OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

Desarrollo de una bebida aromática funcional, enriquecida con vitaminas B1 y B9, a partir de polvos de mentol y luteolina obtenidos

mediante encapsulación con la técnica de secado por atomización (Spray-Drying)

Laura Sofía Mora Flórez¹, María Hernández Carrión²

Departamento de Ingeniería Química y de Alimentos, Universidad de los Andes. Bogotá, Colombia, 2021

RESUMEN

Las plantas aromáticas representan cerca del 0,7% del total de plantas medicinales y son aquellas cuyos principios activos se constituyen principalmente por aceites esenciales. Las más comunes son la hierbabuena, cuyo principio activo mayoritario está compuesto por 70%

mentol libre y 20% mentol en combinación con ácido acético y resinas, y la manzanilla, constituida mayormente por flavonoides como la luteolina. Estas se usan comúnmente en “bolsas de té” para elaborar infusiones o tisanas, principalmente con una connotación medicinal. Sin embargo, el uso de estas bolsas hace que su tiempo de preparación sea relativamente largo, se generen desechos y que exista gran probabilidad de ingerir microplásticos y nanoplásticos. En este trabajo se utilizaron los polvos de mentol y luteolina obtenidos mediante secado por aspersión en la primera parte de este proyecto titulada “Obtención de polvos de mentol y luteolina mediante encapsulación con la técnica de secado por atomización (Spray-Drying) para la elaboración de bebidas aromáticas instantáneas” con el fin de evaluar su potencial como nuevo producto en el mercado. Los resultados más importantes son los referentes a dos análisis sensoriales que se llevaron a cabo con 57 y 40 consumidores respectivamente. Para el primero, se elaboraron 3 bebidas (1 g, 2 g y 3 g de polvo) a partir de la formulación de polvos que contenían maltodextrina + proteína de soya al 15% (p/p) con adición de vitaminas B1 y B9. Se obtuvo que la mejor formulación fue aquella que contenía 2 g de cápsulas debido a que presentó las mejores puntuaciones para color (6,69/9), aroma (6,63/9) y aceptabilidad global (6,77/9). Además, el 42% de los encuestados afirmó que la consumiría y adquiriría por un precio entre 2.000-3.000 COP. Para el segundo análisis se evaluaron los polvos como producto principal y su reconstitución en agua fría y caliente. La aceptabilidad general de los polvos se calificó con 7,1/9 y las propiedades evaluadas se desempeñaron mejor en agua caliente donde se obtuvo valores de 7,65/9 para color, 7,18/9 para aroma y 6,85/9 para facilidad de preparación (solubilidad). Un posterior análisis de estabilidad de la bebida obtenida reveló que esta presenta estabilidad considerablemente baja debido a un fenómeno de sedimentación, por lo que obtuvo TSI de ~8 luego de 30 min. Aun así, esto no afectó la decisión de los encuestados ya que el 87%

afirmó que le gustaría consumir el producto. Debido a sus características, se observa un alto potencial en los polvos formulados al momento de desarrollar un nuevo producto que sea innovador, de fácil consumo, amigable con el ambiente y que pueda patentarse como una bebida aromática instantánea en el mercado.

Palabras clase: mentol, luteolina, alimento funcional, bebida aromática.

OBJETIVO GENERAL.

Desarrollar una bebida aromática funcional a partir de polvos de mentol y luteolina obtenidos mediante secado por aspersión, enriquecida con vitaminas B1 y B9, apta para todo público, pero enfocada principalmente en la población que consume alcohol habitual y moderadamente.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

i. Estimar la solubilidad de los polvos de mentol y luteolina de manera que se garantice la no sedimentación de estos cuando se agreguen a la bebida formulada.

ii. Valorar la liberación de los compuestos encapsulados, mentol y luteolina, en condiciones in vitro de saliva, estómago e intestino delgado.

iii. Determinar la inocuidad de los polvos mediante su humedad para garantizar su uso seguro como producto alimenticio.

1 Estudiante de pregrado. Contacto en [email protected].

iv. Elaborar una bebida con la adición de los polvos, vitamina B1 y B9, con el fin de analizar su potencial uso en el mercado como un alimento funcional.

v. Evaluar la estabilidad de la bebida formulada de manera que pueda compararse este parámetro con el de un producto similar en el mercado.

vi. Analizar la aceptabilidad del consumidor frente a los polvos como bebida aromática instantánea y frente a la bebida desarrollada mediante la ejecución de un análisis sensorial.

1. INTRODUCCIÓN.

Las plantas surgieron hace 3.000 millones de años aproximadamente y se han venido adaptando a los diversos cambios en la Tierra. Forman parte de la alimentación de animales y humanos puesto que otorgan principios inmediatos (moléculas como carbohidratos, lípidos y proteínas) y principios activos (Tovar & Ospina, 2015, p.

9). Así pues, las plantas pueden clasificarse de acuerdo con sus efectos en la salud humana, bien sea por contacto, absorción o ingestión, en venenosas, narcóticas, medicinales, aromáticas y especias (Fretes, 2010, p. 7). En cuanto a las 3 últimas, se las conoce como PAMCyA (Plantas aromáticas, medicinales, condimentarias y afines) y, en Colombia, el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural junto con investigadores, transformadores, productores, comerciantes y consumidores consolidó en 2004 la cadena productiva de PAMCyA con la cual se busca hacer énfasis en sus usos y potencial económico (Cardona & Barrientos F., 2011, p. 115). Las plantas medicinales son aquellas que generan metabolitos secundarios conocidos como principios activos; es decir, sustancias químicas que efectúan una acción farmacológica perjudicial o beneficiosa sobre un organismo vivo.

Debido a esto, su uso principal es el de servir como medicamento para aliviar enfermedades o reestablecer la salud perdida (Fretes, 2010, p. 7). Las plantas aromáticas, denominadas comúnmente como hierbas aromáticas por su carácter herbáceo (Cardona & Barrientos F., 2011, p. 115), representan cerca del 0,7% del total de plantas medicinales y son aquellas cuyos principios activos se constituyen parcial o totalmente por esencias. Por último, las plantas condimentarias o especias son una parte de las plantas aromáticas que, debido a sus características organolépticas, son usadas en bebidas y alimentos para aportarles sabores, aromas y colores que los hagan más agradables a la vista, el olfato y el paladar (Fretes, 2010, pp. 7-8).

Se tienen entonces diversos fines para las plantas aromáticas, pero su principal forma de uso/consumo es en fresco, deshidratado y como aceite esencial. De acuerdo con el Centro de Investigación para el Desarrollo (CID) de la Universidad Nacional de Colombia las PAMCyA se consumen en fresco para uso culinario o medicinal, ej.: en infusiones, y deshidratadas o pulverizadas para uso condimentario, medicinal y preparación de tisanas.

También son ingredientes de origen natural en la industria alimenticia, cosmética y farmacéutica (Cardona &

Barrientos F., 2011, pp. 115-117). Entre todo, resalta su empleo para infusiones y tisanas, bebidas muy similares cuya preparación conlleva mayormente a una connotación medicinal. Así, las tisanas son una “bebida medicinal que resulta del cocimiento ligero de una o varias hierbas y otros ingredientes en agua hirviendo” (RAE, s. f.-b);

mientras tanto, las infusiones son una bebida que se obtiene de diversos frutos o hierbas aromáticas al extraer sus sustancias orgánicas hidrosolubles en agua a temperatura mayor de la ambiente y menor que su punto de ebullición (RAE, s. f.-a).

Con lo anterior en mente, el consumo de plantas con la intención de usarlas para fines medicinales es una práctica tan antigua como la humanidad misma. Desde el inicio, el humano, en su necesidad por apaciguar el dolor físico, recurrió a la naturaleza y, por prueba y error, se encontró con las propiedades terapéuticas de diversas plantas. Hace 3.000 años a.C. se escribió en China el libro más antiguo sobre plantas medicinales (ICA, 2011, p. 4). Los griegos utilizaban plantas aromáticas dentro de su medicina e incorporaron este hábito en su mitología; Medea era una hechicera cuyos encantamientos eran a base de plantas aromáticas; en La Odisea, Homero describe jardines compuestos por plantas aromáticas y condimentarias (Fretes, 2010, p. 7). Gracias a los remedios herbáceos de muchas civilizaciones antiguas como los egipcios, mesopotámicos, griegos, precolombinos y demás, se pudo construir una farmacopea impresionante que continúa aplicándose hoy en día.

Estos conocimientos empíricos tradicionales dieron origen al estudio científico de las plantas (Berdonces, 2003, p. 142).

