UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
UNT
FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL
Propiedades físicas, capacidad antioxidante y contenido de betalaínas en pulpa de tuna roja (Opuntia ficus-indica) encapsulada por liofilización
(Physical properties, antioxidant capacity and content of betalains in red tuna pulp (Opuntia
ficus-indica) encapsulated by freeze-dried)
TESIS
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO AGROINDUSTRIAL
AUTOR: Palmer Murga, Katherin Joselyn
ASESOR: MSc. Barraza Jáuregui, Gabriela del Carmen
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
Sustentado y Aprobado ante el Honorable Jurado:
Propiedades físicas, capacidad antioxidante y contenido de betalaínas en pulpa de tuna roja (Opuntia ficus-indica) encapsulada por liofilización
Presentado por:
Aprobado por:
Ing. Gregorio Mayer Ascón Dionicio Presidente
Mg. Karla Margielly Zavaleta Guzmán Secretario
MSc. Gabriela del Carmen Barraza Jáuregui Miembro Vocal
Palmer Murga Katherin Joselyn
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
DEDICATORIA
A Dios por permitirme haber llegado hasta este momento tan sustancial de mi carrera profesional.
A mis padres por su motivación, apego y confianza.
A mis maestros por los conocimientos brindados a lo largo de mi formación profesional.
A la memoria de la Dra. Santos Nélida Murga Gutiérrez.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
AGRADECIMIENTO
En primer lugar, agradezco a Dios por la vida y salud que me brinda, también por darme las herramientas necesarias para seguir adelante y la capacidad de haber concluido satisfactoriamente mi carrera profesional.
A mis queridos padres que con amor, confianza y apoyo incondicional permitieron que logre mis metas y objetivos profesionales.
A quién en vida fué la Dra. Santos Nélida Murga Gutiérrez, quién hasta el día de hoy es mi gran ejemplo a seguir.
A la Universidad Nacional de Trujillo, por haberme inculcado a través de los maestros, esas ganas únicas por el entendimiento de la Ingeniería.
Al Msc. José Carlos Alcántara Campos por su orientación para cumplir con los objetivos proyectados, por su tutoría constante durante la realización de esta investigación.
A la Msc. Ing. Gabriela del Carmen Barraza Jáuregui, quién hizo posible el término de esta investigación, con sus sugerencias en el planteamiento y redacción de la tesis.
A todas aquellas personas que me brindaron su respaldo.
El autor
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
ÍNDICE
RESUMEN ... IX ABSTRACT ... X
I. INTRODUCCIÓN ... 1
II. MATERIALES Y MÉTODOS ... 5
2.1. Materiales reactivos y equipos ... 5
2.2. Caracterización de materia prima ... 5
2.3. Elaboración de pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización ... 6
2.4. Diseño experimental ... 9
2.5. Método de análisis ... 10
2.5.1. pH. ... 10
2.5.2. Sólidos solubles ... 10
2.5.3. Rendimiento ... 10
2.5.4. Eficiencia ... 11
2.5.5. Humedad ... 11
2.5.6. Higroscopía ... 12
2.5.7. Solubilidad ... 12
2.5.8. Determinación de capacidad antioxidante ... 13
2.5.9. Contenido de betalaínas ... 14
2.6. Diseño Estadístico ... 15
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 16
3.1. Caracterización de materia prima ... 16
3.2. Rendimiento de la materia prima... 16
3.3. Rendimiento, eficiencia, humedad, higroscopía y solubilidad de pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización ... 17
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
3.5. Optimización ... 31
IV. CONCLUSIONES ... 34 V. BIBLIOGRAFÍA ... 35 ANEXOS ...
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Diagrama de flujo para obtención de pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización.
... 7 Figura 2. Superficies de contorno para la higroscopía en pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización. ... 24 Figura 3. Superficies de respuesta para la higroscopía en pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización. ... 24 Figura 4. Superficies de contorno para la capacidad antioxidante en pulpa de tuna roja
encapsulada por liofilización. ... 30 Figura 5. Superficies de respuesta para la capacidad antioxidante en pulpa de tuna roja
encapsulada por liofilización. ... 30 Figura 6. Superficies de respuesta con la región óptima predicha de encapsulantes. ... 31
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Equivalencias de límite inferior y superior para cada tipo de encapsulante. ... 9 Tabla 2. Concentraciones de encapsulantes para cada tratamiento. ... 10 Tabla 3. Caracterización físico-química de la tuna roja. ... 16 Tabla 4. Rendimiento, eficiencia, humedad, higroscopía y solubilidad de pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización. ... 17 Tabla 5. ANVA para el rendimiento, la eficiencia, humedad, solubilidad e higroscopía en pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización. ... 21 Tabla 6. Coeficientes de regresión del modelo cuadrático para higroscopía. ... 22 Tabla 7. Valores de capacidad antioxidante esta expresada en el porcentaje de inhibición, y el contenido de betalaínas en pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización. ... 25 Tabla 8. ANVA para capacidad antioxidante y contenido de betalaínas en muestras de pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización. ... 27 Tabla 9. Coeficientes de regresión del modelo Especial Cubico para la capacidad antioxidante.
... 28 Tabla 10. Combinación óptima predicha. ... 32
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
RESUMEN
El objetivo de esta investigación fue evaluar el efecto de la concentración de maltodextrina, almidón modificado de maíz y goma arábiga en las propiedades físicas, capacidad antioxidante y contenido de betalaínas en pulpa de tuna roja (Opuntia ficus- indica) encapsulada por liofilización. Se analizó la caracterización fisicoquímica de la pulpa de tuna roja fresca, para posteriormente llevar a cabo la encapsulación por el método de liofilización, cuyas condiciones de proceso fueron: temperatura del condensador -50°C y presión de vacío 0.02 mBar para cada tratamiento, definido por el diseño simplex con centroide ampliado. Finalmente se determinaron las variables dependientes: rendimiento; la eficiencia; las propiedades físicas: humedad, solubilidad e higroscopía; la capacidad antioxidante y el contenido de betalaínas en el producto terminado. Los resultados obtenidos fueron ingresados en el Software Design Expert 7.0. para analizar su significancia. Los modelos logrados para la higroscopía y la capacidad antioxidante fueron significativos, en tanto para el rendimiento, la eficiencia, la humedad, la solubilidad y el contenido de betalaínas las concentraciones de los encapsulantes no tuvieron efecto significativo.
Palabras clave: tuna roja, encapsulación, humedad, solubilidad, higroscopía, betalaínas, capacidad antioxidante.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
ABSTRACT
The objective of this research was to evaluate the effect of the concentration of maltodextrin, modified corn starch and arabic gum on physical properties, antioxidant capacity and betalain content in red tuna pulp (Opuntia ficus-indica) encapsulated by freeze-dried. The physicochemical characterization of fresh red tuna pulp was analyzed, and subsequently encapsulation by the freeze-dried method, whose process conditions were: condenser temperature -50°C and vacuum pressure 0.02 mBar for each treatment, defined by the simplex design with extended centroid. Finally, dependent variables were determined: performance; efficiency; physical properties: moisture, solubility and hygroscopy; antioxidant capacity and betalain content in the finished product. The results obtained were entered in Software Design Expert 7.0. to analyze its significance. The models achieved for hygroscopy and antioxidant capacity were significant, while for performance, efficiency, humidity, solubility and betalain content the concentrations of the encapsulators had no significant effect.
