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BIOECONOMÍA 2015
“NUEVOS PROCESOS Y PRODUCTOS A PARTIR DE FRUTAS FINAS PATAGÓNICAS / NEW PROCESSES
AND PRODUCTS BASED ON BERRIES AND CHERRIES FROM PATAGONIA
DRA. DANIELA SALVATORI PROBIEN - Instituto de Investigación y Desarrollo en
Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas
Universidad Nacional del Comahue Facultad de Ingeniería Buenos Aires 1400 Neuquén E-mail:[email protected]
Equipo de trabajo
Colaboradores externos
Carolina Schebor (inv. CONICET, UBA) Graciela Leiva (UBA) Natalia Sosa (inv. CONICET, UBA)
Silvia Maidana (UNCO)
Mabel Vullioud (UNCO)
Francisco Garrido (becario CONICET- UNCO)
Lorena Franceschinis (UNCO)
Paula Sette (becaria posdoc CONICET) Daniela Salvatori (inv. CONICET- UNCO)
Integrantes PROBIEN
Área: Conservación de frutas y hortalizas
- Procesamiento mínimo - Deshidratación (secado convectivo, liofilización,
deshidratación osmótica, secado por aspersión). - Enriquecimiento de matrices vegetales con
compuestos bioactivos (polifenoles, minerales, vitaminas)
- Evaluación de calidad (propiedades mecánicas, fisicoquímicas y sensoriales)
- Estabilidad de productos vegetales
Líneas de investigación
Objetivo general
Reportar algunos resultados y avances de proyectos en lo que se refiere a diferentes aspectos tecnológicos involucrados en el desarrollo de productos utilizando frutas finas como matrices vegetales :
CONICET (PIP 0224) ANPCyT (PICT-2010-0072)
UNCO (04/L003) MINCYT (PFIP NEU 011 - RN 013)
UBA (UBACyT X613)
Frutas enteras o en trozo (deshidratadas y mínimamente procesadas)
Jugos de fruta en polvo
Reducción de riesgo coronario y ataques cardíacos
Reducción de accidentes cerebrovasculares
Reducción de diabetes Mejora de agudeza visual Actividad anticancerígena
Polifenoles y antocianinas:
antocianinas Inestables
Factores:
T, [O2], pH,
enzimas degradativas
T
Pérdida de factores organolépticos (color, textura, estructura, etc.)
Pérdida de valor nutricional
Berries y Cherries consumo en fresco
Destino
fruta congelada
Distintas técnicas de deshidratación
Pretratamientos
Industria
Dulces, mermeladas jaleas, conservas, salsas, jugos concentrados, licores
Métodos de
conservación
alternativos
Reacciones de deterioro durante el secado de frutas finas
Cambios sensoriales indeseables y, en muchos casos, pérdidas en el valor nutritivo de la fruta Cambios en las propiedades mecánicas (textura) Pérdida del color rojo característico por reacciones de:
Pardeamiento enzimático Pardeamiento no enzimático Degradación de pigmentos
Cereza fresca
Cerezas durante el secado
t = 5-10 min
t = 5 h t = 10 h
OPTIMIZACIÓN DE TECNOLOGÍAS TRADICIONALES DISEÑO DE NUEVAS TECNOLOGÍAS
Procesos
Distintas técnicas de deshidratación
Pretratamientos
Secado convectivo Liofilización Deshidratación osmótica Impregnación a vacío secado spray
Escaldado Acidificación Fortificación Infusión con solutos Congelación
Valor nutricional
beneficios
Mayor conservación de factores organoléticos textura
Color flavour
Cinética de deshidratación y rehidratación del producto Secaderos y liofilizador Equipo de Deshidratación osmótica
Propiedades físicas Isotermas de sorción de agua (contenido de agua
determinado mediante un titulador Karl Fischer) Actividad de agua Transiciones térmicas (DSC) Movilidad molecular (1H RMN) Color superficial (fotocolorímetro) Estructura de tejidos y morfología de partículas
(SEM, TEM, MO) Textura (INSTRON) Cambios de volumen y de forma Higroscopicidad Solubilidad
Propiedades químicas y funcionales Contenido de antocianinas monoméricas y
polimerizadas Contenido de polifenoles totales Contenido de pigmentos pardos Actividad antioxidante (método ABTS +˙, DPPH, FRAP) Contenido de azúcares
Análisis sensorial
Materias primas Frutas finas
Cherries Cerezas
Berries moras
frambuesas
El Bolsón (Río Negro) Alto Valle de Río
Negro y Neuquén
Origen
Var. Rainier
Var. Napolitana
Var. Lapins
Var. Autumm Bliss
Var. Black Satin
arándanos
Var. Duke
aw = 0,3
Posibles productos
Frutas de larga vida útil
Frutas autoestables de alta humedad o de humedad intermedia
Polvos de jugos de frutas
aw = 0,6-0.9
Deshidratación de frutas enteras o en trozo
Se busca:
Diseño de nuevos productos de mayor calidad y atractivo
Desarrollo de tecnologías alternativas a las tradicionales para la conservación de frutas finas
Diversificación y diferenciación productos de base frutícola.
