UNIVERSIDAD VERACRUZANA

Transcripción

1 UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS QUÍMICA INDUSTRIAL ACCIN Y EFECTS DE LA PLIFENLXIDASA EN ALIMENTS MNGRAFÍA PRESENTA CARLS EDUARD HERNÁNDEZ VALDEZ DIRECTR M.C. MARISL CASTILL MRALES RIZABA, VER. SEPTIEMBRE, 2009

2 INDICE GENERAL INDICE DE TABLAS.. INDICE DE FIGURAS Pág. I. INTRDUCCIN JUSTIFICACIN BJETIV GENERAL BJETIVS PARTICULARES FENÓMEN DE SCURECIMIENT EN LS ALIMENTS PARDEAMIENT N ENZIMÁTIC Reacción de Maillard xidación de ácido ascórbico Caramelización PARDEAMIENT ENZIMATIC Mecanismo general PLIFENLXIDASAS Distribución y localización de la polifenoloxidasa Estructura y mecanismo catalítico Factor ph Compuestos fenólicos Compuestos fenolicos simples Compuestos flavonoides Antocianinas Taninos EFECTS DE LA PLIFENLXIDASA EN FRUTS Y VEGETALES FRESCS CRTADS Problemas limitantes de la vida útil de frutos y vegetales frescos cortados a) Cambios fisicoquímicos b) Cambios sensoriales c) Cambios nutritivos d) Cambios microbiológicos Variedad, región de crecimiento y estación a) Tamaño de la fruta b) Daños por frío... 35

3 8.3 Calidad visual de los alimentos Aceptación sensorial INHIBICIÓN DE PLIFENLXISADA Métodos de inhibición Métodos físicos El escaldado Cambios que provoca el escaldado en el tejido vegetal Consecuencia de daños en la membrana Tratamientos térmicos a) Aplicación de alta temperatura b) Empleo de bajas temperaturas Aplicación de tecnologías no térmicas Reducción de la disponibilidad de oxigeno Atmósferas modificadas Irradiación Altas presiones Pulsos eléctricos Modificaciones genéticas RECUBRIMIENTS CMESTIBLES Aplicación de recubrimientos comestibles Principales propiedades de los recubrimientos comestibles Películas comestibles Funciones de las películas comestibles METDS QUIMICS Agentes químicos Empleo de ácidos Ácido ascórbico Ácido málico Ácido sórbico Ácido benzoico Cloruro sódico Etilendiaminotretaacético (EDTA) Adición de sulfitos y sus derivados ALTERNATIVS... 67

4 REFERENCIAS... 70

5 INDICE DE TABLAS TABLA Pág. TABLA 1. PRINCIPALES PRBLEMAS DE LS FRUTS Y VEGETALES FRESCS CRTADS.. 32 TABLA 2. CARACTERÍSTICAS DEL EDTA EMPLEAD EN EL CNTRL DEL PARDEAMIENT DE FRUTAS Y HRTALIZAS (ADAPTAD DE WILEY, 1994; FENNEMA, 2000) INDICE DE FIGURAS FIGURA Pág. FIGURA 1. PRDUCCIÓN DE LA BASE DE SCHIFF Y REARREGL DE AMADRI FIGURA 2. DIFERENTES RUTAS QUE CNDUCEN A LA FRMACIÓN DE PIGMENTS SCUR 10 FIGURA 3. FRMACIÓN FURFURAL A PARTIR DEL ÁCID ASCÓRBIC FIGURA 4. FRMACIÓN DE PIRAZINAS EN ALIMENTS FIGURA 5. XIDACIÓN DE LS DERIVADS CATECL PARA DAR -QUINNAS FIGURA 6. EL MNFENL HIDRXILA AL -DIFENL CRRESPNDIENTE (CATECL) FIGURA 7. HIDRXILACIÓN DE LA TIRSINA A 3-4-DIHIDRXIFENILALANINA (DPA) FIGURA 8. XIDACIÓN N ENZIMÁTICA DE LS MNFENLES PR LAS -QUINNAS FIGURA 9. MECANISM PRPUESTA PARA LA XIDACIÓN ENZIMÁTICA DE -DIFENLES (A) Y MNFENLES (B), MEDIANTE LA PARTICIPACIÓN DE LA ENZIMA PLIFENLXIDASA. ADAPTAD LEE Y WHITAKER, FIGURA 10. REACCIÓN DE LA ENZIMA CATECLASA FIGURA 11. REACCIÓN DE LA ENZIMA LACCASA FIGURA 12. ESTRUCTURA QUIMICA DEL ÁCID SHIQUÍMIC Y EL ÁCID QUINIC FIGURA 13. ESTRUCTURA QUIMICA DEL ÁCID -CUMÁRIC, LA CUMARINA Y SUS ÉSTERES CRBHIDRATDS FIGURA 14. ESTRUCTURA QUÍMICA DEL ÁCID CLRGÉNIC FIGURA 15. ESTRUCTURA QUÍMICA DE LA TEAFLAVINA FIGURA 16. PRCIÓN DE LA ESTRUCTURA QUÍMICA DE LA MELANINA FIGURA 17. ESTRUCTURA QUÍMICA DE FLAVNAS, ISFLAVNAS, FLAVNNAS, FLAVANNLES Y FLAVNLES FIGURA 18. CAMBI ESTRUCTURAL DE LA CIANINA DE ACUERD AL RANG DE PH FIGURA 19. ESTRUCTURA QUÍMICA DEL ÁCID GÁLIC Y EL ÁCID ELÁGIC

6 I. INTRDUCCIN La conservación de los alimentos como medio para prevenir periodos de escasez y expandir el tiempo de consumo de estos ha sido una de las preocupaciones de la humanidad. La experiencia ha demostrado, a lo largo de la historia, que existen muy pocos sistemas confiables para mantener en buen estado los alimentos. La industria alimentaria dejo de ser artesanal para tecnificarse, evolucionando para incorporar métodos de producción y tecnología avanzada, en respuesta a un cambio a las necesidades del consumidor. El ritmo de vida de las sociedades modernas ha cambiado los patrones de consumo de alimentos con el aumento en la incidencia de enfermedades cardiovasculares y diabetes. Para contrarrestar estos problemas se recomienda el consumo de frutas y verduras, sin embargo su preparación involucra tiempo por lo que es necesario utilizar tecnología o sustancias para aumentar la vida útil de los frutos y verduras. 34 Sin embargo, son productos muy perecederos debido al daño físico del corte y se requiere de tecnologías para alargar la vida de anaquel, también es necesario contar con herramientas para generar información precisa acerca de los cambios en la calidad. 34 La alteración del color de los productos hortofrutícolas está fundamentalmente relacionada con el pardeamiento enzimático, siendo éste uno de los principales factores que limitan la vida útil de los productos mínimamente procesados. 7 El rápido oscurecimiento de muchas frutas y verduras como manzanas, peras, aguacates, berenjenas es un problema con frecuencia al que se encuentra la tecnología de alimentos. 11 Las reacciones enzimáticas en vegetales mínimamente procesados producen alteraciones sensoriales tales como mal olor, pérdida de firmeza y decoloración. El pardeamiento enzimático de la fruta se debe bien a procesos fisiológicos que tiene lugar durante la maduración, a procesos asociados a la recolección, o bien a 17, 21 tratamientos tecnológicos de post-recolección. 1

7 Durante la última década el interés en el estudio de alimentos, se ha incrementado considerablemente, especialmente por parte de los nutriólogos, epidemiólogos, y productores de alimentos. El punto central de este trabajo lo constituye la enzima polifenoloxidasa responsable del pardeamiento de los alimentos tales como frutas, vegetales y hortalizas. En este trabajo se trata de explicar la acción de la enzima polifenoloxidasa en los alimentos, así mismo el efecto que propicia, los métodos que existen para inhibir la polifenoloxidasa y la determinación los sustratos que intervienen en cada reacción. 2

8 2. JUSTIFICACIN México es el principal productor y exportador de frutas y hortalizas según estadísticas de la rganización para la Agricultura y la Alimentación, (FA-STAT) de la NU, lo que lo convierte en un país económicamente importante, por lo que es necesario desarrollar nuevos procesos de conservación que den una mayor rentabilidad exportadora de productos alimenticios. Uno de los grandes problemas al comercializar e industrializar las frutas y hortalizas, es el pardeamiento enzimático que toman estos debido principalmente a la acción de la enzima polifenoloxidasa el cual confiere un aspecto indeseable para el consumidor y que es un problema de primera magnitud en la industria alimentaria y se reconoce como una de las principales causas de perdida de calidad y valor comercial. 34 Por otra parte, la madurez de un fruto da cabida a una serie de reacciones enzimáticas que van afectando la calidad del fruto, en estas reacciones se inicia la actividad de la enzima polifenoloxidasa probablemente llegando a un máximo en alguna etapa de maduración por esta razón es fundamental que se consideren aspectos determinantes para evaluar la calidad de los frutos y hortalizas. Por lo que en este trabajo describiremos brevemente las características de la polifenoloxidasa, sus principales sustratos y acciones sobre el alimento, además de cómo prevenir o inhibir el daño a la calidad de los alimentos. 3

9 3. BJETIV GENERAL Proporcionar un medio de consulta sobre la acción y los efectos que originan la enzima polifenoloxidasa en los alimentos y obtener un panorama de los problemas de deterioro de los alimentos y de las bases para predecir el deterioro y vida de anaquel 3.1 BJETIVS PARTICULARES Describir las características químicas, condiciones, sustratos y cofactores que participan en la actividad enzimática de la polifenoloxidasa. Describir los efectos de la enzima polifenoloxidasa sobre los alimentos. Describir los métodos para inhibir la actividad enzimática el cual responsable de los efectos que causa la enzima polifenoloxidasa. es 4

10 4. FENÓMEN DE SCURECIMIENT EN LS ALIMENTS Las frutas y los vegetales están constituidas por tejidos biológicamente activos y por tanto contienen una gran cantidad de enzimas. Después de la recolección los frutos, en general continúan con su actividad respiratoria, lo que produce intensos cambios durante su almacenamiento; de hecho, estos alimentos se pueden conservar mucho tiempo al almacenarlos en cámaras con una atmosfera controlada, con lo cual se regula su velocidad de respiración al igual que muchos de sus procesos bioquímicos; un control adecuado de la temperatura y humedad en las cámaras de almacenamiento aumenta enormemente la vida de anaquel de las frutas. 4 A pesar que las peroxidasas están ampliamente distribuidas en el reino vegetal, su papel en el pardeamiento enzimático de frutos y vegetales esta todavía bajo discusión, debido a que el nivel de agua interno en las plantas limita la actividad peroxidasa. Este pardeamiento produce cambios importantes tanto en la apariencia (colores oscuros) como en las propiedades organolépticas (sabor, textura) de frutas y hortalizas, además de ir asociado al desprendimiento de olores y efectos negativos sobre el valor nutricional. Las reacciones de oxidación que provocan el pardeamiento en frutas y vegetales son de origen enzimático y están catalizadas principalmente por la enzima polifenoloxidasa, siendo su actividad particularmente alta en aquellos frutos y hortalizas que contiene niveles altos de compuestos polifenólicos. En el procesamiento de alimentos la oxidación suele ser una actividad dañina en las frutas y vegetales, pues entran en contacto con el aire catalizando la oxidación de los compuestos fenólicos naturales o sus correspondientes quinonas, y estás evolucionan de forma espontánea hacia diferentes pigmentos que producen el pardeamiento de las frutas, provocando un aspecto desagradable frente al consumidor y considerables perdidas económicas. 35 En la degradación de estos compuestos fenólicos, participan dos enzimas que son muy relevantes en términos de calidad de frutos y hortalizas, por la formación de melaninas que oscurecen los frutos. Estas enzimas son la polifenoloxidasa y la 5

11 peroxidasa. A pesar que las peroxidasas están ampliamente distribuidas en el reino vegetal, su papel en el pardeamiento enzimático de frutos y vegetales esta todavía bajo discusión, debido a que el nivel de agua interno en las plantas limita la actividad peroxidasa. Se ha propuesto que la polifenoloxidasa puede actuar como promotor de la peroxidasa puesto que en las reacciones de oxidación de compuestos fenólicos se genera el grupo oxhidrilo (H 2 2 ). El estado antioxidante de diferentes frutos y hortalizas puede crecer por la oxidación directa de estos en presencia de polifenoloxidasa y peroxidasa. 35 Sin embargo, la principal enzima responsable del pardeamiento enzimático es la polifenoloxidasa aunque no debe ser excluido un posible efecto sinérgico entre polifenoloxidasa y peroxidasa. 35 6

12 5. PARDEAMIENT N ENZIMÁTIC La formación de pigmentos oscuros en los alimentos durante el procesamiento y almacenado es un fenómeno muy común. Este tema es de interés primordial, ya que no solo involucra el color y el aspecto del alimento si no que también su sabor y su valor nutritivo. En ciertos casos como la manufactura de malta y de jarabe de arce, o el tostado del café, el cacao o las nueces, el tostado de cereales, o el horneado de pan, la producción de color oscuro y los cambios del sabor que le acompañan son deseables. Sin embargo como regla general, para productos alimenticios es una señal distinta de su deterioro. El pardeamiento más que cualquier otra alteración, es un motivo de la muerte comercial de muchos alimentos, y el factor limitante más importante de su vida útil en la estantería. A pesar que los resultados finales son los mismos, las reacciones que conducen al pardeamiento son extremadamente variadas y complejas. Algunas son catalizadas por enzimas que implican reacciones oxidativas en la participación de compuestos fenólicos y esta conocida como pardeamiento enzimático, la cual será descrita mas adelante. Por el momento, hablaremos de las reacciones de pardeamiento no enzimático. Generalmente, el pardeamiento no enzimático es el resultado de reacciones originadas por las condensaciones entre compuestos carbonilos de los carbohidratos y aminados de las proteínas; o por la degradación de compuestos con dobles enlaces conjugados a grupos carbonilo. 4 Estas reacciones conducen a la formación de polímeros oscuros que en algunos casos pueden ser deseables (aromas cárnicos sintéticos), pero que en la mayoría de los casos conllevan alteraciones organolépticas y pérdidas del valor nutritivo de los alimentos afectados. 20 A pesar de que muchos aspectos de estos fenómenos no han sido elucidados por completo, se presume que el pardeamiento no enzimático se produce a través de tres mecanismos diferentes: 7