En los últimos años, debido a los múltiples beneficios de las hierbas aromáticas y el surgimiento a nivel mundial del “consumo verde” (Fretes, 2010, p. 7), se ha generado un mercado que asciende a los 300 mil millones de dólares anuales con Alemania, China, Japón, Francia, Estados Unidos, Reino Unido, Italia y España como los principales consumidores (Tovar & Ospina, 2015, p. 9). De acuerdo con la Organización Mundial de la salud (OMS), cerca de 20.000 especies de plantas se utilizan con fines medicinales (Restrepo B. et al., 2012, p. 89);

sin embargo, solo se comercializan de 200 a 250 de estas, en Colombia se producen y comercializan aproximadamente 156 especies de plantas aromáticas medicinales (ICA, 2011, p. 4). Este fenómeno hace que en el país se tengan 3 mercados extensos: de exportación, nacional producto fresco y nacional industria. Las especies que gobiernan gran parte de estos mercados son la albahaca, orégano, menta, tomillo, romero, mejorana, caléndula, cebollín, salvia, estragón, manzanilla y hierbabuena (Cardona & Barrientos F., 2011, p.

116). Estas dos últimas, son de gran interés ya que poseen una mayor distribución geográfica en el territorio nacional. Por ejemplo, en un estudio realizado en la Provincia del Sumapaz, de 163 especies comunes la hierbabuena estuvo presente en 83% de las unidades productivas encuestadas (1º lugar) y obtuvo una frecuencia de consumo del 68% (1º lugar); mientras tanto, la manzanilla ocupó el 8º lugar en distribución geográfica y en frecuencia de consumo (34%) (Cardona & Barrientos F., 2011, pp. 119-123).

La hierbabuena o yerbabuena (Mentha piperita L.) es una planta aromática originaria de las regiones en la Cuenca del Mediterráneo y surge de la hibridación de menta negra y blanca. Su principio activo mayoritario es el aceite esencial, el cual está compuesto por 70% mentol libre (monoterpeno) y 20% mentol en combinación con ácido acético y resinas. Estas sustancias químicas son las responsables de su olor y sabor pronunciados (Castro M. et al., 2005, pp. 39-40). De acuerdo con las investigaciones presentadas en el Vademécum Colombiano de Plantas Medicinales (VCPM) las hojas de esta planta también están constituidas por taninos, flavonoides como el luteol y aminoácidos libres como la arginina y el triptófano. Tradicionalmente, se consume la infusión de sus hojas, al igual que la inhalación de su aceite esencial, como tratamiento para afecciones gastrointestinales, como el dolor de estómago y las náuseas, respiratorias, como la tos, y nerviosas, como el nerviosismo e insomnio. Por las sustancias que la componen, se han llevado a cabo diversos estudios que evidencian su eficacia frente a varias enfermedades. Por ejemplo, la administración de cápsulas de la planta a niños con síndrome de colon irritable contribuyó a la disminución significativa de síntomas. El uso de aceite esencial en pacientes sometidos a colonoscopia disminuyó los espasmos de colon. Las hojas de esta planta mostraron reducir la frecuencia de tos en cobayos y humanos. Adicionalmente, estudios en ratas evidenciaron que la ingesta de la planta genera actividad antidiarreica (Ministerio de la Protección Social, 2008).

La manzanilla (Matricaria chamomilla L.) también es una planta aromática nativa de las regiones en la Cuenca del Mediterráneo que posee flores blancas y se asimila a una margarita (ICA, 2011). Está constituida por flavonoides, particularmente luteolina, sesquiterpenos como el óxido de bisabolol, ácido salicílico, vitamina C y lactosas sesquiterpénicas que contribuyen a su sabor amargo (Castro et al., 2005, pp. 40-41). Conforme a la investigación presentada por el VCPM, esta hierba se usa tradicionalmente para tratar diarrea, úlceras, dolores menstruales y otros malestares gastrointestinales. También se usa como antiespasmódica, antiinflamatoria y bactericida. Estudios han demostrado que su aceite esencial brinda acción bactericida frente a Helicobacter pylori. Además, el extracto de sus flores ha mostrado tener actividad antiprurítica, antiespasmódica (in vitro) e inmunomoduladora (in vitro) (Ministerio de la Protección Social, 2008).

Ahora bien, dentro de la industria de las bebidas se tiene dos categorías, las bebidas alcohólicas y las bebidas sin alcohol. En esta última, se encuentran las bebidas refrescantes como el agua, las gaseosas, zumos de frutas, la industria del café y la del té, sobre la cual va enfocado este trabajo. Dentro de la categoría de té, se encuentra

el té negro, los tés herbales/frutales (infusiones y tisanas) y el té verde. Desde su llegada a Colombia en 1960, de la mano de Jaibel, esta industria ha incrementado cada vez más. Conforme las estadísticas presentadas por Passport® (Figura 1), plataforma del software global de análisis de mercados de Euromonitor International, las ventas de estos productos son mayores con el transcurso de los años y las predicciones son que sigan aumentando. Así, en 2020, las ventas alcanzaron un valor de 250 mil millones de pesos; es decir, de 2019 a 2020 se presentó un crecimiento del 21%. Por categoría, el producto más vendido es el té herbal/frutal con ventas de 112,3 mil millones COP, valor que se pronostica incremente, le siguen el té verde con 86,9 mil millones COP y el té negro con 50,5 mil millones COP. En cuanto a volumen vendido (Figura 2), este también incrementa con el tiempo y la predicción es que continúe así. Para 2020, se obtuvo un valor de 1.246 toneladas, presentando un crecimiento del 16% respecto al 2019. Aquí, el té herbal/frutal también ocupó el primer lugar con un aporte de 557,6 toneladas, le siguen el té negro con 376 toneladas y el té verde con 312,6 toneladas. En el ANEXO 1 se presenta el panorama competitivo de esta industria. En él, se observa que las compañías que encabezan el mercado son, en orden descendente, Agrícola Himalaya Ltda. con su marca Hindú, Unilever Andina Colombia SA con Lipton, Congrupo SA con Jaibel, Tisanas Orquídeas con Orquídea y Morenos Ltda.

con Twinings. Se ve entonces que esta industria es muy prometedora y que, por lo menos de 2006-2025, su crecimiento no se ve truncado. Incluso, factores de peso como lo es la pandemia del COVID-19 no produjo una reducción en ventas, como sí lo hizo en otras industrias. Por el contrario, el confinamiento en 2020 impulsó una demanda de bebidas calientes como lo son las 3 categorías de la industria del té. Esto se debe a que se consideran bebidas reconfortantes que beneficiaron a los consumidores cuando se vieron obligados a quedarse en casa durante un periodo de total incertidumbre. Adicionalmente, el cuidado preventivo de la salud es un enfoque que se arraigará más en la cultura de los consumidores después de esta pandemia. Razón por la cual, como se mencionó anteriormente, se favorecerán las ventas del té por ser reconocido como una bebida con múltiples beneficios para la salud (Euromonitor International, 2021). A pesar de los múltiples beneficios y el gran acogimiento en el mercado que tienen los productos de esta índole, existen dos factores en su contra. El primer factor para tener en cuenta es su tiempo de preparación. Regularmente, estas bebidas se preparan dejando las hojas de la planta en agua por más o menos 5 minutos (Fretes, 2010, p. 7), sumado al tiempo que toma calentar o hervir este líquido. Este tiempo, si bien parece corto, resulta representativo si se tiene presente que en la sociedad actual todo se mueve más rápido y los consumidores prefieren productos instantáneos o ready to eat.

Figura 1. Ventas en COP de la industria del Té en Colombia 2006-2025. Gráfica tomada de (Euromonitor International, 2021).

Figura 2. Ventas en toneladas de la industria del Té en Colombia 2006-2025. Gráfica tomada de (Euromonitor International, 2021).

Por su parte, el segundo factor es su envoltura. Uno de los empaques más comunes para el consumo de estas bebidas son las comúnmente conocidas como bolsas de té. Estas bolsas suelen ser fabricadas a partir de papel, con un porcentaje de nylon de grado alimentario o polietileno tereftalato (PET) (Hernandez et al., 2019, p.

12300). Este último, es uno de los materiales más usados para el envasado de alimentos y bebidas debido a sus buenas propiedades mecánicas como su flexibilidad, resistencia a altas temperaturas y su baja permeabilidad al dióxido de carbono (Tsochatzis et al., 2020) . Los plásticos, gracias a su inercia química y durabilidad, presentan tiempos de degradación elevados de hasta cientos de años (Julienne et al., 2019); esto, sumado a la mala gestión de los residuos, ha derivado en una problemática ambiental significativa. La United States Environmental Protection Agency (US EPA) reportó que solo en el 2018, se produjeron 35,7 millones de toneladas de plástico en los Estados Unidos.