Aprovechar remanentes de cosecha
Frutas de larga vida útil
Frutas autoestables de alta humedad o de humedad intermedia
SECADO LIOFILIZACIÓN El agua se elimina por evaporación El agua se elimina por sublimación y
luego por desorción
alimento congelado
capa seca
capa congelada
agua adsorbida en capa seca
frente de sublimación
Vapor de agua
Q (calor)
Técnicas de deshidratación
DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA
PRODUCTOS DE ALTO VALOR AGREGADO
AGUA
SOLUTO(S)
Sustancias solubles
(ac.orgánicos, sales
minerales, vitaminas,
pigmentos)
SOLUCIÓN
CONCENTRADA
Vapor de H2O
Q (calor) Alimento húmedo
Alimento húmedo
Operación unitaria Frutas autoestables
(hasta 50 % pérdida de agua)
Pretratamiento en procesos de deshidratación
Frutas finas deshidratadas
Cerezas “pasas” (aw = 0,6)
Cerezas deshidratadas (aw = 0,3)
Productos de cereza
Influencia del secado sobre el color y los pigmentos antociánicos de dos variedades
de cereza
Var. Rainier var. Napolitana
Cerezas tipo “pasas”
FRESCA
T secado sin pretratamiento
(T aire = 70 °C, vel. aire 4m/s, HR = 10 %)
var. Napolitana Var. Rainier
VLC secado con pretratamiento
Secado: T aire = 70 °C, vel. aire 4m/s y HR = 10 %)
Escaldado en vapor e inmersión en solución ácida salina
aw = 0.96
aw ≤ 0.6 cerezas tipo “pasas”
Curvas de secado
C
E
R
E
Z
A
N
A
P
O
L
I
T
A
N
A
Contenido de antocianinas (Acy) (Método de pH diferencial)
Cerezas pretratadas
50 % Reducción del tiempo de secado
Acy
Medio ácido copigmentación
En las dos variedades Acy se incrementó de manera muy marcada.
Luego del pretratamiento
Luego del secado
• Reducción 74 % ambas var. • Var. Napolitana valores superiores que el
control
Cereza var. Napolitana
(T) (VLC)
El pretratamiento permitió una mayor preservación del color y la textura luego del secado en cerezas de ambas variedades.
Escaldado
(E)
Control
(C)
• Sacarosa • Preservadores:
C6H7KO2 , NaHSO3 /Na2S2O5
Vapor de agua en ebullición
Infusión seca (IS)
Cerezas sin pretratamientos
Pretratamientos
Geometría
Mitades Trozos
Influencia de distintos métodos de deshidratación en cereza (var. Lapins)
Secado por Aire (S)
Liofilización (L) • T= - 84ºC (placa
condesadora) • P = 0,04 mbar • durante 48 h
• T = 60°C • % HR = 10%
• durante 24 h aw = 0,3
Cerezas deshidratadas
Polifenoles (PT) y actividad antirradicalaria (AAR) de cerezas deshidratadas
SCT
SIST
LCT
LIST
SCM
SEM
SISM
LCM
LEM
LISM
FF
0
2
4
6
8
10
100 300 500 700 900
1/E
C50 (100 g
-1 m
.s.)
Polifenoles (mg ác. gálico/100 g m.s.)
Polifenoles Método de Folin-Ciocalteau
Actividad antirradicalaria Método de decoloración del radical DPPH
• En general a mayor contenido fenólico mayor AAR.
• Muestras con IS < PT y < AAR
• SCM y SEM potenciamiento de AAR (El tto térmico durante escaldado y secado liberan polifenoles ligados y compuestos de Maillard).
