BIOECONOMÍA 2015 NUEVOS PROCESOS Y PRODUCTOS A PARTIR DE FRUTAS FINAS PATAGÓNICAS / NEW PROCESSES AND PRODUCTS BASED ON BERRIES AND CHERRIES FROM PATAGONIA DRA. DANIELA SALVATORI PROBIEN - Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos, Biotecnología y Energías Alternativas Universidad Nacional del Comahue Facultad de Ingeniería Buenos Aires 1400 Neuquén E-mail:daniela.salvatori@probien.gob.ar
Integrantes PROBIEN Silvia Maidana (UNCO) Mabel Vullioud (UNCO) Colaboradores externos Equipo de trabajo Daniela Salvatori (inv. CONICET- UNCO) Paula Sette (becaria posdoc CONICET) Lorena Franceschinis (UNCO) Francisco Garrido (becario CONICET- UNCO) Carolina Schebor (inv. CONICET, UBA) Graciela Leiva (UBA) Natalia Sosa (inv. CONICET, UBA)
Área: Conservación de frutas y hortalizas Líneas de investigación - Procesamiento mínimo - Deshidratación (secado convectivo, liofilización, deshidratación osmótica, secado por aspersión). - Enriquecimiento de matrices vegetales con compuestos bioactivos (polifenoles, minerales, vitaminas) - Evaluación de calidad (propiedades mecánicas, fisicoquímicas y sensoriales) - Estabilidad de productos vegetales
Objetivo general Reportar algunos resultados y avances de proyectos en lo que se refiere a diferentes aspectos tecnológicos involucrados en el desarrollo de productos utilizando frutas finas como matrices vegetales : CONICET (PIP 0224) ANPCyT (PICT-2010-0072) UNCO (04/L003) MINCYT (PFIP NEU 011 - RN 013) UBA (UBACyT X613) Frutas enteras o en trozo (deshidratadas y mínimamente procesadas) Jugos de fruta en polvo
Polifenoles y antocianinas: Reducción de riesgo coronario y ataques cardíacos Reducción de accidentes cerebrovasculares Reducción de diabetes Mejora de agudeza visual Actividad anticancerígena
antocianinas Inestables Factores: T, [O2], ph, enzimas degradativas T
Berries y Cherries Métodos de conservación alternativos Destino consumo en fresco fruta congelada Industria Dulces, mermeladas jaleas, conservas, salsas, jugos concentrados, licores Pérdida de factores organolépticos (color, textura, estructura, etc.) Pérdida de valor nutricional Distintas técnicas de deshidratación Pretratamientos
Reacciones de deterioro durante el secado de frutas finas Cambios sensoriales indeseables y, en muchos casos, pérdidas en el valor nutritivo de la fruta Cambios en las propiedades mecánicas (textura) Pérdida del color rojo característico por reacciones de: Pardeamiento enzimático Pardeamiento no enzimático Degradación de pigmentos Cereza fresca Cerezas durante el secado t = 5-10 min t = 5 h t = 10 h
OPTIMIZACIÓN DE TECNOLOGÍAS TRADICIONALES DISEÑO DE NUEVAS TECNOLOGÍAS Procesos Distintas técnicas de deshidratación Secado convectivo Liofilización Deshidratación osmótica Impregnación a vacío secado spray Pretratamientos Escaldado Acidificación Fortificación Infusión con solutos Congelación beneficios Mayor conservación de factores organoléticos textura Color flavour Valor nutricional
Cinética de deshidratación y rehidratación del producto Secaderos y liofilizador Equipo de Deshidratación osmótica Propiedades físicas Isotermas de sorción de agua (contenido de agua determinado mediante un titulador Karl Fischer) Actividad de agua Transiciones térmicas (DSC) Movilidad molecular ( 1 H RMN) Color superficial (fotocolorímetro) Estructura de tejidos y morfología de partículas (SEM, TEM, MO) Textura (INSTRON) Cambios de volumen y de forma Higroscopicidad Solubilidad Propiedades químicas y funcionales Contenido de antocianinas monoméricas y polimerizadas Contenido de polifenoles totales Contenido de pigmentos pardos Actividad antioxidante (método ABTS +, DPPH, FRAP) Contenido de azúcares Análisis sensorial
Materias primas Frutas finas Cerezas Cherries Origen El Bolsón (Río Negro) Alto Valle de Río Negro y Neuquén moras Berries arándanos Var. Rainier Var. Black Satin Var. Napolitana frambuesas Var. Duke Var. Autumm Bliss Var. Lapins
Posibles productos Frutas de larga vida útil a w = 0,3 Frutas autoestables de alta humedad o de humedad intermedia a w = 0,6-0.9 Polvos de jugos de frutas