El alto consumo de estas bebidas acarrea consigo una alta producción de desechos los cuales son difíciles de degradar debido a que, como se mencionó anteriormente, existe la presencia de materiales plásticos en los sacos de té. Las maneras en las que se disponen los residuos de estas bolsas son dañinas para el medio ambiente (Lee et al., 2020). Por una parte, pueden terminar en vertederos lo cual contribuye al calentamiento global y a la contaminación del suelo y agua circundantes. También, pueden ser incinerados lo cual produce contaminantes del aire como hidrocarburos aromáticos policíclicos, dioxinas, entre otros (Lee et al., 2020). Sin embargo, esta no es la única problemática que presenta el uso de este tipo de empaques en la industria de las bebidas aromáticas ya que estos sacos pueden descomponerse en micro y nano plásticos, lo cual hace que la detección y cuantificación de estos sea compleja. Debido a que el agua usada para la preparación de infusiones o tisanas frecuenta temperaturas de 95°C o superiores, el plástico presente en las bolsas puede degradarse, incluso aquellos de grado alimentario, liberando así sustancias tóxicas al ser calentados por encima de 40°C. Estudios han evidenciado que una bolsa de té plástica en agua calentada a 95°C libera aproximadamente 11,6 billones de microplásticos y 3,1 billones de nanoplásticos en una sola taza de bebida. Cada vez más plásticos son detectados en los alimentos. Por ejemplo, en la sal de mesa se encontró hasta 681 partículas/kg de microplásticos del polietileno y de PET. Se ha estimado que el consumo anual de microplásticos varía entre 39.000 y 52.000 partículas dependiendo del género y la edad (Hernandez et al., 2019, p. 12300) y sus rutas de exposición pueden ser por ingestión, inhalación o por contacto dérmico, siendo considerada la ingesta como la mayor ruta de exposición al ser humano (Prata et al., 2019, pp. 2–3).

La gran preocupación frente a los microplásticos recae en que las partículas consumidas pueden llegar al sistema gastrointestinal a través de comida contaminada, lo cual puede traer consigo una respuesta inflamatoria, incremento en la permeabilidad y cambios en la composición microbiana de los intestinos. Después de su ingesta, estas partículas pueden ser absorbidas por el intestino, fenómeno que depende de la adherencia a la mucosa gastrointestinal donde una alta adherencia aumenta la depuración de estas (Prata et al., 2019, pp. 2–3).

Las partículas insolubles pueden penetrar la mucosa intestinal a través del incremento en la solubilidad o por su pequeño tamaño. Se ha visto entonces que la creciente exposición a contaminantes ambientales, incluyendo microplásticos, puede estar relacionada con lesiones inflamatorias, incremento de enfermedades neurodegenerativas, desordenes inmunológicos y cáncer. A pesar de esto, actualmente los datos sobre los efectos que tiene dicha exposición sobre la salud humana son limitados, generando así grandes incertidumbres (Prata et al., 2019, pp. 5–6). Con lo anterior en mente, podría pensarse que una forma de evitar cualquier efecto secundario que pueda causar la ingesta de estas partículas es ofrecerlas en el mercado en una presentación que no incluya las bolsas de té. Sumando esto con el ya mencionado factor del tiempo de preparación de estas bebidas, una opción interesante sería encontrar la manera de producirlas en versión instantánea; es decir, en polvo.

Dentro de la industria alimentaria, existe una nueva tecnología que permite la obtención de productos pulverizados. Esta es el secado por atomización (Spray-Drying), la cual tiene su origen durante la Segunda Guerra Mundial por la necesidad de reducir el peso de los alimentos y otros materiales para transportarlos (Patel et al., 2009, p. 44). Esta es una técnica de encapsulación la cual está comprendida en 3 fases: homogenización del fluido alimentado por un atomizador, secado del flujo alimentado mediante un carrier o gas caliente para lograr la evaporación del solvente y la recolección de partículas secas por medio de ciclones o filtros. El fluido alimentado, debe incluir un núcleo y un material de pared, siendo el fluido una solución, una emulsión o una suspensión (Ozkan et al., 2019, p. 497). Las características que presentan los polvos obtenidos por este proceso estarán sujetas a diferentes factores como la temperatura de secado, flujo de aire seco, flujo de alimentación, velocidad del atomizador y tipo y concentración del carrier usado. Esta es una de las tecnologías más empleadas en la industria de alimentos debido a que es considerada un proceso rápido, continuo, simple, económico, reproducible y de fácil escalado en contraste con otros procesos de secado que requieren un mayor consumo energético. A pesar de las múltiples ventajas que presenta este proceso, también se debe tener en cuenta que pueden presentarse bajos rendimientos de producto debido a la pérdida de partículas secas en la pared de los recipientes de secado; además, dependiendo del material de pared se pueden presentar limitaciones para materiales de baja solubilidad como proteínas o polisacáridos, por lo que se necesitaría un tiempo de evaporación mayor. Por ello, esta tecnología debe ser usada teniendo en consideración los factores de solubilidad, sensibilidad al calor, material de pared, aspectos de tiempo y económicos. (Ozkan et al., 2019, p.

498).

La elección del material de pared para lograr una encapsulación es de gran importancia para la eficiencia de esta y la estabilidad de la cápsula. Los criterios que se deben tener en cuenta para su selección son las propiedades fisicoquímicas como la solubilidad, el peso molecular, cristalinidad, difusividad, la formación de película y las propiedades emulsionantes. El material de pared está diseñado para proteger el núcleo de la cápsula de factores que puedan deteriorarlo, también para prevenir una interacción prematura entre el núcleo y otros ingredientes o para limitar las pérdidas por volatilidad (Gharsallaoui et al., 2007, p. 1112). El método tradicional usado para la selección del material de pared es el de prueba y error, evaluando la eficiencia de encapsulación, estabilidad bajo diferentes condiciones de almacenamiento, el grado de protección proporcionado al núcleo, la observación de la superficie mediante microscopía de barrido, entre otras (Gharsallaoui et al., 2007, p. 1113). Dentro de los materiales de pared más usados se encuentran los carbohidratos como almidones, maltodextrinas y sólidos de jarabe de maíz, los cuales son usados para la encapsulación de ingredientes alimentarios; sin embargo, estos suelen presentar propiedades interfaciales pobres y deben ser modificados químicamente para mejorar su

actividad superficial. Por otra parte, se encuentran las proteínas, las cuales son usadas para encapsular materiales con núcleos hidrofóbicos (Gharsallaoui et al., 2007, p. 1114).

En cuanto a las maltodextrinas, son una buena alternativa en términos de costos y beneficio, Esta presenta una baja viscosidad a alta proporción de sólidos, son inodoras, incoloras y permiten la formación de polvos de libre flujo sin enmascarar el sabor original (Parra, 2010, p. 5675); además, brindan una buena estabilidad oxidativa.

No obstante, presentan poca capacidad emulsionante, falta de propiedades interfaciales requeridas para una encapsulación de alta eficiencia, por lo que generalmente se asocia con otros materiales de encapsulación como proteínas (Gharsallaoui et al., 2007). Por su parte, las proteínas presentan buenas propiedades funcionales lo cual permite que sean una buena opción como material de pared para la encapsulación por secado por atomización. Las proteínas poseen elevadas propiedades de unión a los componentes de sabor. Proteínas como el caseinato de sodio son una buena opción debido a su conformación molecular, alta difusividad y las fuertes características anfifílicas que tienen las caseínas, lo cual logra una mejor distribución alrededor de la superficie encapsulada (Gharsallaoui et al., 2007, p. 1114).

Por otra parte, el alcohol es la droga legal más consumida en Colombia y en el mundo. Para 2009, cerca de 2,4 millones de personas en el país presentaron un consumo de riesgo o perjudicial de alcohol. El mayor consumo prevalece entre los jóvenes de 18 a 24 años, seguidos por la población de los 25 a los 34 años (Ministerio de Salud y Protección Social, 2013). A nivel mundial, el consumo total de alcohol per cápita en la población mayor a los 15 años aumentó de 5,5 L de alcohol puro en 2005 a 6,4 L en 2016, siendo más alto en consumo en Europa, pero seguido por el que se presenta en el continente americano (Organización Panamericana de la Salud, 2018).