13 Reacción de Maillard. xidación del ácido ascórbico. Caramelización de azucares. 5.1 Reacción de Maillard El químico francés Maillard en 1912 fue el primero en estudiar la condensación de azucares con aminoácidos, que cuando se calienta una mezcla de azucares y aminoácidos forman sustancia parduzcas. El camino del pardeamiento no enzimático como consecuencia de la reacción de Maillard puede dividirse en los siguientes pasos: Paso inicial: Los azucares que intervienen en la condensación inicial del azúcaramino deben tener un grupo carboxilo libre, es decir, los disacáridos como la lactosa y la maltosa son capaces de interaccionar, mientras que la sacarosa, como azúcar no reductor no presenta esta reacción a menos que sea hidrolizada previamente a sus correspondientes monosacáridos. Las aldopentosas reaccionan más fácilmente que las aldohexasas y éstas a su vez más que los disacáridos. La reacción de Maillard se favorece a ph ligeramente alcalinos y por lo tanto los alimentos ácidos no están sujetos a este tipo de oscurecimiento. La condensación entre el grupo amino de los aminoácidos o de las proteínas con el grupo carbonilo de azucares reductores, como la glucosa, forma una base de Schiff que se cicla para dar la correspondencia glucosilamina-n-sustituida (Fig.1). Paso intermedio: El paso intermedio de este mecanismo implica la eliminación del grupo amino del derivado 1-animo-1-desoxi-2-cetona a través de reacciones de deshidratación, ciclización, fragmentación o condensación. Existen tres rutas el cual se puede efectuar esta eliminación: 1) en condiciones acidas hay deshidratación y ciclización de hexosas y pentosas que induce la producción de hidroximetilfurfural y furfural, respectivamente, con la posible regeneración de la amina. 8

14 RNH RNH + H H H H H C N R C C H H C H C H CH H 2 H H H H H C C C C C H H H CH 2 H H + H H H H C C H C H C H C H CH H 2 H + base d e Schif f glucosilamina N-sustituida catión de la ba s e de S c hiff H H H R N H C H C H C C H H C H C H H a m ino-1 - desox i- 2-ce tosa N - s ustit u id a, 1, 2 - e nol. H H H RNH CH 2 C C C C H H H CH 2 H 1-amino-1-desoxi- 2 -cet o s a (ceto) N-sustit u ida Figura 1. Producción de la base de Schiff y rearreglo de Amadori. Estos dos compuestos cíclicos son incoloros, pero a través de una subsecuente oxidación producen pigmentos amarillos; 2) en condiciones alcalinas, la forma 2-ceto se equilibra con la forma glucosídica del 1,2-enol, que a través de un rearreglo, se transforma en el 2,3-enol. Este compuesto esta sujeto a reacciones de deshidratación y oxidación que hacen que se produzcan reductonas y dehidrorreductonas. Estas últimas se combinan con aminoácidos en una reacción que induce la formación de C 2, aldehídos y cetonas través de un mecanismo conocido con el nombre de degradación de Strecker; 3) la degradación térmica del derivado de Amadori en forma directa, produce compuestos de fragmentación como aldehídos, cetonas, alcoholes y ácidos de 3 ó 4 átomos de carbono. Estas sustancias son de bajo peso molecular e 9

15 influyen en las propiedades de sabor y olor de los alimentos que han sufrido las reacciones de Maillard. Paso final: Este último paso es propiamente la formación de los pigmentos oscuros llamados melanoidinas, cuyo mecanismo no se conoce totalmente pero que implica la polimerización de muchos de los compuestos formados en la segunda fase de la reacción. Los cambios que suceden están directamente de copolimerización por la presencia de grupos amino, con los cuales puede haber reacciones de copolimerización que introducen la formación de pigmentos hidrosolubles. La polimerización del furfural y de hidroximetilfurfural con aminas produce pigmentos cafés insolubles en agua, lo cual se ha comprobado en sistemas modelo. La figura 2 muestra dos posibles mecanismos de formación de pigmentos a partir del derivado 1-amino-1-desoxi-2-cetosa. Algunos de los compuestos intermediarios de estos mecanismos se han aislado e identificado, como es el caso de la 3- desoxilhexosona y el metildicarbonilo. a ld o sa + aminoácido glu c osilamina N-sustituida r ut a1 1- a mino-1-desoxi-2-cetosa N-sustituida ru ta 2 in t er me diar ios metild ic a r b o n ilos C H 3 C C CH C C H interme d iar io s 3-desoxih exoson a s CH H C H dicarbin olo s deriva d os f uranic os p igmentos ó melanoidinas Figura 2. Diferentes rutas que conducen a la formación de pigmentos oscuros. 10

16 5.2 xidación de ácido ascórbico El ácido ascórbico es la lactona gama de un acido hexurónico que contiene una estructura enol entre los carbonos 2 y 3. Este compuesto es muy inestable y rápidamente se oxida en presencia de aire, transformándose en ácido dehidroascórbico, que a su vez puede pasar a furfural por el mecanismo de Strecker, con la consecuente liberación de C 2 (Fig. 3). La oxidación del ácido ascórbico (vitamina C) es catalizada por el ph bajo y temperaturas elevadas. Los productos de descomposición resultantes de la oxidación del ácido ascórbico causan una coloración marrón, y la pérdida de valor nutritivo. El ácido ascórbico se somete a una reacción química similar a la de los azúcares, salvo que los aminoácidos no son necesarios para el pardeamiento. El ácido ascórbico es muy reactivo, se degrada a través de dos rutas, las cuales permiten la formación de intermediarios de dicarbonil y por este motivo forman productos de pardeamiento. C C H CH HC HC H CH H 2 C C C HC HCH CH H 2 Ácido ascórbico Ácido. dehidroascórbico CH CH C C C HC H CH CH + C 2 HC H CH CH 2 H Ácido 2,3-dicetogulónico furfural Figura 3. Formación furfural a partir del ácido ascórbico. 11

17 5.3 Caramelización La caramelización es la reacción de pardeamiento de los azúcares que son calentados por encima de su punto de fusión en ausencia de proteínas o aminoácidos. Esta se ve favorecida por condiciones alcalinas o ácidas y se usa para la coloración comercial de caramelos y para obtener flavores. La caramelización puede ser conveniente o perjudicial para la calidad de un producto alimentario, y se puede prevenir evitando el proceso a alta temperatura y almacenando a bajas temperaturas. 27 Un aspecto de las reacciones de caramelización que recientemente ha recibido mucha atención, es la formación de pirazas en alimentos que contienen azucares y que han sido tratados térmicamente. La presencia de sales de amonio en la manufactura de caramelos puede favorecer la producción de pirazinas, ya que se ha visto que se forman sistemas modelo de azúcares y aminoácidos. Las pirazinas se producen durante el tostado del café o en productos fritos como papas y cacahuates, y contribuyen al aroma de estos (Fig. 4). N CH 2 N CH 3 H 3 C N H 3 C N CH 3 2,5- d ime t ilpir azina trimetilpirazina Figura 4. Formación de pirazinas en alimentos. 12

18 6. PARDEAMIENT ENZIMATIC El rápido pardeamiento de alimentos y de muchas frutas y verduras como manzana, plátano, aguacates, papas y berenjenas, es un problema al que se enfrenta la tecnología de alimentos. A diferencia de los varios tipos de pardeamiento no enzimático mencionados anteriormente, este tipo de coloración es muy rápida, el cual requiere el contacto del tejido con el oxigeno y se reconoce como catalizado por enzimas y ocurre solamente en tejidos vegetales. 11 El nombre que recibe este fenómeno es el de pardeamiento enzimático que con frecuencia, se considera como un proceso de deterioro perjudicial que debe de prevenirse. Por otra parte, este fenómeno se relaciona también con la síntesis in vitro de pigmentos obscuros de melanina en la piel y el cabello. 11 El reconocimiento de la naturaleza enzimática de este tipo de pardeamiento en ciertos frutos debería de atribuirse probablemente a Lindet, en Sin embargo, fue nslow quien demostró, en 1920, que el pardeamiento enzimático de los tejidos vegetales en contacto con el aire se debe a la presencia de derivados del o- dihidroxifenol, como el catecol, el acido protocatecuico y el ácido cafeico, así como de ésteres del ácido hidroxigálico con el ácido cafeico, como el ácido clorogénico, que se encuentra difundido en muchos frutos, y especialmente en las papas y plátanos Mecanismo general La etapa inicial del pardeamiento enzimático es la oxidación catalizada por enzimas, de los derivados del catecol para dar las o-quinonas correspondientes (Fig. 5). Las enzimas involucradas se denominan polifenoloxidasa, catecolasas o polifenolasas. H H R polifenoloxidasa (catecolasa) R Figura 5. xidación de los derivados catecol para dar o-quinonas. 13

19 Muy a menudo, el sustrato original no es un polifenol si no un monofenol tal como el aminoácido tirosina. En este caso, el sustrato primeramente se hidroxila a o-difenol correspondiente catecol (Fig. 6). La enzima que interviene en esta reacción es una monofenolasa o cresolasa. 11 H H H R monofenolasa (cresolasa) R Figura 6. El monofenol hidroxila al o-difenol correspondiente (catecol). La actividad de la cresolasa se ilustra más abajo para dar la hidroxilación de la tirosina a 3-4-dihidroxifenilalanina (DPA) (Fig. 7). Esta reacción es importante en el pardeamiento enzimático del parénquima de las papas y en biosíntesis de la melanina en los animales. 11 H H H tirosinasa C H 2 CH C H CH CH CH NH 2 NH 2 DPA Figura 7. Hidroxilación de la tirosina a 3-4-dihidroxifenilalanina (DPA). En los preparados enzimáticos obtenidos a partir de tejidos vegetales resulta difícil separar los dos tipos de tejidos de actividad de la fenolasa. Los primeros investigadores sobre el tema llegaron a cuestionar la existencia de la actividad de la cresolasa, y postularon la oxidación no enzimática de los monofenoles por las o- quinonas en la siguiente manera (Fig. 8). 14

20 H H H + H + H R R R R polifenoloxidasa Figura 8. xidación no enzimática de los monofenoles por las o-quinonas. 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 sustrato. En el campo de los alimentos, el pardeamiento enzimático puede ser un problema muy serio en frutas 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. En algunos casos, como en las pasas y 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 alimentos constituyen un grave problema. Se ha interpretado de varias formas la función que la polifenoloxidasa y el oscurecimiento enzimático pueden jugar en la fisiología vegetal. Cheftel en 1976 asegura que las reacciones de pardeamiento enzimático poseen un papel de protección contra microorganismos. En efecto, se considera que los polímeros coloreados que se forman cuando un tejido se lesiona, pueden constituir 15

21 una defensa contra la penetración de microorganismos, o incluso retrasar su 17, 21 proliferación. Valero-Ruiz en 1993 considera que la participación de la polifenoloxidasa en procesos fisiológicos tan diversos como la biosíntesis de ligninas, la esclerotización de la cutícula de artrópodos y la biosíntesis de melaninas se debe a la gran variedad de posibles substratos y la elevada reactividad de las o-quinonas, productos primarios de reacción generados por la actividad de esta enzima. 17,21 El pardeamiento enzimático no ocurre en los alimentos de origen animal. No obstante, los alimentos de origen animal sí pueden modificar su color debido a otro pardeamiento no enzimático que conlleva también alteraciones de la tonalidad en 17, 21 elaborados de frutas. 16

22 7. PLIFENLXIDASAS Las polifenoloxidasas son enzimas que catalizan una reacción que transforma o- difenoles en o-quinonas. Las o-quinonas son muy reactivas y atacan a una gran variedad de componentes celulares, favoreciendo la formación de polímeros negromarrón. Estos polímeros son los responsables del oscurecimiento de tejidos vegetales cuando se dañan físicamente. Esto se observa fácilmente en plátanos o papas, que tienen altos niveles de polifenoloxidasas. Cuando la célula se encuentra sana e intacta, las polifenoloxidasas y sus sustratos, los fenoles, se encuentran en compartimientos separados (cloroplastos y vacuolas, respectivamente). Sin embargo, cuando la célula se desorganiza al envejecer, o como resultado de daño físico o infeccioso, las enzimas y sustratos se juntan y sucede la reacción descrita. El oscurecimiento producido por estas enzimas causa grandes pérdidas a la industria agropecuaria. Por esto, el contenido de polifenoloxidasas, y su nivel de actividad son muy importantes para determinar la calidad de frutos y vegetales 3, Distribución y localización de la polifenoloxidasa La polifenoloxidasa es una metaloenzima ampliamente distribuida en la escala filogenética, encontrándose tanto en organismos procariotas como eucariota. Se trata de una enzima ampliamente distribuida en el reino vegetal siendo detectadas en algas, 13, 35 briofitas, pteridofitas, gimnospermas y angiospermas. Estudios de polifenoloxidasa localizaban a la enzima en la fracción soluble de las células o bien fuertemente unida a membranas subcelulares. En realidad la mayoría de las polifenoloxidasas vegetales se encuentran unidas a las membranas, principalmente membranas tilacoidales del cloroplasto. 35 Estos polímeros son los responsables del oscurecimiento de tejidos vegetales cuando se dañan físicamente. La determinación del peso molecular y la estructura cuaternaria de la enzima polifenoloxidasa en plantas superiores resulta problemática debido a la existencia de múltiples formas que son resultado de fenómenos de asociacióndisociación, interconversion e incluso transformación de formas enzimáticas a otras 17

23 durante la maduración o bien modificaciones sufridas durante los procesos de extracción. Existe por lo tanto, un amplio rango de pesos moleculares encontrados para polifenoloxidasas de diferentes vegetales que oscila entre 10, ,000 Daltons, siendo 60,000 el valor aproximado de peso molecular más frecuente. 21 Es de destacar el hecho de que la proporción de fracción soluble de la polifenoloxidasa aumenta durante la maduración del fruto. El nivel de actividad de la polifenoloxidasa depende del tipo de tejido. Aunque se asume que esta afirmación es cierta, existe cierta controversia al respecto ya que en manzana algunos autores han encontrado que la actividad enzimática era mayor en la piel que en el mesocarpio y otros estudios constatan lo contrario Estructura y mecanismo catalítico Las polifenoloxidasas son metaloenzima que contienen un 0.2% de cobre, elemento que se puede separar por diálisis mediante EDTA. Para que la enzima actúe sobre el sustrato fenólico, el Cu ++2 ha de encontrarse reducido a Cu +1, estado en el que la enzima puede ligar oxígeno. El cobre, situado en el centro activo del enzima, es esencial para la inactividad de la polifenoloxidasa y su acomplejamiento da lugar a la inhibición de la misma. 17,21 Existen varios estudios sobre el mecanismo de reacción de actividades cresolasa y catecolasa de polifenoloxidasa, pero hasta ahora se mantiene el modelo general de Lee y Whitaker que han conducido recientemente al desarrollo del modelo mostrado (Fig. 9). Dicho modelo es capaz de explicar la existencia de las tres formas enzimáticas met, oxi y desoxi y las particularidades de cada una de las dos actividades de la enzima. Las tres formas enzimáticas participan en el ciclo catecolasa: A) La forma desoxi une oxigeno, mientras las formas oxi y met unen sendas moléculas de o-difenol. En el ciclo cresolasa (B) solo participan las formas desoxi y oxi, es por esto que para introducir toda la enzima en el ciclo de cresolasa son necesarias cantidades las 18

