CENTRO DE BACHILLERATO TECNOLÓGICO industrial y de servicios s ervicios No. 147 Módulo: PRACTICAR ANÁLISIS A PRODUCOTS DE ORIGEN VEGETAL PRUEBAS FISICO QUIMICAS PARA FRUTAS M en C. RIGOBERTO PATIÑO P ATIÑO VIDAL los indicadores de calidad como las fisicoquímicas pueden ser considerados como tradicionales en el mundo de la fruta.
FIRMEZA: la firmeza es una de las técnicas más utilizadas en el centro de la maduración de la fruta. Se trata de una técnica muy sencilla cuyos resultados se obtienen en cuestión de segundos. Además, el instrumento que se utiliza para aplicar esta técnica ( el penetrometro). la firmeza es uno de los métodos fisicoquímicos que mejor se corre la con el estado de maduración de la fruta, especialmente en los melocotones y nectarinas, ya que la dureza de la pulpa está directamente relacionada con la madurez de la muestra.
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ANALISIS DE SOLIDOS SOLUBLES: como los azucares son los componentes mayoritarios en el zumo de la fruta, el análisis de sólidos solubles puede utilizarse como un estimulador del contenido en azucares en la muestra. La técnica más común de medición de este parámetro, basada en el refractometria.
Para este método es necesario el siguiente material de laboratorio:
1 licuadora y un cuchillo
1 vaso de precipitados de 250 ml
1 pipeta de Pasteur
1 refractómetro ABBE o equivalente
El método incluye los siguientes pasos: 1. corte la fruta en gajos e introducción en la licuadora. el zumo zumo obtenido se deposita en el vaso precipitado de 250 ml. 2. toma una muestra del del zumo con un un pipeta Pasteur para depositarlo, en forma de gotas, sobre el prisma del refractómetro. 3. medición a través del ocular ajustando la sombra en el punto medio de la cruz para leer la escala numérica superior el índice de refracción. el valor leído se anota en grados Brix. 4. La lectura ira siempre acompañada de la temperatura a la que se ha realizado. 5. conversión del índice de refracción a la medición estándar de 20ºc utilizando una tabla de conversión ya estipulada.
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ANALISIS DE SOLIDOS SOLUBLES: como los azucares son los componentes mayoritarios en el zumo de la fruta, el análisis de sólidos solubles puede utilizarse como un estimulador del contenido en azucares en la muestra. La técnica más común de medición de este parámetro, basada en el refractometria.
Para este método es necesario el siguiente material de laboratorio:
1 licuadora y un cuchillo
1 vaso de precipitados de 250 ml
1 pipeta de Pasteur
1 refractómetro ABBE o equivalente
El método incluye los siguientes pasos: 1. corte la fruta en gajos e introducción en la licuadora. el zumo zumo obtenido se deposita en el vaso precipitado de 250 ml. 2. toma una muestra del del zumo con un un pipeta Pasteur para depositarlo, en forma de gotas, sobre el prisma del refractómetro. 3. medición a través del ocular ajustando la sombra en el punto medio de la cruz para leer la escala numérica superior el índice de refracción. el valor leído se anota en grados Brix. 4. La lectura ira siempre acompañada de la temperatura a la que se ha realizado. 5. conversión del índice de refracción a la medición estándar de 20ºc utilizando una tabla de conversión ya estipulada.
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ANALISIS DE ACIDEZ: para medir la acidez de la fruta se exprimen las piezas para obtener zumo. Para la medición se puede aprovechar el zumo previamente extraído para obtener el índice de refractometria. Para este análisis se ha utilizado el siguiente material.
licuadora
vasos de precipitado de 250 ml y 100 ml
2 pipetas de Pasteur
1 bureta de 50 ml
hidróxido de sodio (NaOH)0.1N
phimetro
El procedimiento que se ha seguido es el siguiente
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1. corte la pieza en trozos pequeños y obtención del zumo con la licuadora 2. en un vaso de precipitados 3.
4. EXTRACCION DE LA PECTINA
5. La extracción de pectina de frutos, principalmente cítricos, mediante hidrólisis ácida es el principal y más utilizado procedimiento industrial de obtención de ésta, a pesar que en los últimos años se están realizando estudios de extracción de pectina por métodos enzimáticos y microbiológicos. La hidrólisis ácida puede ser inducida por varias alternativas, después de realizar un análisis técnico - económico se opta por utilizar ácido cítrico en el proceso.
Los procesos esenciales para producir pectina de calidad, son: control de calidad de la materia prima, hidrólisis ácida, evaporación, secado y molienda. 6. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO 7. La Pectina es una sustancia de origen vegetal, presente en las plantas, principalmente en sus frutos, su característica principal es ser un gelificante natural. El método más conocido para obtener pectina es la 4
hidrólisis ácida, el cual consiste en someter a las cáscaras a una cocción en medio ácido, posterior filtración y purificación, con lo cual se logra separar la pectina presente del resto de compuestos de las cáscaras, para luego secarla y molerla hasta tener un fino polvo listo para comercializarlo. El proceso de obtención de pectina, consta de las siguientes etapas: 8. Selección de la materia prima. Preferentemente, la fruta a utilizarse debe ser sana, la madurez debe ser intermedia, la corteza no debe presentar magulladuras y partes en estado de descomposición; esto permite tener un
buen
rendimiento
y
buena
calidad
de
pectina.
