Introducción

La alimentación representa uno de los costos más elevados en la producción de organismos por acuicultura. Esto es particularmente real en los cultivos semi-intensivos e intensivos de camarón, llegando a representar más del 60% de los costos de operación de las granjas acuícolas. Estos costos derivan en gran parte por la fuente de proteína proveniente de harinas de pescado y soya. La tendencia actual de la investigación en nutrición acuícola es la reducción de los costos de formulación y alimentación, para lo cual se buscan nuevos ingredientes y aditivos alimentarios (no convencionales) de buena calidad y bajo costo. Para el aprovechamiento óptimo de los alimentos se requiere que, además de que cumplan con los requerimientos nutricionales del organismo en cultivo, sean altamente digestibles. Por lo anterior es necesario conocer la digestibilidad in vitro de insumos y alimentos balanceados, utilizando las enzimas (proteasas y amilasas) digestivas de los organismos, lo que permitirá su adecuado suministro a los sistemas de cultivo. La posibilidad de determinar, en análisis in vitro, la digestibilidad de proteínas y carbohidratos de ingredientes alternativos y alimentos, será de utilidad para optimizar la alimentación y la reducción de costos de producción.

Objetivos

Desarrollar un dispositivo de laboratorio que permita evaluar la liberación de los productos derivados de hidrólisis y la digestibilidad in vitro de proteínas y carbohidratos.

Materiales y Métodos

Se realizó una búsqueda del estado del arte para identificar dispositivos y las técnicas utilizadas para medir la digestibilidad in vitro de ingredientes y alimentos. Con base en lo anterior, se realizó el diseño de una celdilla de digestión-lixiviación, con membrana semipermeable para separar los productos de digestión, control de temperatura para trabajar a temperatura constante y cerrado hermético para evitar fugas de la mezcla de reacción, durante la digestión en el dispositivo. Una vez obtenido el diseño, se construyó el prototipo en el taller de maquinados del Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste, S.C: (CIBNOR), para su prueba de funcionalidad en el laboratorio de Fisiología Comparada y Genómica Funcional de CIBNOR. Una vez probado el dispositivo en condiciones de laboratorio, se generaron las solicitudes de patente para su protección industrial en España, a través de la Oficina Española de Patentes y Marcas (OEMP) y en México, a través del Instituto Mexicano de Propiedad Industrial (IMPI) a favor de la Universidad de Almería (UAL) y del CIBNOR.

Resultados y Discusión

El diseño de la celdilla se muestra en la Fig.1. La citada celdilla de digestión-lixiviación con cerrado hermético y control de temperatura, comprende: una cámara externa hueca cilíndrica conformada por una base y un cuerpo hueco de menor diámetro que la base que se extiende verticalmente de dicha base. Esta cámara externa hueca comprende: un extremo abierto conformado en un extremo de la base cilíndrica de cámara externa hueca y un extremo abierto roscado conformado en un extremo del cuerpo recibirá los productos de digestión. Con una entrada de fluido posicionado en la base cilíndrica de la cámara externa y una salida de fluido que permitirá la extracción de los productos de digestión de la celdilla. La cámara interna hueca (donde se lleva al cabo la digestión) está posicionada dentro de la cámara externa, la cámara interna está conformada por un cuerpo cilíndrico con orificios que, al estar cubiertos por una membrana semipermeable, permite la salida de moléculas de bajo peso molecular hacia la cámara externa. La membrana semipermeable está posicionada verticalmente entre la cámara interna hueca y la cámara externa hueca. La celdilla tiene un sistema de control de temperatura conformado por un elemento de transferencia de calor (serpentín) sostenido por un tapón superior de la cámara interna, de forma que, la tapa interna se asiente en el extremo abierto roscado del cuerpo cilíndrico de cámara externa hueca. La tapa inferior que cierra el extremo abierto de la base cilíndrica de la cámara externa hueca. Además, tiene una tapa superior roscada para cerrar el extremo abierto roscado del cuerpo cilíndrico de la cámara externa hueca. Una pluralidad de sellos herméticos (O-Rings) posicionados entre la tapa inferior, la base cilíndrica de cámara externa hueca, la tapa superior roscada, la tapa interna y el extremo abierto roscado del cuerpo cilíndrico de cámara externa hueca para crear sellos herméticos. La tapa superior tiene rondanas y baleros planos para reducir la fricción al cierre.

Figura 1. Celdilla de digestión-Lixiviación. Los números de mayor tamaño indican: 1. Cámara externa, 2. Cámara interna, 3. Membrana semipermeable, 4. Tapón de cámara interna, 5. Serpentín para control de temperatura. 6. O-Rings, 7. Tapa inferior atornillable, 8. Tapa de cierre superior, 9. Randanas y valeros planos. 10. Entrada de flujo, 11. Salida de flujo.

Esta celdilla posee diez y seis piezas, aproximadamente, y requiere de algunos pasos para su armado, que son fáciles de hacer para un técnico de laboratorio (Fig. 2). Una vez armada, la celdilla tiene dos cámaras selladas herméticamente y que se comunican entre sí solo a través de la membrana semipermeable. El ingrediente o alimento a digerir se coloca en la cámara interna, junto con las enzimas digestivas de la especie en estudio (a través de un orifico del tapón superior). La digestión se realiza a la temperatura deseada (controlada por el serpentín) por ejemplo a 25 ^oC. A los 15, 30 y 45 minutos de digestión se recupera el buffer de la cámara externa (que contiene los productos de digestión que pasaron de la cámara interna de digestión hacia la cámara externa) y se reemplaza con nuevo buffer. Los productos de digestión se cuantifican químicamente para calcular su concentración. Aminoácidos y péptidos por el método de o-paldehido (OPA) (Nolasco 2020) y los azúcares por el método del ácido dinitrosalicílico (DNS) (Nolasco 2021). Las celdillas de digestión-lixiviación se pueden trabajar de forma simultanea para desarrollar análisis de diversos ingredientes o alimentos o sus réplicas de forma simultanea (Fig. 3).

Figura 2. Pasos de armado de la celdilla de digestión-lixiviación.

Se logró el registro de dos patentes sobre una “celdilla de digestión-lixiviación con membrana semipermeable, sistema de cerrado hermético y de control de temperatura”, otorgadas por la Oficina Española de Patentes y Marcas (OEPM), con TÍTULO DE PATENTE No. ES 2 524 521 B8 (Fecha de vigencia al 08/10/2032), y en el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI) con TÍTULO DE PATENTE No. 372134 (Fecha de vigencia al 07/10/2033). En ambas patentes anteriores, los inventores son Héctor Gerardo Nolasco Soria (CIBNOR) y Francisco Javier Moyano López (UAL), y los derechos pertenecen al CIBNOR y la UAL.

Figura 3. Serie de celdillas de digestión-lixiviación sobre un agitador múltiple, en operación.

Conclusiones

La invención es un novedoso diseño de reactor de digestibilidad-lixiviación, con una membrana semipermeable, de tamaño de poro intercambiable, para evaluar la digestibilidad in vitro de proteínas o polisacáridos, mediante la cuantificación química de estos productos.