24 catalíticas de difenol que lleva la forma met hasta desoxi. 12 El nivel de o-difenol requerido como co-sustrato se alcanza mediante reacciones químicas lentas de reciclamiento de o-difenol a partir de formas quinónicas. Por este motivo, la actividad cresolasa presenta periodos de retardo en la acumulación de producto. 2H Cu C u C u CU H ME T H H H 2 +H (A) +H 2 H H 2 H C u H Cu H Cu Cu DESXI CU X I C u H (B) H H Cu C u Cu CU Figura 9. Mecanismo propuesta para la oxidación enzimática de o-difenoles (A) y monofenoles (B), mediante la participación de la enzima polifenoloxidasa. Adaptado Lee y Whitaker,

25 Bajo la genérica denominación de polifenoloxidasa, quedan comprendidas dos tipos de enzimas. Dentro de este grupo de enzimas encontramos a las catecolasas y las laccasas.las catecolasas se en encuentran principalmente en la plantas y las laccasas se encuentran en hongos. Las catecolasas catalizan dos reacciones distintas como se muestran en la figura CATECLASA H Mo n of e nolasa H 2 A H H + H 2 +A H Ca t ec o loxidasa H + 1/ H 2 Figura 10. Reacción de la enzima catecolasa. Estas dos reacciones enzimáticas consumen oxígeno y son conocidas por el apelativo de actividad monofenolasa (o cresolasa) y actividad o-difenolasa (o catecolasa). La actividad cresolasa de la enzima es reflejo de un comportamiento de oxigenasa, mientras que la actividad catecolasa es un claro exponente de la actividad enzimática de una oxidasa.veamos las distintas nomenclaturas asociadas a esta enzima que ratifican la afirmación anterior; a saber, la hidroxilación de monofenoles es propia de una monofenol monooxigenasa o tirosinasa, monofenolasa o cresolasa y la oxidación a quinonas propia de una difenoloxidasa, difenolasa o catecolasa. 14,17,21 Un segundo tipo de enzimas catalogadas también bajo el término genérico de polifenoloxidasas son las laccasas, quienes tienen la peculiaridad de oxidar tanto o- difenoles como p-difenoles a sus correspondientes o-quinonas con un ph óptimo entre 4 y 7.5 (Fig. 11). Se ha cuestionado que las laccasas estén involucradas en los procesos de pardeamiento enzimático ya que están ausentes en la mayoría de los vegetales, se ha descrito su presencia en melocotones, tomate y champiñones

26 LACCASA H H + 1/2 2 + H 2 H + 1 / H 2 H Figura 11. Reacción de la enzima laccasa. 7.2 Factor ph Las posibles vías bioquímicas de pardeamiento que comprenden la degradación de o- quinonas dependen del factor ph, el fenol implicado, la concentración relativa de reactivos y la cantidad de oxígeno disponible. La actividad de las enzimas penden mucho de la concentración de iones hidrógeno del medio; es dependencia puede deberse a cambios en los grados de ionización de los aminoácidos del sitio activo de la enzima, del sustrato, o bien del complejo enzima-sustrato, lo que afecta la afinidad que tiene la enzima por el sustrato. En algunos casos los sustratos no son ionizables, como por ejemplo los carbohidratos, por lo que los grupos iónicos de la enzima son los únicos afectados por el ph. Además, el ph tiene un efecto muy marcado en la estructura conformacional de los polipéctidicos, y esto puede ser otra razón de la alteración de la actividad de las enzimas. El ph en la mayoría de los alimentos varia entre 2.5 y 7.0 y en muy pocos casos se encuentra en estado alcalino.la inhibición de las reacciones enzimáticas y del crecimiento microbiano en alimentos se puede efectuar por un control del ph del sistema, de tal manera que al agregar los diferentes aditivos de naturaleza ácida se reducen los daños inducidos por las enzimas; por el contrario, cuando se desea la 21

27 acción de alguna enzima en especial y si el alimento lo permite, se acondicionan el ph y la temperatura para obtener una actividad catalítica máxima. 7.3 Sistemas de sustrato Compuestos fenólicos La gran diversidad estructural y funcional característica de los compuestos fenólicos y polifenoles ha dificultado la tarea de definir este extenso conjunto de sustancias naturales a las que se agrupó por el hecho de poseer un anillo aromático con uno o más sustituyentes hidroxilo, como queda reflejado literalmente en su nomenclatura. Esta definición, basada en la estructura bioquímica, no se ajusta por varios motivos a la totalidad de compuestos que tradicionalmente se consideran polifenoles. En primer lugar, existen compuestos fenólicos que ni siquiera contienen un anillo aromático, como el ácido shiquímico y el ácido quínico, se puede observar su estructura química en la Figura 12. En segundo lugar, la denominación de poli fenoles no es acertada porque no todos ellos son derivados polihidroxilo; por ejemplo, el ácido gálico, el ácido ferúlico y el sinápico junto con el ligstrósido son compuestos que tan sólo poseen un grupo H. 17,21 H C H CH H H H H H H ác id o qu in ico ácido shiquinico Figura 12. Estructura quimica del ácido shiquímico y el ácido quinico Compuestos fenolicos simples Bajo esta determinacion designaremos a las sustancias fenolicas que contienen un solo ciclo bencenico vease en la figura. Los aminoácidos fenolicos tirosina, 22

28 fenilalanina y triptofano han sido mencionados anteriormente. Estos se encuentran ampliamente difundidos en los alimentos y tejidos vivos. 11,17,21 El patron de C 6 -C 3,fenilpropano, de la fenilalanina y la tirosina puede hallarse en muchos compuestos fenolicos naturales. El ácido cinámico es el constituyente principal del bálsamo de Styrax empleado en medicina.su aldeído, el aldehído cinamílico, existe naturalmete en la canela. Los ácidos orto y para hidroxi cinámicos se conocen bajo el nombre ácidos o- y p-cumáricos. La lactona estable del ácido o-cumárico, la cumarina y sus ésteres corbohidratdos, se encuentra ampliamente distribuidos en los vegetales (Fig. 13). 11 H C H C H C H CH CH C H á c ido cin á mico ácido o-c umá r ic o CH C H C H H ác ido p - c u máric o cumá r ina Figura 13. Estructura quimica del ácido o-cumárico, la cumarina y sus ésteres corbohidratdos. En presencia de las actividades combinadas de cresolasa y catecolasa, tanto los monofenoles como los polifenoles pueden servir como materiales de iniciación para el pardeamiento enzimático. Sin embargo, en vista de su concentración y reactividad, algunas sustancias fenólicas poseen particular importancia. Así el acido clorogénico y sus derivados son los principales sustratos para el pardeamiento en frutas que se pasaron de punto optimo de maduración (Fig. 14)

29 H H CH CH CH H H á c id o c lor o génico H CH Figura 14. Estructura química del ácido clorogénico. En el té, los sustratos predominantes son las catequinasa pesar de que la estructura exacta de los pigmentos obscuros finales sigue siendo una interrogante, se han elucidado las estructuras de algunos de los polímeros intermediarios. Uno de ellos, la teaflavina, es un dímero oxidado de las catequinas del té, y es de color anaranjado (Fig. 15). H H H H H H H H teaflavina Figura 15. Estructura química de la teaflavina. La condensación de carbono a carbono del grupo quinona con un anillo fenólico seria, el patrón universal de polimerización. La sustancia formadora de pigmentos en las papas es el aminoácido tirosina. En los plátanos, el sustrato principal del pardeamiento también es un fenol que contiene nitrógeno: 3,4dihidroxifeniletilamina. 24

30 En los animales, la tirosina es el precursor de la melanina, el pigmento obscuro de la piel y el cabello (Fig. 16). 11 HN NH Figura 16. Porción de la estructura química de la melanina. Las aminas, aminoácidos y compuesto similares que contienen nitrógeno reaccionan con las o-quinonas para dar complejos intensamente coloreados. Esta interacción se demuestra muy fácilmente in vitro y puede ser de importancia en la pigmentación enzimática de los alimentos Compuestos flavonoides Los compuestos flavonoides constituyen una de las principales clases de metabolitos secundarios. Los metabolitos secundarios de origen vegetal son compuestos a los que se ha considerado no esenciales para la supervivencia de la planta entera o ciertas partes de ella, aunque su biosíntesis sí es necesaria para la función de relación entre el ser vivo vegetal y el medio ambiente. Se han distinguido numerosos tipos de polifenoles clasificados por el número de átomos de carbono constitutivos. Los que tienen como esqueleto básico seis carbonos (C 6 ) se denominan compuestos fenólicos simples y cuentan con compuestos tan abundantes como el catecol o la hidroquinona, que han servido como sustratos enzimáticos para estudiar los complejos mecanismos de reacción en soluciones modelo. 25

31 Dentro del grupo de los flavonoides es posible hacer subgrupos basándose en la naturaleza y número de los sustituyentes unidos a cada anillo carbonado como las flavonas, isoflavonas, flavononas, flavanonoles y flavonoles (Fig. 17). 11,17,21 R R H H H flav ona s flavonoles R R H H H f la vononas flavononole s R H isoflavonas Figura 17. Estructura química de flavonas, isoflavonas, flavononas, flavanonoles y flavonoles Antocianinas En éste grupo muy amplio de compuestos fenólicos vegetales, estudiados originalmente por Richard Willstatter y luego por Karrer y Sin Robert Robinson. Estos son los pigmentos hidrosolubles rojos, azules, purpura de las flores, frutas y verduras. Los pigmentos de antocianina modifican su color con los cambios de ph. La cianina (el 3,5 diglucósido de la cianidina), por ejemplo, es roja en solución ácida, morada a ph neutro y azul en medio alcalino. Se presenta que el cambio de color se halla asociado a un cambio tal como se aprecia a continuación (Fig. 18)

32 H H H + -glu g lu- c a t ió n e n m e dio ác ido( r o jo ) - H - glu glu- anión en m e d io bá s ico( azul) H - H + H- H + H H -glu glu- sin c arga en medio neutro (violeta) Figura 18. Cambio estructural de la cianina de acuerdo al rango de ph Taninos Por último mencionar que también taninos y ligninas se clasifican como componentes fenólicos. Las ligninas tienen una estructura (C 6 -C 3 ) 2. Los taninos pueden agruparse en taninos hidrosolubles o pirogálicos, que resultan de la esterificación de cinco funciones alcohólicas de glucosa por diversos ácidos fenólicos (gálico, digálico, elágico y luteico). Los taninos vegetales se clasifican en dos grupos; los taninos hidrolizables son poliésteres de azúcares con ácido gálico (galotaninos), o ácido elágico (elagitaninos) (Fig. 19)

33 H H H H H H CH H ácido g á lico ácido elágico Figura 19. Estructura química del ácido gálico y el ácido elágico. El papel de los polifenoles en la alimentación engloba aspectos bien diferentes, todos ellos de importancia capital para la industria agroalimentaria. Son compuestos con notable repercusión en la calidad sensorial del alimento, a muchos niveles. Hablando del sabor, los ácidos fenólicos proporcionan acidez, las dihidrochalconas aportan un sabor dulce, ciertas flavonas como la naringina aportan un sabor amargor, y los taninos son responsables de la astringencia de muchos productos. Los atributos olorosos del vino, la vainillina o los característicos olores de ahumados o especias se deben también a compuestos fenólicos. El papel de los polifenoles en la percepción organoléptica del alimento se complementa con su implicación en la cualidad del color, importantísima en vegetales. tra de las funciones características de los polifenoles surge de sus probadas propiedades antioxidantes. La eficacia de estos antioxidantes naturales reside en un mecanismo antiradicales libres. 19 Sin duda, las últimas propiedades atribuidas a los compuestos fenólicos han tenido gran repercusión social por estar relacionadas con la salud pública. Así se ha descrito que ciertos flavonoides pueden modificar la metabolización de moléculas precursoras de tumores o ciertos ácidos fenólicos se combinan con agentes mutágenos interrumpiendo procesos oncológicos. Ello permitiría calificar a los compuestos fenólicos como agentes anti cancerígenos. 28

34 Por último, tras distintas experiencias in vitro se conoce la implicación de los polifenoles en la prevención de enfermedades cardiovasculares. De manera general, todos los compuestos capaces de limitar los fenómenos de oxidación son 17, 21 potencialmente partícipes en la prevención de este tipo de patologías. 29

35 8. EFECTS DE LA PLIFENLXIDASA EN FRUTS Y VEGETALES FRESCS CRTADS Los frutos y vegetales frescos y cortados, poseen las características de calidad de los productos recién cosechados. Un producto fresco cortado de buena calidad presenta apariencia fresca, textura aceptable, buen sabor y olor, seguridad microbiológica y vida útil suficiente mente larga que permita incluir al producto dentro de un sistema de distribución. La vida de anaquel de estos productos está limitada por su carácter perecedero. Las operaciones de pelado y troceado así como la manipulación del producto procesado previo al envasado y almacenamiento, influyen significativamente en los distintos mecanismos de alteración al provocar cambios físicos y fisiológicos. Los principales síntomas de deterioro incluyen cambios en la textura debido a pérdida de agua, en el color debido al oscurecimiento enzimático en la superficie de corte, pérdida de nutrimentos y rápido desarrollo microbiano. 18 Cuando los frutos y vegetales frescos cortados aparecieron en el mercado la industria de servicio de alimentos y los restaurantes eran los principales usuarios de los frutos y vegetales frescos cortados, por reducción significativa de la mano de obra y el control de desperdicios. En la actualidad son también los consumidores directos quienes demandan estos productos, debido al agitado ritmo de vida y a la mayor conciencia de los beneficios para la salud que implica el consumo de productos naturales. Actualmente la oferta de frutos y vegetales frescos cortados está compuesta principalmente por hortalizas como lechuga, espinaca, zanahoria, coliflor, brócoli y cebolla, como productos individuales o en mezclas. Estas constituyen entre el 80-90% de la oferta total de estos productos con una vida útil promedio de días. 18 Los frutos mientras tanto, representan del 8 al 10%, aunque existe una clara tendencia al incremento. Los de mayor oferta son piña, cítricos, manzana, durazno, mango, melón y mezclas de estos. La Asociación Internacional de Productores de Alimentos Frescos Cortados (IFPA, International Fresh-cut Produce Association) estimó una producción de vegetales frescos cortados equivalente a millones de dólares en el año 2000 con un 30

