obtención de zumos y frutos cortados con alto potencial antioxidante mediante tratamientos no ...

367 Pages·2009·2.83 MB·Spanish

UNIVERSITAT DE LLEIDA
Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Agrària

OBTENCIÓN DE ZUMOS Y FRUTOS
CORTADOS CON ALTO POTENCIAL
ANTIOXIDANTE MEDIANTE TRATAMIENTOS
NO TÉRMICOS
Memoria presentada para optar al grado de Doctor
Isabel Odriozola Serrano

Dirigida por:
Dra. Olga Martín Belloso
Dr. Vicente Gimeno Añó
Lleida, Enero de 2009
El éxito no se logra sólo con cualidades
especiales, es sobre todo un trabajo de
constancia, de método y de organización

J. P. Sergent
El presente trabajo se ha realizado en el
laboratorio de Noves Tecnologies de
Processat d’Aliments del Departamentde
Tecnología D’Aliments de la Universitat
de Lleida. Para su realización se ha
contado con el apoyo del Departament
d’Universitats, Recerca i Societat de la
Informació de la Generalitat de Catalunya
i el Fons Social Europeu.
RESUMEN

La producción y consumo de frutas y verduras mínimamente procesadas se ha
incrementado en los últimos años debido a la demanda, por parte del consumidor, de alimentos
naturales, de apariencia y valor nutricional semejante a los productos frescos, y listos para su
consumo. Dentro de este contexto, el empleo de pulsos eléctricos de alta intensidad de campo
(PEAIC) permite contrarrestar los efectos negativos producidos por el procesado térmico. Por
otra parte, las atmósferas modificadas surgen con la finalidad de alargar significativamente la
vida útil de los productos frescos cortados. Por tanto, el objetivo principal de esta investigación
fue establecer las condiciones de procesado no térmico (pulsos eléctricos de alta intensidad de
campo o cortado/envasado en atmósfera modificada) para obtener zumos y frutos cortados
(tomate y fresa) con alto potencial antioxidante.
En el caso de zumos tratados mediante PEAIC, en primer lugar, se determinaron las
condiciones óptimas de tratamiento por PEAIC en función de la frecuencia, anchura de pulso y
polaridad para obtener zumos con alto potencial antioxidante. Seguidamente, se llevó a cabo un
estudio cinético de los cambios en las propiedades antioxidantes de los zumos tratados por
PEAIC a distintas intensidades de campo eléctrico. Paralelamente, se realizó un estudio
comparativo de la evolución del contenido en compuestos bioactivos de los zumos
pasteurización por PEAIC o por calor a lo largo de la vida útil. Tratamientos llevados a cabo
con pulsos bipolares de 1 µs a 250 Hz (tomate) y 232 Hz (fresa) dieron lugar a máximas
retenciones de vitamina C (90%-98% retención) y capacidad antioxidante (89%-100%
retención) en ambos zumos, así como licopeno (132% retención) en zumo de tomate y
antocianinas (102% retención) en zumo de fresa. Se obtuvieron modelos matemáticos