Keywords: red tuna, encapsulation, moisture, solubility, hygroscopy, betalains, antioxidant capacit
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
I. INTRODUCCIÓN
En los últimos años ha existido un gran interés por considerar en la dieta alimentos que presenten efectos benéficos en la salud. Para conseguir un equilibrio de una vida saludable es importante agregar a nuestra dieta diaria una considerable cantidad y variedad de frutas. Una alternativa rica en nutrientes, vitaminas y minerales es la tuna (Yağis y Göğus 2008; Moure et al., 2001). La tuna es un fruta exótica que se consume tradicionalmente como producto fresco, sin embargo datos actualizados indican que la exportación de este fruto se ha incrementado debido a su gran valor nutricional, además de producir un correcto funcionamiento en nuestro organismo ayudándonos a prevenir distintas enfermedades como problemas cardiovasculares, oculares, neurológicas y ciertos tipos de cáncer (Ames et al., 1993; Chávez-Santoscoy et al., (2009), además se ha utilizado para tratamientos de algunas enfermedades como: la gastritis, artritis, hiperglucemia y colaborar en la lucha contra el sobrepeso y la obesidad (Galati et al., 2003).
La tuna roja es considerada como un fruto de gran valor nutritivo, ya que aporta vitaminas, proteínas y minerales; es muy jugosa, saludable y ofrece grandes propiedades para la digestión ya que contiene fibra en sus semillas, presenta un sabor agradable con un bajo índice glúcemico y contenido nutrimental como el potasio, calcio, magnesio y fósforo (Tomás, et al., 2012); entre sus componentes, destacan la fibra, pigmentos (betalaínas), los minerales (Ca, K), los hidrocoloides (mucílagos) y algunas vitaminas como la vitamina C, que tienes propiedades antioxidantes.
La industria de alimentos pretende sumar este tipo de componentes a sus productos dándoles el valor agregado que el consumidor requiere, siendo la tuna una alternativa para el procesamiento de alimentos con ingredientes nativos y que generen propiedades funcionales. Sin embargo, durante el procesamiento el contenido natural de sus compuestos activos se ve perjudicado (Gharras et al., 2008). Por lo que es importante
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
desarrollo de productos innovadores. El uso de tecnologías nuevas como la encapsulación, es un proceso que conserva la bioactividad de componentes de interés.
La encapsulación es una de las tecnologías más innovadoras de empaque de materiales en el ámbito alimentario, consiste en el proceso de recubrimiento de compuestos activos (colorantes, aromas, nutrientes, antioxidantes) mediante uno o varios materiales que son incorporados en pequeñas cápsulas (Desai y Park, 2005) otorgándole protección de ciertos factores ambientales como la humedad, calor u otras condiciones extremas (Villena et al., 2009). La encapsulación es una herramienta muy interesante y competitiva en la industria alimentaria, cuyo objetivo es aumentar la vida útil de los componentes encapsulados. Esta tecnología permite dar un valor agregado a los productos aportando mejores características sensoriales, funcionales y nutricionales (Ribeiro y Stringheta, 2006).
Algunas de las desventajas que se presentan es la aglomeración del polvo durante y después del proceso y las pérdidas de componentes volátiles, lo cual origina la presencia de higroscopía en algunos productos sobre todo cuando se trabaja con frutas. Por ello, es primordial optimizar las condiciones de trabajo y agregar ciertos agentes encapsulantes que generen la disminución de estas desventajas (King y Greenwald, 1981). Para el procesamiento adecuado de los encapsulados es muy importante saber identificar las variables independientes que se manejan en el proceso como la concentración y la mezcla de los agentes encapsulantes. Para esta investigación los materiales de pared que se consideraron son maltodextrina, almidón modificado de maíz y goma arábiga. Este tipo de agentes encapsulantes tienen la ventaja de aumentar la temperatura de transición vítrea del producto seco, fase en la cual atrapa el compuesto activo que lo protege de la temperatura y cambios enzimáticos o químicos tales como la oxidación (Munin & Edwards, 2011).
La maltodextrina es una mezcla de carbohidratos con distintos grados de polimerización que aparecen como resultado de la hidrólisis del almidón, aportan propiedades funcionales y nutricionales que la convierten en uno de los aditivos alimentarios más utilizados y
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
seguros para la elaboración de alimentos procesados, los almidones modificados se pueden usar como: texturizantes, estabilizantes, ligantes, formadores de película, abrillantadores, emulsificantes, espesantes y también como encapsulantes de sabores (Niebla, 2009) ; la goma arábiga es considerada un polisacárido natural catalogado y utilizado como aditivo por la industria alimentaria ya que preserva el sabor original de los ingredientes (Cozic et al., 2009) destaca también por actuar como un agente estabilizante que evita la oxidación y volatilización de componentes, aumentando la estabilidad del producto (Gabas et al., 2007). Puede usarse en combinación con almidón modificado de maíz y maltodextrina, ya que así reúne mejores características Utilizando estos tres agentes encapsulantes podemos obtener óptimos resultados en el proceso de elaboración (Vardin &Yasar, 2012).
En el extracto de nopal (Opuntia ficus-indica) encapsulado se usó tres biopolímeros:
maltodextrina, goma arábiga seyal y goma arábiga Senegal al 20% donde se analizaron propiedades fisicoquímicas y antioxidantes. Para el extracto escaldado se mostró una mayor capacidad antioxidante (12.92%), también para la infusión en seco los compuestos polifenólicos fueron mayores (1.69 mg EAG/L); la goma arábiga seyal fue el biopolímero que presentó una mejor protección de sus compuestos activos ofreciendo mejor estabilidad de la capacidad antioxidante (Reyes et al., 2014).
En el polvo de guanábana (Annona muricata) se evaluaron las propiedades físicas producidas por secado por spray, las variables operacionales del proceso fueron:
temperatura del aire de entrada (160-190° C) y la concentración de maltodextrina (10- 25% de los sólidos totales de la pulpa de guanábana). El contenido de la humedad en polvo de guanábana y el rendimiento del proceso se vieron afectados positivamente por la temperatura del aire de entrada. El rendimiento del proceso fue influenciado negativamente por la concentración de maltodextrina. La higroscopía disminuyó con el aumento de la concentración de maltodextrina y la disminución de la temperatura. Los
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
polvos con bajo contenido de humedad eran más higroscópicos. El resultado muestra la óptima condición de temperatura del aire de entrada es 170°C y la concentración de maltodextrina es 10% de los sólidos totales de la pulpa de guanábana (Khaidatul, 2010).
En la pulpa de champa (Campomanesia lineatifobia) liofilizada se llevó a cabo una caracterización fisicoquímica. Primero, por medio del método solido-líquido se realizó una extracción de los compuestos fenólicos a una temperatura de 70°C con una mezcla de disolventes etanol– agua (70% - 30%), obteniendo un rendimiento del 21%. Luego se establecieron las mezclas del material encapsulante determinando como la mezcla 1, maltodextrina y lecitina de soya, y la mezcla 2, almidón modificado y goma arábiga. La encapsulación se trabajó bajo ciertas condiciones de proceso las cuales fueron:
temperatura de entrada 150ºC, temperatura de salida 79ºC, porcentaje de aspiración 65- 70% y porcentaje de aspersión 0,4 L/min. La mezcla que dio óptimos resultados en pruebas de tamaño, solubilidad y rendimiento fue la mezcla 2. La muestra con una mayor actividad antioxidante en la prueba de DPPH fue la pulpa (0,007 g equivalentes de TEAC/g Pulpa BS), en la prueba de FRAP (transferencia de un electrón) el extracto fue la muestra con mayor capacidad antioxidante (0,087g equivalente de TEAC/g Pulpa BS).
Finalmente, se determinó que la mezcla de almidón modificado y goma arábiga, influyeron mejor en la estabilidad de los compuestos bioactivos de la champa (Martínez et al., 2017).
La presente investigación tuvo como finalidad evaluar el efecto de la concentración de maltodextrina, almidón modificado de maíz, goma arábiga; en las propiedades físicas, capacidad antioxidante y contenido de betalaínas en pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización. Se determinó también los valores de estas variables en la pulpa de tuna roja fresca y el producto encapsulado, además del rendimiento y eficiencia para cada tratamiento y repetición.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
II. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1. Materiales reactivos y equipos
Los materiales biológicos utilizados en la experimentación fueron; tuna roja (Opuntia ficus-indica), maltodextrina, almidón modificado de maíz y goma arábiga.