36 crecimiento anual de 10-15% en los años siguientes, los datos más recientes de IFPA indicaron que el crecimiento total fue de 7.7% en 2005 y de 4.8% en 2006, siendo los frutos cortados los de mayor incremento en 2006 con 29.5% respecto a 5.4% de vegetales en general y 1.9% en ensaladas de vegetales de hoja. 17 Ante el incremento de los frutos y vegetales frescos en el mercado es necesario desarrollar tecnologías tendientes a alargar la vida de anaquel. Asimismo, se requiere contar con herramientas cuantitativas que permitan generar información precisa acerca de los cambios en la calidad durante el transporte, almacenamiento y distribución, con la finalidad de reducir los riesgos sanitarios y las pérdidas, asegurando al consumidor la oferta de productos acorde a sus expectativas Problemas limitantes de la vida útil de frutos y vegetales frescos cortados Los frutos y vegetales frescos cortados son nutritivos y convenientes pero también altamente perecederos, ya que aún en refrigeración, estos productos se caracterizan por un metabolismo muy activo, determinante en su pérdida de calidad. Los cambios fisiológicos van acompañados de un aumento en la tasa de respiración y producción de etileno, una pérdida de sabor, color y vitaminas, acelerándose también los procesos de ablandamiento y oscurecimiento del tejido, con la consecuente pérdida de calidad y reducción de la vida de anaquel. En este sentido, los principales problemas limitantes de la vida útil de los frutos y vegetales frescos cortados tanto de tipo sensorial como microbiológico y nutritivo están relacionados con el corte y exposición del tejido vegetal al oxigeno afectando distintos atributos del producto. Cambios en la calidad durante su vida de anaquel. El deterioro de los alimentos, en general, y de los frutos y vegetales frescos cortados en particular involucra cambios fisicoquímicos, sensoriales, microbiológicos y nutricionales. 5 En la tabla 1 muestra el problema y el atributo afectado de los frutos y vegetales frescos cortados. 31

37 Tabla 1. Principales problemas de los frutos y vegetales frescos cortados. PRBLEMA Incremento en la actividad metabólica Incremento en la actividad de agua Incremento en la actividad enzimática Ablandamiento de los productos xidación de vitamina c Marchitamiento Susceptibilidad al ataque microbiano Susceptibilidad a lesiones mecánicas ATRIBUT AFECTAD Sabor, color,vitaminas Sabor y textura Color y sabor textura Valor nutricional Apariencia Sanidad y apariencia Apariencia y textura a) Cambios fisicoquímicos: Consisten principalmente en deterioro de la textura variación en el contenido de sólidos solubles y ácidos, así como oscurecimiento enzimático. En las frutas y hortalizas el oscurecimiento se debe a la acción de la enzima polifenoloxidasa, lo mismo ocurre en los vegetales cortados tal y como lo confirman estudios de Soliva-Fortuny en el 2002 y de Rocha y Morais en el La firmeza o textura de los productos vegetales está determinado por la turgencia del tejido relacionada asociada al contenido de agua así como a la actividad de distintas enzimas que inducen cambios en los componentes de la pared celular, ambos aspectos son afectados en el fruto cortado, lo que se manifiesta como ablandamiento del tejido vegetal. 18 En cuanto al contenido de sólidos solubles y ácidos en los frutos y vegetales frescos cortados, éste se determina durante el desarrollo en la planta. Sin embargo, el incremento en azúcares simples y la disminución de ácidos orgánicos en el tejido vegetal involucra reacciones enzimáticas favorecidas por el daño físico, estos cambios afectan la relación dulce/ácido que determina el sabor del producto y su aceptación por parte de los consumidores, los cambios en estas características se presentan en los primeros días de almacenamiento y la magnitud del cambio depende del producto. 18 b) Cambios sensoriales: Las características sensoriales determinan la decisión de compra de frutos y vegetales frescos cortados por el consumidor. Los cambios sensoriales son de importancia en los frutos debido a que la aceptación está dada por 32

38 las características propias del producto, a diferencia de las hortalizas a las que se adicionan condimentos o se elaboran mezclas de productos que mejoran las características sensoriales. Los atributos sensoriales están dados por el aroma, sabor, color y textura. Por lo que éstos, deben examinarse cuidadosamente cuando se determina la vida de anaquel de los frutos y vegetales frescos cortados. El color y su uniformidad son dos de las principales características que determinan la calidad de un fruto u hortaliza y se utiliza frecuentemente como un índice de frescura, palatabilidad y valor nutricio del producto ya que se relaciona con la intensidad del sabor y la dulzura, siendo el más importante en la aceptabilidad del producto. 18 Gorny en 1998, indicó que la determinación de los atributos sensoriales individuales de un producto es importante, dado que la combinación de éstos determina su calidad sensorial general registraron que una buena apariencia no implica la ausencia de sabores u olores desagradables, esto se ha observado en el caso de duraznos y nectarinas que mantienen la calidad visual pero un sabor muy pobre cuando se procesan inmaduros, al igual que en el caso de melón. Al respecto Mercado-Silva y Aquino-Bolaños 2005 mencionaron que los cambios en el aroma y sabor de frutas y hortalizas constituyen el tercer motivo en importancia en la aceptación por parte del consumidor luego del color y la textura. 18 No obstante, pocos estudios se han llevado a cabo en cuanto a la calidad sensorial que en general presentan los frutos y vegetales frescos cortados en los atributos de mayor importancia que pueden limitar en un momento dado la aceptación. Asimismo, entre los resultados publicados al respecto existen grandes variaciones debido a la variabilidad propia de la materia prima y al efecto diferencial que los tratamientos y el empaque tienen sobre los atributos sensoriales. 18 c) Cambios nutritivos: La pérdida nutricional del producto es importante para determinar la vida útil de frutos y vegetales frescos cortados debido al concepto de ser frescos y saludables, que se tiene de estos productos. La pérdida de nutrimentos, principalmente ácidos orgánicos, vitamina C y carotenos, es consecuencia del 33

39 procesado y se debe a que la estabilidad de estos componentes es afectada por un gran número de factores entre los que sobresalen la temperatura, la luz y el oxígeno. En algunas frutas tropicales se pierde cerca del 50% de la vitamina C, debido a que los procesos de pelado y cortado favorecen la oxidación originando también pérdidas de sabor y aroma. Sin embargo la información es escasa en relación con los mecanismos de degradación de los componentes bioactivos en vegetales cortados, así como del efecto de diferentes condiciones de almacenamiento sobre la pérdida del valor nutricio de estos productos. 17 d) Cambios microbiológicos: La calidad microbiológica en los frutos y vegetales frescos cortados que la exposición de la superficie de corte, favorece la contaminación con bacterias, hongos y levaduras. Los microorganismos predominantes en frutos y vegetales frescos cortados difieren de acuerdo con el tipo de producto, de esta manera, para asegurar su calidad y seguridad microbiológica, es necesario llevar a cabo estudios sistemáticos de los cambios microbiológicos durante el almacenamiento. Al respecto, Merchetti (1992) y Howard Hernández (1996) propusieron que es necesario un monitoreo específico de los cambios para asegurar la inocuidad y calidad microbiológica de los frutos y vegetales frescos cortados debido a que no existen evidencias suficientes de correlación entre los síntomas de pudrición y los parámetros de ph, ácido láctico, ácido acético, niveles de C 2, calidad sensorial y carga microbiana total. En este sentido, se requiere contar con estudios sobre la cinética del crecimiento y muerte microbiana, como del efecto que diversos factores como la temperatura, ph y actividad de agua tienen sobre la cinética de desarrollo microbiano en los productos de interés Variedad, región de crecimiento y estación Las compañías de semillas y numerosos procesadores de vegetales mínimamente procesados son consientes de que una variedad determinada tiene un crecimiento 34

40 óptimo en ciertas regiones, y a menudo, la calidad de estos productos durante la poscosecha es atribuible a las prácticas agronómicas, al clima, a la estación y a la madurez. Las interacciones anteriormente mencionadas, deben estar de acuerdo con engendrar variedades con rasgos específicos para perfeccionar e incrementar la vida útil de los productos, y este factor debe ser considerado cuando se desarrollan variedades para 17, 21 la industria de los vegetales. Diferentes trabajos han documentado que ciertas variedades contribuyen a la calidad de estos productos y al mismo tiempo al de su vida útil.sin embargo, no existe un estudio que abarque todas las variedades deseables. a) Tamaño de la fruta Normalmente, los procesadores de frutas mimamente procesado utilizan frutas de tamaño muy grande o muy pequeño para aumentar al máximo rendimientos o para reducir el costo de los ingredientes frescos. Por ejemplo, los procesadores de melón MP usualmente utilizan piezas muy grandes, ya que estas están a menudo disponibles a los precios más bajos en el mercado y su rendimiento casi siempre es mayor. Sin embargo, se observó que si en lugar de cortar las peras en rodajas se cortaba en dos únicos trozos, la fruta con el tamaño más pequeño ( g) pardeaba más rápidamente que los trozos procedentes de las frutas más grandes (152 g). Así mismo, la fruta de menor tamaño registró menor cantidad de sólidos solubles totales, con lo que dicho aspecto podría afectar a la calidad sensorial del producto. Los hallazgos demuestran que, sólo en algunos casos, puede evitarse el uso de fruta entera de menor tamaño, que a menudo recibe precios más bajos en el mercado de 17, 21 productos. b) Daños por frío La gran mayoría de frutas no son susceptibles a daños por frío. Algunas de éstas como la piña, melón, sandía, melocotón, nectarina y mango entre otras, son altamente sensibles a daños por frío (<12 C), cuando están intactas. 35

41 Los daños por frío se manifiestan mediante un aceleramiento de las lesiones fisiológicas y un aumento en la incidencia de patologías, donde las alteraciones se registran principalmente en las zonas exteriores del fruto, como la piel. Para las frutas la temperatura recomendable de almacenamiento es 0 C, ya que proporciona una vida útil óptima al mismo tiempo que reduce el crecimiento de microorganismos. Actualmente no existen estudios relacionados con el impacto en la biosíntesis de 17, 21 aromas y sabores de frutas almacenadas a bajas temperaturas. Por último, comentar que la elección de una variedad genéticamente adecuada y el conocimiento de las prácticas agronómicas y de post-recolección de la materia prima utilizada para el procesamiento de frutas es crucial para asegurar su calidad. La composición de sustratos fenólicos de frutas esta determinada por factores externos e internos tales como variedad, estado de madurez, almacenamiento, medioambientales y genéticos. También se conoce que existe un incremento significativo en el nivel de compuestos fenólicos de la planta como respuesta hacia infecciones fitopatógenas. Con respecto a las practicas agronómicas, se ha demostrado que la aplicación de pesticidas y fertilizantes específicos pueden regular el incremento o disminución de la concentración fenólica.el almacenamiento de frutas y verduras rojas a bajas temperaturas y el tipo de contenedores utilizados durante los tratamientos de postrecolección también puede alterar el contenido fenólico y la calidad del fruto, debido a 17, 21 la potenciación de ciertas rutas bioquímicas no deseables. 8.3 Calidad visual de los alimentos Los alimentos contienen substancias naturales que son responsables de su color característico. Los pigmentos propios de vegetales pueden estar constituidos por uno o varios de los siguientes grupos de compuestos: carotenos, antocianos, clorofilas y compuestos fenólicos. Las frutas y hortalizas son altamente atractivas y llamativas debido a la riqueza de pigmentos que éstas contienen. La preservación del color verde de la clorofila en hortalizas, del rojo al púrpura de los antocianos, amarillo, naranja y rojo de los carotinoides, es de vital importancia para mantener la calidad de frutas y hortalizas. 7 36

42 Los cambios de color en frutas y vegetales pueden tener orígenes diferentes. La disminución de la pigmentación verde hacia colores amarillos, por ejemplo en lechuga puede ser el resultado de la senescencia, exposición al calor o a la acidificación; la decoloración o pardeamiento de hongos, de rodajas de manzanas y peras es provocado a través de la acción de enzimas como la polifenol oxidasa. Por otro lado, en hortalizas procesadas como, las zanahorias, es frecuentemente observar el desarrollo de una capa blanquecina, asociada a la presencia de lignina, cicatrizante natural de los tejidos, aunque también se ha vinculado a la deshidratación de las células muertas. El color de las frutas y hortalizas frescas que han sido procesadas se ve alterado por: xidación de compuestos fenólicos catalizada por la polifenoloxidasa. Conversión de clorofilas en feofitinas por acidificación. Modificación de antocianos por oxidación y acidificación del medio. El contenido de carotenos totales se afecta por acidificación y tratamientos térmicos suaves sólo moderadamente. La importancia del color del producto alimentario comercial es indiscutible, pues en los puntos de venta se valora el alimento sólo por la apariencia. Generalmente es asumido Que si luce bien, sabe bien. El parámetro de calidad que contribuye a la primera impresión del producto alimentario es su apariencia visual, determinada por el color y la forma. Sólo en segundo lugar, cuando el alimento se ha evaluado con los ojos y juzgado seguro para comer, éste se valora a través de otros sentidos al saborearse, paladearse y olerse, momento en que otros componentes de la calidad sensorial, flavor y textura, se convierten en criterios de valoración. Además el producto puede ser rechazado si la impresión visual que nos produce no coincide con el estándar al que estamos acostumbrados. La cualidad del color acusa especialmente este fenómeno de rechazo. Entre las modificaciones indeseables del color sufridas en frutas, el pardeamiento es una de las alteraciones más frecuentes. Con algunas excepciones (ciruelas pasas, dátiles y higos, entre otros), los cambios que se producen como consecuencia del 37

43 pardeamiento perjudican la calidad de los frutos, tanto desde el punto de vista 17, 21 organoléptico como el nutricional. 8.4 Aceptación sensorial La aceptación por parte del consumidor hacia las frutas esta ligado frecuentemente a su apariencia, al sabor innato y a la textura de éstas, ya que raramente se acompañan con salsas o aderezos. El contenido de azúcares en frutas esta generalmente correlacionado positivamente con el sabor. casionalmente demasiado dulzor es percibido negativamente. Por ejemplo, el rango de 10 a 13 Brix resulto ser el óptimo para melón, ya que fuera de este rango los catadores detectaron un dulzor desagradable. Una apreciación visual aceptable no necesariamente implica que un producto posea una calidad que satisfaga la cualidad de un sabor agradable. La calidad visual excelente y la aceptación por parte de los consumidores se dan a menudo en frutas inmaduras. La calidad del sabor y aroma son también atributos importantes para los consumidores, con lo que dichos atributos deberán también examinarse de forma minuciosa para determinar la vida útil y la calidad de frutas. En contraposición, la calidad de vegetales y frutas intactas (frescas) es a menudo determinada casi exclusivamente basándose en su apariencia e ignorando su calidad en cuanto a sabor y textura. Existe abundante variabilidad en la literatura con respecto al grado de aceptabilidad de frutas basándose en evaluaciones sensoriales, y esta variabilidad puede atribuirse a menudo a diseños experimentales diversos, al tipo de análisis sensorial o a los prejuicios culturales. Es difícil establecer los límites de la calidad global de frutas durante su vida útil, en cuanto a su sabor y aroma, debido a la gran variabilidad del producto inicial. Los diferentes tratamientos a los que se somete la fruta durante su acondicionamiento y 38

44 envasado, son en gran medida, responsables de los cambios sufridos en el sabor de frutas. Durante la maduración de la fruta uno de los cambios más notables es el ablandamiento, que está relacionado con las alteraciones bioquímicas de la pared celular, de la lámina media y a niveles de la membrana. A pesar de que dicha manifestación se ha atribuido a enzimas tales como poligalacturonasas y Pectinmetilesterasas, el mecanismo preciso todavía es 17, 21 incierto. 39