Lavado. Durante 10 minutos con agua a 60 °C se somete a las cáscaras a un lavado, para eliminar sustancias solubles en agua caliente, las cuales perjudican sus características organolépticas, es decir, puede la pectina adquirir
mal
sabor
y
olor.
Inactivación bacteriana. Durante 3 minutos con agua a 100 °C se somete a las cáscaras a éste proceso, para controlar la proliferación de microorganismos
que
pueden
degradar
la
materia
prima.
Hidrólisis ácida. A las cáscaras se las somete a una hidrólisis ácida, durante 80 minutos aproximadamente, se adiciona agua acidulada (pH = 2, utilizando ácido cítrico), en una relación cáscaras / agua acidulada de 1/3, a 85°C y agitación constante de 400 rpm. Proceso en que la protopectina (insoluble en agua) presente en la materia prima se transforma en pectina (soluble en agua), que luego es fácilmente separada del resto de componentes insolubles de la materia prima (celulosa especialmente). Es importante mencionar que para realizar la hidrólisis ácida se utiliza agua desmineralizada, con el propósito de eliminar especialmente los iones calcio, los cuales tienen un efecto negativo
en
el
rendimiento
del
proceso. 5
Evaporación. El producto del proceso anterior, se lo somete a evaporación y tiempo suficiente para evaporar el 75 % de la carga inicial. Se controla rigurosamente la temperatura, no debe superar los 65°C ya que la pectina es muy susceptible de degradación a temperaturas altas, para lo cual es necesario trabajar en condiciones de vacío; la pectina líquida así obtenida se
la
puede
envasar
y
comercializar
directamente.
Secado. Controlando de igual manera la temperatura, 65°C, y tiempo suficiente para secarla totalmente, se obtiene pectina sólida, para esta operación se utiliza un secador de bandejas y se trabaja en condiciones de
vacío.
Molienda. La pectina seca es sometida a un proceso de molienda, que se realiza en un molino de bolas hasta pulverización total, para tener un producto
semejante
al
importado.
Las operaciones de secado y molienda, antes descritos, se los debe realizar en forma continua y envasarlos lo más rápidamente posible, en recipientes herméticamente sellados, para así evitar la oxidación y humedecimiento de la pectina, ya que ésta es fácilmente oxidada y altamente higroscópica, o sea, adquiere humedad del medio ambiente de forma
casi
inmediata.
El rendimiento de pectina de varios frutos, obtenido al nivel de laboratorio, es
el
siguiente:
% Pectina 9. Toronja: 9,24 Naranja agria: 9,99 6
Maracuyá amarillo: 5,38 Maracuyá rojo: 5,18 Limón mandarina: 4,07 10. EMPLEO
DE
LA
PECTINA
El empleo de la pectina como gelificante ha sido muy extenso debido a las características de las pectinas de bajo metoxilo, de los pectatos y ácidos pépticos, para formar geles con calcio o iones equivalentes, sin o casi sin la
presencia
de
azúcar.
Con estas pectinas se hallan geles que encuentran interesantes aplicaciones no solo en la industria alimentaria, sino también en la farmacéutica y cosmética, para la preparación de pastas y cremas gelificadas, como dispersante y en general para reducir la presencia de azúcar. En muchos casos además, el empleo de las pectinas de bajo metoxilo es facilitado por la baja temperatura de fusión de los geles obtenidos y por su capacidad de retomar el aspecto primitivo, después de la fusión. Las pectinas de bajo metoxilo y sus sales (pectinatos) son utilizados en la industria alimentaría para la preparación de pudines de leche, geles de jugos de fruta o mezclas de frutas, geles para rellenos de pastelería, mermeladas para bizcochería y mermeladas con contenido de sólidos inferiores al 55%.
11. PRUEBAS FISICO QUIMICAS Y SENSORIALES DE LAS FRUTAS Y HORTALIZAS
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12. MADUREZ: 13. La maduración es la fase del desarrollo del fruto. 14. PREMADUREZ: 15. Cuando el fruto es recogido en esta época, su pulpa permanece dura, su sabor es acido. 16. MADUREZ PRECOZ: 17. Se trata de frutos de calidad pasable, afectados normalmente por alteraciones relacionadas con la madurez. 18. MADUREZ OPTIMA O FISIOLOGICA:
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19. Es el estado en el que se encuentra la fruta que ha completado su evolución, conteniendo sus componentes finales. 20. SOBREMADUREZ O SENESCENCIA: 21. El fruto en el caso de los pomos, adquiere una textura arenosa, de sabor insípido, siendo muy sensible a enfermedades de conservación como podredumbres y alteraciones internas. 22. Comercialmente: Madurez Comercial: Condiciones de un órgano de la planta requerida por un
mercado.
Madurez de recolección: en este estado los frutos pueden soportar un proceso de manipulación, lo que les permite llegar al consumo con una adecuada
madurez
organoléptica.
Madurez Fisiológica: Es aquel estado en el desarrollo de la fruta u hortaliza en el que se ha logrado el máximo crecimiento y maduración apropiados Transformaciones
para
el
químicas
durante
consumo. la
maduración
En frutas: 23. Color, el aspecto más común de estas modificaciones es la pérdida del color
verde.
