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:[email protected]

Equipo de trabajo Integrantes PROBIEN

Daniela Salvatori (inv. CONICET- UNCO) Paula Sette (becaria posdoc CONICET) Lorena Franceschinis (UNCO) Silvia Maidana (UNCO) Mabel Vullioud (UNCO) Francisco Garrido (becario CONICET- UNCO) Colaboradores externos 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

consumo en fresco

Destino

fruta congelada Industria

Métodos de conservación alternativos

Distintas técnicas de deshidratación

Dulces, mermeladas jaleas, conservas, salsas, jugos concentrados, licores

Pérdida de factores organolépticos (color, textura, estructura, etc.)  Pérdida de valor nutricional 

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

beneficios

Pretratamientos     

Escaldado Acidificación Fortificación Infusión con solutos Congelación

Mayor conservación de factores organoléticos Color

flavour

textura

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 (1H 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 Origen  El Bolsón (Río Negro)  Alto Valle de Río Negro y Neuquén

Cherries Cerezas

moras

Berries arándanos

Var. Rainier

Var. Black Satin

frambuesas

Var. Napolitana

Var. Duke

Var. Autumm Bliss Var. Lapins

Posibles productos Frutas de larga vida útil

Frutas autoestables de alta humedad o de humedad intermedia

aw = 0,3

aw = 0,6-0.9

Polvos de jugos de frutas

Frutas de larga vida útil

Frutas autoestables de alta humedad o de humedad intermedia

Deshidratación de frutas enteras o en trozo

Se busca:  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

LIOFILIZACIÓN

El agua se elimina por evaporación

Alimento húmedo

El agua se elimina por sublimación y luego por desorción

Q (calor) Vapor de H2O

alimento congelado

PRODUCTOS DE ALTO VALOR AGREGADO

DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA SOLUCIÓN CONCENTRADA

AGUA SOLUTO(S)

capa seca

Alimento húmedo

Sustancias solubles (ac.orgánicos, sales minerales, vitaminas, pigmentos)

Operación unitaria

Frutas autoestables (hasta 50 % pérdida de agua)

capa congelada

frente de sublimación

Q (calor) Vapor de agua agua adsorbida en capa seca

Pretratamiento en procesos de deshidratación

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

aw ≤ 0.6

cerezas tipo “pasas”

Curvas de secado

Cerezas pretratadas Reducción del tiempo de secado

Contenido de antocianinas (Acy) (Método de pH diferencial)

50 %

 Luego del pretratamiento En las dos variedades Acy se incrementó de manera muy marcada. Medio ácido

copigmentación

Acy

 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) Secado por Aire (S)

Liofilización (L) • T= - 84ºC (placa condesadora) • P = 0,04 mbar • durante 48 h

aw = 0,3

• T = 60°C • % HR = 10% • durante 24 h

Pretratamientos Escaldado (E)

Infusión seca (IS) Control (C)

Vapor de agua en ebullición

• Sacarosa

• Preservadores: C6H7KO2 , NaHSO3 /Na2S2O5 Cerezas sin pretratamientos

Geometría

Mitades

Trozos

Polifenoles (PT) y actividad antirradicalaria (AAR) de cerezas deshidratadas 1/EC50 (100 g-1 m.s.)

10 SEM 8

FF

SCM

• En general a mayor fenólico mayor AAR.

6

contenido

LEM

4

SCT

SISM LCT LCM

LIST

2

LISM

SIST

0 100

300

500

700

Polifenoles (mg ác. gálico/100 g m.s.)

Polifenoles

Método de Folin-Ciocalteau

Actividad antirradicalaria

Método de decoloración del radical DPPH

900

• 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

b

Liofilizadas

300

a a

250 200

150

LCM

3000

100

LEM

2500

50

LISM

2000

0 0

2,5

1500 1000 500

 La aplicación de pretratamentos condujo a muestras más blandas

IS o Li

E Li o

C Li o

IS Se c

E Se c

Se c

C

0

Fuerza (gf)

Fmáx, gf

Fuerzas máximas durante ensayos de penetración

Fuerza (gf)

Propiedades mecánicas de cerezas con y sin pretratamiento (INSTRON)

Curvas de fuerza-distancia 350

5

7,5

10 12,5 15

distancia (cm)