45 9. INHIBICIÓN DE PLIFENLXISADA 9.1 Métodos de inhibición Los diferentes métodos para inhibir la polifenoloxidasa y mantener la calidad de frutos y vegetales, uno de los más usadas es la aplicación de inhibidores químicos, los cuales consiguen inactivar los mecanismos no deseados. En principio, la actividad de esta clase de inhibidores implica una interacción directa con la enzima o reacción preferiblemente con el producto que conduce por reacción no enzimática a la formación de pigmentos oscuros. Entre los tipos de inhibidores más usuales son los: sulfitos, agentes antioxidantes o reductores, acidulantes y compuestos quelantes El control natural de la actividad de la polifenoloxidasa se produce fundamentalmente mediante la compartimentalización de los sustratos. La 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 17, 21 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 de la 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 del oxígeno con la superficie de corte. Bajando la temperatura. Reduciendo el ph. Desnaturalizando la enzima. Los diferentes métodos desarrollados para controlar, minimizar o inhibir el proceso de pardeamiento enzimático para evitar la acción de la enzima polifenoloxidasa suelen ser preventivos. Se pueden describir de dos maneras diferentes los múltiples métodos de inhibición que se han utilizado o ensayado para limitar el pardeamiento enzimático en frutas y vegetales. 40

46 La primera corresponde a la típica descripción de procedimientos de inhibición enzimática, que comprende cuatro categorías según si la práctica inhibitoria actúa sobre la enzima, el sustrato, la disponibilidad de 2 o sobre los productos de la reacción, bien según el tipo de control que ejerzan, inhibición química y física. La segunda atiende al modo en que los tecnólogos de alimentos acostumbramos a ordenar los métodos de conservación de los productos alimentarios, esto es, distinguiendo entre: métodos físicos de conservación como los térmicos, y métodos químicos de conservación como la adición de productos químicos. El modo de descripción seguido es este último, ya que suele ser más práctica si se considera que, por ejemplo, algunos inhibidores químicos pueden actuar simultáneamente sobre varios de los componentes de la reacción y serían de muy 17, 21 difícil clasificación. 9.2 Métodos físicos El creciente interés por parte del consumidor a tratamientos alternativos a la aplicación de agentes químicos, ya que son considerados gran parte de ellos como perjudiciales para el hombre y el medio ambiente ha creado la necesidad de buscar alternativas a su aplicación. Entre las innovaciones más destacadas en este campo, además de la aplicación de calor y la conservación en refrigeración, podemos citar la conservación bajo una atmósfera variable, controlada y programada y los recubrimientos comestibles. La efectividad de métodos combinados para la conservación y extensión de la vida útil de productos mínimamente procesados ha sido evaluada para diferentes tipos de alimentos. La elección de un método óptimo de factores combinados es muy difícil debido a la variedad y complejidad de los cambios bioquímicos y microbiológicos que se pretende inhibir o controlar. Estas tecnologías están atrayendo un considerable interés en los últimos años, ya que evitan la aplicación de un sólo factor de conservación en forma severa, con la consiguiente mejora en la calidad organoléptica y nutricional del alimento. Por otra parte, permiten la formulación de productos mínimamente procesados, con 41

47 características similares a las del producto fresco, con menos aditivos y listos para consumir, satisfaciendo las demandas actuales del consumidor. Para emplear racionalmente nuevas tecnologías múltiples y optimizar procesos ya existentes, es necesario conocer el mecanismo de acción de los factores individuales y sus interacciones sobre los microorganismos y enzimas del producto en cuestión. Aunque los tratamientos térmicos son generalmente eficaces en la inhibición de reacciones enzimáticas y en la reducción de los niveles microbianos, éstos se usan ocasionalmente para la estabilización de frutas y hortalizas mínimamente procesadas, debido a sus efectos negativos sobre determinados parámetros de calidad como son aroma, textura y apariencia fresca. La aplicación de tratamientos térmicos convenientes, asociados con impactos negativos bajos, podría ser de gran interés en el desarrollo de frutas y hortalizas 17, 21 mínimamente procesadas al extender su vida útil El escaldado Aplicación de alta temperatura el escaldado o blanqueo es una importante operación unitaria en el procesado de frutas y hortalizas, siendo desde hace mucho tiempo una práctica común. El objetivo principal del escaldado es la desnaturalización de enzimas responsables del pardeamiento y de la alteración de aromas, efectos que pueden llegar a hacer al producto inaceptable comercialmente. También el escaldado protege a los alimentos frente al deterioro microbiano durante su almacenamiento, ya que las formas vegetativas de los microorganismos son destruidas, en general, a temperaturas más bajas que la mayoría de las enzimas. Algunas de las consecuencias de la aplicación de la técnica de escaldado son la pérdida de sólidos solubles, la desnaturalización de enzimas, la desgasificación del tejido, la hidrólisis y solubilización de polímeros estructurales como protopectina, además de la gelatinización del almidón, dando lugar a un aumento considerable del tamaño de los gránulos. 42

48 Por tales motivos, el escaldado puede aplicarse no sólo para evitar el pardeamiento enzimático, sino también, para proporcionar cambios estructurales al producto que mejoren su calidad textural. El escaldado tiene aplicación comercial siempre y cuando no se dañe en exceso la calidad del producto. Se utiliza principalmente en productos hortícolas para inactivar enzimas que alteran el color de las superficies cortadas como son la fenilalanina, la peroxidasa y la polifenoloxidasa. La operación de escaldado, se lleva a cabo comúnmente mediante la inmersión o rociado de los productos vegetales en agua caliente, en soluciones calientes o hirvientes que contienen generalmente ácidos, sales o azúcares, mediante la exposición al vapor o bien por el uso de microondas durante varios segundos o minutos. Además de la aplicación de calor, el control del pardeamiento enzimático se logra frecuentemente a través del uso combinado de uno o varios tipos agentes antipardeantes. 18, 21 Aun cuando se ha descrito que el ph óptimo para la polifenoloxidasa oscila entre valores ácidos a neutros, en la mayoría las frutas y hortalizas, la actividad óptima de la polifenoloxidasa se ha observado a valores de ph 6.0 a 6.5, mientras que su actividad se ve reducida por debajo de valores de ph Cambios que provoca el escaldado en el tejido vegetal La pared celular es el elemento estructural básico de los tejidos vegetales, y por lo tanto, juega un papel determinante en el mantenimiento de las características texturales en este tipo de alimentos. Por ello, los cambios que se pueden producir en dicha pared, tendrán una importancia fundamental en el ablandamiento de los tejidos vegetales. El calentamiento de los tejidos a temperaturas de C, provoca la ruptura de las membranas, la des compartimentación de los componentes celulares y la degradación de las pectinas de la lamina media y de la pared celular, siendo dichos fenómenos más acusados en frutas y hortalizas de baja acidez, contribuyendo más aun a la pérdida de su firmeza

49 Sin embargo, estos calentamientos moderados confieren a algunos productos vegetales una textura más firme. Se cree que esta firmeza inducida por el calor se debe a daños o lesiones que sufren las membranas celulares y a un aumento de su 17, 21 permeabilidad Consecuencia de daños en la membrana la liberación de calcio y su difusión de la lámina media de la pared celular. la activación de la pectin-metilesterasas y la des esterificación de las pectinas. el establecimiento de puentes iónicos entre el calcio (y/o magnesio) y los grupos carboxílicos de las pectinas. Al incrementarse la actividad de la enzima pectin-metilesterasas endógena, se produce cierta des metilación de las pectinas, creándose pectinas de bajo grado de metilación o bajo metoxilo, que gelifican formando puentes de entrecruzamiento en presencia de iones calcio, dando lugar a estructuras más firmes y resistentes. Así, diversas frutas registran mejoras en el mantenimiento de la textura cuando se escaldan a temperaturas que refuerzan la actividad de la pectin-metilesterasas endógena o exógena, como por ejemplo manzana, fresas, frambuesas, melocotones, y cerezas. El almidón, como componente sólido mayoritario de algunas frutas verdes, también juega un papel relevante en los cambios de textura, cuando éstas son sometidas a tratamientos térmicos. Durante el calentamiento tiene lugar la gelatinización del almidón y su retrogradación y la unión, mediante los iones calcio, de los residuos del ácido uránico de las cadenas de pectinas en las paredes celulares y en la lámina media Tratamientos térmicos El tratamiento térmico es generalmente considerado como el método más efectivo para la inactivación de la polifenoloxidasa y, consecuentemente para la inhibición del pardeamiento. Las técnicas convencionales actuales para prevenir el pardeamiento incluyen los métodos de autoclave y escaldado con temperaturas de 75-95ºC por tiempos de 1 a 10minutos, dependiendo de los requerimientos de los productos y 44

50 procesos. Estos procesos convencionales están inherentemente relacionados a 17, 21 importantes pérdidas de peso y calidad nutricional del producto. a) Aplicación de alta temperatura El tratamiento de inactivación enzimática por calor causa la desnaturalización de proteínas y ha sido uno de los más estudiados, ya que con este es posible observar el comportamiento de la enzima expuesta a distintas temperaturas. La desnaturalización de las enzimas es provocada por numerosos factores, usualmente es irreversible y se ajusta a una cinética de primer orden. A pesar de la eficacia del tratamiento térmico, normalmente su utilización sólo se recomienda cuando se trata de inhibir el pardeamiento en frutas o vegetales que son destinadas a congelación y a producciones en conserva debido a los efectos de cocción, causantes de pérdidas de textura y al desarrollo de reacciones de pardeamiento no enzimático. Sin embargo, existen algunos trabajos donde se ha estudiado la aplicación de tratamientos térmicos de baja intensidad en pera mínimamente procesada mediante la inmersión en soluciones isotónicas a bajo ph (2.5) o por la exposición a vapor. En el primero de estos estudios, se observó que con los tratamientos de inmersión a temperatura de 95ºC durante 3 min se obtiene una buena estabilidad enzimática y microbiológica durante al almacenamiento del producto, manteniendo una textura aceptable. A través de estudios previos de viabilidad, se puede llegar a determinar las condiciones adecuadas de procesado térmico que reduzcan al máximo las pérdidas de calidad, con la obtención de resultados viables, si el grado de sensibilidad del producto al calor es aceptable. También, se ha utilizado con éxito un pretratamiento térmico (45 C durante 2h) aplicado en manzanas antes del corte para disminuir el 17, 21 pardeamiento enzimático una vez procesadas en rodajas. b) Empleo de bajas temperaturas Una de las medidas normalmente usadas para controlar la actividad enzimática de productos frescos es el uso bajas temperaturas durante el manejo, el procesamiento y el almacenamiento de frutas y hortalizas. A temperaturas bajas, no sólo es reducida o 45

51 inactivada las actividades enzimáticas que son responsables del pardeamiento, de manera que se preserve la calidad del producto, sino que además las velocidades metabólicas descienden significativamente, ambas disminuciones contribuyen a incrementar la vida útil del producto. Asimismo, durante el procesamiento total de frutas y hortalizas, es decir desde su recolección hasta su venta, resulta ineludible el mantenimiento de bajas temperaturas para moderar o impedir el desarrollo de 17, 21 microorganismos. c) ndas electromagnéticas El principio básico del calentamiento mediante microondas es debido a la interacción de moléculas polares con el componente eléctrico del campo electromagnético, lo que genera calor debido a la fricción producida cuando las moléculas intentan orientarse en el interior del campo oscilante. El agua y las sales son los principales determinantes de la absorción de las microondas en la mayoría de los sistemas alimenticios. El efecto de la energía de microondas en la inactivación enzimática ha sido generalmente atribuido a efectos térmicos, aunque hay alguna evidencia de efectos no térmicos. Estos últimos efectos son considerados como controvertidos, ya que la energía asociada a las microondas es varios órdenes de magnitud menor que la requerida para romper enlaces covalentes. Sin embargo la energía microondas puede romper interacciones moleculares como los puentes de hidrógeno entre la proteína y moléculas de agua asociadas a su estructura. Sin embargo, son necesarios más estudios para determinar si los índices de inactivación más rápidos al usar microondas son debidos a efectos térmicos o no-térmicos. El efecto inhibitorio de las radiaciones de microondas sobre la polifenoloxidasa a sí ha sido objeto de varias investigaciones. En el control del pardeamiento de rodajas de plátano, el tratamiento de inactivación a 650 W durante 2 minutos mostró grandes variaciones de eficiencia según la madurez del producto tratado.con un tratamiento a 475 W durante 60 segundos se obtuvo una inactivación del 70% de la polifenoloxidasa en purés de kiwi y fresa. La disminución de la actividad polifenol oxidasa en ambos productos fue casi lineal a la potencia utilizada en el tratamiento. 46

52 No obstante, el color de los productos tratados térmicamente con microondas se modificó como consecuencia de la alteración que la radiación provocó sobre las clorofilas en kiwi y sobre los antocianos en fresa. En el caso de champiñón, se ha propuesto un tratamiento combinado con microondas y baño de agua caliente para conseguir satisfactoriamente la completa inactivación a tiempos cortos de la 17, 21 polifenoloxidasa. 9.4 Aplicación de tecnologías no térmicas En un contexto en el que el consumidor demanda productos más naturales, mínimamente procesados y exentos de agentes químicos potencialmente perjudiciales para él y el medio ambiente, los métodos no-térmicos tienen su actuación Reducción de la disponibilidad de oxigeno El modo más satisfactorio de inhibir el pardeamiento enzimático es eliminando por completo el oxígeno. Esto puede obtenerse por desoxigenación a vacío, borboteo de nitrógeno o apelando a la acción combinada de la glucosa oxidasa y la catalasa. Sin embargo, es importante considerar que el oxígeno es un requisito de los tejidos vivos. En el caso de sólidos, como las porciones d e frutas y hortalizas, la eliminación del oxígeno más sencilla son por inmersión en soluciones como jarabe, salmueras o agua para retardar la difusión del oxígeno. Sin embargo, el tejido pardeará cuando entre en contacto nuevamente con el aire. Además, durante el tiempo el cual en el que el tejido esta inmerso, el equilibrio osmótico puede producir una pérdida de solutos y la imbibición de la solución de inmersión, en algunas ocasiones no deseada. tra alternativa seria el envasado del producto en atmósfera inerte. Pero el desarrollo de metabolismo anaerobio alteraría las propiedades organolépticas de las frutas hace este tratamiento inaplicable. Frecuentemente se usan atmósferas modificadas para la 17, 21 comercialización de frutas y vegetales Atmósferas modificadas El confinamiento en atmósferas modificadas resulta ser la tecnología idónea del envasado de los productos vegetales mínimamente procesados. Ésta es una técnica 47