Hidratos de carbono, es frecuente la casi total conversión del almidón en azucares. Estos cambios también afectan a las paredes celulares y motivan el ablandamiento. 24. Ácidos orgánicos, durante la maduración, los ácidos orgánicos son convertidos
en
azucares.
Aroma, es fundamental el papel de los compuestos que conforman el aroma de cada fruta como resultado de la síntesis de compuestos volátiles durante la fase de maduración.
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25. En
hortalizas
El grado de desarrollo es el índice de cosecha más ampliamente usado en hortalizas. 26. Maduración
controlada
La madurez a la cosecha es el factor determinante de la calidad y la vida de post cosecha por lo que cuando son destinadas a mercados distantes, muchas frutas deben cosecharse ligeramente inmaduras a fin de reducir los daños y las pérdidas durante el transporte. 27. Fenómeno Las
climatérico:
frutas
pueden
dividirse
en
dos
tipos:
Climatéricas, son capaces de generar etileno, la hormona necesaria para que el proceso de maduración continúe, aún separado de la planta. No climatéricas, su respiración progresa más lentamente y, por lo general se les deja madurar sobre la planta y por lo tanto su madurez comercial solamente se alcanza en la planta. 28. Respiración Las frutas y hortalizas frescas necesitan respirar a fin de obtener la energía suficiente para la mantención de la vida. Respiran absorbiendo oxigeno Etileno
de
la
atmósfera
y
liberando
dióxido
de
carbono. (C2H4)
El etileno es una fitohormona que hace posible la maduración, una sustancia química producida por frutas con el específico fenómeno biológico de acelerar el proceso de maduración de fruta y envejecimiento.
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DEFECTOS EN LAS MERMELADAS
DESCRPCION
DEL
PRODUCTO
Y
DEL
PROCESO:
Una mermelada es una mezcla de fruta entera, trozada o en pulpa, con una cantidad equivalente de azúcar, que ha sido calentada y evaporada hasta alcanzar una concentración de azúcar de 65 ° BRIX. El principio básico de conservación es su poca cantidad de agua y su alta concentración de azúcar; que limitan el crecimiento de microorganismos. Si la mermelada se envasa en frascos de vidrio muy bien cerrados no es necesario agregar persevantes. Recepción: consiste en cuantificar la fruta que entrará a proceso. Esta operación debe hacerse utilizando recipientes adecuados y balanzas calibradas y limpias. Selección: se elimina la fruta que no tenga el grado de madurez adecuado o presente
pudrición
o
magulladuras.
Lavado: se hace para eliminar bacterias superficiales, residuos de insecticidas y suciedad
adherida
a
la
fruta.
Se
debe
utilizar
agua
clorada.
Escaldado: se pone la fruta en agua a 95 °C durante 8 minutos, para eliminar microorganismos, fijar el color y ablandar los tejidos de la fruta, optimizando la extracción de la pulpa.
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Extracción de la pulpa: Se hace con la ayuda de un despulpador de malla fina para evitar el paso de las semillas. Si no se dispone de este aparato se puede emplear una licuadora, en este caso debe utilizarse un colador para separar la fibra y las semillas. Formulación: Se pesa la cantidad de pulpa obtenida para determinar el rendimiento de extracción y para calcular la cantidad de azúcar y ácido necesarios. La guayaba contiene suficiente cantidad de pectina por cuanto no hace falta usar pectina cítrica. Cocción: Se pone en la marmita la pulpa y una tercera parte del azúcar y se inicia la cocción a fuego moderado y agitando con regularidad para que la mezcla no se queme. Una vez que se alcanza el punto de ebullición se agrega el resto del azúcar y se continúa la cocción hasta que se alcancen 65 °Brix. En este punto se quita
el
calor
y
se
agrega
el
ácido
cítrico,
el
cual
se disuelve previamente con poco agua. Se toma una muestra de la mermelada, se enfría hasta 25 °C y se mide el pH, el cual debe encontrarse entre 3.0 y 3.5. De ser mayor a 3.5 se debe agregar una cantidad extra de ácido hasta alcanzar el valor óptimo. Envasado: El envasado puede hacerse en frascos de vidrio, en envases plásticos o en bolsas. En el caso de usar frascos, éstos deben ser previamente esterilizados con agua hirviendo por 10 minutos y los envases de plástico se deben clorar. La temperatura de llenado no debe bajar de 75 °C. Si el llenado se hace en envases plásticos, éstos se tapan y se colocan en un lugar fresco y seco para su enfriamiento, el cual tardará al menos 12 horas; para asegurarse que todo el lote está frío y haya gelificado se debe dejar en reposo por 24 horas. Pasteurizado: Cuando el llenado se realiza en frascos, la mermelada se debe pasteurizar para garantizar que el producto tenga una vida útil larga. Para ello se colocan los frascos con las tapas cerradas en un baño maría y se calientan a 95 12