Los equipos utilizados; Liofilizador (marca LABCONCO, modelo 7806030), Balanza analítica (marca AND, modelo GX-G100), Balanza analítica (marca AND, modelo GX- G600), Balanza electrónica (marca VENTUS, modelo BCE30), Refrigerador dos puertas (marca Samsung, modelo RS-21HKLMR), Congelador (marca COLDEX, modelo CH10P), Refractómetro (marca HANNA, modelo H196801), Balanza de humedad (marca RADWAG, modelo PMR50), PH metro digital (marca HANDYLAB 100, modelo MK II), Termómetro (marca KYNTEL, modelo TP101), Licuadora industrial, Centrífuga (marca NUVE, modelo NF200), Agitador Magnético Múltiple (marca SBS, modelo T-EQ-005); Estufa (marca MEMMER, modelo T-EQ-012), Ultra Turrax (marca IKA, modelo T-EQ-007), Espectrofotómetro( marca UNICO, modelo 4802).
Los reactivos; Agua destilada, Alcohol 96°, Cloruro de Sodio, DPPH (2,2-difenil-1- picrilhidracilo), etanol y alcohol metílico. Otros; utensilios de menaje (jarras, cucharas, coladores, baldes, cuchillo, bolsas, tapers, bandejas, cubetas plásticas); utensilios de escritorio (papel toalla, papel filtro, papel tisú, papel aluminio, marcador indeleble, perforador) y materiales de laboratorio (embudos, varillas de vidrio, pinzas, pipetas de 5 mL, pisetas, probetas de 10 mL, mortero, vasos de precipitación: 50, 100 mL, placas Petri, sensores de temperatura, tamiz (marca STYLER No.40 de 425 µm), tubos falcón de 5 y 50 mL.
2.2. Caracterización de materia prima
Se empleó tuna roja (Opuntia ficus-indica) cultivada en la Provincia de Huaraz, en el departamento de Ancash. Los frutos se recolectaron en la fase de maduración comercial.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
Se realizó una caracterización fisicoquímica en la pulpa de tuna roja fresca, como el contenido de sólidos totales, pH, sólidos solubles y humedad.
2.3. Elaboración de pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización
Para obtener la pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización se siguió el diagrama de flujo de la Figura 1. A continuación se describe cada operación.
Recepción. Las tunas (Opuntia ficus-indica) fueron trasladadas al Laboratorio de Tecnología de los Productos Agroindustriales de la Facultad de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Nacional de Trujillo. Utilizando una balanza electrónica se pesaron para determinar el rendimiento.
Selección y clasificación. La selección se llevó acabo separando los frutos dañados; la clasificación se realizó bajo ciertos parámetros de calidad como el color (rojo oscuro), buena textura y aroma, un mismo tamaño y estado de madurez.
Lavado. Para el lavado de los frutos se eliminó la carga microbiana, suciedad y/o restos de tierra adheridos a las superficies, este procedimiento se llevó a cabo en baldes con agua potable.
Pelado/Cortado. El pelado se realizó de forma manual en tinas, utilizando cuchillos de acero inoxidable previamente esterilizados, para retirar la cáscara y luego se realizó el cortado de fruta en mitades.
Escaldado. El escaldado se realizó con vapor con el objetivo de inactivar enzimas, durante 15 minutos. Con esta operación se consiguió ablandar y eliminar la parte de oxígeno ocluido en la fruta.
Pulpeado. La fruta escaldada se trituró haciendo uso de una licuadora industrial, la pulpa extraída se depositó en recipientes limpios y esterilizados.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
Figura 1. Diagrama de flujo para obtención de pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización.
Agentes encapsulantes
Frutas no aptas
Pesado
Mezcla
Selección y clasificación
Lavado
Pelado/Cortado
Escaldado
Pulpeado Tuna roja
Tamizado
Congelado
Liofilizado
Envasado Pulpa
Almacenamiento Tuna roja encapsulada
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
Tamizado. Mediante un tamiz de 0.5 mm se filtró la pulpa, logrando eliminar las partículas de semillas.
Pesado. Para cada tratamiento se pesaron 200g de pulpa (se trabajó en base a los sólidos totales de la pulpa la cual fue llevada a una concentración del 15%). Luego fueron depositados en envases previamente esterilizados y etiquetados por tratamientos. El pesado se realizó haciendo uso de la balanza de precisión.
Pesado de encapsulantes. De acuerdo al diseño de mezclas, se pesó cada uno de los encapsulantes: maltodextrina, almidón modificado de maíz y goma arábiga (15% de los sólidos totales de la pulpa de tuna roja) para cada tratamiento. Para determinar el peso de cada encapsulante previamente se desarrolló un balance de masa obtenida de la cantidad de muestra, la cantidad de sólidos totales y la concentración del 15%. El pesado se realizó haciendo uso de la balanza analítica.
Mezcla. En un vaso de precipitación se pesó 200 g de pulpa de tuna roja donde se disolvieron los encapsulantes previamente pesados, se agitó por 10 minutos a 15000 rpm haciendo uso del Ultra Turrax logrando uniformidad en la mezcla. Este proceso se realizó para cada tratamiento y repetición. Finalmente, la mezcla se depositó en cubetas.
Congelado. Se llevó a un congelador a temperatura de -20 °C por 24 horas.
Liofilizado. Las cubetas fueron llevadas a un liofilizador marca Labconco, bajo ciertas condiciones de proceso las cuales fueron: Temperatura del condensador -50 °C, presión de vacío 0.02 mBar, durante 48 horas. Las muestras fueron retiradas cuando alcanzó una temperatura de 23 °C.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
Envasado. El producto encapsulado se envasó en tubos Falcón de 50 mL, recubiertas con papel aluminio.
Almacenamiento. Se almacenó en un refrigerador marca Samsung a temperatura de 3°
C.
2.4. Diseño experimental
Las variables independientes fueron las concentraciones de los encapsulantes utilizados:
maltodextrina, almidón modificado de maíz y goma arábiga; las variables dependientes:
el rendimiento, la eficiencia, las propiedades físicas (humedad, solubilidad e higroscopía), la capacidad antioxidante y el contenido de betalaínas.
Se utilizó el diseño simplex con centroide ampliado en el cual se representan todo el universo de posibilidades de mezclas. La Tabla 1 muestra los límites inferiores y superiores para cada uno de los agentes encapsulantes utilizados (maltodextrina, almidón modificado de maíz y goma arábiga); con estos valores se determinaron las concentraciones reales de cada encapsulante para cada uno de los tratamientos de acuerdo al diseño utilizado.
Tabla 1. Equivalencias de límite inferior y superior para cada tipo de encapsulante.
Agentes encapsulantes L.I L.S.
Maltodextrina (MD) 0,0% 100,0%
Almidón Modificado de Maíz (AMM) 0,0% 100,0%
Goma Arábiga (GA) 0,0% 100,0%
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
En la Tabla 2 se presenta los tratamientos para las variables a evaluar.
Tabla 2. Concentraciones de encapsulantes para cada tratamiento.
TRATAMIENTO Maltodextrina (%)
Almidón modificado
de maíz (%)
Goma arábiga
%) 1 100.00 0.00 0.00 2 0.00 100.00 0.00 3 0.00 0.00 100.00 4 50.00 50.00 0.00 5 50.00 0.00 50.00 6 0.00 50.00 50.00 7 33.33 33.33 33.33 8 66.67 16.67 16.67 9 16.67 66.67 16.67 10 16.67 16.67 66.67
2.5. Método de análisis
2.5.1. pH.
Se realizó mediante un pHmetro digital marca HANDYLAB100, preliminarmente calibrada.
2.5.2. Sólidos solubles
Se determinó por método refractométrico, este procedimiento consistió en tomar una muestra de pulpa y colocarla en el prisma, quien determinó el límite superior del rango de medición. Se tomó el valor de la lectura obtenida en el refractómetro marca HANNA.