53 aplicada alimentos metabólicamente activos, los cuales son recluidos en una atmósfera esencialmente empobrecida en 2,entre el 2 y el 8%, y enriquecida en C 2 entre el 5 y 15% con respecto al aire respirable. La inyección de mezclas conocidas de gases ( 2, C 2, C y N 2 ) o la generación interna de atmósferas, por parte del la interacción producto-envase prolonga generalmente la vida útil. La modificación de las concentraciones relativas de ambos gases resulta posible, económica y fácil mediante el empleo de envases sellados, herméticos y fabricados con polímeros de permeabilidad selectiva a los gases. Al disminuir la concentración de 2 se inhiben o reducen las reacciones enzimáticas del pardeamiento, y al aumentar la concentración de C 2 se inhibe la síntesis de metabolitos fenólicos. La excesiva producción de C 2 (>10%) por parte del metabolismo propio de las frutos o por inyección, dan lugar a la atenuación de sabores y olores característicos, mientras que bajas concentraciones de 2 (<5%) promueven la creación de medios anaerobios, que conllevan la formación de metabolitos de fermentación indeseables tales como etanol y acetaldehídos. Por ejemplo, Rocha y Morais en 2001 consiguieron una inhibición significativa de la actividad de la polifenoloxidasa en cubos de manzana var. Jonagored, envasada en 2% 2 y 12% C 2. Cartaxo en 1997 y 1998 estudio la aplicación de atmósferas modificadas (5% 2 y 10% C 2 ) junto con un almacenamiento a 3ºC, en cubos de sandia mimamente procesados, obteniendo un 50% más de extensión de vida útil (15 días) con respecto al control, además de presentar una buena calidad sensorial. Aguayo y Artés en 2001, estudiaron la aplicación de atmósferas modificadas en melón mimamente procesados obteniendo 10 días de vida útil a 5ºC con plástico de policloruro de vinilo orientado, aunque la aplicación de esta técnica no fue suficiente para detener la pérdida de firmeza. 48

54 Se debe tener siempre presente que la acción sinérgica del frío y de la atmósfera modificada, ya que bajo condiciones adecuadas, inhibe el desarrollo fúngico y bacteriano. En casos muy excepcionales, esta combinación de tratamientos tiene efectos letales significativos sobre los microorganismos. 17, Irradiación La aplicación de irradiaciones (radiación ionizante) a frutas y a hortalizas se emplea para la des infestación de insectos y control de enfermedades, así como para retardar la maduración, el crecimiento y la germinación, como en el caso de los tubérculos. Recientemente, la irradiación ha sido propuesta como método para la obtención de frutas y hortalizas mínimamente procesada. Varios autores han encontrado que además del control microbiológico, la irradiación reduce significativamente la tasa de respiración y la producción de etileno en zanahorias y en hojas de lechuga. Sin embargo, estudios realizados en trozos de manzana indicaron que los resultados obtenidos durante la irradiación se ven afectados por el grado de madurez. Además durante el tratamiento se incrementó la tasa de respiración de las frutas. Los autores concluyen que son necesarias dosis altas (>2.4kGy) para obtener efectos satisfactorios. No obstante la Food Drug Administration (FDA) ha limitado la dosis a 1kGy para productos frescos. Parece que las actividades enzimáticas que provocan la degradación del tejido vegetal como lo son la poligalacturonasas, la pectilmetilesterasa y la beta-galactosidasa se ven reducidas por la aplicación de irradiación en rebanadas de papaya. Por otra parte, Mayer y Harel en 1991 aseguran que el pardeamiento enzimático puede ser estimulado por los tratamientos de irradiación, ya que éstos pueden alterar la permeabilidad de los compartimentos celulares y de esta manera favorecer el 18, 217 contacto entre la polifenoloxidasa y sus sustratos. 49

55 Altas presiones Se trata de una técnica prometedora ya que inactiva microorganismos y enzimas dejando las propiedades nutritivas y la calidad del alimento prácticamente intactas. Provoca una inactivación enzimática irreversible, y por lo tanto, es una alternativa a la elevación de temperatura. Pero debe tenerse en cuenta que el ph, la adición de solutos, azúcares u otros compuestos y la temperatura a la que se procesa condicionan los parámetros del tratamiento con altas presiones. A partir de ahora podemos hablar ya, al igual que de la termosensibilidad o termoestabilidad de las enzimas, de su estabilidad frente a altas presiones. El grupo de investigación de Weemaes en 1998 ha determinado dicha estabilidad para la polifenoloxidasa en aguacates, ciruelas, uvas, manzanas y peras. Por ejemplo la polifenoloxidasa de pera se inactivó a una temperatura ambiental de 25ºC. Como la enzima se consideró, en comparación con la de otras frutas, relativamente estable frente a las altas presiones, se propuso un tratamiento combinado con calor moderado a 35ºC, resultando en una reducción de la presión de inhibición a un tercio de la anterior citada estudiaron la efectividad del uso combinado de la aplicación altas presiones junto con un escaldado. Además de la inactivación de la polifenoloxidasa por altas presiones, también se ha observado una inducción de la actividad enzimática estimulada por bajas presiones tanto en manzana y pera, como en fresa o cebolla. Sin embargo Préstamo y Arroyo en el 2000 concluyen que las enzimas polifenoloxidasa y peroxidasa no se inactivan por la acción de las altas presiones, 17, 21 resultando ser enzimas baro-resistentes Pulsos eléctricos El uso de campos eléctricos pulsantes es una reciente tecnología que se ha planteado para la inactivación de microorganismos y de enzimas, donde se da un aumento mínimo de temperatura con lo cual es conservada la calidad nutricional de los productos. Los productos alimenticios se comportan como conductores eléctricos por su alta concentración de iones y su capacidad para transportar cargas eléctricas. El 50

56 mecanismo de inactivación se basa en la electroporación de la membrana celular, es decir, en la rotura eléctrica de la membrana. La aplicación de campos eléctricos pulsantes genera estrés y desestabiliza la membrana celular y en algunos casos el daño en la membrana celular es irreversible. 4 Esta lesión altera los procesos de transporte de iones y cambia la conformación de la estructura del las enzimas, con esta técnica se han conseguido diferentes porcentajes de inactivación (30 al 99%) de enzimas responsables de importantes alteraciones en alimentos tales como tripsina, lactato deshidrogenasa, galactosidasa, plasminas, proteasas, fosfatasa alcalina, lipasas, glucosa oxidasa, a-amilasa, peroxidasa, polifenoloxidasa, pectin-metilesterasas y papaína. Dichos niveles de inactivación enzimática son considerados el resultado de los cambios en las estructuras secundarias y terciarias de las proteínas, que modifican ciertas uniones moleculares en los centros activos y la configuración globular Modificaciones genéticas La modificación genética puede ser una estrategia para limitar el pardeamiento enzimático. Esta modificación comprende dos opciones: nuevos variedades sin polifenoloxidasa o peroxidasas, que no presenten dichas actividades enzimáticas o al menos su actividad sea mucho menor o la selección de variedades pobres en sustratos fenólicos. La aplicación de la tecnología denominada en inglés antisense, (en la cual se produce un ARN mensajero de secuencia complementaria al del ARN mensajero, que al ser traducido da lugar a la proteína cuya formación se pretende evitar) para bloquear la expresión normal de ambas enzimas, peroxidasa y polifenol oxidasa se ha publicado para la obtención de variedades con menor susceptibilidad al pardeamiento. La producción de un ARN mensajero complementario al producido por la pauta de lectura abierta del gen que codifica para la polifenoloxidasa se ha utilizado en tomate. Sin embargo, esta manipulación genética produjo un aumento considerable de la susceptibilidad a ataques por parte de patógenos lo cual confirma el papel de la 51

57 oxidación de los compuestos fenólicos mediante la polifenoloxidasa en la defensa de la planta. Bachem en 1994 también lograron inhibir el pardeamiento enzimático en tubérculos como la patata, al reducir significativamente la actividad de la polifenoloxidasa mediante la producción del ARN mensajero entísense

58 10. RECUBRIMIENTS CMESTIBLES 10.1 Aplicación de recubrimientos comestibles Aunque la aplicación de recubrimientos comestibles en la preservación de alimentos no es una técnica novedosa, sí lo es su uso en la conservación de la calidad de frutas y hortalizas frescas cortadas. Las cubiertas de cera sobre frutas han sido usadas en China desde el siglo XII para mejorar la calidad y conservación de frutas, mientras que la aplicación de cubiertas sobre carnes para prevenir su contracción, ha sido una práctica usual al menos desde el siglo XVI, donde las carnes cortadas eran cubiertas con grasas para su conservación. En el siglo XIX, la sacarosa era aplicada como una cubierta comestible protectora sobre nueces, almendras y avellanas para prevenir la oxidación y rancidez durante su almacenamiento.la aplicación más importante de los recubrimientos comestibles hasta ahora, concierne al uso de una emulsión hecha con cera y aceites en agua que se esparce sobre las frutas para mejorar su apariencia (brillo, color, suavidad), servir de vehículo de fungicidas, proporcionar un mejor control de su maduración y retardar la pérdida de agua. Pero no es sino hasta la década de los 70 cuando se desarrolló una de las primeras aplicaciones de recubrimientos comestibles en productos frescos cortados. Bryan en 1972, fue el primero en patentar un método para recubrir trozos de pomelo con una cobertura constituida por pectina de bajo grado de metoxilación dispersada en zumo de pomelo. Aunque esta patente constituye uno de los primeros ejemplos del uso de recubrimientos en frutas cortadas, su verdadero desarrollo y aplicación en este tipo de producto es mucho más reciente. Recientemente, livas y Barbosa-Cánovas en 2005 señalaron que los recubrimientos comestibles deben cumplir una serie de requerimientos para poder ser empleados en frutas frescas cortadas, entre los que se encuentran: estar constituidos por sustancias GRAS (generalmente reconocidos como seguros), ser estables bajo condiciones de alta humedad relativa, ser una buena barrera al vapor de agua, al oxigeno y al dióxido 53

59 de carbono, presentar buenas propiedades mecánicas y de adhesión a la fruta, ser sensorialmente aceptable, ser estable tanto desde el punto de vista físico-químico como microbiológico, además de poseer un costo razonable. Un recubrimiento comestible es definido como una capa delgada de material comestible formado como un revestimiento sobre el alimento, mientras una película comestible es una capa preformada y delgada elaborada con material comestible y la cual una vez elaborada puede ser colocada sobre el alimento ó entre los componentes del mismo. La principal diferencia entre ambos sistemas comestibles es que los recubrimientos comestibles son aplicados en forma líquida sobre el alimento, generalmente por inmersión del producto en una solución, y las películas comestibles son en primer lugar preformadas como láminas sólidas las cuales son posteriormente aplicadas en forma de recubrimiento sobre el alimento. Por otro lado Martín-Polo en 1992 definieron a los recubrimientos comestibles como capas delgadas de materiales los cuales pueden ser ingeridos por el consumidor, que proveen una barrera al transporte a través del alimento fresco o manufacturado. Manejaron un concepto que fusiona las dos definiciones anteriores: los recubrimientos comestibles son capas delgadas de un material biopolímero (proteína o polisacárido como una solución hidrocoloide, o como una emulsión con lípidos), que son aplicadas sobre la superficie de un alimento en adición o reemplazo de la corteza natural, y que se comportan principalmente como barreras que reducen la difusión de gases ( 2, C 2, vapor de agua), permitiendo extender la vida útil del alimento. Según Kester y Fennema los recubrimientos comestibles tienen la función de retardar la migración de humedad, controlar el transporte de gases ( 2, C 2 y etileno), retener componentes volátiles, servir de vehículo de aditivos, mejorar las propiedades mecánicas y de manejo del alimento, además de impartir una mayor integridad a la estructura del mismo. 54

60 Principales propiedades de los recubrimientos comestibles De acuerdo a livas y Barbosa-Cánovas los recubrimientos comestibles aplicados en frutas cortadas: producen una atmósfera modificada en la fruta. reducen el deterioro. retrasan la maduración de frutas climatéricas. reducen la pérdida de agua. retardan los cambios de color. mejoran la apariencia. disminuyen la pérdida de aromas. reducen el intercambio de humedad entre trozos de frutas. transportan compuestos antioxidantes y estabilizantes de la textura. imparten color y sabor Películas comestibles Las películas comestibles se definen como una o varias capas delgadas de un material que puede ser consumido por seres vivos que a su ves pueden actuar con muna barrera ala transferencia de agua, gases y soluto de alimentos. Las películas comestibles en su mayoría se le conocen por aditivos ya que no promueven un valor nutricional al alimento, las películas deben tener poco sabor como 17, 29 sea posible o de lo contrario deben tener un sabor característico con el alimento Funciones de las películas comestibles Reducir la pérdida de humedad. Reducir el transporte de gases. Reducir la emigración de aceites y grasas. Reducir el transporte de solutos. Mejorar las propiedades mecánicas y del manejo de los alimentos. Retener los componentes volátiles. Contener aditivos. 55

61 11. METDS QUIMICS 11.1 Agentes químicos La metodología más extendida para evitar el pardeamiento, y una de las de mayor utilidad, consiste en la utilización de agentes químicos que actúan como inhibidores, interaccionando directamente sobre las enzimas, los substratos o los productos de las reacciones enzimáticas. La existencia de compuestos químicos que poseen propiedades antipardeantes ha llevado al desarrollo y aplicación de métodos adecuados para la disminución del pardeamiento en frutas. Su aplicación esta reglamentada por los organismos correspondientes (FA/MS; Codex Alimentarius, FDA, etc.,) y su dosificación o aplicación están restringidos total o parcialmente en algunos de ellos, por consideraciones toxicológicas y/o impactos organolépticos en sabor, aroma, color y textura. También existen agentes considerados antipardeantes que no tienen aplicación industrial debido a su poca disponibilidad comercial, a un alto costo o a un método de aplicación no rentable. Un agente antipardeante apropiado es un factor clave para permitir la industrialización de frutas sin la necesidad del uso de otros métodos de control. 13 Con las desventajas mostradas por parte de los sulfitos en el ámbito de la salud humana surge la necesidad de encontrar nuevos agentes que actúen sobre componentes implícitos en el fenómeno de pardeamiento y que sean seguros para los consumidores. Recientemente, se han encontrado diversos productos naturales que actúan como agentes antipardeantes, con los que se han obtenido resultados satisfactorios en la reducción del pardeamiento y del deterioro organoléptico de varias frutas y hortalizas. La forma de aplicación más extendida es la inmersión de la fruta en disoluciones que contengan estos compuestos, aunque algunos de estos aditivos pueden aplicarse más eficientemente por infiltración a presión 22 Los antipardeantes se pueden clasificar según actúen sobre la enzima, sobre los sustratos o sobre los productos de reacción, y su efecto puede ser temporal, 56