°C durante 10 minutos. Al finalizar este proceso se sacan del baño maría y se enfrían gradualmente, primero en agua tibia y luego en agua fría para evitar un choque térmico que puede quebrar los frascos. Etiquetado: La etiqueta se pega cuando los envases estén fríos y se haya verificado la gelificación de la mermelada. Embalaje y Almacenamiento: El embalaje se hace en cajas de cartón y se almacenan en lugares secos, ventilados y limpios. PRUEBAS FISICO-QUIMICAS, MICROBIOLOGICAS Y SENSORIALES QUE SE REALIZAN A LA MERMELADA Características sensoriales 1. Color , aspecto externo 2. Consistencia en el envase 3. Olor, Tipicidad del olor 4. Sabor, Tipicidad del sabor 5. Consistencia del gel 6. Textura 7. Untabilidad Características físico – químicas y microbiológicas Ø PH Ø ºBrix Ø Acidez (en % de ac. cítrico) Ø Aerobios mesófilos (UFC/g) Ø Coliformes totales (UFC/g) Ø Hongos - levaduras (UFC/g) 13
DEFECTOS QUE SE PRESENTAN EN LA ELABORACION DE LAS MERMELADAS Para determinar la causa de los defectos que se producen en la preparación de mermeladas se debe comprobar los siguientes factores: contenido de sólidos solubles (°Brix), pH, color y sabor. MERMELADA FLOJA Y POCO FIRME: CAUSAS: - Cocción prolongada que origina hidrólisis de la pectina - Acidez demasiado elevada que rompe el sistema de redes o estructura en formación. - Acidez demasiado baja que perjudica a la capacidad de gelificación - Elevada cantidad de sales minerales o tampones presentes en la fruta, que retrasan o impiden la completa gelificación. - Carencia de pectina en la fruta - Elevada cantidad de azúcar en relación a la cantidad de pectina. - Un excesivo enfriamiento que origina la ruptura del gel durante el envasado. Para la determinación de esta falla, es necesario comprobar °Brix, pH y la capacidad de gelificacion de la pectina. SINERESIS O SANGRADO: Se presenta cuando la masa solidificada suelta liquido. El agua atrapada es exudada y se produce una comprensión del gel. CAUSAS: 14
- Acidez demasiado elevada - Deficiencia en pectina - Exceso de azúcar invertido - Concentración deficiente, exceso de agua (demasiado bajo en sólidos) Para la determinación de esta falla es necesario comprobar °Brix, PH. CRISTALIZACION: CAUSAS: - Elevada cantidad de azúcar - Acidez demasiado elevada que ocasiona la inversión de los azucares, dando lugar a la granulación de la mermelada. - Acidez demasiado baja que origina la cristalización de la sacarosa. - Exceso de cocción que da una inversión excesiva - La permanencia de la mermelada en las pailas de cocción u ollas, después de haberse hervido, también da lugar a una inversión excesiva. CAMBIOS DE COLOR CAUSAS: - Cocción prolongada, da lugar a la caramelizacion del azúcar. - Deficiente enfriamiento después del envasado. - Contaminación con metales: el estaño y el hierro y sus sales que pueden originar un color oscuro. Los fosfatos de magnesio y potasio, los oxalatos y otras sales de estos metales producen enturbiamiento. CRECIMIENTO DE HONGOS Y LEVADURAS EN LA SUPERFICIE 15
CAUSAS: - Humedad excesiva en el almacenamiento - Contaminación anterior al cierre de los envases - Envases poco herméticos - Bajo contenido de sólidos solubles del producto, debajo del 63%. - .Contaminación debido a la mala esterilización de envases y de las tapas utilizadas. - Sinéresis de la mermelada. - Llenado de los envases a temperatura demasiado baja, menor a 85°C. - Llenado de los envases a temperatura demasiado alta, mayor a 90°C.
DEFINICION Y CLASIFICACION DE LAS FRUTAS
FRUTA: La fruta o las frutas son un conjunto de alimentos vegetales que proceden del fruto de determinadas plantas, ya sean hierbas como la melonera o árboles como el albaricoquero. Las frutas poseen un sabor y un aroma característicos y presentan unas propiedades nutritivas y una composición química que las distingue de otros alimentos. Principales frutas: 16
Las principales frutas son: aguacate, albaricoque, arándano, breva, cereza, chirimoya, ciruela, coco, dátil, frambuesa, fresa, fresón, granada, grosella, guinda, higo, higo chumbo, caqui, kiwi, limón, mandarina, mango, manzana, melocotón, melón, membrillo, mora, naranja, níspero, pera, piña (fruta), plátano, pomelo, sandía, uva. Dentro de cada tipo de fruta hay muchas variedades, como por ejemplo la manzana que tiene decenas de variedades (Golden, Starking, Reineta, Verde Doncella), las peras (Limonera, de agua, Ercolina), las naranjas: (Navel, Navel Late, Navelina, Salustiana y Sanguina), las mandarinas (Satsuma y Clementinas). CLASIFICACION DE LA FRUTA: Según como sea la semilla que contenga el fruto, las frutas se clasifican en: 1. Frutas de hueso: Son aquellas que tienen una semilla grande y de cáscara dura,
como
el
albaricoque
o
el
melocotón.
2. Frutas de pepita: Son las frutas que tienen varias semillas pequeñas y de cáscara
menos
dura
como
la
pera
y
la
manzana.
3. Fruta de grano: Son aquellas frutas que tienen infinidad de minúsculas semillas como el higo y la fresa. Según como sea el tiempo desde su recolección, la fruta se clasifica en: 1. Fruta fresca, si el consumo se realiza inmediatamente o a los pocos días de su cosecha, de forma directa, sin ningún tipo preparación o cocinado. 2. Fruta desecada o fruta pasa: Es la fruta que tras un proceso de desecación se puede consumir a los meses, e incluso años después de su recolección. La fruta desecada no es sinónimo de fruto seco.