Uno de los problemas que conlleva el consumo de alcohol es la probabilidad de presentar un déficit nutricional, particularmente vitamínico. Se ha visto que cuando la ingesta de alcohol supera el 30% del aporte calórico total, la ingesta de vitaminas A, C y B1 se encuentra por debajo de los límites recomendados, pero también se ven carencias en vitamina B2, B6 y B9 (Moreno Otero & Cortés, 2018). La ingesta excesiva de alcohol dificulta la absorción de vitamina B1 y B9 de los alimentos, produciendo síntomas como fatiga, cansancio, debilidad muscular, falta de concentración, nauseas, entre otros. Además, se puede llegar a padecer de anemia, problemas estomacales, problemas del sueño y problemas cognitivos (Ratner, 2017).

Teniendo presente todo lo anterior, en este trabajo se pretende caracterizar polvos de mentol y luteolina obtenidos mediante encapsulación con secado por atomización para su posterior uso como una bebida aromática instantánea y en el desarrollo de una bebida aromática funcional enriquecida con vitaminas B1 y B9 apta para toda la población, pero enfocada principalmente el personas que consumen alcohol regular y moderadamente.

Adicionalmente, se lleva a cabo un análisis sensorial de los productos formulados para conocer su potencial en el mercado.

2. MATERIALES Y MÉTODOS.

Para el desarrollo de este proyecto se utilizaron los polvos de mentol y luteolina obtenidos mediante secado por aspersión en la primera parte de este proyecto titulada “Obtención de polvos de mentol y luteolina mediante encapsulación con la técnica de secado por atomización (Spray-Drying) para la elaboración de bebidas aromáticas instantáneas”. Las cuatro formulaciones de polvos que se analizaron fueron: maltodextrina + caseinato de sodio al 10% (p/p) (F1), maltodextrina + proteína de soya al 10% (p/p) (F2), maltodextrina + caseinato de sodio al 15% (p/p) (F3) y maltodextrina + proteína de soya al 15% (p/p) (F4). Con el fin de cumplir con los objetivos planteados, el proceso seguido se describe a continuación.

2.1. Caracterización de los polvos.

2.1.1. Solubilidad.

Esta propiedad se calculó como una combinación entre las metodologías planteadas por Serna-Cock et al. (2015) y Largo Ávila et al. (2015). Para cada una de las formulaciones se solubilizó 1 g de polvo en 50 mL de agua destilada, esta mezcla se agitó en una plancha con agitación magnética a 1150 RPM durante 5 min. Después, la solución se colocó en un tubo tipo falcon y se centrifugó a 3000 RPM durante 5 min a 25ºC. Se tomó una alícuota de 25 mL del sobrenadante y se transfirió a una caja de Petri previamente pesada, esta se introdujo en un horno a 105°C durante 5 h. Pasado este tiempo se volvió a pesar la caja. El porcentaje de solubilidad se calculó por diferencia de peso como se muestra a continuación (Ec. 1).

𝑆𝑜𝑙𝑢𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎(%) =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑙𝑖𝑐𝑢𝑜𝑡𝑎(𝑔) − 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑙𝑖𝑐𝑢𝑜𝑡𝑎(𝑔)

𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑙𝑖𝑐𝑢𝑜𝑡𝑎(𝑔) 𝑥100 (𝐸𝑐. 1)

2.1.2. Humedad.

El valor de esta propiedad, expresado en porcentaje, se obtuvo por medio de una termobalanza (Precisa® XM 60). Donde para cada formulación se introdujeron 3 g de polvo.

2.1.3. Densidad aparente.

Independientemente para cada formulación se pesaron 2 g de polvo en una balanza analítica (Vibra-HTR®) y se introdujeron en una probeta de 10 mL con ayuda de un embudo de papel. Posteriormente, se dieron 10 golpes secos sobre una superficie plana y se tomó el valor de volumen indicado en la probeta.

2.1.4. Liberación controlada del contenido de los polvos.

Se realizó una prueba de digestión in vitro para corroborar si las cápsulas son capaces de proteger el mentol y la luteolina hasta su llegada al intestino delgado, donde se espera sean liberados. Este procedimiento se llevó a cabo únicamente para las dos formulaciones que presentaron los mejores valores para morfología, textura, eficiencia de encapsulamiento, humedad y solubilidad, donde los resultados para los 3 primeros parámetros pueden encontrarse en la primera parte de este proyecto. Para esto, se simularon los ambientes salival, gástrico e intestinal, cuyas soluciones base se presentan en la Tabla 1. Este procedimiento se llevó a cabo haciendo uso de la metodología de Minekus et al. (2014) con las modificaciones hechas por Amaya Cano et al. (2021).

Tabla 1. Formulación de las soluciones base para el desarrollo de digestión in vitro.

Para cada uno de los 3 ambientes (FSS, FGS y FIS) se preparó 50 mL de fluido simulado haciendo uso de un Erlenmeyer tapado con aluminio. Al tratarse de un proceso de digestión, una vez finalizaba la simulación en un ambiente, el contenido del respectivo Erlemeyer se pasaba al siguiente ambiente junto con su respectiva cantidad de fluido simulado.

Sustancia FSS (Fluido salival) (mM) FGS (Fluido gástrico) (mM) FIS (Fluido intestinal) (mM)

KCl 15,1 6,9 6,8

KH2PO4 3,7 0,9 0,8

NaHCO3 13,6 25 85

NaCl 0 47,2 38,4

MgCl2(H2O)6 0,15 0,1 0,33

(NH4)2CO3 0,06 0,5 0

2.1.4.1. Fluido salival simulado (FSS).

El fluido salival simulado se preparó con 1,3% (v/v) de 𝛼-amilasa (5680 U/mL), 86,5% (v/v) de fluido base salival, 0,2% (v/v) de CaCl2 0,3 M, 2% (v/v) de agua desionizada y 10% (v/v) de cápsulas de mentol y luteolina.

El pH se ajustó a 7 con adición de una solución de NaOH 0,1 M y la temperatura se mantuvo en 37°C. El tiempo de esta fase fue de 2 min, donde se mantuvo con agitación constante a 300 RPM con una plancha de agitación magnética.

2.1.4.2. Fluido gástrico simulado (FGS).

Para preparar este fluido se añadió 1,0% (v/v) de pepsina (700 U/g), 88,27% (v/v) de fluido base gástrico, 0,03%

(v/v) de CaCl2 0,3 M y 0,7% (v/v) de agua desionizada. El 10% (v/v) restante corresponde a los polvos. El pH se ajustó a 3 con adición de una solución de HCl 0,1 M y la temperatura se mantuvo en 37°C. Esta etapa duró 2 h con agitación constante a 100 RPM.

2.1.4.3. Fluido intestinal simulado (FIS).

Posteriormente, este fluido se preparó con 0,2% (v/v) de pancreatina (50482 U/g), 89,0% de fluido base intestinal, 0,1% (v/v) de CaCl2 0,3 M y 0,7% (v/v) de agua desionizada. El 10% (v/v) restante corresponde a los polvos. El pH a 7 con adición de una solución de NaOH 0,1 M y la temperatura se mantuvo en 37° con agitación constante a 100 RPM. Esta fase tuvo una duración de 3 h.

2.1.4.4. Concentración de mentol liberado.

No fue posible conseguir luteolina pura, razón por la cual únicamente se realizó la detección del mentol liberado.

Adicionalmente, por fines prácticos, solo se analizó su concentración en la etapa intestinal.

En un primer momento, se hizo uso de un espectrofotómetro UV-Vis (Thermo Scientific^TM GENESYS^TM 10S) para evaluar la longitud de onda a la cual el mentol absorbe la mayor cantidad de fotones. Por su naturaleza, el mentol actúa como un compuesto que no absorbe los rayos UV debido a su falta de grupos cromóforos. Razón por la cual, para poder usar esta técnica sin recurrir a otras más robustas como la cromatografía, este debe pasar por un proceso de derivatización química para ser sustituido por un cromóforo sensible a los rayos UV. Para esta reacción se utiliza un reactivo colorante y, debido a la baja reactividad del mentol, esta debe producirse en un medio ácido fuerte (Kushwah et al., 2020; Anastasia-Sandu et al., 2013).

En este caso, se usó una de las dos metodologías planteadas por DANGWAL (1980) donde se usa vainillina como reactivo colorante y ácido sulfúrico concentrado como proveedor del medio, dando a lugar a un producto estable de color púrpura. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que puede usarse otros aldehídos aromáticos como agentes colorantes; por ejemplo, salicilaldehído (aldehído salicílico) que produce un producto estable color durazno, tal y como lo hacen Kushwah et al. (2020) y Anastasia-Sandu et al. (2013), o para- dimetilaminobenzaldehído como proponen DANGWAL (1980) y Lepojevic (2000). Adicionalmente, el ácido sulfúrico concentrado puede reemplazarse por ácido perclórico al 72% (Kushwah et al., 2020).