secundarios que relacionaron la variación del potencial antioxidante en zumos de tomate y
fresa con la intensidad de campo y tiempo de tratamiento (R2 = 0,874-0,976). La
pasteurización por PEAIC de zumo de tomate (35 kV/cm 1500 μs; con pulsos bipolares de 4 μs
a 100 Hz) no solo aumentó el contenido en licopeno, β-caroteno y fitoflueno de los zumos
comparado con el zumo fresco, sino que también conllevó menores perdidas de vitamina C que
el tratamiento por calor. Los zumos de tomate pasteurizados por PEAIC mantuvieron mayores
cantidades de carotenos (licopeno, neurosporeno y γ-carotenos), quercitina, vitamina A y C
durante el almacenamiento que los tratados térmicamente. Por otra parte, la pasteurización
mediante PEAIC (35 kV/cm 1700 μs; con pulsos bipolares de 4 μs a 100 Hz) afectó en menor
proporción a los compuestos bioactivos (vitamina C, ácido elágico y antocianinas) presentes en
el zumo de fresa que el tratamiento térmico. Del mismo modo, los zumos de fresa
pasteurizados por PEAIC mostraron mayores niveles de antocianinas, ácido elágico y ácido p-
cumárico que los procesados térmicamente durante el almacenamiento.
Por lo que respecta a frutos cortados, en primer lugar, se determinó la influencia de la
variedad en las propiedades antioxidantes de tomates frescos cortados durante el
almacenamiento. Seguidamente, se llevo a cabo el estudio del efecto de distintas temperaturas
de conservación, así como de atmósferas de envasado en el potencial antioxidante de tomate y
fresa frescos cortados. La variedad determinó significativamente el contenido en compuestos
bioactivos de los tomates. El almacenamiento a 5 ºC de tomate y fresa frescos cortados
contribuyó al mantenimiento del potencial antioxidante de estos productos. En fresa fresca
cortada, los cambios en el contenido en vitamina C y antocianinas, así como la variación de la
capacidad antioxidante a lo largo del tiempo de almacenamiento a distintas temperaturas se
predijo bien mediante el modelo de Weibull (R2 = 0,80-0,99). Las constantes cinéticas
obtenidas mediante este modelo se relacionaron adecuadamente con la temperatura de
conservación a través de la ecuación de Arrhenius (E = 33,3-119,7 kJ/mol). La aplicación de
a
atmósferas pobres en oxígeno fue más adecuada para prevenir la pérdida de los principales
compuestos bioactivos presentes en tomate y fresa frescos cortados que las atmósferas con alta
concentración de oxígeno.
Por tanto, se puede concluir que los pulsos eléctricos de alta intensidad de campo y el
cortado/envasado en atmósfera modificada pueden ser buenas alternativas a los tratamientos
tradicionales; ya que con estas técnicas se pueden obtener zumos y frutos cortados con alto
potencial antioxidante durante un mayor tiempo.
RESUM