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Otros
grupos
de
fruta
1.
Cítricos
como
la
naranja
2.
Exóticas
como
la
piña
comprenden: y
y
el la
limón chirimoya.
Según como se produzca el proceso de maduración de la fruta, se clasifican en frutas climatéricas y no climatéricas. En la maduración de las frutas se produce un proceso acelerado de respiración dependiente de oxígeno. Esta respiración acelerada se denomina subida climatérica y sirve para clasificar a las
frutas
en
dos
grandes
grupos:
1. Frutas climatéricas: Son las que sufren bruscamente la subida climatérica. Entre las frutas climatéricas tenemos: manzana, pera, plátano, melocotón, albaricoque y chirimoya. Estas frutas sufren una maduración brusca y grandes cambios de color, textura y composición. Normalmente se recolectan en estado preclimatérico, y se almacenan en condiciones controladas para que la maduración no tenga lugar hasta el momento de sacarlas al mercado. 2. Frutas no climatéricas: Son las que presentan una subida climatérica lentamente y de forma atenuada. Entre las no climatéricas tenemos: naranja, limón, mandarina, piña, uva, melón y fresa. Estas frutas maduran de forma lenta y no tienen cambios bruscos en su aspecto y composición. Presentan mayor contenido de almidón. La recolección se hace después de la maduración porque si se hace cuando están verdes luego no maduran, solo se ponen blandas. COMPOSICION DE LA FRUTA: La composición química de las frutas depende sobre todo del tipo de fruta y de su grado de maduración.
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Agua: Más del 80% y hasta el 90% de la composición de la fruta es agua. Debido a este alto porcentaje de agua y a los aromas de su composición, la fruta es muy refrescante. Glúcidos: Entre el 5% y el 18% de la fruta está formado por carbohidratos. El contenido puede variar desde un 20% en el plátano hasta un 5% en el melón, sandía y fresas. Las demás frutas tienen un valor medio de un 10%. El contenido en glúcidos puede variar según la especie y también según la época de recolección. Los carbohidratos son generalmente azúcares simples como fructosa, sacarosa y glucosa, azúcares de fácil digestión y rápida absorción. En la fruta poco madura nos encontramos, almidón, sobre todo en el plátano que con la maduración se convierte en azúcares simples. Fibra: Aproximadamente el 2% de la fruta es fibra dietética. Los componentes de la fibra vegetal que nos podemos encontrar en las frutas son principalmente pectinas y hemicelulosa. La piel de la fruta es la que posee mayor concentración de fibra, pero también es donde nos podemos encontrar con algunos contaminantes como restos de insecticidas, que son difíciles de eliminar si no es con el pelado de la fruta. La fibra soluble o gelificante como las pectinas forman con el agua mezclas viscosas. El grado de viscosidad depende de la fruta de la que proceda y del grado de maduración. Las pectinas desempeñan por lo tanto un papel muy importante en la consistencia de la fruta. Vitaminas: Como los betacarotenos, vitamina C, vitaminas del grupo B. Según el contenido en vitaminas podemos hacer dos grandes grupos de frutas: 1. Ricas en vitamina C: contienen 50 mg/100. Entre estas frutas se encuentran los cítricos, también el melón, las fresas y el kiwi.
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2. Ricas en vitamina A: Son ricas en carotenos, como los albaricoques, melocotón y ciruelas. Sales minerales: Al igual que las verduras, las frutas son ricas en potasio, magnesio, hierro y calcio. Las sales minerales son siempre importantes pero sobre todo durante el crecimiento para la osificación. El mineral más importante es el potasio. Las que son más ricas en potasio son las frutas de hueso como el albaricoque, cereza, ciruela, melocotón, etc. Valor calórico: El valor calórico vendrá determinado por su concentración en azúcares, oscilando entre 30-80 Kcal/100g. Como excepción tenemos frutas grasas como el aguacate que posee un 16% de lípidos y el coco que llega a tener hasta un 60%. El aguacate contiene ácido oleico que es un ácido graso monoinsaturado, pero el coco es rico en grasas saturadas como el ácido palmítico. Al tener un alto valor lipídico tienen un alto valor energético de hasta 200 Kilocalorías/100gramos. Pero la mayoría de las frutas son hipocalóricas con respecto a su peso. Proteínas y grasas: Los compuestos nitrogenados como las proteínas y los lípidos son escasos en la parte comestible de las frutas, aunque son importantes en las semillas de algunas de ellas. Así el contenido de grasa puede oscilar entre 0,1 y 0,5%, mientras que las proteínas pueden estar entre 0,1 y 1,5%. Aromas y pigmentos: La fruta contiene ácidos y otras sustancias aromáticas que junto al gran contenido de agua de la fruta hace que é sta sea refrescante. El sabor de cada fruta vendrá determinado por su contenido en ácidos, azúcares y otras sustancias aromáticas. El ácido málico predomina en la manzana, el ácido cítrico en naranjas, limones y mandarinas y el tartárico en las uvas. Por lo tanto los colorantes, los aromas y los componentes fénolicos astringentes aunque se encuentran en muy bajas concentraciones, influyen de manera crucial en la aceptación organoléptica de las frutas.