Frutas de larga vida útil Frutas autoestables de alta humedad o de humedad intermedia Se busca: Deshidratación de frutas enteras o en trozo Diseño de nuevos productos de mayor calidad y atractivo Desarrollo de tecnologías alternativas a las tradicionales para la conservación de frutas finas Diversificación y diferenciación productos de base frutícola. Aprovechar remanentes de cosecha
Técnicas de deshidratación SECADO El agua se elimina por evaporación LIOFILIZACIÓN El agua se elimina por sublimación y luego por desorción Alimento húmedo DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA SOLUCIÓN CONCENTRADA AGUA SOLUTO(S) Sustancias solubles (ac.orgánicos, sales minerales, vitaminas, pigmentos) Operación unitaria Frutas autoestables (hasta 50 % pérdida de agua) Q (calor) Vapor de H 2 O Alimento húmedo Pretratamiento en procesos de deshidratación alimento congelado capa seca capa congelada PRODUCTOS DE ALTO VALOR AGREGADO frente de sublimación Q (calor) Vapor de agua agua adsorbida en capa seca
Frutas finas deshidratadas
Productos de cereza Cerezas pasas (aw = 0,6) Cerezas deshidratadas (aw = 0,3)
Cerezas tipo pasas Influencia del secado sobre el color y los pigmentos antociánicos de dos variedades de cereza var. Napolitana Var. Rainier
var. Napolitana Var. Rainier FRESCA aw = 0.96 T secado sin pretratamiento (T aire = 70 C, vel. aire 4m/s, HR = 10 %) VLC secado con pretratamiento Secado: T aire = 70 C, vel. aire 4m/s y HR = 10 %) Escaldado en vapor e inmersión en solución ácida salina a w 0.6 cerezas tipo pasas
Acy Curvas de secado Cerezas pretratadas Reducción del tiempo de secado 50 % Contenido de antocianinas (Acy) (Método de ph diferencial) Luego del pretratamiento En las dos variedades Acy se incrementó de manera muy marcada. Medio ácido copigmentación Luego del secado Reducción 74 % ambas var. Var. Napolitana valores superiores que el control
Cereza var. Napolitana (T) (VLC) El pretratamiento permitió una mayor preservación del color y la textura luego del secado en cerezas de ambas variedades.
Cerezas deshidratadas Influencia de distintos métodos de deshidratación en cereza (var. Lapins) Liofilización (L) T= - 84ºC (placa condesadora) P = 0,04 mbar durante 48 h a w = 0,3 Secado por Aire (S) T = 60 C % HR = 10% durante 24 h Pretratamientos Escaldado (E) Infusión seca (IS) Control (C) Vapor de agua en ebullición Sacarosa Preservadores: C 6 H 7 KO 2, NaHSO 3 /Na 2 S 2 O 5 Cerezas sin pretratamientos Mitades Geometría Trozos
1/EC50 (100 g-1 m.s.) Polifenoles (PT) y actividad antirradicalaria (AAR) de cerezas deshidratadas 10 8 6 4 2 0 LISM LIST SISM SIST FF LCT LCM SCM LEM SCT SEM 100 300 500 700 900 Polifenoles (mg ác. gálico/100 g m.s.) Polifenoles Método de Folin-Ciocalteau En general a mayor contenido fenólico mayor AAR. SCM y SEM potenciamiento de AAR (El tto térmico durante escaldado y secado liberan polifenoles ligados y compuestos de Maillard). Muestras con IS < PT y < AAR Actividad antirradicalaria Método de decoloración del radical DPPH
Fuerza (gf) Fuerza (gf) Propiedades mecánicas de cerezas con y sin pretratamiento (INSTRON) Fuerzas máximas durante ensayos de penetración F máx, gf 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Sec C Sec E Sec IS Lio C Lio E La aplicación de pretratamentos condujo a muestras más blandas Lio IS 350 300 250 200 150 100 50 0 2500 2000 1500 1000 500 0 Curvas de fuerza-distancia b a a Liofilizadas LCM LEM LISM 0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 distancia (cm) c b a Secadas SCM SEM SISM 0 2,5 5 7,5 10 12,5 15 distancia (cm)
ganancia de peso, % (gh2o/100g fruta deshidratada) Encogimiento (E), Capacidad de rehidratación (CR) e higroscopicidad (H) Cinéticas de rehidratación a 25 C E: picnometría líquida (Vd/Vf) H: Exposición a atmósfera de 75 % de HR a 25 C hasta el equilibrio CR: inmersión en agua destilada a 25 C Cerezas en mitades mitades Cerezas en trozo trozos
Frutas deshidratadas de cereza Las frutas deshidratadas en base a cereza obtenidas podrán ser consumidas directamente como snacks o utilizadas en la elaboración de otros productos (mix de cereales o barritas)