Propiedades mecánicas de cerezas con y sin pretratamiento (INSTRON)
Curvas de fuerza-distancia
Fuerzas máximas durante ensayos de penetración
a
b
a
0
50
100
150
200
250
300
350
0 2,5 5 7,5 10 12,5 15
Fue
rza (g
f)
distancia (cm)
LCM
LEM
LISM
Liofilizadas
c
b
a
0
500
1000
1500
2000
2500
0 2,5 5 7,5 10 12,5 15
Fue
rza (g
f)
distancia (cm)
SCM
SEM
SISM
Secadas
Sec
C
Sec
E
Sec
IS
Lio
C
Lio
E
Lio IS
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Fm
áx
,g
f
La aplicación de pretratamentos condujo a muestras más blandas
Encogimiento (E), Capacidad de rehidratación (CR) e higroscopicidad (H)
Cinéticas de rehidratación a 25°C
Cerezas en mitades
Cerezas en trozo
0
50
100
150
200
0 2 4 6 8tie mpo, h
SCT1 25º
LIST 25ºC
LCT 25ºC
SIST 25ºC
0
50
100
150
200
0 2 4 6 8tie mpo, h
SCT1 25º
LIST 25ºC
LCT 25ºC
SIST 25ºC
E: picnometría líquida (Vd/Vf) H: Exposición a atmósfera de 75 % de HR a 25 °C hasta el equilibrio CR: inmersión en agua destilada a 25 °C
mitades
trozos
gana
ncia
de p
eso
, %
(g
H2
O/1
00
g fr
uta
desh
idra
tada)
Frutas deshidratadas de cereza
Las frutas deshidratadas en base a cereza obtenidas podrán ser consumidas directamente como snacks o utilizadas en la elaboración de otros productos (mix de cereales o barritas)
Proceso de infusión Aw = 0.93
Frutas frescas/congeladas
aw = 0.99
Frutas deshidratadas
Aw = 0.3
Secado convectivo
liofilización
Frambuesas deshidratadas
Frambuesas secadas por corriente de aire
Frambuesas liofilizadas
Estabilización del color rojo
Frambuesas control
CS CL
Fresca
115 mg PT
Compuestos bioactivos IS-AC S, IH L, IH-AC L, IH-B L, IH-BAC L: el doble de polifenoles que
un vaso de vino.
Frambuesas sin pretratamiento (CL y CS): ingesta mucho mayor.
CS = 489±7 % PT (b.h.)
CL = 1060±17 % PT (b.h.)
Secado convectivo (S) Liofilización (L)
Infusiones húmedas () Infusiones secas ()
Secado convectivo Liofilización
a
d
a
ef
bc
hi
bc
fg ghi
i
gh
j
b
de de cd
0
50
100
150
200
250
300
350
IH S
IH-A
C S
IH-B
S
IH-B
AC
S
IS S
IS-A
C S
IS-B
S
IS-B
AC
S
IH L
IH-A
C L
IH-B
L
IH-B
AC
L
IS L
IS-A
C L
IS-B
L
IS-B
AC
L
PT
(mg
ác.
gá
lico/
100
g b
.h.)
En el mercado argentino no se encuentran disponibles productos a partir de frambuesas y cerezas de las características de los
generados en este trabajo.
1. Se obtuvieron PRODUCTOS DESHIDRATADOS en base a cerezas y frambuesas
Apariencia general agradable (forma y color)
Textura similar a la de otras frutas deshidratadas
2. En frutas deshidratadas sin la aplicación de pretratamientos
CS y CL Mostraron la máxima retención de compuestos bioactivos
Registraron la menor aceptabilidad sensorial
La aplicación de los tratamientos de ósmosis se presenta como una alternativa interesante para el desarrollo de productos a partir de frutas
finas que tengan características sensoriales de buena aceptación
Conclusiones
3. Posibles aplicaciones de los productos obtenidos.
Ingredientes en un mix de cereales, topping de yogurts
Producto más similar a la fruta fresca
CL Rápida rehidratación
Baja capacidad de rehidratación
Frutas pretratadas
Snacks IS L e IS S Mayor aceptabilidad sensorial
Si bien las frutas pretratadas poseen un alto contenido de azúcares, el aporte de compuestos bioactivos es interesante como para considerar estos productos como una buena alternativa al consumo de golosinas o de snacks de elevado valor calórico (papas fritas, galletitas, etc)
Frutas mínimamente procesadas
FRUTAS MÍNIMAMENTE PROCESADAS - Aplicación de “tecnologías combinadas” de conservación Uso de factores tradicionales (aw, pH, T, aditivos
antimicrobianos, mejoradores de la textura, color, etc) y factores emergentes (luz ultravioleta, microondas, vacío, etc.)
Productos aw > 0,6
Frutas de alta humedad Frutas de
humedad intermedia
Jugos y purés de frutas
Frambuesas autoestables de alta humedad
IH IH-B
IH-AC IH-BAC
IS IS-B
IS-AC IS-BAC
Frambuesas osmotizadas
Jarabes ricos en polifenoles
IH IH-B
IH-AC IH-BAC
IS IS-B
IS-AC IS-BAC
frambuesas
¿Cómo es posible la retención del color a pesar de la perdida de ACY en nuestras IS?