Ahora bien, la muestra de mentol usada para el barrido de longitud se preparó en una probeta de 5 mL a la cual se le adicionó 2,5 mL de ácido sulfúrico concentrado, 50 µg de mentol puro (mentol cristal de MarketQuímicos®) y 0,5 mL de una solución al 1% (p/v) de vainillina que se preparó también con ácido sulfúrico concentrado. Luego, se diluyó todo con agua desionizada hasta la marca de aforo. Este procedimiento debe realizarse con el máximo cuidado debido al pH extremadamente ácido del medio y a que la reacción que toma lugar es de carácter exotérmico.

Por otra parte, para encontrar la concentración de mentol liberado en el ambiente intestinal la muestra se preparó tomando como base la del mentol puro. En una probeta de 5 mL se adicionó 2,5 mL de ácido sulfúrico, 0,5 mL de solución 1% (p/v) de vainillina y se aforó con el fluido intestinal simulado (2 mL). Para este caso, no se utilizó agua desionizada debido a que esta ya estaba contenida en el FIS; razón por la cual su contribución al pH de la muestra es similar (pH del agua desionizada: 6,2 – pH del FIS: 6,5). Para elaborar el blanco se tuvo en cuenta las cantidades aproximadas de los materiales de pared en los polvos tomando como base los resultados arrojados por el TGA. La concentración se calculó usando la ley de Beer-Lambert (Ec. 2) usando una longitud de paso de la celda de cuarzo (b) de 1 cm y un coeficiente de extinción molar para el mentol (ε) de 1,82386•10⁴ M^-1cm^-1. Con la cantidad de mentol presente en las cápsulas (eficiencia de encapsulamiento) y la concentración de mentol liberado encontrada anteriormente, se calculó el porcentaje de mentol liberado en el FIS usando la siguiente expresión (Ec. 3).

𝐴 = 𝜀 ⋅ 𝑏 ⋅ 𝐶 (𝐸𝑐. 2)

En la anterior expresión, A es la absorbancia de la muestra a una longitud de onda determinada y C es la concentración de la muestra expresada en molaridad (M).

𝑀𝑒𝑛𝑡𝑜𝑙 𝑙𝑖𝑏𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜(%) = 𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑙 𝑙𝑖𝑏𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 (𝑔)

𝑐𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜𝑙 𝑒𝑛𝑐𝑎𝑝𝑠𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 (𝑔)𝑥100 (𝐸𝑐. 3)

2.2. Elaboración de la bebida.

A partir de la mejor formulación de polvos obtenida con base en los datos presentados en este documento y en el documento de la primera parte de este proyecto, se elaboraron tres formulaciones de bebidas (B1, B2 y B3).

Para preparar cada una se tuvo en cuenta que, de comercializarse, la bebida vendría en una presentación de 200 mL y se buscaría que contuviera el 40% de los valores diarios de referencia de nutrientes (VRN) para vitamina B1 y vitamina B9. Como se considera que la concentración de mentol en los polvos es suficiente para brindar al consumidor el sabor característico de la hierbabuena y la manzanilla, las cantidades de cápsulas usadas para cada formulación se mantuvieron bajas. Así, las bebidas elaboradas se presentan en la Tabla 2. Cabe mencionar que para cada bebida se prepararon 800 mL con el fin de tener la cantidad suficiente para realizar la prueba de estabilidad y el análisis sensorial. Para su elaboración se utilizó un agitador mecánico (Heidolph® Hei- TORQUE® Value 400) a 300 RPM por 10 min.

Tabla 2. Composición de las bebidas aromáticas funcionales elaboradas.

Compuesto Bebida 1 (B1) Bebida 2 (B2) Bebida 3 (B3)

Mejores polvos (g) 1 2 3

Vitamina B1 (mg) 0,46 0,46 0,46

Vitamina B9 (ug) 160 160 160

Stevia (2 gotas) (mL) 0,1 0,1 0,1

Agua (mL) 200 200 200

Total (ml) 200 200 200

2.3. Análisis sensorial.

2.3.1. Bebida aromática funcional.

Esta evaluación se llevó a cabo con un panel sensorial conformado por 57 jueces inexpertos (consumidores), mayores de edad, seleccionados aleatoriamente. Sus datos demográficos junto con la frecuencia de consumo de infusiones o tisanas y alcohol se presentan en la Tabla 3.

Tabla 3. Datos demográficos y frecuencia de consumo de los 57 jueces que formaron el panel sensorial. Los rangos de edades fuero tomados de (Ministerio de Salud y Protección Social, s.f.).

Datos demográficos

Jueces

Total de encuestados: 57

Edad

Joven (18-26 años) 72%

Adulto (27-59 años) 23%

Adulto mayor (60 años o más) 5%

Sexo

Hombre 53%

Mujer 47%

Otro 0%

Estrato socioeconómico

1 0%

2 4%

3 23%

4 61%

5 7%

6 5%

Nivel de estudios

No tengo 0%

Primarios 0%

Secundarios 28%

Universitarios 72%

Frecuencia de consumo -

Infusiones de plantas y/o frutas

Diariamente 19%

Semanalmente 21%

Mensualmente 5%

De forma esporádica 47%

Nunca 7%

Bebidas alcoholicas

Diariamente 0%

Semanalmente 37%

Mensualmente 16%

De forma esporádica 40%

Nunca 7%

Se desarrolló una prueba afectiva o prueba de aceptabilidad en escala hedónica, donde se evaluaron 3 atributos:

aceptabilidad global, aroma y color (apariencia visual) de cada una de las tres bebidas formuladas en el inciso 2.2. mediante el uso de una escala de nueve puntos como se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Escala de 9 puntos utilizada en la hoja de cata del análisis sensorial.

Al momento de llevar a cabo el análisis sensorial la hoja de cata se facilitó mediante un formulario de Google Forms (ANEXO 2) y las muestras se le presentaron a cada consumidor en orden aleatorio como se observa en la Figura 4, donde a cada bebida se le asignó un código de 3 dígitos (Tabla 4), también de forma aleatoria, mediante el uso de la función “ALEATORIO.ENTRE” de Microsoft Excel®. Como los jueces en ningún momento tuvieron que evaluar el sabor de la bebida, no fue necesario el uso de pasantes. Adicionalmente, la

interpretación de los resultados obtenidos se llevó a cabo mediante el desarrollo de un ANOVA One Way con 3 niveles en el software Minitab®, donde se analizaron los resultados de la prueba Tukey.

Figura 4. Presentación de las bebidas a los jueces durante el análisis sensorial.

Tabla 4. Codificación de las bebidas durante el análisis sensorial.

Formulación Código

B1 361

B2 749

B3 612

2.3.2. Polvos (Bebida aromática instantánea).

Este análisis se realizó con la cantidad de polvos que obtuvieron los mejores resultados en el análisis sensorial de la bebida aromática funcional. Para este caso, también se llevó a cabo una prueba afectiva o prueba de aceptabilidad en escala hedónica donde se evaluaron 3 atributos: facilidad de preparación (solubilidad), color y aroma tanto para agua caliente (~50ºC) como para agua fría (~10ºC) mediante el uso de la escala de nueve puntos presentada en la Figura 3. Además, con esta misma escala se evaluó la aceptabilidad global de los polvos.

El estudio se llevó a cabo con un panel sensorial conformado por 40 jueces inexpertos (consumidores), seleccionados aleatoriamente. Sus datos demográficos junto con la frecuencia de consumo de tisanas o infusiones de frutas y/o plantas se presentan en la Tabla 5.

Tabla 5. Datos demográficos y frecuencia de consumo de los 57 jueces que formaron el panel sensorial. Los rangos de edades fuero tomados de (Ministerio de Salud y Protección Social, s.f.).