2.5.3. Rendimiento
El rendimiento se determinó de la cantidad de encapsulado que se obtuvo antes y después de la liofilización, siendo el peso inicial la sumatoria de los encapsulantes (Maltodextrina, Almidón modificado de maíz y Goma arábiga) más la cantidad de
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
sólidos totales de la pulpa de tuna roja y el peso final fue la cantidad en peso de polvo liofilizado de la pulpa de tuna roja.
Se llevaron a cabo por triplicado (los datos se darán como promedio ± desviación estándar). Los resultados fueron expresados en porcentajes tal y como se muestra en la ecuación 1, a continuación:
2.5.4. Eficiencia
La eficiencia se determinó de la cantidad de encapsulado que se obtuvo en base al máximo posible teórico y a la variabilidad del material no capaz de secarse, como una variable que muestra los efectos de las variables no controladas como humedad relativa o el contenido de humedad residual. Se llevaron a cabo por triplicado (los datos se dieron como promedio ± desviación estándar). Los resultados fueron expresados en porcentajes tal y como se muestra en la ecuación 2, a continuación:
Donde:
Mo= Cantidad de encapsulado obtenido[g]
P= Cantidad de fruta inicial encapsulada[g]
Msm=Fracción de materia seca del encapsulado [ ]
Msf=Fracción de materia seca de la fruta [ ]
Md=Contenido de los agentes encapsulados: MD, AMM, GA [g]
2.5.5. Humedad
Se determinó con una balanza de humedad marca RADWAG. Para cada tratamiento se tomó 1 g polvo para la lectura de la humedad. Los resultados fueron expresados en
Eficiencia = Mo * Msm
(P * Msf) + Md
X 100%
Rendimiento = 100- (Peso final-Peso inicial) Peso inicial
X 100% (1)
(2)
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
porcentajes. Se llevaron a cabo por triplicado (los datos se dieron como promedio ± desviación estándar).
2.5.6. Higroscopía
Se llevó a cabo de acuerdo a la metodología descrita por Ersus y Yurdagel (2007) con algunas modificaciones. Para la higroscopía se tomó aproximadamente 2 g de las muestras en polvo, se colocó en placas Petri y fueron depositadas en un desecador con una solución saturada de NaCl (76 % de humedad relativa) a temperatura ambiente durante 7 días. Después se pesó las muestras. Se llevaron a cabo por triplicado (los datos se dieron como promedio ± desviación estándar). Los resultados fueron expresados en porcentajes tal como se muestra en la ecuación 3:
Donde:
a: cantidad de muestra para la medición (g)
b: incremento del peso en polvo (g)
Wi: (% Wb) cantidad de humedad del polvo antes de exponerse a humedad relativa
2.5.7. Solubilidad
Para la determinación de la solubilidad se aplicó la metodología de Ochoa et al. (2011) realizando ciertas modificaciones. Para cada tratamiento se tomó 1g de muestra de polvo (base seca) añadida en 25 mL de agua destilada en un vaso de precipitación de 50 mL. La suspensión se agitó magnéticamente durante 15min hasta solubilizar completamente la muestra. Posteriormente fue llevada a tubos de ensayo para centrifugar a 5000 rpm por 20min. Haciendo uso de un papel Whatman N° 1 se realizó el filtrado a vacío del sobrenadante en una placa Petri previamente pesada, luego se llevó a estufa a una temperatura de 105 °C hasta peso constante. Se llevaron a cabo por triplicado (los datos se dieron como promedio ± desviación estándar). Los resultados fueron expresados en porcentajes tal como se muestra en la ecuación 4:
HG (%) = b/a + Wi 1 + b/a
X 100%
(3)
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
Donde:
PSsob: es el peso seco del sobrenadante
PSME:es el peso inicial del encapsulado en base seca
2.5.8. Determinación de capacidad antioxidante
Para la determinación de capacidad antioxidante se aplicó la técnica empleada por Brand-William (1995) realizando algunas modificaciones. Para esta metodología, se utilizó el 2,2-difenil-1-picrilhidracilo (DPPH) para medir la actividad antioxidante.
Para la obtención del extracto de tuna en polvo, se tomó 0,5 g de muestra de polvo (base seca) añadida en 10 mL de etanol en un vaso de precipitación de 50 mL. La suspensión se agitó magnéticamente por 2 horas hasta solubilizar completamente la muestra. Finalmente se añadió el extracto diluido en tubos falcón de 5 mL y se conservó refrigerado con papel aluminio. Se preparó una solución madre de DPPH (0,00392 g) y se conservó refrigerado en una fiola recubierta con papel aluminio.
En tubos falcón de 5 mL se le añadió 1850 µL de la solución de DPPH y 150 µL del extracto de la muestra, utilizando 1 mL de esta solución para las lecturas. La absorbancia fue leída a los 30 minutos de reacción a 515 nm. El radical DPPH se define como un electrón desapareado de color azul-violeta, con tendencia a decolorarse hacia amarillo-pálido debido a la reacción con alguna sustancia antioxidante.
Se llevaron a cabo por triplicado (los datos se dieron como promedio ± desviación estándar). Los resultados fueron expresados en porcentajes de inhibición de radicales DPPH tal como se muestra en la ecuación 5:
S (%)= PSsob
PSME
X 100% (4)
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
Donde:
Abs30 = Es la absorbancia de la muestra a los 30 minutos.
AbsR = Es absorbancia de la solución patrón.
2.5.9. Contenido de betalaínas
El contenido de betalaínas se determinó de acuerdo con el método descrito por Castellanos-Santiago y Yahia (2008) con algunas modificaciones. La muestra (1 g) de polvo liofilizado, se mezcló con 20 mL de agua destilada, luego se agitó magnéticamente durante 30 minutos y se centrifugó a 5000 rpm por 20 min, del sobrenadante recuperado se tomó 1 mL de muestra diluida y se mezcló en 20 mL de alcohol metílico al 20%. Posteriormente se tomó lectura en el espectrofotómetro a una absorbancia de 483 y 538 nm usando como blanco alcohol metílico a 80%. Se llevaron a cabo por triplicado (los datos se dieron como promedio ± desviación estándar). Los resultados fueron expresados en términos de concentración de betalaínas totales, tal como se muestra en la ecuación 6.
Donde:
A: es la absorción a 538 para betacianinas.
DF: es el factor de dilución
Vd: es el volumen de la solución (mL)
Wd: es el peso del producto deshidratado (g)
L: es longitud de la cubeta (1 cm)
MW y ε: son el peso molecular y el coeficiente de absortividad molar [Betacianina = 550 g/mol; ε = 60 000 L / (mol cm) en agua.
% Inhibición = 100 - Abs30 X100
AbsR
(5)
BC[mg/g] = [A*DF*MW*Vd /ɛ*L*Wd] (6)
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
2.6. Diseño Estadístico
Los resultados obtenidos se analizaron en el software Design Expert 7.0.;
determinándose así el modelo más adecuado (teniendo en cuenta su significancia, p<
0,05) y los coeficientes R2 y R2-ajustado, debiendo ser igual o superior 0.85 y 0.75, respectivamente, para validar el modelo matemático que representó el comportamiento del fenómeno en estudio.
Mediante el software Design Expert 7.0. se analizaron también los gráficos de contornos y respuestas; y se halló la zona óptima predicha multirespuesta, para determinar las regiones con las concentraciones óptimas de encapsulantes para minimizar o maximizar la perdida rendimiento, eficiencia, propiedades físicas, capacidad antioxidante y contenido de betalaínas en polvo de tuna roja encapsulada por liofilización.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 3.1. Caracterización de materia prima
Antes de analizar el proceso de encapsulación, la tuna roja fue previamente caracterizada. En la Tabla 3 se muestran los resultados obtenidos.
Tabla 3. Caracterización físico-química de la tuna roja.