62 irreversible o reversible. Cada compuesto posee con respecto a la acción antipardeante, sus puntos fuertes y débiles, en términos de efectividad variable, disponibilidad, seguridad y costo, siendo su efectividad altamente dependiente del tipo de sistema al que se pretenda proteger. 23 Los compuestos utilizados como antipardeantes actúan como agentes antioxidantes, quelantes o como acidulantes. Los ácidos poli carboxílicos (cítrico, málico, tartárico, oxálico y succínico), poli fosfatos, el EDTA y otras macromoléculas como proteínas y porfirinas se utilizan para secuestrar el cobre del centro activo del enzima Empleo de ácidos El ph optimo para la mayoría de las fenolasas en los alimentos esta en el rango de 7. El disminuir el ph a valores por debajo de 4 retarda considerablemente la actividad de la fenolasa. Este es un método muy empleado en la industria y en la cocina. El agente mas utilizado en el acido cítrico; parte de su sección puede darse a su efecto quelante sobre el cobre. Los métodos de aplicación incluyen sumergir la fruta o vegetal en soluciones diluidas de ácido cítrico. El ácido málico resulta mas efectivo 31, 32 aun Ácido ascórbico El ácido ascórbico es un ácido de azúcar con propiedades antioxidantes. Su aspecto es de polvo o cristales de color blanco-amarillento. Es soluble en agua. El enantiómero L- del ácido ascórbico se conoce popularmente como vitamina C. El nombre "ascórbico" procede del prefijo a- (que significa "no") y de la palabra latina scorbuticus (escorbuto), una enfermedad causada por la deficiencia de vitamina C. El acido ascórbico o su isómero, el acido iso-ascórbico retarda el pardeamiento enzimático en virtud de su poder reductor. Reduce a las o-quinonas a sus o-difenoles originales. El acido ascórbico generalmente combinada con el acido cítrico, s emplea e menudo como inhibidor del pardeamiento enzimático en la industria de la fruta congelada. El antiguo y eficiente método culinario de emplear jugo de limón con el mecanismo fin 57

63 también se basa en la acción combinada del acido combinado del acido ascórbico y el 14, 31,32 acido cítrico Ácido málico El ácido málico, o su forma ionizada, el malato (C 4 H ) (del latín Malus domestica que significa manzana) es uno de los ácidos más abundantes de la naturaleza y es fácilmente metabolizable por los microorganismos. El ácido málico fue aislado de la sidra por primera vez en el año 1785 por el químico alemán Carl Wilhelm Scheele encargándose de describirlo completamente. Este ácido se obtiene comercialmente por síntesis química. Es un ácido orgánico y puede usarse para producir corriente eléctrica mediante la fermentación maloláctica (el proceso es muy similar a una pila biológica). Se emplea en la industria farmacéutica en la fabricación de laxantes así como en medicamentos indicados sobre el aparato respiratorio. En alimentación se utiliza como aditivo y tiene una codificación: se trata de un acidulante que aparece en las gaseosas y refrescos junto con el ácido cítrico, el ácido fosfórico, su misión es la de equilibrar la dulzura producida por la añadidura de azúcares. En la elaboración de vinos una vez terminada la fermentación alcohólica se realiza una segunda transformación denominada fermentación maloláctica, producida por bacterias que transforman el ácido málico en ácido láctico (bajando la acidez fija del vino), al tiempo que los polifenoles tienden a polimerizarse entre sí disminuyendo su reactividad. Todo esto quiere decir que el vino pierde acidez, y gana en suavidad y 14, 31,32 aroma Ácido sórbico El ácido sórbico es un ácido graso insaturado, presente de forma natural en algunos vegetales, pero fabricado para su uso como aditivo alimentario por síntesis química. Tienen las ventajas tecnológicas de ser activos en medios poco ácidos y de carecer prácticamente de sabor. Su principal inconveniente es que son comparativamente 58

64 caros y que se pierden en parte cuando el producto se somete a ebullición. Son especialmente eficaces contra mohos y levaduras, y menos contra las bacterias. Los sorbatos se utilizan en bebidas refrescantes, en repostería, pastelería y galletas, en derivados cárnicos, quesos, aceitunas en conserva, en postres lácteos con frutas, en mantequilla, margarina, mermeladas y en otros productos. En la industria de fabricación de vino encuentra aplicación como inhibidor de la fermentación secundaria permitiendo reducir los niveles de sulfitos. Cada vez se usan más en los alimentos los sorbatos en lugar de otros conservantes más tóxicos como el ácido benzoico. Los sorbatos son muy poco tóxicos, de los que menos de entre todos los conservantes, menos incluso que la sal común o el ácido acético (el componente activo del vinagre). Por esta razón su uso está autorizado en todo el mundo. Metabólicamente se comporta en el organismo como los demás ácidos grasos, es decir, se absorbe y se utiliza como una fuente de energía. El ácido benzoico es uno de los conservantes más empleados en todo el mundo. Aunque el producto utilizado en la industria se obtiene por síntesis química, el ácido benzoico se encuentra presente en forma natural en algunos vegetales, como la 14, 31 canela o las ciruelas por ejemplo Ácido benzoico El ácido benzoico es especialmente eficaz en alimentos ácidos, y es un conservante barato, útil contra levaduras, bacterias (menos) y mohos. Sus principales inconvenientes son el que tiene un cierto sabor astringente poco agradable y su toxicidad, que aunque relativamente baja, es mayor que la de otros conservantes. En España se utiliza como conservante en bebidas refrescantes, zumos para uso industrial, algunos productos lácteos, en repostería y galletas, en algunas conservas vegetales, como el tomate o el pimiento envasados en grandes recipientes para uso de colectividades, mermeladas, crustáceos frescos o congelados, margarinas, salsas y otros productos. La MS considera como aceptable una ingestión de hasta 5 mg por Kg. de peso corporal y día. Con la actual legislación española esté límite se puede superar, 59

65 especialmente en el caso de los niños. tras legislaciones europeas son más restrictivas. En Francia solo se autoriza su uso en derivados de pescado, mientras que en Italia y Portugal está prohibido su uso en refrescos. La tendencia actual es no obstante a utilizarlo cada vez menos substituyéndolo por otros conservantes de sabor neutro y menos tóxico, como los sorbatos. El ácido benzoico no tiene efectos acumulativos, ni es mutágeno. Los ésteres del ácido para-hidroxi-benzoico y sus derivados sódicos, denominados en general parabenos, son compuestos sintéticos especialmente útiles contra mohos y levaduras, y menos contra bacterias. Su principal ventaja es que son activos en medios neutros, al contrario que los otros conservantes, que solo son útiles en medio ácido. En cambio tienen el inconveniente de que incluso a las dosis autorizadas proporcionan a los alimentos un cierto olor y sabor fenólico. Se utilizan fundamentalmente para la protección de derivados cárnicos, especialmente los tratados por el calor, conservas vegetales y productos grasos, repostería, y en salsas de mesa (1 g/kg. de 14, 33 conservantes totales). Los parabenos se utilizan en muchos países. Desde los años 50 se han realizado múltiples estudios acerca de su posible toxicidad, demostrándose que son poco tóxicos, menos que el ácido benzoico. Se absorben rápidamente en el intestino, eliminándose también rápidamente en la orina, sin que se acumulen en el organismo. Algunas de las personas alérgicas a la aspirina también pueden ser sensibles a estos aditivos. Es, con mucho, la substancia más utilizada de entre todos los aditivos alimentarios; sin embargo, su gran tradición en el procesado de los alimentos, incluyendo el realizado a nivel doméstico, hace que no se le considere legalmente como aditivo y que, salvo casos excepcionales, no se limite su uso. No obstante, además de condimento es un conservante eficaz en la mantequilla, margarina, quesos y derivados del pescado. A pesar de lo extendido de su uso, la sal común no es un producto carente de toxicidad y una dosis de 100 g puede causar la muerte de una persona. De hecho, se conocen algunos casos de intoxicaciones accidentales graves de niños muy pequeños por confusión de la sal con el azúcar al 14, 31 preparar sus papillas. 60

66 Cloruro sódico El cloruro sódico se encuentra presente en todos los fluidos biológicos, y entre otras funciones, interviene en la formación del jugo gástrico. Es, por tanto, un componente esencial en la dieta. Desde principios de este siglo se discute la posible relación existente entre la ingestión de sal y la hipertensión. En la inmensa mayoría de los casos no se conoce la causa real de esta enfermedad, uno de los factores de riesgo más importantes de los accidentes cardiovasculares, y no está claro en absoluto que una dieta con alto contenido en sal pueda producirla. Sin embargo, una restricción drástica (menos de 1 g/día, frente a los cerca de 10 de ingestión habitual de los países occidentales) puede colaborar en su mejora. El nivel de ingestión más adecuado se sitúa, por los conocimientos actuales, en torno a los 3 g/día para la población normal, es decir, menos de la mitad de lo que se utiliza habitualmente. La sal marina, tan querida de los fanáticos de los alimentos naturales, no es más que sal común menos refinada, que debe su color a la presencia de restos de algas y de animales marinos. No tiene ninguna ventaja real sobre la sal refinada. En zonas con deficiencias de yodo en el suelo, es recomendable el empleo de sal yodada, que no es más que sal común a la que se le ha añadido yodo en forma de 15, 31 yoduro potásico Etilendiaminotretaacético (EDTA) Uno de los agentes quelantes o secuestrantes más comúnmente utilizados en los alimentos son el ácido cítrico, diferentes fosfatos y las sales del ácido Etilendiaminotretaacético (EDTA). El EDTA - disódico es reconocido como aditivo GRAS, y se emplea para mejorar el color, el flavor y mantener la textura, además de ser utilizado como conservador. En la tabla 2 se mencionan las principales características del EDTA. Castañer en 1996 observaron que inmersiones de 5 segundos en EDTA (5 g/l) previene el pardeamiento de tallos de lechuga Iceberg. El EDTA es generalmente 61

67 utilizado en combinación con otros agentes antipardeantes. Así, se ha sido utilizado en por ejemplo en patatas, melón, champiñón y aguacate. Tabla 2. Características del EDTA empleado en el control del pardeamiento de frutas y hortalizas (adaptado de Wiley, 1994; Fennema, 2000). 26 Acción/efecto Formada de complejos altamente estables al secuestrar al ion Cu ++ del centro activo. Ventajas y desventajas Forman quelatos de gran estabilidad en el Ca ++. Pueden originar agotamiento de Ca ++ en el tejido si se añade en exceso. bservaciones Máxima eficacia secuestrante a ph neutros, donde los grupos carboxílicos están disociados. Antioxidante sinergista, ya que elimina los iones metálicos que cataliza el proceso de oxidación. Dosis usual (P/V) 0.2 a 0.5% Antimicrobiano (Gram -- ). Varios autores han confirmado la capacidad de inhibición del EDTA en extractos enzimáticos de polifenoloxidasa de champiñón, de patata y melocotón. Sin embargo, el estudio realizado por Almeida y Nogueira en 1995 ha nueve extractos de frutas y hortalizas diferentes, concluye que el EDTA posee una pobre actividad inhibitoria hacia la polifenoloxidasa Adición de sulfitos y sus derivados Los derivados del azufre, conocidos como sulfitos, se llevan empleando hace años como aditivos conservantes. Son eficaces para prevenir la oxidación de aceites y grasas, y para mantener el color original de los alimentos evitando la decoloración o el oscurecimiento principalmente vegetal y crustáceos- provocado por reacciones enzimáticas. Estos conservantes también son útiles para prevenir el crecimiento de ciertas bacterias, mohos y levaduras, sobre todo en un ambiente ácido. Por este motivo, uno de sus usos es en zumos

68 Los sulfitos y derivados de azufre son compuestos que tiene una gama muy amplia de funciones y por los tanto son muy comunes en el procesamiento de los alimentos dado que; Inhiben las reacciones de oscurecimiento de Maillard ya que bloquean los grupos carbonilo libres de los azúcares y evitan que éstos interaccionen con otros aminoácidos; además, ejercen una acción decolorante sobre los pigmentos melanoidinas, productos finales de estas transformaciones. Evitan las reacciones de oscurecimiento enzimático pues su poder reductor inhibe la síntesis de quinonas además de que pueden tener una acción inhibidora sobre la propia enzima. Ejercen una acción antimicrobiana definida sobre diversos hongos, levaduras y bacterias. Estos aditivos tienen una gran demanda en la industria vitivinícola, ya que ejercen diferentes acciones en el vino: Son blanqueadores y eliminan los colores café indeseables. Son agentes reductores y actúan como antioxidantes al reaccionar con el peróxido de hidrógeno y con los fenoles y aldehídos oxidados, transformándolos en compuestos menos activos. Tienen una función antimicrobiana contra levaduras indeseables y ciertas bacterias. Son diversas las denominaciones que pueden encontrarse en las etiquetas de los alimentos acerca de estos aditivos: dióxido de azufre, sulfito sódico, sulfito ácido de sodio, metabisulfito sódico, metabisulfito potásico, sulfito cálcico, sulfito ácido de calcio y sulfito ácido de potasio. También los sulfitos se encuentran de manera natural en alimentos que han sufrido un proceso de fermentación, como el vino y la cerveza, aunque las concentraciones en estos alimentos son muy bajas. Hay evidencias que asocian el consumo de alimentos que llevan sulfitos con reacciones corporales de tipo alérgico como enrojecimiento, picor de la piel y de la boca e, incluso, asma

69 En la lechuga, por ejemplo, el anhídrido sulfuroso se encuentra de forma libre y es un potente desencadenante del asma. Por ello, desde 1986, la Food and Drug Administration(FDA), se ha prohibido el uso de sulfitos en frutas y hortalizas cuando se vayan a consumir en fresco, excepto para las patatas frescas. En nuestro país no está permitida la adición de sulfitos en las carnes, pescados y mariscos, ricos en tiamina (vitamina B1), ya que la destruyen. Sí que está permitida la adición de sulfitos como aditivos conservantes en los siguientes alimentos: fruta desecada, productos de bollería y pastelería con frutas desecadas, gelatinas de frutas, mermeladas, frutas glaseadas, aderezos para ensalada, bebidas (zumos, vino y cervezas), sucedáneos de carne, pescado y crustáceos, salchichas y longanizas frescas, crustáceos frescos, congelados y ultracongelados (gambas y camarones), crustáceos y moluscos cocidos, y papas procesadas. Por último, se ha encontrado que los ácidos carboxílicos son inhibidores competitivos de la polifenoloxidasa por su gran semejanza estructural con los sustratos fenólicos Efectos sinérgicos La utilización de mezclas de varios agentes al mismo tiempo puede promover un mecanismo de acción sinérgica. Estos mecanismos de acción implican la penetración en el tejido y alteración del centro activo de la polifenoloxidasa, disminución del ph y la aparición de procesos competitivos entre inhibidores-enzima-sustratos. Se evaluaron la reducción de la luminosidad (DL*) en rodajas de manzana sumergidas 3 min en diferentes agentes antipardeantes solos o combinados durante 3h a 4ºC. Encontraron que el ácido oxálico es un potente inhibidor, que muestra una notable eficacia a concentraciones tan bajas como 0.05%. Al mismo tiempo, mostró un fuerte efecto sinérgico en concentraciones del 0.02% con 1% de ácido eritórbico, ácido ascórbico o ácido cítrico. Así, encontraron que la combinación de 4-Hexilresorcinol con ácido eritórbico y sorbato potásico, en concentraciones de 0.001, 0.5 y 0.05 M respectivamente, aplicadas a láminas de mango, prolongaba su vida útil en 7 días más con respecto al control, sin afectar su calidad sensorial. También existen 13, 21 combinaciones que pueden potenciar el pardeamiento. 64