Datos demográficos Jueces

Total de encuestados: 40

Edad

Joven (18-26 años) 68%

Adulto (27-59 años) 25%

Adulto mayor (60 años o más) 8%

Sexo

Hombre 53%

Mujer 48%

Otro 0%

Estrato socioeconómico

1 3%

2 8%

3 30%

4 40%

5 15%

6 5%

Nivel de estudios

No tengo 0%

Primarios 0%

Secundarios 10%

Universitarios 90%

Frecuencia de consumo -

Infusiones o tisanas de plantas y/o frutas

Diariamente 18%

Semanalmente 23%

Mensualmente 15%

De forma esporádica 43%

Nunca 3%

Al momento de llevar a cabo el análisis sensorial la hoja de cata se facilitó mediante un formulario de Google Forms (ANEXO 2) y las muestras se le presentaron a cada juez en orden aleatorio como se muestra en la Figura 5. En este caso, los evaluadores tampoco tuvieron que ingerir la bebida, por lo que no fue necesario el uso de pasantes. Adicionalmente, como solo se tiene 2 tratamientos (propiedades en agua fría y propiedades en agua caliente) la interpretación de los resultados obtenidos se realizó por medio de una t de Student.

Figura 5. Presentación de los polvos a los evaluadores durante el análisis sensorial.

2.4. Estabilidad de la bebida.

El análisis de este factor se llevó a cabo mediante el uso de un analizador de estabilidad (Formulaction Turbiscan^TM LAB) con 75 escaneos (1 cada 25 s) durante 30 min y 25 s a una temperatura de 24,5ºC (temperatura ambiente). La elección de esta temperatura se debe a que comercialmente las bebidas no se almacenan/manipulan únicamente en refrigeración. Este procedimiento se llevó a cabo únicamente para la formulación de bebida aromática funcional que presentó los mejores resultados en el análisis sensorial. Al momento de realizar esta prueba, la bebida llevaba 4 días de haber sido preparada.

2.5. Normativa.

Se realizó una búsqueda y análisis de normativas, especialmente colombianas, que apliquen al producto desarrollado. Principalmente, se tuvo en cuenta la Resolución 810 de 2021 ya que menciona todo lo relativo a las declaraciones nutricionales que pueden aplicar para la bebida formulada.

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN.

3.1. Solubilidad.

La solubilidad se define como la velocidad en la que los componentes de las partículas de polvo se disuelven en agua (Serna-Cock et al., 2015). La solubilidad es un factor importante a la hora de presentar el producto a los consumidores, puesto que la facilidad que tengan los polvos para dispersarse en la fase líquida puede afectar la decisión de compra. En este tipo de productos se busca que la solubilidad sea cercana al 100%, por esta razón se hace uso de materiales de pared que presenten altos porcentajes de solubilidad.

En la Figura 6 se muestran los porcentajes de solubilidad obtenidos para cada formulación, donde la más soluble es F4 y la menos soluble es F1. Se puede ver como las formulaciones hechas con proteína de soya como material de pared presentan solubilidades más elevadas en comparación a aquellas elaboradas con caseinato. De igual manera, se alcanzan valores más altos con la concentración de material de pared del 15% (p/p).

Figura 6. Porcentajes de solubilidad para cada formulación.

La solubilidad de los polvos depende a su vez de múltiples factores como lo son las condiciones de operación del Spray Dryer, la microestructura, la humedad, densidad y tamaño de partícula de los polvos; asimismo, como la selección de un material de pared altamente soluble como la maltodextrina, caseinato de sodio o proteína de soya y la concentración de estos. Al presentar valores altos de solubilidad se puede confirmar la predominancia del estado amorfo en la superficie de las partículas lo cual concuerda con el análisis de imagen realizado anteriormente. Generalmente, un polvo con baja higroscopicidad, bajo contenido en agua y una alta solubilidad es considerado un buen polvo (Jafari et al., 2017); basado en estas características se podría considerar que el producto obtenido es tentador para el mercado.

3.2. Humedad.

El contenido de humedad de los alimentos es uno de los parámetros de mayor interés, ya que este suele ser un índice de estabilidad del producto. La humedad es la cantidad de agua que está presente en un medio y puede influir en la conservación o resistencia al deterioro de los productos (Bianco, Capote, & Garmendia, 2014). En el caso de alimentos granulados un alto porcentaje de humedad indica que las fuerzas de cohesión entre las partículas son mayores, lo cual puede afectar a la velocidad de dispersión de estos (Gómez Arciniegas, 2016).

Los valores de humedad que se obtuvieron para cada formulación se muestran a continuación en la Tabla 6. Al comparar los valores obtenidos entre las formulaciones, se puede observar que F3 presenta un mayor porcentaje de humedad mientras que F1 el menor. En términos generales se puede decir que para las formulaciones hechas a partir de caseinato de sodio y proteína de soya es recomendable usar la concentración del 10% (p/p) para obtener porcentajes de humedad más bajos. Igualmente, las cuatro formulaciones presentan valores de humedad bajos lo cual garantiza una buena estabilidad.

Tabla 6. Porcentaje de humedad. Valores entre paréntesis son las desviaciones estándar.

Formulación Humedad (%)

F1 2,69 (0,462)

F2 2,71 (0,095)

F3 3,11 (0,804)

F4 2,77 (0,875)

Contener maltodextrina como parte del material de pared puede influenciar en que se presenten valores de humedad altos debido a que la maltodextrina usada podría tener un contenido alto de dextrosa. Las maltodextrinas con un alto contenido de dextrosa debido a su estructura química presentan un mayor número de ramificaciones con grupos hidrófilos y por ello las moléculas del agua del ambiente pueden adherirse más fácilmente a los polvos (Martínez Iturralde, 2015).

Para poder determinar la inocuidad de los polvos se debe determinar la actividad de agua (aw) de estos, la cual indica la cantidad de agua libre que contiene un alimento. Es importante conocer este parámetro debido a que este determina la vida útil que puede tener el producto como los posibles microorganismos que pueden proliferar en él. Sin embargo, no se pudo realizar un análisis para aw por lo que la inocuidad de los polvos se basó en la humedad de estos. El estudio de Kim y Jiang (2010), mostró los porcentajes de humedad donde se presenta potencial crecimiento de las bacterias Escherichia coli, Salmonella spp y Listeria monocytogenes en un compostado esterilizado en autoclave. Se obtuvo que para contenidos de porcentaje de humedad menores al 10% estas bacterias no presentan un potencial de crecimiento, lo cual indica que los polvos presentan una humedad adecuada para evitar el crecimiento de estos microorganismos.

No obstante, bacterias como la Salmonella se relacionan con alimentos con baja actividad de agua como la leche en polvo. Además, a pesar de que en el proceso de secado por aspersión se pueda eliminar una gran cantidad de bacterias no es como tal un proceso de pasteurización; además, se puede presentar contaminación cruzada debido al mal almacenamiento de estos (Wei et al., 2020). Por lo que a pesar de presentar bajos porcentajes de humedad y una aw teórica baja es recomendable realizar análisis de inocuidad para garantizar la no presencia de este tipo de patógenos.

Por último, se comparó el porcentaje de humedad presente en productos similares en el mercado como lo es la leche en polvo, donde para diferentes tipos de leche en polvo el porcentaje de humedad tiene como un límite

máximo 4% (Augustin & Margetts, 2003), lo cual indica que los polvos obtenidos para las diferentes formulaciones están dentro del rango de especificaciones de este tipo de productos. Igualmente se esperaría que el producto final tuviera una activad de agua menor a 0,7.

3.3. Densidad aparente.

En primer lugar, se debe recalcar que esta no es una propiedad intrínseca del polvo, ya que esta puede variar de acuerdo con cómo sea la manipulación de estos (Brady, 1984). En la Tabla 7 se muestran los resultados obtenidos para cada formulación. Se puede observar que las formulaciones usando caseinato como material de pared presentan una menor densidad que aquellas que se prepararon con proteína de soya.

Tabla 7. Densidad aparente de los polvos.

Formulación Densidad (g/mL)

F1 0.250 (0,007)

F2 0.302 (0,023)

F3 0.248 (0,031)

F4 0.291 (0,014)

La densidad es útil para calcular así otros parámetros como la porosidad y así conocer la fluidez que tendrían los polvos, ya que indican la cohesividad que presentan. Si se tiene un producto muy cohesivo, no será fácil que se separe en el medio lo cual afectaría a la velocidad de disolución. Si el material es poroso, este tendrá un mayor contacto con el medio facilitando así la dispersión de los polvos en el medio de solución (Martínez Iturralde, 2015).

3.4. Liberación controlada de los compuestos de interés (mentol).

Evaluando los resultados obtenidos en la primera parte de este proyecto para eficiencia de secado (ES), eficiencia de encapsulamiento (EE), morfología, textura, humedad y solubilidad, se concluye que las dos mejores formulaciones son F1 y F2. Por ello, el estudio de digestión in vitro se llevó a cabo para estas dos únicamente.