Frambuesas deshidratadas Secado convectivo liofilización Frutas frescas/congeladas aw = 0.99 Proceso de infusión Aw = 0.93 Frutas deshidratadas Aw = 0.3
Estabilización del color rojo Frambuesas secadas por corriente de aire CS Fresca CL Frambuesas control Frambuesas liofilizadas
IH S IH-AC S IH-B S IH-BAC S IS S IS-AC S IS-B S IS-BAC S IH L IH-AC L IH-B L IH-BAC L IS L IS-AC L IS-B L IS-BAC L PT (mg ác. gálico/ 100g b.h.) Infusiones Frambuesas húmedas sin pretratamiento ( ) (CL y CS): ingesta mucho mayor. Infusiones IS-AC S, secas IH L, ( ) IH-AC L, IH-B L, IH-BAC L: el doble de polifenoles que un vaso de vino. 350 Secado convectivo CL = 1060±17 Liofilización % PT (b.h.) 300 250 200 CS = 489±7 % PT (b.h.) d ef bc hi bc fg ghi i gh j b de Compuestos bioactivos de 115 mg PT cd 150 100 a a 50 0 Secado convectivo (S) Liofilización (L)
1. Se obtuvieron PRODUCTOS DESHIDRATADOS en base a cerezas y frambuesas Apariencia general agradable (forma y color) Textura similar a la de otras frutas deshidratadas En el mercado argentino no se encuentran disponibles productos a partir de frambuesas y cerezas de las características de los generados en este trabajo. 2. En frutas deshidratadas sin la aplicación de pretratamientos CS y CL Conclusiones Mostraron la máxima retención de compuestos bioactivos Registraron la menor aceptabilidad sensorial La aplicación de los tratamientos de ósmosis se presenta como una alternativa interesante para el desarrollo de productos a partir de frutas finas que tengan características sensoriales de buena aceptación
3. Posibles aplicaciones de los productos obtenidos. Ingredientes en un mix de cereales, topping de yogurts Baja capacidad de rehidratación Producto más similar a la fruta fresca Rápida rehidratación Snacks Mayor aceptabilidad sensorial Frutas pretratadas CL IS L e IS S Si bien las frutas pretratadas poseen un alto contenido de azúcares, el aporte de compuestos bioactivos es interesante como para considerar estos productos como una buena alternativa al consumo de golosinas o de snacks de elevado valor calórico (papas fritas, galletitas, etc)
Frutas mínimamente procesadas
FRUTAS MÍNIMAMENTE PROCESADAS - Aplicación de tecnologías combinadas de conservación Uso de factores tradicionales (aw, ph, T, aditivos antimicrobianos, mejoradores de la textura, color, etc) y factores emergentes (luz ultravioleta, microondas, vacío, etc.) Productos a w > 0,6 Frutas de alta humedad Frutas de humedad intermedia Jugos y purés de frutas
Frambuesas autoestables de alta humedad Frambuesas osmotizadas Jarabes ricos en polifenoles IS IS-B IS-AC IS-BAC IH IH-B IH-AC IH-BAC
frambuesas 8 productos distintos Buena retención de color IS IS-B Cómo es posible la retención del color a pesar de la perdida de ACY en nuestras IS? IS-AC IS-BAC IH IH-AC IH-B IH-BAC Estabilización e intensificación del color por la presencia de antocianinas copigmentadas (por asociación intermolecular con otros componentes)
ACY (%, b.h.) PT (%, b.h.) 200 160 Infusión húmeda Ref. = 236 ± 2 mg./100 g b.h. Infusión seca Infusión húmeda JARABES Infusión seca Compuestos bioactivos 120 80 40 0 40 35 30 25 Infusión húmeda Ref. = 81,28 ± 5,09 mg./100 g b.h Infusión seca Infusión húmeda JARABES Infusión seca 20 15 10 5 115 mg PT 0
IH IH-B IS IS-B IH-AC IH-BAC IS-AC IS-BAC Se logran frutas estables con alta retención del color y forma que son los principales atractivos de esta fruta. La técnica de infusión con azúcares permitió obtener productos de humedad intermedia en base a frambuesas muy similares a algunos productos comerciales como frutas enlatadas o en conserva, pero de mejor calidad en términos de color, de compuestos bioactivos y de características de frescura El enriquecimiento de todos los jarabes obtenidos a partir de los procesos de infusión en polifenoles y antocianinas así como su potencial osmótico remanente permitiría la reutilización de los mismos, no sólo como soluciones osmóticas en procesos posteriores, sino también como ingredientes naturales para adicionar valor en términos de color y compuestos bioactivos.