Características Fisicoquímicas Valor Sólidos Solubles (°Brix)
pH
Humedad (%)
% Sólidos Totales
12 ± 1,000 5,32 ± 0,574 94,33± 1,529
5,67± 0,737
En la Tabla 3 se presenta el valor de sólidos solubles (°Brix) de muestras de tuna roja fresca, este valor es el resultado del promedio de tres repeticiones, observándose que el valor encontrado fue de 12± 1,000, valor similar a lo descrito por Vilches (2005) donde muestra que la pulpa de tuna roja presentó un contenido de sólidos solubles de 13,5
°Brix. Experimentalmente ambos valores cumplen con el rango señalado en la bibliografía el cual varía entre 10 a 15 ° Brix.
Con respecto a los valores de pH de muestras de tuna roja fresca, el valor es el resultado del promedio de tres repeticiones, siendo el valor encontrado (5,32 ± 0,574), siendo similares a los valores reportados por Mejía (2015) (4,1 ± 0,3) y Mancera (2010) (6,19 ± 0,08) para la pulpa de manzana y zumo de zanahoria, respectivamente.
3.2. Rendimiento de la materia prima
El rendimiento de la tuna roja fresca, fue de 61,10%, este valor experimental muestra que la tuna es un fruto con un buen rendimiento ya que en su mayoría lo conforma la pulpa. Siendo similar a los valores reportados por Arteaga (2015) (72,79%) demostrando que los arándanos también poseen un rendimiento alto, incluso mayor al de la tuna.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
3.3. Rendimiento, eficiencia, humedad, higroscopía y solubilidad de pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización
En la Tabla 4 se muestra valores de rendimiento, eficiencia, humedad, higroscopía y solubilidad de pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización
Tabla 4. Rendimiento, eficiencia, humedad, higroscopía y solubilidad de pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización.
Tratamiento Rendimiento (%)
Eficiencia (%)
Humedad (%)
Higroscopia (%)
Solubilidad (%)
1 81,18 93,81 4,83 22,77 82,32 2 88,79 86,91 5,82 23,45 80,32 3 85,80 89,49 5,52 28,85 78,50 4 87,10 89,04 4,96 28,44 79,24 5 84,36 90,78 5,38 21,19 80,90 6 85,88 88,86 6,15 22,42 78,72 7 85,45 89,44 5,90 22,40 80,30 8 85,92 89,03 5,91 23,20 81,00 9 88,13 87,64 5,60 24,01 79,62
10 85,85 89,25 5,77 26,59 77,50
En la Tabla 4 se muestra la eficiencia del proceso de encapsulación para cada muestra encapsulada siendo la mezcla pura del tratamiento T1 (MD: 100%) y la mezcla binaria del tratamiento T5(MD: 50%, GA: 50%) los que presentan mayor eficiencia;
obteniéndose como resultados 93,81% y 90,77% respectivamente. Según Gupta et al., (2015) ambos encapsulantes presentan propiedades formadoras de película, baja viscosidad y adecuada estabilidad. Se espera que estas características permitan conseguir una mejor eficiencia en el producto terminado.
Se observó experimentalmente que, durante el proceso de encapsulación las muestras
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
con mayor contenido de goma arábiga y maltodextrina no se adherían a las paredes de la mezcladora Ultratturrax, a diferencia del almidón modificado de maíz, lo cual pudo influir en el rendimiento final del producto.
Según lo reportado por López et al. (2009) una variable que influye mucho en la eficiencia final de la encapsulación es la concentración de sólidos; quién señala que si la concentración de encapsulantes es alta entonces aumentará la eficiencia del producto final. A pesar de ello, cuando se quiere obtener un producto seco sin ningún encapsulante, la cantidad de sólidos totales no es muy alta: debido a ello se considera que no es adecuada para este proceso. Consecuentemente, lo recomendable sería aumentar los sólidos totales para obtener una buena eficiencia en el producto seco.
López, et al., (2009) y García et al., (2004) señalan que la maltodextrina es uno de los agentes encapsulantes más usados para mejorar la eficiencia en los productos encapsulados; debido que al ser un oligosacárido aumenta los °Brix.
De acuerdo a lo señalado por los autores y a lo que experimentalmente se observó se determina que la concentración de maltodextrina que logra mejor eficiencia en polvo de tuna roja, varía entre el 50.00 al 100.00%.
La Tabla 4 muestra que la menor eficiencia se da al adicionar la mayor cantidad de almidón modificado de maíz. Se cree que la razón por el cual la eficiencia fue menor es porque experimentalmente se comprobó que una mezcla con alto contenido de almidón modificado de maíz se adhiere a las paredes de la mezcladora ultratturrax; esto explica los resultados en la mezcla pura del tratamiento T2 (AMM: 100%) y la mezcla ternaria del tratamiento T9 (MD: 16,67%, AMM: 66,67%, GA: 16,67%), ya que hay alta concentración de almidón modificado de maíz.
Con respecto a la concentración de almidón modificado de maíz, en la mezcla pura del tratamiento T2 y la mezcla ternaria del tratamiento T9 tienen 100.00% y el 66.67%
respectivamente.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
Krishnane et al. (2005) en uno de sus estudios menciona que el almidón modificado de maíz tiene propiedades nutricionales y funcionales similares a la goma arábiga; sin embargo, señala que estas no pueden usarse en altas concentraciones ya que tiende a adherirse en las paredes de la mezcladora ultraturrax. Lo cual sucede en la investigación realizada por Hoagland (1978) quien indica que este almidón posee propiedades gelatinizantes y espesantes lo cual originó adherencia a las paredes de la mezcladora Ultraturrax.
Para la humedad los valores que concuerdan mejor con los descrito por los autores son los del tratamiento T1 con una humedad del 4.83 %. Comparando este resultado con los valores obtenidos para la tuna roja fresca (humedad 94.33 %) se observa una pérdida del 94.80 %, debido a que se realizó una deshidratación de la materia prima por el método de liofilización.
Para la higroscopía el valor más alto para esta variable es la mezcla pura del tratamiento T3 con el valor de 28.85 %. Comparando este resultado con los valores obtenidos para la tuna roja fresca (higroscopía 23.05 %) se observa un aumento del 25.00 %.
Para la solubilidad el valor más alto para esta variable es la mezcla pura del tratamiento T1 con una solubilidad de 82.32 %. Comparando este resultado con los valores obtenidos para la tuna roja fresca (solubilidad 85.43 %) se observa una pérdida del 3.70
%.
En esta investigación se mostró que el contenido de humedad y solubilidad no fueron significativamente (p>0.05) afectados por la concentración de encapsulantes, con valores de humedad por debajo del 7% (p/p) y para la solubilidad valores por encima de 77%, este mismo hecho fue reportado por Candelas-Cadillo et al., (2005) en el estudio que realizó para el secado de pulpa de tomate usando maltodextrina como agente encapsulante. Mostraron también valores similares en el contenido de humedad otros
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
estudios reportados en polvos como los obtenidos de bayas de acai, descrita por Tonon et al., (2008) y de jugo de uva por Papadakis et al., (2006).
Otras propiedades como el porcentaje de higroscopía fueron afectadas significativamente (p<0.05) por la concentración de encapsulantes adicionado a la pulpa de tuna roja. Los valores de higroscopía fueron ligeramente más altos al añadir concentraciones más altas de cada tipo de encapsulante, obteniéndose valores cercanos al 30%, estos valores son adecuados ya que cumplen con el rango óptimo para lograr una buena estabilidad en el producto terminado, lo cual fué reportado por Castellar et al.., (2003).
Para el índice de solubilidad se obtuvieron menores valores en los encapsulados procesados con una mayor concentración de encapsulantes, donde las fibras solubles de la pulpa de tuna roja están más cerca entre ellas y producen aglomerados, disminuyendo con ello la solubilidad del polvo encapsulado obtenido por Fincher y Stone (1986). Los valores obtenidos para la solubilidad son más altos que los reportados en otros polvos, como en polvo de gac, en el cuál se usó maltodextrina como agente encapsulante donde se obtuvieron valores del 75%, KHz et al., (2010). La alta solubilidad obtenida experimentalmente se debe a que los compuestos activos que tiene la pulpa de tuna como los pigmentos y azúcares son solubles en agua, sin embargo, en recientes estudios se han encontrado polvos con una mayor solubilidad como el polvo obtenido de jugo de piña seco con maltodextrina, quien obtuvo un porcentaje de solubilidad mayor al 85%, según Abadio et al., (2002).
