de pasta de higuerilla con pulpa de café (T2). Es reportado que una mezcla de la pasta con un material rico en taninos sirve como mecanismo de detoxificación (Roussos et al., 1995). Para el tratamiento T3, la pasta fue previamente detoxificada por autoclave. En el caso de T4, no se detectó presencia de ricina porque el mecanismo de prensado y las altas temperaturas alcanzadas durante el proceso causó la desna-turalización de las proteínas.

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CONCLUSIONESEl porcentaje de brotes para Solanum tuberosum L. fue mayor en los tratamientos control y con fertilizante químico. La utilización de pasta de higuerilla como fertilizante incrementó la altura de las plantas, la acu-mulación de la biomasa foliar y los rendimientos netos de los tubérculos. El uso de la pasta de higuerilla obtenido de la extracción de aceite de semillas de higuerilla por solvente y detoxificada por altas tempe-raturas es viable para utilizarse como fuente de nitrógeno para el cultivo de S. tuberosum en la región del Valle de Perote.

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