70 Para preservar la firmeza y la turgencia característica de la materia fresca en frutas procesadas, es frecuente incluir sales de calcio como componente de las combinaciones utilizadas. Así, Buta et al., en 999 estudiaron la efectividad de diferentes sales de calcio en rodajas de manzana sumergidas en una mezcla base de agentes antipardeantes formada por 4- Hexilresorcinol M, ácido eritórbico 0.5 M y L-cisteína M. Los resultados mostraron que el uso de propionato cálcico incrementó significativamente el tiempo de vida útil de las rodajas de manzana, con respecto a los demás tipos de sales. Dicho incremento puede ser atribuido a una disminución de las rupturas fisiológicas en el tejido y a la fuerte efectividad de sales de propionato en la inhibición del crecimiento microbiano 2,9 La impartición de sabores extraños o la atenuación de los sabores característicos de la fruta por parte de agentes antipardeantes también ha sido objeto de estudio habitualmente, esto está ocasionado por el empleo de estos compuestos en elevadas concentraciones o por la falta de aplicación de sustancias que enmascaren o atenúen su sabor. Es necesario, por tanto, realizar estudios previos con un panel de catadores para conocer las posibilidades de uso comercial de las diferentes mezclas. Dong et al., en el 2000 aplicaron por inmersión durante 2 min, una mezcla de agentes antipardeantes con efecto sinérgico (4- Hexilresorcinol) 0.01%, AC 0.5%, lactato de calcio (LC) 1%) a rodajas de distintas variedades de pera analizando el contenido residual de 4 - Hexilresorcinol. Se observó una disminución de la concentración de éste a lo largo de 14 días de almacenamiento a 2 a 5ºC. Sin embargo, dicho descenso fue insuficiente, ya que los panelistas detectaron diferencias organolépticas entre las 17, 21 peras tratadas y el control Métodos enzimáticos Es posible utilizar la actividad desarrollada por ciertas enzimas, que se pueden aportar al sistema, con objeto de prevenir la actividad no deseada de otras enzimas presentes en el producto. Esta técnica ha sido aplicada con éxito en la inhibición del pardeamiento enzimático de varias formas. Sin embargo, hay que destacar que en todos los casos experimentados se ha señalado que la puesta en práctica de este procedimiento a nivel comercial tendría un coste demasiado elevado, no asumible por la industria alimentaria actual. 65

71 Por ejemplo, para la prevención del oscurecimiento de zumos de manzana se han utilizado dos enzimas distintas que provocan la modificación irreversible de los sustratos fenólicos. Así, la enzima o-metiltransferasa es capaz de transformar el ácido clorogénico y cafeico (principales sustratos de la polifenoloxidasa en manzana) en ácido ferúlico y en ácido feruloilquínico, que tienen propiedades inhibitorias respecto a la enzima. También para tratar zumo de manzana, se ha propuesto el empleo de una enzima bacteriana, conocida por (protocatechuate-3,4-dioxigenasa), que cataliza la apertura del anillo aromático y el orto-fisión de catecoles. La utilización de proteasas es otra opción para inhibir el pardeamiento de frutas y jarabes. Estas proteasas proceden, a veces, de extractos de frutas como en el caso de la ficina del higo, convirtiendo su empleo en una alternativa más natural que la adición de antipardeantes químicos. De este modo se ha mostrado que un 0.5% (p/v) de ficina durante 5 min es tan efectiva como el empleo de 1.25% (p/v) de sulfitos en lo que a evitar el oscurecimiento se refiere en frutas cortadas y gambas.sin embargo, otras proteasas ensayadas, como el tratamiento superficial con lisozima de clara de huevo sobre pera mínimamente procesada preparada en cubos, no logró aumentar la estabilidad del 17, 21 producto ni mantener el color. 66

72 12. ALTERNATIVS Desde hace tiempo se sabe que muchas sustancias naturales poseen propiedades antioxidantes. Este es el caso de los aminoácidos, del látex procedente del higo, de los productos de reacciones de Maillard o el zumo de piña y ruibarbo, o incluso ciertos microorganismos. En 1999 se comprobó que el zumo de ruibarbo al 20% mostró excelentes resultado antipardeantes en rodajas de manzana. Esto puede deberse a la elevada concentración de ácido oxálico del ruibarbo, característica que comparte este vegetal con las espinacas o la remolacha (Son et al., 2000). Los extractos de papaína también dieron magníficos resultados, al impedir la actividad de la polifenol oxidasa de endivia, champiñón y manzana. Mediante HPLC se demostró la existencia de cisteína y otra sustancia con propiedades antioxidantes, capaz de atrapar quinonas en los extractos de papaína. 20 La utilización de proteasas es otra opción para inhibir el pardeamiento de frutas y jarabes. Estas proteasas proceden, a veces, de extractos de frutas como en el caso de la ficina del higo, convirtiendo su empleo en una alternativa más natural que la adición de antipardeantes químicos. De este modo se ha mostrado que un 0.5% (p/v) de ficina durante 5 min es tan efectiva como el empleo de 1.25% (p/v) de sulfitos en lo que a evitar el oscurecimiento se refiere en frutas cortadas. Una alternativa viable para inhibir el oscurecimiento es el uso de sustancias naturales, como por ejemplo el ácido ascórbico y el jugo de piña cuyas propiedades de inhibición del oscurecimiento enzimático se han demostrado en frutos como la manzana (Lozano, 1993). El jugo de piña se ha comprobado que contiene sustancias azufradas que reaccionan con las o-quinonas producidas por la polifenoloxidasa y de esta manera inhibe la reacción enzimática. De acuerdo a los resultados obtenidos se observó que el jugo de piña es una buena alternativa para ser usado como agente inhibidor del oscurecimiento, ya que actúa de manera similar a los agentes químicos empleados normalmente para inhibir ésta reacción; además de no conferirles sabores extraños al producto y cambios de textura. Aunado a lo anterior, al ser una sustancia de origen natural existe una menor probabilidad de ocasionar algún daño al consumidor

73 Ciertas mieles provenientes de diferentes flores son capaces de dificultar la acción de la polifenol oxidasa de frutas y verduras, reduciendo de un 2 a un 45% su actividad. La miel contiene sustancias que se podían calificar de conservantes naturales como son los tocoferoles, ácido ascórbico, flavonoides, otros compuestos fenólicos, glucosa oxidasa y catalasa. Algunos de éstos deben su aptitud conservante a la actividad antioxidante que presentan. El contenido antioxidante de la miel varía con su origen y está estrechamente relacionado con su color. Así, la miel de soja resultó particularmente efectiva comparada con la de miel de trébol. Incluso se ha demostrado que la actividad polifenol oxidasa está inhibida por desconocidas moléculas entre 2 y 5 KDa provenientes de polvo de crisálida de mosca. Además se ha observado cierto poder inhibitorio sobre la polifenoloxidasa de microorganismos como Saccharomices Cerevisiae y Bacillus Cereus. 8 68

74 CMENTARIS En este trabajo se obtuvo información de la gran importancia la cual nos permite conocer los métodos de conservar los alimentos perecederos de importancia en nuestra dieta alimentaria y de su valor nutritivo el cual es afectado por factores enzimáticos. Cabe mencionar que existen muchos agentes que pueden destruir las peculiaridades sanas de los alimentos. Los microorganismos, las bacterias y hongos, que estropean los alimentos con rapidez. Las enzimas, que están presentes en todos los alimentos frescos, son sustancias catalizadoras que favorecen la degradación y los cambios químicos que afectan, en especial, la textura y el sabor. No hay ningún método de conservación que ofrezca protección frente a todos los riesgos posibles durante un periodo ilimitado de tiempo de los alimentos. Esto tiene implicaciones económicas evidentes, tanto para los fabricantes el deterioro de materias primas y productos elaborados antes de su comercialización, pérdida de la imagen de marca, etc. como para distribuidores y consumidores (deterioro de productos después de su adquisición y antes de su consumo). Se calcula que más del 20% de todos los alimentos producidos en el mundo se pierden por acción de reacciones enzimáticas, provocadas por la polifenoloxidasa. Por eso es de suma importancia conocer los métodos que existen para evitar la acción enzimática ya que esto nos ayuda a mantener en buen estado los alimentos y a expandir la vida de anaquel de los mismos. En general los alimentos son perecederos, por lo que necesitan ciertas condiciones de tratamiento, conservación y manipulación. Su principal causa de deterioro es el ataque por diferentes tipos de microorganismos y reacciones enzimaticas. 69

75 REFERENCIAS: 1.- Arlet Soraya Hernández Romero. Trabajo para obtener el titulo de Bióloga. Pontifica Universidad Javeriana. Facultad de Ciencias. Bogotá D.C. 27 de junio Buta, J. G.; Moline, H. E.; Spaulding, D. W.; Wand, C.Y. (1999) Extending storage life of fresh-cut apples using natural products and their derivatives. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 47(1): Boyer, R.F "Modern Experimental Biochemistry". 3rd Edition. Pearson Benjamin Cummings. USA Medicina y Salud. 4.- Badui Dergal Salvador. Química de los Alimentos. Primera edición,1981 editorial alhambra mexicana, s.a. Av., División del Norte 2412, México 13, DF. Claudio Cuello, 76, Madrid 1, España. Pág. Consultada; 60, 61, 62, 63, 65, 67, 224, 225, Casado Vela Juan, "Purificación y caracterización cinética de polifenol oxidasa de tomate" Polifenol xidasas. 6.- Calderon-Miranda, M. L.; Barbosa-Canovas, G. V.; Swanson, B. G. (1999) Transmission electron microscopy of Listeria innocua treated by pulsed electric fields and nisin in skimmed milk. International Journal of Food Microbiology, 51(1): División Académica de Ciencias Agropecuarias. UJAT. (GAGA) Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C. Carretera a La Victoria 0.6 km. C. P , Hermosillo, Sonora, México. Instituto de Tecnología de Alimentos-UNL, Argentina. (FUM) División Académica de Ciencias Básicas. UJAT Ensayo recibido: 9 de septiembre de 2006, aceptado: 22 de octubre de Ferrar, P. H.; Walker, J. R. L. (1999) Microorganisms as potential sources of novel diphenol oxidase inhibitors. Journal of Food Biochemistry, 23(1): Freese, E.; Sheu, C. W.; Galliers, E. (1973) Function of lipophilic acids as antimicrobial food additives. Nature, 241: Harel, E.; Mayer, A. M.; Lerner, H. R. (1979) Changes in the levels of catechol oxidase and laccase activity in developing peaches. Journal of the Science of Food and Agriculture, 21(10): J.B.S.Breverman.Introducción a la Bioquímica de los Alimentos. Nueva Edición por Z.BERK. Editorial El Manual Moderno, S.A de C.V. México, D-F- santa fé de Bogotá Pág., consultadas; 268, 271, 273, 274, 279, 283, , 286, Lee y Whitaker Modelo propuesto para la oxidación enzimática de o- difenoles y monofenoles. Enzymatic Browning and its Prevention. Trabajo elaborado por la Universidad de Alicante. pág. consultadas; 10, 11, 12, 13,15,

76 3.-Mayer, A. M.; Harel, E. (1979) Polyphenol oxidase in plants. Photochemistry, 26(11): Miguel Calvo.Bioquímica de los Alimentos. Conservantes 15.- Meza Velázquez Jorge Armando, Martha Lizeth Quintana Burciaga, Martín Meza Valdez. Aplicación de jugo de piña como agente inhibidor del oscurecimiento enzimático en rodajas de plátano deshidratadas. Facultad de Ciencia Químicas de la Universidad Juárez del Estado de Durango. 16.-Nicolas, J. J.; Richard-Forget, F. C.; Goupy, P. M.; Amiot, M. J.; Aubert, S. Y. (1994) Enzymatic browning reactions in apple and apple produc ts. Critical Revines in Food Science and Nutrition, 34(2): Pérez Cabrera Laura Eugenia. Trabajo de tesis doctoral. Valencia 2003 Universidad politécnica de valencia. Departamento de tecnología de alimentos. Instituto de ingeniería de alimentos para el desarrollo aplicación de métodos combinados para el control del desarrollo del pardeamiento enzimático en pera (variedad blanquilla) mínimamente procesada. Pág. Consultadas; 7,8,9,13,14,15,16,18,20,21,38,39,40,41,42,43,45,44,46,47,48,50,51,53,54, R.M. Salinas Hernández-G.A. Gonzales Aguilar-M.E.Pirovani-F lin Montejo Universidad y Ciencia, año 2007/vol.23.Universidad Juárez Autónoma de Tabasco. Modelación del deterioro de productos vegetales frescos cortados. 19.-Robards, K.; Prenzler, P. D.; Tucker, G.; Swatsitand, P.; Glover, G. (1999) Phenolic compounds and their role in oxidative processes in fruits. Food Chemistry, 66: Richard-Forget, F. C.; Cerny M. G., de Rigald D. P.; Fayad, El Dahouk N. N.; Varoquax P.J. (1998) Antibrowning efficiency of papaine extracts. 2nd International Electronic Conference on Synthetic rganic Chemistry ( Fecha de consulta: 30 de Marzo Song P.-S., Chichester C Kinetic behavior and mechanism of inhibitor in the Maillard reaction. iii. Kinetic behavior of the inhibition in the reaction between D- glucose and glycine. Journal Food Science 32: Sapers, G. M. Garzarella, L.; Pilizota, V. (1990) Application of browning inhibitors to cut apple and potato by vacuum and pressure infiltration. Journal of Food Science, 55(4): Sapers, G. M.; Cooke, P. H.; Heidel, A. E.; Martin, S. T.; Miller, R. L. (1997) Structural Changesrelated to texture of pre-peeled potatoes. Journal of Food Science, 62(4):

77 24.-Van Buren, J. P. (1986) Softening of cooked snap beans and other vegetables in relation to pectins and salts. En Chemistry and function of pectins ACS Symposium Series, 310: Verlinden, B. E.; Yuksel, D.; Baheri, M.; Baerdemaeker, J.; Dijk, C. (2000) Low temperature blanching effect on the changes in mechanical properties during subsequent cooking of three potato cultivars. International Journal of Food Science and Technology, 35(3): Wiley, R. C. (1994) Minimally processed refrigerated fruits and vegetables. Chapman & Hall. REFERENCIAS ELECTRÓNICAS y reacciones de pardeamiento no enzimatico.pdf _0001.pdf 72