PARDEAMIENTO ENZIMATICO
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El pardeamiento enzimático es una reacción de oxidación en la que interviene como substrato el oxígeno molecular, catalizada por un tipo de enzimas que se puede encontrar en prácticamente todos los seres vivos, desde las bacterias al hombre. En el hombre es la responsable de la formación de pigmentos del pelo y de la piel. En los cefalópodos produce el pigmento de la tinta, y en los artrópodos participa en el endurecimiento de las cutículas del caparazón, al formar quinonas que reaccionan con las proteínas, insolubilizándolas. En los vegetales no se conoce con precisión cuál es su papel fisiológico. La enzima responsable del pardeamiento enzimático recibe el nombre de polifenoloxidasa, fenolasa o tirosinasa, en este último caso especialmente cuando se hace referencia a animales, ya que en ellos la tirosina es el principal substrato. También se ha utilizado el término cresolasa, aplicado a la enzima de vegetales. Se descubrió primero en los champiñones, en los que el efecto de pardeamiento tras un daño mecánico, como el corte, es muy evidente. En el campo de los alimentos, el pardeamiento enzimático puede ser un problema muy serio en frutas, champiñones, patatas y otros vegetales, y también en algunos crustáceos, e incluso en la industria del vino, al producir alteraciones en el color que reducen el valor comercial de los productos, o incluso los hacen inaceptables para el consumidor. Estas pérdidas son muy importantes en el caso de las frutas tropicales y de los camarones, productos trascendentales para la economía de muchos países poco desarrollados.
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A pesar del nombre genérico de “pardeamiento” (“browning” en inglés), los colores
formados son muy variables, marrones, rojizos o negros, dependiendo del alimento y de las condiciones del proceso. En algún caso, como en las pasas, otras frutas secas, la sidra, el té o el cacao, el pardeamiento enzimático contribuye al desarrollo de los colores característicos de estos productos, aunque como se ha indicado, en otros muchos constituye un problema grave. Además de la alteración del color, los productos formados pueden reaccionar con las proteínas, insolubilizándolas. Por otra parte, puede producirse también una pérdida nutricional, ya que aunque la polifenoloxidasa no oxida directamente al ácido ascórbico, esta vitamina puede destruirse al reaccionar con intermedios de la reacción. Estructura de las polifenoloxidasas: La polifenoloxidasa, EC 1.14.18.1 tiene dos actividades enzimáticas, una hidroxilando monofenoles (“cresolasa”) y otra oxidando difenoles a quinonas (“catecolasa”). Dependiendo de la fuente, la actividad “cresolasa” es mayor o
menor, incluso inexistente en algunos casos. En cambio, todas las enzimas tienen actividad “catecolasa”. La característica estructural más importante de estas
enzimas es la presencia en su centro activo de dos átomos de cobre, unidos cada uno de ellos a tres histidinas, que se han conservado a lo largo de la evolución en todas las enzimas de este tipo, desde las bacterias al hombre. En su entorno se sitúan una serie de aminoácidos hidrofóbicos, con anillos aromáticos, que también son importantes en su actividad, para la unión de los sustratos. La forma de actuación del enzima, con dos actividades distintas, ha sido un misterio, aclarado en parte hace relativamente pocos años. El enzima cataliza dos reacciones porque en el estado nativo se encuentra en dos formas distintas, la llamada met-tirosinasa, que es activa solamente sobre monofenoles, y la oxitirosinasa. Estas formas se interconvierten entre ellas, de forma acoplada al desarrollo de la reacciones que catalizan. En los crustáceos (y en los insectos), la polifenoloxidasa se encuentra en forma de proenzima, inactiva, que es activada por proteolisis por una proteasa endógena. Diversas sustancias producidas por 22
microrganismos activan la proteolisis del proenzima y la formación de enzima activo. La reacción de pardeamiento enzimático El pardeamiento enzimático es un conjunto complejo de reacciones, que se inicia por la o las reacciones catalizadas de forma enzimática. La primera de ellas, cuando el sutrato presente es un monofenol, es su transformación en difenol. La segunda, la transformación del difenol en quinona. En el caso de la tirosina (monofenol) se forma primeramente la dopa (difenol) y luego la dopaquinona (quinona). A partir de la formación de la quinona, la reacción progresa de forma espontánea. Las quinonas se pueden convertir en trifenoles por reacción con el ahua, y posteriormente oxidarse a hidroxiquinonas. Todas estas sustancias son muy reactivas, dando lugar a polímeros y reaccionando con otras sustancias presentes en el alimento, especialmente proteínas. Los productos finales, llamados melaninas, son de color muy oscuro, o negro, e insolubles en agua. Estos polímeros tienen propiedades antimicrobianas, y prodrían ser un mecanismo de defensa de los vegetales contra infecciones. Substratos: Los sustratos de la reacción pueden ser monofenoles o difenoles. La tirosina es el sustrato principal de la polifenoloxidasa en los crustáceos, y también se encuentra presente en vegetales como la lechuga o en los champiñones. En los vegetales, el sustrato más extendido es probablemente el ácido clorogénico, en el que el grupo fenólico se encuentra unido a un resto de azúcar, que se encuentra, entre otros, en manzanas, peras, melocotones, ciruelas, uvas, aguacates y patatas. En algunos vegetales se encuentran además DOPA, dopamina, p-cresol, ácido cafeico y otros fenoles. Las polifenoloxidasas son