Se realizaron los barridos de longitud de onda para los fluidos intestinales simulados y el mentol. En cuanto a este último, se observó que la longitud de onda donde se presenta la máxima absorción (λmax) concuerda con la reportada por DANGWAL (1980), la cual es de 525 nm. Esta similitud puede indicar que el procedimiento llevado a cabo fue satisfactorio. Otro aspecto que refuerza esta afirmación es que la muestra preparada efectivamente presentó la coloración púrpura que debía tener (ANEXO 3) debido a la reacción de derivatización del mentol con la vainillina en un medio fuertemente ácido. Debe mencionarse que al tratarse de una metodología donde se está detectando un derivativo del mentol, la longitud de onda de máxima absorbancia cambia si la técnica también cambia. Por ejemplo, Kushwah et al. (2020) derivatizaron el mentol con salicilaldehído en lugar de vainillina, y esto conllevó a obtener un valor λmax de 498 nm.

En cuanto a los barridos que presentan el FIS de F1 y el FIS de F2, se obtuvo un valor de longitud de onda donde se presenta la máxima absorción que se encuentra desplazado de 525 nm y fue el mismo para las dos formulaciones (461 nm). Este resultado no implica que no se esté detectando la misma sustancia, sino que se poseen muchos interferentes. El primero, y tal vez más importante, es la luteolina. Al no disponer de este compuesto puro, su cantidad no se pudo tener en cuenta al momento de elaborar el blanco para cuantificar el mentol. En segundo lugar, se tienen los diversos compuestos de la hierbabuena y la manzanilla que pudieron extraerse durante la infusión, encapsularse junto con el mentol y la luteolina y que en ningún momento de este trabajo se tuvieron presentes. Adicionalmente, debe tenerse presente que la referencia que se está usando es

mentol puro; sin embargo, es poco probable que el mentol que se logró extraer de la hierbabuena haya sido mentol libre (l-mentol). Si bien este compuesto se encuentra en mayoría en esta planta, se trata de una sustancia ligeramente soluble en agua, por lo que es más probable que se haya extraído mentol en combinación con otros compuestos (Castro M. et al., 2005, pp. 39-40). Aun así, la presencia de mentol en los polvos es innegable, principalmente por dos razones. La más evidente es el olor que emanaban los polvos cuando estos se disolvían en agua. Y, el segundo motivo, es que en las muestras preparadas con los fluidos intestinales simulados se logró tener la coloración producida por el derivativo del mentol. Como ya se mencionó, este compuesto otorga un color púrpura, este color al combinarse con la tonalidad café que producen los polvos en el FIS se esperaba produjera una coloración final oscura en la muestra, tendiendo a ser negra, y esto fue lo que se obtuvo, como puede verse en el ANEXO 3. Así, por todas las razones ya mencionadas, el valor absorbancia usado en la ley de Beer-Lambert fue el que se obtuvo en el λmax de la referencia (525 nm).

Ahora bien, analizando los resultados de digestión in vitro, se obtuvo una concentración molar en el FIS de 6,00

• 10^-6 M para F1 y de 6,15 • 10^-6 M para F2. Si bien la concentración molar de mentol en el FIS para F2 es ligeramente mayor que la obtenida para F1, se debe tener en cuenta la cantidad de mentol inicial que ingresó al proceso de digestión. Por ello, el valor importante es el porcentaje de mentol liberado en el ambiente intestinal.

Para este parámetro, F1 fue la mejor formulación ya que permitió liberar la mayor cantidad de mentol en el fluido intestinal simulado (9,36%), mientras que el valor para F2 fue de 4,37%.

En general, los porcentajes de mentol liberado en el FIS para las dos formulaciones fueron bajos. Principalmente esto puede atribuirse a la posibilidad de que gran parte del mentol se haya liberado en las fases digestivas previas. Debido a que la maltodextrina es el material de pared mayoritario en ambas formulaciones, es más probable que la liberación haya ocurrido en mayor medida en el fluido salival simulado debido a la interacción de los enlaces alfa de la maltodextrina con la α-amilasa. Teniendo presente que F1 y F2 poseían las mismas cantidades de maltodextrina y que ambas poseen una concentración de material de pared No. 2 de 10% (p/p), su única diferencia es el material de pared No.2 usado. Por lo que el comportamiento de estos durante la fase gástrica pudo haber sido el factor clave para que F1 presentara un mejor porcentaje de mentol liberado en el FIS. Así, es posible que el caseinato de sodio presente en esta formulación haya logrado retener el mentol en el FGS en mayor medida que la proteína de soya. La razón de esto sería el bajo pH en este ambiente el cual, al estar por debajo del punto isoeléctrico del caseinato, produjo la desnaturalización del mismo volviéndolo insoluble (Sobel et al., 2014; Zimmermann-Stein & Ruiz-Espinoza, 2010).

3.5. Análisis sensorial de la bebida aromática funcional.

Conforme los análisis de resultados de las propiedades evaluadas para los polvos: ES, EE, morfología y textura, (presentados en la primera parte del proyecto) y humedad y densidad (presentados en este documento), la mejor formulación para la elaboración de la bebida fue F2 (maltodextrina + proteína de soya al 10% p/p). Por lo que, consecuentemente, el análisis sensorial se realizó a partir de 3 bebidas que usan estos polvos. Para desarrollar el ANOVA One Way en Minitab® se estableció un nivel de significancia (α) del 5%. Adicionalmente, se manejan las siguientes hipótesis:

• Hipótesis nula: Todas las medias son iguales.

• Hipótesis alterna: No todas las medias son iguales.

3.5.1. Color (apariencia visual).

En la Figura 7 se presenta la prueba de Tukey para este parámetro. Se observa que todos los intervalos contienen el cero, por lo que no se rechaza la hipótesis nula. Es decir, el análisis de varianza arroja un p-value (0,543) mayor que la significancia (0,05) y, por ende, se concluye con un 95% de confianza que las medias para el color

entre las 3 bebidas no poseen diferencias significativas. A pesar de que la tonalidad de las bebidas varía considerablemente debido a su diferencia en concentración de polvos (Figura 4), especialmente entre B1 y las otras dos, este no fue un factor de peso, estadísticamente hablando, sobre la preferencia de los evaluadores.

Figura 7. Prueba de Tukey para el color de las bebidas.

Si bien no hubo diferencias representativas en las medias para este parámetro, en la Figura 8 se observa que la bebida 2 obtuvo la mejor puntuación (6,96), le sigue la bebida 3 (6,89) y la bebida 1 (6,70). Para esta parte, muchos evaluadores comentaron que la bebida era bastante turbia. Visiblemente, sí se evidenciaba sedimentación en las 3 formulaciones, siendo más notorio en B3, pero este fenómeno se evaluará más adelante con los resultados obtenidos en el análisis de estabilidad de la bebida.

Figura 8. Intervalo de confianza del 95% para la media del color.

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3.5.2. Aroma.

Observando los resultados de la prueba de Tukey (Figura 9), el intervalo de comparación entre las medias de B2-B1 no contiene el cero y el de B3-B2, aunque parece alcanzarlo, tampoco lo contiene. Esto implica que sus medias son significativamente diferentes. Por ello, el p-value (0,021) es menor que la significancia y se rechaza la hipótesis nula con un 95% de confianza.

Figura 9. Prueba de Tukey para el aroma de las bebidas.

La gráfica de intervalos de confianza (Figura 10) muestra la notoria diferencia entre la media de la puntuación de la bebida 2 (6,63) y las medias de las bebidas 1 (5,79) y 3 (5,82). Además, se identifica que las medias de B1 y B3 no se encuentran alejadas entre ellas. Lo que concuerda con lo presentado en la prueba de Tukey donde su intervalo de diferencia de medias contenía al cero. En este punto es de gran importancia recalcar que para esta propiedad se obtuvieron calificaciones intermedias debido a que con el transcurso de un día de preparadas las bebidas comenzaron a desarrollar un olor como si estuvieran pasando por un proceso de fermentación. Se cree que este fenómeno no fue causado por las bebidas en sí, sino que se desencadenó por la alta probabilidad de que los envases ámbar utilizados para su elaboración estuvieran contaminados, ya que al ser parte del material de laboratorio muchas personas hacen uso de ellos. Con esto en mente, resultaría interesante repetir la evaluación de esta propiedad con bebidas recién preparadas para evitar fuentes de error. Por otra parte, algunos encuestados comunicaron que B1 fue a la menos calificación le otorgaban porque no lograban percibir olor alguno, para muchos este era similar al de un agua común y corriente.

Figura 10. Intervalo de confianza del 95% para la media del aroma.