Estabilización e intensificación del color por la presencia de antocianinas copigmentadas (por asociación intermolecular con otros componentes)
8 productos distintos
Buena retención de color
0
40
80
120
160
200P
T (%
, b.h
.)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
AC
Y (
%, b
.h.)
Infusión húmeda Infusión húmeda
Infusión húmeda Infusión húmeda Infusión seca
Infusión seca
Infusión seca
Infusión seca
115 mg
PT
Compuestos bioactivos JARABES
JARABES
Ref. = 236 ± 2 mg./100 g b.h.
Ref. = 81,28 ± 5,09 mg./100 g b.h
IH IH-B
IH-AC IH-BAC
IS IS-B
IS-AC IS-BAC
Se logran frutas estables con alta retención del color y forma que son los principales atractivos de esta fruta.
La técnica de infusión con azúcares permitió obtener productos de humedad intermedia en base a frambuesas muy similares a algunos productos comerciales como frutas enlatadas o en conserva, pero de mejor calidad en términos de color, de compuestos bioactivos y de características de frescura
El enriquecimiento de todos los jarabes obtenidos a partir de los procesos de infusión en polifenoles y antocianinas así como su potencial osmótico remanente permitiría la reutilización de los mismos, no sólo como soluciones osmóticas en procesos posteriores, sino también como ingredientes naturales para adicionar valor en términos de color y compuestos bioactivos.
Frutas de alta humedad autoestables a temperatura ambiente o en refrigeración
conservas de frutos
cortados
productos intermedios para
la elaboración de otros
productos
Jarabes como fuente de
pigmentos naturales
Aplicaciones
Polvos de jugos de fruta
Jugos de berries en polvo obtenidos mediante distintas técnicas de deshidratación
Secado spray
Liofilización
o Pegado del producto sobre la pared del secador
o Problemas operativos
o Pérdidas
Consecuencias de la pegajosidad en el secado
Principales factores que causan pegajosidad
Condiciones del secado
o Alta temperatura
Características del producto
o Alta cantidad de azúcares de bajo PM o ácidos orgánicos.
o Baja temperatura de transición vítrea (Tg)
jugos de frutas, miel, melazas, sueros, azúcares puros, alimentos ácidos etc.)
Encapsulación de compuestos bioactivos
Matrices sólidas protectoras
fuente de pigmentos naturales
fuente de aroma y sabor natural
Aplicaciones Colorantes naturales Ingrediente funcional
Jugos de mora ricos en polifenoles y antocianinas de alta capac. antioxidante
(polisacáridos , proteínas, gomas)
Jugos
Maltodextrinas y trehalosa
• Aumentan tg del jugo • matrices poliméricas
encapsulantes
Morfología de partículas mediante SEM
SMD
Maltodextrina (SMD) maltodextrina/trehalosa (STMD)
0 20 40 60
0
20
40
60
0
5
10
15
20
SMD-Tg
SMD
STMD
b
STMD-Tg
Secado spray
HR, %
Tg, ºC
Conte
nido
de
agua, % (b
.s.)
0 2 0 4 0 6 0
-2 0
0
2 0
4 0
6 0
0
5
1 0
1 5
2 0
2 5L M D -T g
L T M D -T g
L M D
L T M D
a
L io f iliz a c ió n
H R , %
Tg,
ºC
Co
nt
en
ido
de
ag
ua
, % (b
.s.)
Propiedades físicas: Isotermas de sorción de agua a 20 °C y temperaturas de transición vítrea (Tg)
Los polvos obtenidos por secado-spray presentaron las mejores propiedades físicas: ◦ mayor Tg ◦ menor contenido de
agua (a la misma HR)
Mayor rango de HR y
temperatura para el almacenamiento que las formulaciones liofilizadas
Los polvos liofilizados presentaron la mayor retención de compuestos bioactivos.
El agregado de trehalosa disminuyó la retención de compuestos bioactivos.
0
100
200
300
400
500
600
700
L-MD L-TMD S-MD S-TMD
Polifenoles, ppm ác.
Gálico/100g polvoAntocianinas, mg cyd-3-
glu/100g polvoAct. Antiradicalaria, %
Liofilizado Secado spray
Fuente de pigmentos
naturales
Fuente de aroma y
sabor natural
Aplicaciones Colorante natural
Ingrediente funcional
Se obtuvieron productos en polvo con distintas propiedades que podrían ser utilizadas como colorantes naturales en alimentos que no requieran procesamiento térmico (yogures, helados, etc.) o como ingredientes para el desarrollo de productos funcionales
BIOECONOMÍA 2015
Dra. Daniela Salvatori Universidad Nacional del Comahue Facultad de Ingeniería Buenos Aires 1400 Neuquén E-mail: [email protected]
Muchas gracias por vuestra atención...