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también en muchos casos capaces de oxidar aminas aromáticas para formar oaminofenoles. Control de la reacción de pardeamiento El control natural de la actividad de la polifenoloxidasa se produce fundamentalmente mediante la compartimentalización de los sustratos. El enzima se encuentra en los plástidos y cloroplastos (en los vegetales superiores), y también en el citoplasma celular, mientras que los compuestos fenólicos que pueden servir de sustratos se acumulan en vesículas. Cuando se rompe la compartimentalización por un daño mecánico,como el triturado, corte o congelación y descongelación, la reacción de pardeamiento se puede producir. También se produce la inhibición del enzima por los productos de la reacción. Además de manteniendo la compartimentalización, la reacción de pardeamiento se puede frenar actuando sobre diferentes factores: Evitando
el
contacto
Bajando Reduciendo
del
oxígeno
con
al
la
superficie
de
corte
temperatura el
pH
Desnaturalizando el enzima Generalmente estos factores actúan de forma combinada. Así, el descenso de pH puede actuar inicialmente reduciendo la actividad del enzima, (su pH óptimo está entre 5 y 7), pero también, si es suficientemente bajo, desnaturalizándola de forma irreversible. Los reductores pueden actuar de varias formas, entre ellas revertiendo la reacción de quinonas a fenoles. También pueden actuar directamente sobre el centro activo del enzima, transformando el cobre 2 en cobre 1, que se disocia más fácilmente. El sulfito y la cisteína, además de reaccionar con las quinonas reduciéndolas a difenoles, inactivan el enzima. Los sulfitos presentan el problema de su toxicidad diferenciada para algunas personas, un pequeño porcentaje de los asmáticos, que 24
pueden sufrir crisis severas con cantidades incluso inferiores a los límites legales. Consecuentemente, existe una tendencia a reducir la utilización de sulfitos, aunque no siempre es posible. Un inhibidor muy eficiente la la actividad de la polifenoloxidasa de los crustáceos es el ácido bórico, aunque actualmente está prohibido su uso, dados los riesgos de toxicidad. El ácido ascórbico, es un inhibidor de la reacción muy eficaz en principio, al reconvertir las quinonas en fenoles, pero la inhibición es solamente temporal, al agotarse el ácido ascórbico con el transcurso de la reacción. Además, posteriormente puede ocasionar problemas, ya que el dehidroascórbico formado puede dar lugar a una reacción de pardeamiento específica. Dependiendo de las condicioes de uso, el ácido ascórbico puede también destruir el enzima al modificar las histidinas del centro activo por reacciones mediadas por radicales libres. Los agentes quelantes, capaces de eliminar los átomos de cobre del centro activo del enzima, y consecuentemente inactivarla, son inhibidores muy eficientes. Pueden utilizarse el EDTA, pirofosfato, y especialmente el ácido cítrico, que combina el efecto de la acidez con la capacidad secuestrante de metales. Algunas otras sustancias, como el ácido benzoico y otros compuestos aromáticos, actúan reduciendo la actividad del enzima al competir con los sustratos. Y, por supuesto, la desnaturalización térmica, por ejemplo mediante escaldado con vapor, es un sistema muy eficaz, cuando puede utilizarse.
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EXTRACCION DE PECTINAS
Las mermeladas y derivados de frutas en los que intervienen las pectinas se han elaborado desde hace siglos. En 1825, el químico francés Henri Braconnot aisló las pectinas por primera vez, reconociendo su papel en esos productos. La producción comercial de pectinas comenzó en 1908 en Alemania, a partir de los restos de la fabricación de zumo de manzana. Actualmente se obtienen de los restos de la extracción de zumo de manzana y, sobre todo, de los de la industria de los zumos de cítricos. La pectina de manzana suele ser de un color algo más oscuro, debido a las reacciones de pardeamiento enzimático. La pectina se extrae con agua caliente acidificada, precipitando la de la disolución con etanol o con una sal de aluminio. Las pectinas están formadas fundamentalmente por largas cadenas formadas por unidades de ácido galacturónico, que puede encontrarse como tal ácido, con el grupo carboxilo libre, o bien o con el carboxilo esterificado por metanol (metoxilado). En las frutas, la mayoría de los grupos ácidos del ácido galacturónico están esterificados por metanol. Este metanol fue de perderse con relativa facilidad por hidrólisis ácida o enzimática, dejando el grupo ácido libre. En función del porcentaje de restos de ácido galacturónico esterificado, las pectinas se clasifican como "de alto metoxilo", cuando este porcentaje es superior al 50%, y "de bajo metoxilo", cuando es inferior.