Aplicaciones Frutas de alta humedad autoestables a temperatura ambiente o en refrigeración conservas de frutos cortados productos intermedios para la elaboración de otros productos Jarabes como fuente de pigmentos naturales
Polvos de jugos de fruta
Jugos de berries en polvo obtenidos mediante distintas técnicas de deshidratación Secado spray Liofilización
Principales factores que causan pegajosidad Consecuencias de la pegajosidad en el secado Condiciones del secado o Alta temperatura Características del producto o o Alta cantidad de azúcares de bajo PM o ácidos orgánicos. Baja temperatura de transición vítrea (T g ) o Pegado del producto sobre la pared del secador o Problemas operativos o Pérdidas jugos de frutas, miel, melazas, sueros, azúcares puros, alimentos ácidos etc.)
Encapsulación de compuestos bioactivos Matrices sólidas protectoras (polisacáridos, proteínas, gomas) Jugos Maltodextrinas y trehalosa Aumentan tg del jugo matrices poliméricas encapsulantes Jugos de mora ricos en polifenoles y antocianinas de alta capac. antioxidante fuente de pigmentos naturales Aplicaciones fuente de aroma y sabor natural Colorantes naturales Ingrediente funcional
Morfología de partículas mediante SEM Maltodextrina (SMD) maltodextrina/trehalosa (STMD) SMD
T g, ºC T g, º C C o n t e n id o d e a g u a, % (b.s.) Contenido de agua, % (b.s.) Propiedades físicas: Isotermas de sorción de agua a 20 C y temperaturas de transición vítrea (T g ) 60 40 20 0-2 0 L io f iliz a c ió n L M D -T g L T M D -T g L M D L T M D 0 0 20 40 60 a 25 20 15 10 5 Los polvos obtenidos por secado-spray presentaron las mejores propiedades físicas: mayor T g menor contenido de agua (a la misma HR) 60 40 20 0 H R, % SMD SMD-Tg STMD STMD-Tg 0 0 20 40 60 HR, % b Secado spray 20 15 10 5 Mayor rango de HR y temperatura para el almacenamiento que las formulaciones liofilizadas
700 600 500 400 Polifenoles, ppm ác. Gálico/100g polvo Antocianinas, mg cyd-3- glu/100g polvo Act. Antiradicalaria, % 300 200 100 0 L-MD L-TMD S-MD S-TMD Liofilizado Secado spray Los polvos liofilizados presentaron la mayor retención de compuestos bioactivos. El agregado de trehalosa disminuyó la retención de compuestos bioactivos.
Fuente de pigmentos naturales Aplicaciones Fuente de aroma y sabor natural Colorante natural Ingrediente funcional Se obtuvieron productos en polvo con distintas propiedades que podrían ser utilizadas como colorantes naturales en alimentos que no requieran procesamiento térmico (yogures, helados, etc.) o como ingredientes para el desarrollo de productos funcionales
BIOECONOMÍA 2015 Muchas gracias por vuestra atención... Dra. Daniela Salvatori Universidad Nacional del Comahue Facultad de Ingeniería Buenos Aires 1400 Neuquén E-mail: daniela.salvatori@probien.gob.ar