La Tabla 5 se muestra el ANVA para rendimiento, eficiencia, humedad, solubilidad e higroscopía en pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
Tabla 5. ANVA para el rendimiento, la eficiencia, humedad, solubilidad e higroscopía en pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización.
Rend. Efic. H Solub. Higrosc.
p R2 p R2 p R2 p R2 p R2
Lineal 0,007 0,76 0,005 0,78 0,159 0,41 0,026 0,65 0,636 0,12
Cuadrat. 0,127 0,93 0,314 0,90 0,431 0,68 0,412 0,82 0,040 0,87
Especial
Cubico 0,904 0,94 0,698 0,91 0,407 0,76 0,701 0,83 0,795 0,87
Para el rendimiento, el análisis de varianza para modelos señala que el modelo lineal fue significativo (p<0.05), pero los coeficientes R2 (0.76) y R2-ajustado (0.69) fueron menores al 0.85 y 0.70, respectivamente, por lo que el modelo no presentó capacidad para describir el comportamiento de la variación del rendimiento.
Para la eficiencia, el análisis de varianza para modelos señala que el modelo lineal fue significativo (p<0.05), pero los coeficientes R2 (0.78) y R2-ajustado (0.72) fueron menores al 0.85 y 0.70, respectivamente, por lo que el modelo no presentó capacidad para describir el comportamiento de la variación de la eficiencia.
Para la humedad, el análisis de varianza para modelos señala que ninguno fue significativo (p≥0.05), por lo que no se pudo describir el comportamiento de la variación de la humedad.
Para la higroscopía, el análisis de varianza para modelos señala que el modelo más adecuado es el cuadrático, en donde el valor p fue significativo (p<0.05) para describir el comportamiento de la variación de la higroscopía, además los coeficientes R2 (0.87) y R2-ajustado (0.70) fueron mayores o iguales al 0.85 y 0.70, respectivamente. Lo cual
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
demuestra la existencia de efecto significativo de las concentraciones de encapsulantes sobre la higroscopía en pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización.
Para la solubilidad, el análisis de varianza para modelos señala que el modelo lineal fue significativo (p<0.05), pero los coeficientes R2 (0.65) y R2-ajustado (0.55) fueron menores al 0.85 y 0.70, respectivamente, por lo que el modelo no presentó capacidad para describir el comportamiento de la variación de la solubilidad.
Así mismo se observa que para el rendimiento, eficiencia, humedad, solubilidad y contenido de betalaínas no hay un efecto significativo de las concentraciones de los encapsulantes sobre la pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización (p>0,05).
Haciendo uso del Software Design Expert 7.0., se obtuvo el modelo de regresión para higroscopía
Tabla 6. Coeficientes de regresión del modelo cuadrático para higroscopía.
Componente Coeficiente estimado
Error
estándar t(4) p
A-Maltodextrina 22.587 1.405 16.076 0.000 B-Almidón
modificado de maíz 23.318 1.405 16.597 0.000 C-Goma arábiga 29.587 1.405 21.058 0.000
AB 19.602 6.476 3.027 0.039
AC -18.440 6.476 -2.848 0.047
BC -14.795 6.476 -2.285 0.084
En la variable de higroscopía se determinó 6 coeficientes significativos indicados en la Tabla 6, los cuales representarán el modelo cuadrático.
El coeficiente de determinación para la higroscopía (HG) fue 0,87, lo cual indica que el
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
87% de la variabilidad de la higroscopía está explicado por el siguiente modelo matemático.
HG = 22,587A + 23,318B + 29,587C + 19,602AB – 18,440AC – 14,795BC
En el modelo cuadrático los coeficientes significativos (p<0.05) fueron: maltodextrina, almidón modificado, goma arábiga, las interacciones maltodextrina-almidón modificado y maltodextrina-goma arábiga, además, el mayor valor t (21.058) fue para el componente goma arábiga, lo que indica que es el componente de la mezcla que ejerce mayor cambio en la higroscopía.
En las Figuras 2 y 3 en la superficie de contornos y respuesta se observa que al aumentar la concentración de almidón modificado la higroscopía aumentó aproximadamente de 21.60 a 23.74%, al aumentar la concentración de goma arábiga los valores fluctuaron de aproximadamente 26.66 a 28.13%; y al aumentar la concentración de maltodextrina los valores fluctuaron entre 22.28 a 22.38%.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
Figura 2. Superficies de contorno para la higroscopía en pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización.
Figura 3. Superficies de respuesta para la higroscopía en pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización.
A (100.00)
B (0.00)
C (100.00) 20.20
22.55 24.90 27.25 29.60
A (0.00)
B (100.00) C (0.00)
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
3.4. Análisis de la capacidad antioxidante y contenido de betalaínas
En la Tabla 7 se detalla valores de capacidad antioxidante expresada en porcentaje de inhibición, y el contenido de betalaínas en pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización.
Tabla 7. Valores de capacidad antioxidante esta expresada en el porcentaje de inhibición, y el contenido de betalaínas en pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización.
Tratamiento Capacidad Antioxidante(%)
Contenido Betalaínas (mg/100g)
1 46,02 74,31
2 48,43 53,52
3 51,11 56,60
4 51,57 56,21
5 41,39 80,85
6 42,41 67,38
7 52,22 52,75
8 46,48 53,52
9 51,76 49,67
10 47,04 51,21
Para la capacidad antioxidante el ensayo que muestra el valor más alto de esta variable es la mezcla ternaria del tratamiento T7 presentando una capacidad antioxidante del 52,22%. Este resultado se comparó con los valores obtenidos para la tuna roja fresca (capacidad antioxidante 70,24 %) se observa una pérdida del 25 %.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
Para el contenido de betalaínas el ensayo que muestra el valor más alto de esta variable es la mezcla binaria del tratamiento T5 con un porcentaje de 80.85 mg betalaína/100g de muestra liofilizada de contenido de betalaínas. Este resultado se comparó con los valores obtenidos para la tuna roja fresca (contenido de betalaínas 88,55 mg betalaína/100g de muestra liofilizada) se observa una pérdida del 9%.
Las muestras de pulpa de tuna roja una vez encapsuladas y liofilizadas se evaluaron las propiedades antioxidantes (Tabla 7). Las muestras liofilizadas presentaron una capacidad antioxidante inferior en comparación con la tuna roja fresca lo que resulta significativamente relevante, esto coincide con lo reportado por Jonsson (1991) quién describe que en muchos de los alimentos los antioxidantes pueden ser significativamente inactivados como producto del procesamiento; lo mismo que sucedió en la presente investigación.
La actividad antioxidante determinada en la tuna roja fresca fue de 70,24 %, valor que resultó mayor a la actividad antioxidante encontrada en otros frutos como pera, uva, kiwi, higo y piña, descrita por García-Alonso et al., (2004) y menor a los encontrados en otras frutas como el arándano, fresa, cereza, mora, descrita por García-Alonso et al., (2004).
Por otra parte, la pulpa de tuna roja fresca presentó contenido de betalaínas de 88,55 mg betalaínas/100g de muestra liofilizada, valor que se asemeja mucho a lo que reporta ciertas investigaciones en tuna roja Castellar et al., (2003); Saénz et al., (2009);
Fernández-López et al., (2010); La relación que guarda el contenido del grupo de betacianinas se presenta como la razón que existe en la absorbancia [A(535nm)], esta variable es de importancia ya tiene relación con la calidad del color, lo que está dentro del rango óptimo (70 a 90 mg betalaínas/100g de muestra liofilizada), lo que indica que puede considerarse un producto adecuado y de calidad para utilizarlo como aditivo emulsionante.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
La Tabla 8 se muestra el ANVA para capacidad antioxidante y contenido de betalaínas en muestras de pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización.