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En las pectinas existen zonas en las que la continuidad de la cadena se rompe por la presencia de algunos restos de ramnosa, con ramificaciones de galactosa, arabinosa y xilosa. La proporción es de alrededor de una ramnosa por cada 40 galacturónicos, pero no se encuentran dispersas individualmente, sino agrupadas en algunas zonas, las llamadas "zonas peludas". Las "zonas peludas" de las pectinas están formadas por una cadena de ramnogalacturonano, con unidades alternas de ácido galacturónico y ramnosa, con ramificaciones sobre la ramnosa que pueden ser de cuatro tipos: Cadenas lineales de galactosa, cadenas ramificadas de arabinosa, cadenas lineales de galactosa con alguna ramificación de arabinosa, y cadenas ramificadas de galactosa con alguna arabinosa. En los vegetales, la pectina se encuentra en forma insoluble, la llamada "protopectina", que se solubiliza durante la maduración de las frutas y en la extracción con ácido, formando la pectina soluble. En este proceso se pierden sobre todo las regiones ramificadas. La pectina de remolacha azucarera contiene algunos grupos ferolilo en lugar del metanol. Geles de pectina de alto metoxilo La primera condición para obtener geles de pectina de alto metoxilo es que el pH sea
bajo,
Para
que
los
grupos
ácidos,
minoritarios,
se
encuentren
fundamentalmente en forma no ionizada, y no existan repulsiones entre cargas. A pH 3,5, aproximadamente la mitad de los grupos carboxilo del ácido galacturónico se encuentran ionizados, pero por debajo de pH 2 el porcentaje es ya muy pequeño. Las cadenas de pectinas de alto metoxilo pueden entonces unirse a través de interacciones hidrofóbicas de los grupos metoxilo o mediante puentes de hidrógeno, incluidos los de los grupos ácidos no ionizados, siempre que exista un material muy hidrófilo (azúcar)que retire el a agua. En consecuencia, las pectinas de alto metoxilo formarán geles a pH entre 1 y 3,5, con contenidos de azúcar entre el 55% como mínimo y el 85%.
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El grado de esterificación de las pectinas de alto metoxilo influye mucho sobre sus propiedades. En particular, a mayor grado de esterificación, mayor es la temperatura de gelificación. Por ejemplo, una pectina con un grado de esterificación del 75% es capaz de gelificar ya a temperaturas de 95º, y lo hace en muy pocos minutos a temperaturas por debajo de 85ºC. Por esto se llaman "pectinas rápidas". Son, por ejemplo, las que se utilizan en la fabricación de gominolas, que con una concentración muy elevada de azúcar, hasta el 80% de sólidos, forman geles que pueden desmoldearse al poco tiempo. En cambio, una pectina con un grado de esterificación del 65% no gelifica auna temperatura de 75ºC, y tarda alrededor de media hora en hacerlo a 65ºC. Es lo que se llama una "pectina lenta". Además, las pectinas con un grado de esterificación mayor forman geles que son ireversibles térmicamente, mientras que los geles formados por pectinas de grado de esterificación menor son reversibles. Para cada tipo de pectina con un grado de metoxilación concreto existe una combinación óptima de concentración de azúcar y pH, aunque se pueden obtener geles dentro de un cierto rango de pH. Geles de pectina de bajo metoxilo En el caso de las pectinas de bajo metoxilo, el mecanismo de formación de geles es totalmente distinto, ya que la unión entre cadenas se produce a través de iones de calcio, que forman puentes entre las cargas negativas. La estructura es semejante a la "caja de huevos" de lso geles de alginato, pero algo menos ordenada, dada la presencia de grupos esterificados entre los galacturónicos sin esterificar. La concentración de calcio es importante hasta llegar a una cierta cantidad, que depende de cada tipo concreto de pectina, y que se conoce como "saturación de calcio". Suele estar en torno a las 500 ppm. Por encima, una mayor cantidad de calcio no tiene efecto, o incluso en algunos casos puede llegar a debilitar el gel. Esto no sucede en el caso de otros geles de este tipo, como es el de alginato. Las pectinas de bajo metoxilo forman geles de consistencia máxima 28
con cantidades de calcio que oscilan de 20 a 100 mg de por gramo de pectina. La presencia de azúcar reduce mucho la cantidad de calcio necesaria. Consecuentemente, a menor cantidad de azúcar presente en el producto, es necesario utilizar pectinas de metoxilo menor para obtener la misma consistencia Pectinas amidadas Las pectinas amidadas se obtienen mediante procesos químicos, forrmando amidas con amoniaco en algunos de los grupos carboxilo de pectinas de bajo metoxilo. Forman geles en presencia de calcio, y tienen como ventaja una mayor tolerancia frente a la concentración de este ión, en comparación con las pectinas de bajo metoxilo convencionales. A mayor grado de amidación, la temperatura de formación de geles es también mayor. Las pectinas como estabilizantes Las pectinas se comportan muy bien como estabilizantes de las caseínas frente a los tratamientos térmicos a pH ácido. Dado que a pH por encima de 3,5 las pectinas tienen carga negativa, son capavces de unirse a las regiones con carga positiva de las micelas, formando una "bola peluda" que se mantiene en suspensión. Las pectinas, como muchos otros polisacáridos, se hinchan muy rápidamente con el agua, y por eso cuando se añaden de golpe, y especialmente si se añade agua sobre el sólido, forman agregados difíciles de disolver. La solución es separar las partículas cuando se se mezcla el polisacárido con el agua, con sistemas mecánicos o mezclandolo previamente con otro material no acuoso. son relativamente inestables desde el punto de vista químico, especialmente a temperaturas elevadas. Su máxima estabilidad está en torno a pH 4. Pueden perder grupos metoxilo, hidrolizarse, y en medio neutro o alcalino romperse por beta-eliminación. Esto afecta muy negativamente a su viscosidad y capacidad de formación de geles.
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