3.5.3. Aceptabilidad global.

A pesar de haberse tenido diferencias significativas en las medias de la puntuación para el aroma de las bebidas, esa propiedad no influenció estadísticamente en la aceptabilidad global de las 3 formulaciones. Tal y como se ve en la Figura 11, todos los intervalos de diferencias de medias para la aceptabilidad contienen el cero, por lo que no se tienen diferencias significativas en las calificaciones obtenidas para las tres bebidas. Se tiene entonces un p-value (0,395) mayor que α, lo que conlleva a no rechazar la hipótesis nula.

Figura 11. Prueba de Tukey para la aceptabilidad global de las bebidas.

A pesar de no tenerse diferencias estadísticamente significativas entre las puntuaciones promedio de esta propiedad, en la Figura 12 se observa que el valor más alto lo obtuvo B2 (6,77). Este es un resultado consistente si se recuerda que esta formulación también obtuvo los mejores puntajes en color y aroma. Le siguen B1 con 6,49 y B3 con 6,40.

Figura 12. Intervalo de confianza del 95% para la media de aceptabilidad global.

Ahora bien, tomando en cuenta únicamente los resultados arrojados por las gráficas de intervalos de confianza, la mejor formulación de bebida es la 2 ya que esta obtuvo las calificaciones más altas en los 3 atributos que se evaluaron (color, aroma y aceptabilidad global). Sin embargo, al momento de preguntarle a los jueces sobre cuál o cuáles de las bebidas evaluadas estarían dispuestos a consumir, se obtuvo respuestas diversas, donde la

bebida 3 posee el porcentaje de consumo individual mayor (25%) y B1 (18%) y B2 (19%) mantienen valores muy cercanos entre ellos. Sin embargo, el 12% de los encuestados afirman que consumirían las 3 bebidas y el 5% no consumiría ninguna.

Las personas que afirmaron no tener disposición para consumir alguna de las bebidas mencionaron que su decisión se debió a que visualmente no lucen agradables por la turbidez que presentan. Aquellos que prefirieron únicamente B1, lo hicieron en su mayoría porque esta posee un color claro que se asemeja más a una bebida aromática y un olor suave que no se siente penetrante. Por su parte, los que decidieron elegir solamente a B2 justificaron que esta les brinda un balance entre un color no tan claro, pero tampoco turbio, y un aroma agradable que se percibía fácilmente, pero no era molesto. En el caso de B3, la preferencia por ella se basó en su concentración, ya que para varios evaluadores entre más intenso sea el color y aroma, mejor es la bebida.

Por último, se les preguntó a los participantes cuánto estarían dispuestos a pagar por un envase de 200 mL de bebida, independientemente de la formulación. Se observó que la mayoría de los encuestados (81%) podrían pagar entre 1.000 COP y 3.000 COP. Hay un detalle por resaltar, y es que, si bien solo el 5% de los jueces declaró no estar dispuesto a consumir alguna de estas bebidas, en este caso el 10% no la compraría. Esto conlleva a pensar que, si bien gran parte de los evaluadores están dispuestos a consumirlas, un segmento de ellos no lo haría con intención propia; es decir, adquiriéndola, sino que lo haría si esta le es otorgada por un tercero.

3.6. Análisis sensorial de la bebida aromática instantánea.

Teniendo presente que en el análisis sensorial de la bebida aromática funcional la formulación de bebida 2 obtuvo los mejores resultados en los atributos evaluados, se utilizó entonces una cantidad de 2 g de polvo de maltodextrina + proteína se soya al 10% (p/p) por cada 200 mL de agua para llevar a cabo el análisis sensorial de los polvos como una bebida aromática instantánea. Para desarrollar la t de Student se estableció un nivel de confianza del 95%. Adicionalmente, se manejan las siguientes hipótesis:

• Hipótesis nula: Todas las medias son iguales.

• Hipótesis alterna: No todas las medias son iguales.

Previo a que los encuestados comiencen la evaluación sensorial, se les realizó una serie de preguntas con el fin de evaluar cuáles son los tipos de infusiones que más se consumen y si los participantes tenían conocimiento sobre algunas de la propiedades medicinales que se le atribuyen al mentol y la luteolina y, por ende, a la hierbabuena y la manzanilla.

En cuanto a los tipos de infusiones que suelen consumirse, las que predominan en gran medida son las de hierbabuena y la manzanilla, por lo que su aceptación entre los consumidores es amplia, 57,5% y 62,5%

respectivamente. Les sigue las de canela (32,5%) y otras (27,5%). Para estas últimas, los evaluadores mencionaron ejemplos como infusiones de flor de Jamaica, jengibre y frutas. Los menores porcentajes los presentan la menta (15%) y la valeriana (7,5%) y tan solo un 2,5% no consume ninguna.

Se observó que la mayoría de los participantes no conoce, o no está seguro, sobre si las bebidas aromáticas que consumen puedan contener mentol y luteolina. Si bien un 33% respondió que no las consume, se cree que es más probable que sí las hayan consumido, pero no las relacionen con la presencia de mentol y luteolina, puesto que, como se vio anteriormente, la hierbabuena y la manzanilla poseen porcentajes superiores de consumo y estas plantas contienen a estos compuestos. Igualmente, se vio que el 88% de los encuestados desconoce las propiedades medicinales del mentol y la luteolina.

Por otro lado, a los participantes se les brindó un breve resumen sobre las propiedades medicinales de la hierbabuena y la manzanilla, las cuales se encuentran contenidas en la primera parte de este documento. Luego de leer esta información, el 50% de las personas aseguró tener conocimiento sobre ella, pero parcialmente.

Mientras que el 38% no tenía conocimiento sobre está información. Además, el 95% afirmó que, debido al conocimiento adquirido sobre algunas de las propiedades medicinales de estas plantas y sus principales constituyentes (mentol y luteolina), estarían dispuestos a consumir con mayor frecuencia las bebidas aromáticas elaboradas con estas hierbas.

3.6.1. Aceptabilidad global de los polvos.

La calificación media para la aceptabilidad global de los polvos fue de 7,10 (+ 1,66). Este valor se considera alto y, de acuerdo con comentarios de los evaluadores, dos aspectos influenciaron negativamente en su calificación. Estos fueron su manipulación y color. En cuanto al primero, se mencionó que era un poco molesto que se compacten tanto. Se cree que esto puede deberse al bajo tamaño de partícula que poseen los polvos (15,8869 micras de acuerdo con los resultados obtenidos en la primera parte de este proyecto) ya que se ha visto que tamaños de partícula pequeños tienden a formar empaquetamientos compactos (Sharma et al., 2013).

3.6.2. Facilidad de preparación (solubilidad).

Observando los resultados obtenidos para la prueba t de Student (Tabla 8), como la t calculada posee un valor mayor que la t tabulada, se rechaza la hipótesis nula. Se dice entonces, con un 95% de confianza, que la calificación media para esta propiedad sí es significativamente diferente cuando se prepara los polvos en agua fría y cuando se los prepara en agua caliente. Así, las cápsulas de mentol y luteolina presentan mejor solubilidad en agua caliente que en agua fría. Si bien la puntuación en agua caliente es considerablemente alta, se ve la necesidad de mejorar esta propiedad para los dos medios evaluados.

Tabla 8. Resultados de la prueba t de Student para facilidad de preparación de los polvos.

Solubilidad (%)

Agua caliente Agua fría

X 6,85 X 4,50

σ 1,59 σ 1,88

t de Student

t

GL 78

t

Aquí, el tamaño de partícula de los polvos también juega un rol importante ya que los empaquetamientos compactos formados inhiben la penetración del agua, mientras que partículas más grandes otorgan mayor espacio entre los intersticios para que se dé el humedecimiento (Sharma et al., 2013). Cuando los polvos se reconstituían se observaba la formación de grupos que tenían que aplastarse contra las paredes del vaso para poder disolver las cápsulas efectivamente. Estas formaciones también tienen su explicación en el tamaño de partícula. Para mejorar la solubilidad de un producto en polvo, sus partículas deben presentar alta aglomeración que se consigue con tamaños de partícula grandes. Una vez se humedecen y hunden las partículas aglomeradas, estas se comienzan a dispersar uniformemente, por lo que una alta aglomeración brinda altos valores de dispersibilidad. Se ha evidenciado que esta propiedad incrementa cuando incrementa el tamaño de partícula y se disminuye el porcentaje de partículas finas (< 90 µm). Una mala aglomeración por el exceso de partículas finas con tamaños menores a 125 µm puede resultar en grumos visiblemente grandes y a que se presente sedimentación (Fang et al., 2007).