Tabla 8. ANVA para capacidad antioxidante y contenido de betalaínas en muestras de pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización.
Modelo Cap.Antiox. Con.Bet.
p R2 p R2
Lineal 0,723 0,09 0,318 0,28
Cuadrat. 0,265 0,63 0,580 0,54
Especial
Cubico 0,028 0,94 0,066 0,87
Para el contenido de betalaínas, el análisis de varianza para modelos señala que ninguno fue significativo (p≥0.05), por lo que no se pudo describir el comportamiento de la variación de la betalaínas.
Para la capacidad antioxidante, el análisis de varianza para modelos indica que el modelo más adecuado es el cúbico especial, en donde el valor de p fue significativo (p<0.05), ademas los coeficientes R2 (0.94) y R2-ajustado (0.82) fueron mayores o iguales al 0.85 y 0.75, respectivamente. Lo cual demuestra la existencia de efecto significativo de las concentraciones de encapsulantes sobre la capacidad antioxidante en pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
Tabla 9. Coeficientes de regresión del modelo Especial Cubico para la capacidad antioxidante.
Componente Coeficiente estimado
Error
estándar t(3) p
A-Maltodextrina 45.399 1.582 28.690 0.000 B-Almidón
modificado de maíz 48.939 1.582 30.927 0.000 C-Goma arábiga 51.007 1.582 32.234 0.000
AB 17.129 7.966 2.150 0.121
AC -30.147 7.966 -3.785 0.032
BC -28.627 7.966 -3.594 0.037
ABC 209.291 52.514 3.985 0.028
En la variable de capacidad antioxidante se determinó 7 coeficientes significativos indicados en la Tabla 9, quienes representaron el modelo cúbico especial.
El coeficiente de determinación para la capacidad antioxidante (CAX) fue 0,94, lo cual señala que el 94% de la variabilidad de la capacidad antioxidante esta explicado el siguiente modelo matemático.
CAX = 45,399A + 48,939B + 51,007C + 17,129AB – 30,147AC – 28,627BC + 209,291ABC
En el modelo cúbico especial los coeficientes significativos (p<0.05) fueron:
maltodextrina, almidón modificado, goma arábiga, las interacciones maltodextrina-goma arábiga, almidón-goma arábiga y maltodextrina-almidón-goma arábiga, ademas, el mayor valor t (32.234) fue para el componente goma arábiga, lo que señala que es el componente de la mezcla que ejerce mayor cambio en la respuesta (capacidad antioxidante).
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
En las Figuras 4 y 5 en la superficie de contornos y respuesta se muestra que al aumentar la concentracion de almidón modificado la capacidad antioxidante aumentó aproximadamente de 42.48 a 50.76% inhibición, al aumentar la concentración de goma arábiga los valores disminuyeron de aproximadamente 52.73 a 48.69% inhibición; y al aumentar la concentración de maltodextrina los valores fluctuaron entre 44.55 a 46.62%
inhibición.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
Figura 4. Superficies de contorno para la capacidad antioxidante en pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización.
Figura 5. Superficies de respuesta para la capacidad antioxidante en pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
3.5. Optimización
La Figura 6 es una superposición de las superficies de contornos tanto para higroscopía como para la capacidad antioxidante, en el cual se lograría con el punto óptimo la mejor combinación de encapsulantes para alcanzar la minimización en el primer caso y la maximización en la segunda respuesta.
Figura 6. Superficies de respuesta con la región óptima predicha de encapsulantes.
Para la optimización multirespuesta se realizó una superposición de contornos (higroscopía y capacidad antioxidante), teniendo en consideración la minimización en el primer caso y la maximización en la segunda respuesta, donde la mezcla óptima predicha de maltodextrina al 34.33%, almidón modificado al 38.05% y goma arábiga al 27.62% permitió obtener respuestas óptimas predichas para higroscopía de 24.06%
inhibición y capacidad antioxidante de 52.22 % inhibición.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
En la Tabla 10 se observa la combinación óptima predicha, donde los valores óptimos estimados para la higroscopía y la capacidad antioxidante son de 24.06% y 52.22%
inhibición, respectivamente. Estos valores resultan de la combinación óptima predicha de maltodextrina (34.33%), almidón modificado (38.05%) y goma arábiga (27.62%).
Tabla 10. Combinación óptima predicha.
Componente Nombre Nivel
MD Maltodextrina 34.33
AMM Almidón modificado de
maíz 38.05
GA Goma arábiga 27.62
Total 100.00
Las valores óptimos predichos de los encapsulantes, señalan que las concentraciones de maltodextrina y almidón modificado son similares, esto coincide con lo reportado por Krishnan et al., (2005) quién utilizó una mezcla de 3 encapsulantes para la encapsulación de oleorresina de cardamomo, los resultados que se adaptan mejor con lo reportado, para preservar la conservación y estabilidad de los compuestos volátiles son la goma arábiga, maltodextrina y almidón modificado con concentraciones del 66,67%, 16,67%, 16,67%.
Para la microencapsulación de oleorresina de comino se demostró que en una mezcla del 30% w/v donde se utilizó goma arábiga, maltodextrina y almidón modificado, la combinación ternaria más adecuada fue: goma arábiga (74,5%), maltodextrina (12.75%) y almidón modificado (12.75%), logrando brindar una mejor protección del producto, incluso mucho mejor que utilizando goma arábiga como mezcla pura (Kanakdande et al., 2006).
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
En esta investigación la concentración de encapsulantes representan el 15% de la mezcla total; esto debido a que experimentalmente se comprobó que, a una mayor concentración, la mezcla se adhiere en las paredes de la mezcladora Ultraturrax durante la combinación de encapsulantes con pulpa de tuna roja generando una disminución en la eficiencia del producto.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
IV. CONCLUSIONES
El análisis estadístico indicó efecto significativo de la concentración de maltodextrina, almidón modificado de maíz y goma arábiga en la higroscopía y capacidad antioxidante en pulpa de tuna roja encapsulada por liofilización.
Un modelo cuadrático y un modelo cúbico especial, describieron el comportamiento de las variables: higroscopía y capacidad antioxidante, respectivamente. Están explicadas por los siguientes modelos matemáticos:
HG = 22,587A + 23,318B + 29,587C + 19,602AB – 18,440AC – 14,795BC
CAX = 45,399A + 48,939B + 51,007C + 17,129AB – 30,147AC – 28,627BC + 209,291ABC
(Donde A: maltodextrina, B: almidón modificado y C: goma arábiga)
El efecto que tiene la concentración de los encapsulantes solo es significativo para minimizar la higroscopía y para maximizar la capacidad antioxidante siendo los valores óptimos predichos; Maltodextrina (34.33%), almidón modificado (38.05%) y goma arábiga (27.62%). Con estas concentraciones se lograría los valores óptimos estimados para la higroscopía y capacidad antioxidante de 24.06% y 52.22% inhibición respectivamente.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
V. BIBLIOGRAFÍA
Abadio FDB, Dominguez AM, Borges SV, Oliveira VM. 2002. Physical properties of powdered pineapple (Ananas comosus) juice-effect of maltodextrin concentration and atomization speed. Journal of Food Engineering 64 3: 285-287.
Abigail Reyes, José Martinez, Ariel Vásquez. 2014. Determinación de actividad antioxidante y microencapsulación de compuestos activos de opuntia ficus-indica.
Ames BN, Shigenaga MK, Hagen TM. 1993. Oxidants, antioxidants and the degenerative diseases of aging. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90, 17: 7915-7922.
Ana Arteaga, Hubert Arteaga., 2015. Optimización de la capacidad antioxidante, contenido de antocianinas y capacidad de rehidratación en polvo de arándano (Vaccinium corymbosum) microencapsulado con mezclas de hidrocoloides. Biblioteca Digital-Dirección de sistemas de informática y comunicación.