2500

Secadas

c

2000

b a

1500

SCM SEM SISM

1000 500 0

0

2,5

5

7,5

10 12,5 15

distancia (cm)

Encogimiento (E), Capacidad de rehidratación (CR) e higroscopicidad (H)

Cinéticas de rehidratación a 25°C

Cerezas en mitades

Cerezas en trozo

mitades

ganancia de peso, % (gH2O/100g fruta deshidratada)

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

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

Fresca

Frambuesas secadas por corriente de aire

CS

CL

Frambuesas control

Frambuesas liofilizadas

(CL y CS): ingesta mucho mayor.  IS-AC S,secas IH L, () IH-AC L, IH-B L, IH-BAC L: el doble de polifenoles que Infusiones un vaso de vino. 350 CL = 1060±17 % PT (b.h.) Liofilización Secado convectivo

fg

d

bc

gh

ghi

bc

de

de

IS-B L

150

i

ef

200

115 mg PT

j hi

250

Compuestos bioactivos

IS-AC L

300

CS = 489±7 % PT (b.h.)

b

cd

a

a

100 50

Secado convectivo (S)

Liofilización (L)

IS-BAC L

IS L

IH-BAC L

IH-B L

IH-AC L

IH L

IS-BAC S

IS-B S

IS-AC S

IS S

IH-BAC S

IH-B S

IH-AC S

0 IH S

PT (mg ác. gálico/ 100g b.h.)

 Frambuesas sin pretratamiento Infusiones húmedas ()

Conclusiones 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

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 Rápida fresca rehidratación Mayor aceptabilidad sensorial Snacks

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 aw > 0,6

Frutas de alta humedad

Frutas de humedad intermedia

Jugos y purés de frutas

Frambuesas autoestables de alta humedad Frambuesas osmotizadas

IS

IS-B

IS-AC

IS-BAC

IH

IH-B

IH-AC

IH-BAC

Jarabes ricos en polifenoles

frambuesas

IS

IS-B

IS-AC

IS-BAC

IH

IH-B

IH-AC

IH-BAC

8 productos distintos  Buena retención de color ¿Cómo es posible la retención del color a pesar de la perdida de ACY en nuestras IS?

Estabilización e intensificación del color por la presencia de antocianinas copigmentadas (por asociación intermolecular con otros componentes)

PT (%, b.h.)

200

Infusión húmeda Ref. = 236 ± 2 mg./100 g b.h.

Infusión seca

Infusión húmeda

Infusión seca

Infusión húmeda

Infusión seca

JARABES

160

Compuestos bioactivos

120 80 40 0

40

ACY (%, b.h.)

35 30 25

Ref. = 81,28 ± 5,09 mg./100 g b.h

Infusión húmeda

Infusión seca

JARABES

20 15 10 5 0

115 mg PT

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

 Condiciones del secado o Alta temperatura  Características del

producto o Alta cantidad de azúcares de bajo PM o ácidos orgánicos. o Baja temperatura de transición vítrea (Tg)

Consecuencias de la pegajosidad en el secado

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 • Aumentan tg del jugo • matrices poliméricas encapsulantes Maltodextrinas y trehalosa

(polisacáridos , proteínas, gomas) Jugos

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)

SMD

maltodextrina/trehalosa (STMD)

Propiedades físicas: Isotermas de sorción de agua a 20 °C y temperaturas de transición vítrea (Tg) 60

L T M D -T g

25

a

20

LM D LT M D

T g, ºC

40

15

20

10

0

5

L io f iliz a c ió n -2 0

0 0

20

40

60

b

T g, ºC

SMD SMD-Tg

40

15

STMD

10

STMD-Tg

20

20

5

0

Secado spray 0

20

40

HR, %

60

0

Contenido de agua, % (b.s.)

HR, %

60

C o n t e n id o d e a g u a , % ( b .s .)

L M D -T g



Los polvos obtenidos por secado-spray presentaron las mejores propiedades físicas: ◦ mayor Tg ◦ menor contenido de agua (a la misma HR)

Mayor rango de HR y temperatura para el almacenamiento que las formulaciones liofilizadas

700

Polifenoles, ppm ác. Gálico/100g polvo Antocianinas, mg cyd-3glu/100g polvo Act. Antiradicalaria, %

600 500 400 300 200

100 0 L-MD

L-TMD

Liofilizado 



S-MD

S-TMD

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: [email protected]