Brand-Williams, W., Cuvelier, M. E., & Berset, C. 1995. Use of a free radical method to evaluate antioxidant activity. Food Science and Technology. 28, 25–30.
Candelas-Cadillo MG, Alanís-Guzmán MGJ, Bautista-Justo M, Del Río-Olague F, García-Díaz C. 2005. Contenido de licopeno en jugo de tomate secado por aspersión.
Revista Mexicana de Ingeniería Química 4: 299-307.
Castellanos-Santiago, E.; E. M. Yahia. 2008. Identification and quantication of betalains from fruit of 10 Mexican prickly pear cultivars by high performance liquid chromatography and electrosplay ionization mass spectrometry Journal of Agricultural and Food Chemistry 56:5758-5764.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
Castellar R, Obón, JM, Alacid M, Fernández-Lopéz J. 2003. Color properties and stability of betacyanins from Opuntia fruits. Journal of Agricultural and Food Chemistry 51: 2772-2776.
Chávez-Santoscoy RA, Gutiérrez-Uribe JA, Serna-Saldívar SO. 2009. Phenolic composition, antioxidant capacity and in vitro cáncer cell cytotoxicity of nine prickly pear (Opuntia spp.) juices. Plant Foods Human Nutrition 64, 146–152.
Cozic C., Picton L., Marie-Rose, G., Marlhoux F., Cerf Le D. 2009. Analysis of arabic gum: Study of degradation and water desorption processes. Journal Food Hydrocolloids, 23: 1930-1934.
Desai, H y Park, H. 2005. Recent developments in microencapsulation of food ingredients. Drying Technology.1361-1394.
Ellen Quirino, Verónica de Araujo, Mariana Monteiro, Priscila Finotelli, Alexandre Guede, Daniel Perrone., 2016. Starch, inulin and maltodextrin as encapsulating agents affect the quality and stability of jussara pulp microparticles.
Ersus S. y U. Yurdagel, 2007. Microencapsulation of anthocyanin pigments of black carrot (Daucuscarota L.) by spray drier. Journal Food Engineering. 80: 805-812.
Fincher GB, Stone BA. 1986. Cell walls and their components in cereal grain technology. Vol. 8. In Advances in Cereal Science and Technology. American Association of Cereal Chemists Inc., Saint Paul, MN, USA. pp. 207-295.
Gabas, A. L. et al. 2007. Effect of maltodextrin and arabic gum in water vapor sorption thermodynamic properties of vacuum dried pineapple pulp powder. Journal of Food Engineering, v. 82, n. 2, p. 246-252.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
Galati EM, Mondello MR, Giuffrida D, Dugo G, Miceli M, Pergolizzi S. Taviano MF.
2003. Chemical characterization and biological effects of Sicilian (Opuntia ficus indica).
Mill. Fruit Juice: Antioxidant and Antiulcerogenic Activity. Journal of Agricultural and Food Chemistry 51: 4903-4908.
García-Alonso M, de Pascual-Teresa S, Santos-Buelga C, Rivas-Gonzalo, JC. 2004.
Evaluation of the antioxidant properties of fruits. Food Chemistry 84: 13–18.
Gharras HE, Hasib A, Jaouad A, El-bouadili A, Schoefs B. 2008. Stability of vacuolar betaxanthin pigments in juices from Moroccan yellow (Opuntia ficus indica) fruits.
International Journal of Food Science and Technology 43: 351-356.
Gupta, C.; Chawla, P.; Arora, S.; Tomar, S.; Singh, A. 2015. Iron Microencapsulation with blend of gum arabic, maltodextrin and modified starch using modified solvent vaporation method e Milkfortification. Rev. Food Hydrocolloids (43). 622-628.
Jonsson, L. 1991. Thermal degradation of carotenoids and influence on their physiological funtion. In Nutritional and toxicological consequences of food processing , 75-82.
Khaidatul Hasni Bte Mohamad Alias., 2010. Physical properties of soursop (Annona muricata) powder produced by spray drying.
Kha TC, Nguyen MH, Roach PD. 2010. Effects of spray drying conditions on the physicochemical and antioxidant properties of the Gac (Momordica cochinchinensis) fruit aril powder. Journal of Food Engineering 98: 385-392.
King, C.; Greenwald, C 1981. The effects of design and operating conditions on particle morphology for spray-dried foods. Journal of Food Process Engineering, 4:171-187.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
Krishnan, S.; Bhosale, R.; Sinhal, R. 2005. Microencapsulation of cardamom oleoresin:
Evaluation of blends og gum rabic, maltodextrin and a modified starch as wall materials.
Carbohydrate Polymers. 61(1): 95-102.
Lina Martínez, Tatiana Campos., 2017. Evaluación de mezclas de materiales poliméricos para encapsular los componentes bioactivos de la champa (Campomanesia lineatifolia) mediante spray drying.
López, B.; Carbajal, L.; Millan, L. 2009. Establecimiento de condiciones de la mezcla de pulpa de banano (Musa Paradisiacal) para someter a secado por aspersión. Universidad de Antioquia. Revista de la Facultad de Química Farmacéutica. 16(3). 287-296.
Mancera Apolinar, J. A. 2010. Diseño de una pulpa funcional de frutas y hortalizas con propiedades antioxidantes y probióticas. Tesis para obtener al grado de M.Sc. en Ingeniería Química. Área de Bioprocesos. Universidad Nacional de Colombia.
Mejía, R. 2015. Impregnación al vacío de fructooligosacáridos de yacón (Smallanthus sonchifolius Poepp & Endl.) en manzana. Tesis para obtener el título de Ingeniero de Industrias Alimentarias. Universidad Nacional Agraria la Molina. Lima.
Moure A, Cruz JM, Franco D, Domínguez JM, Sineiro J, Domínguez H, Núñez M, Parajo JC. 2001. Natural antioxidants from residual sources. Food Chemistry 72(2): 145- 171.
Munin & Florence Edwards. 2011. Encapsulation of Natural Polyphenolic Compounds.
Pharmaceutics. 3, 793-829.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
Niebla, B. L. 2009. Evaluación de encapsulamiento de compuestos de sabor en matrices de almidón. México: Tesis de maestría. Instituto Politécnica Nacional.
Ochoa, L., S. González, J. Morales, N. Rocha, N., Trancoso y M. Urbina., 2011.
Propiedades de rehidratación y funcionales de un producto en polvo a base de jugo de granada y manzana. pp. 19-25.
Papadakis SE, Gardeli C, Tzia C. 2006. Spray drying of raisin juice concentrate. Drying Technology 24 (2): 173-180.
Ribeiro, F. y P. Stringheta, 2006. Microencapsulamiento de antocianinas. Biotecnologia Ciência e Desenvolvimento.36.
Sáenz C, Tapia S, Chávez J, Robert P. 2009. Microencapsulation by spray drying of bioactive compounds from cactus pear (Opuntia ficus-indica). Food Chemistry 114:
616-622.
Tomás, Ch.G., Huamán, M.J., Aguirre, M.R., Bravo, A.M., León, Q.J., Guerrero, A.M., Orihuela, R.C., Avelés, O.R. y Yanqui, D.E. 2012. Estudio químico y fitoquímico de la Opuntia ficus-indica “tuna”, y elaboración de un alimento funcional. Rev. Per. Quím.
Ing. Quím. Vol. 15: 70-74.
Tonon RV, Brabet C, Hubinger MD. 2008. Influence of process conditions on the physicochemical properties of açai (Euterpe oleraceae Mart) powder produced by spray drying. Journal of Food Engineering 88: 411-418.
Vilches; F. 2005. Formulación y elaboración de un “snack” de tuna con incorporación de fibra dietética. Universidad de Chile Facultad de Ciencias Agronómicas.
BIBLIOTECA
DE AGROPECUARIAS
Yağci S and Göğus F. 2008. Response surface methodology for evaluation of physical and functional properties of extruded snack foods developed from food-byproducts.
Journal of Food Engineering 86: 122–132.