La producció i consum de fruites i verdures mínimament processades s’ha incrementat en el
últims anys degut a la demanada, per part dels consumidors, d’aliments naturals, d’aparença i
valor nutricional semblants als productes frescos, i que estiguin llestos per ser consumits. Dins
d’aquest context, la utilització de polsos elèctrics d’alta intensitat de camp (PEAIC) permet
contrarrestar els efectes negatius produïts pel processat tèrmic. Per una altra banda, les
atmosferes modificades sorgeixen amb la finalitat d’allargar significativament la vida útil dels
productes frescos tallats. Per tant, l’objectiu principal d’aquesta investigació fou establir les
condicions de processat no tèrmic (polsos elèctrics d’alta intensitat de camp o tallat/envasat en
atmosfera modificada) per obtenir sucs i fruits tallats (tomàquet i maduixa) amb alt potencial
antioxidant.
En el cas de sucs tractats mitjançant PEAIC, en primer lloc, es van determinar les
condicions òptimes de tractament per PEAIC en funció de la freqüència, amplada de pols i
polaritat per obtenir suc amb alt potencial antioxidant. Seguidament, es va portar a terme un
estudi cinètic dels canvis en les propietats antioxidants dels sucs tractats per PEAIC a diferents
intensitats de camp elèctric. Paral·lelament, es va realitzar un estudi comparatiu de l’evolució
del contingut en compostos bioactius dels sucs pasteuritzats per PEAIC o per calor durant la
vida útil. Tractaments portats a terme amb polsos bipolars de 1 µs a 250 Hz (tomàquet) i 232
Hz (maduixa) van donar lloc a màximes retencions de vitamina C (90%-98% retenció) i
capacitat antioxidant (89%-100% retenció) en ambdós sucs, així com de licopé (132%
retenció) en el suc de tomàquet i antocianines (102% retenció) en el suc de maduixa. Es van
obtenir models matemàtics secundaris que van relacionar la variació del potencial antioxidant
en sucs de tomàquet i maduixa amb la intensitat de camp i temps de tractament (R2 = 0,874-
0,976). La pasteurització per PEAIC de suc de tomàquet (35 kV/cm 1500 μs; amb polsos
bipolars de 4 μs a 100 Hz) no només va augmentar el contingut en licopé, β-caroté y fitoflué
dels sucs en relació al suc fresc, sinó que també va comportar menors pèrdues de vitamina C
que el tractament per calor. Els sucs de tomàquet pasteuritzats per PEAIC van mantenir majors
quantitats de carotens (licopé, neurosporé i γ-caroté), quercitina, vitamina A y C durant
l’emmagatzematge que els tractats tèrmicament. Per un altra banda, la pasteurització
mitjançant PEAIC (35 kV/cm 1700 μs; amb polsos bipolars de 4 μs a 100 Hz) va afectar en
menor proporció que el tractament tèrmic als compostos bioactius (vitamina C, àcid elàgic i
antocianines) presents al suc de maduixa. De la mateixa manera, els sucs de maduixa
pasteuritzats per PEAIC van mostrar majors nivells d’antocianines, àcid elàgic i àcid p-cumàric
que els processats tèrmicament durant l’emmagatzematge.
Pel que respecta als fruits tallats, en primer lloc, es va determinar la influencia de la varietat
en les propietats antioxidants de tomàquets frescos tallats durant l’emmagatzematge.
Seguidament, es va portar a terme l’estudi de l’efecte de diferents temperatures de conservació,
així com d’atmosferes d’envasat en el potencial antioxidant de tomàquet i maduixa frescos
tallats. La varietat va determinar significativament el contingut en compostos bioactius dels
tomàquets. L’emmagatzematge a 5 ºC de tomàquet i maduixa frescos tallats va contribuir al
manteniment del potencial antioxidant d’aquests productes. En maduixa fresca tallada, els
canvis en el contingut en vitamina C i antocianines, així com la variació de la capacitat
antioxidant durant el temps de conservació a diferents temperatures es va predir adequadament
mitjançant el model de Weibull (R2 = 0,80-0,99). Les constants cinètiques obtingudes
mitjançant aquest model es van relacionar adequadament amb la temperatura de conservació
mitjançant la equació de Arrhenius (E = 33,3-119,7 kJ/mol). L’aplicació d’atmosferes pobres
a
d’oxigen va ser més adient per prevenir la pèrdua dels principals compostos bioactius presents
als tomàquets i maduixes frecs tallats que les atmosferes amb alta concentració d’oxigen.
Per tant, es pot concloure que els polsos elèctrics d’alta intensitat de camp i el tallat/envasat
en atmosfera modificada poden ser bones alternatives als tractaments tradicionals; ja que amb
aquestes tècniques es poden obtenir sucs i fruits tallats amb alt potencial antioxidant durant
més temps.
ABSTRACT

The increase in popularity of minimally processed fruits and vegetables meets consumer’s
demands for healthy, nutritious and ready-to-eat food products, with a fresh-like appearance. In
this way, the application of high intensity pulsed electric fields (HIPEF) is being investigated
to avoid the negative effects of heat pasteurization. On the other hand, modified atmosphere
packaging appears to extend the shelf-life of fresh-cut products. Therefore, the main objective
of this work was to establish the non-thermal conditions (high intensity pulsed electric fields or
cutting/packaging under modified atmosphere) in order to obtain juices and fresh-cut fruits
(tomato and strawberry) with high antioxidant potential.
In the case of juices treated by HIPEF, firstly, the HIPEF optimal conditions in terms of
pulse frequency, pulse width and polarity mode were determined in order to obtain juices with
high antioxidant potential. Then, a kinetic study was carried out to relate the changes in the
juices antioxidant properties to electric field strength. Parallely, a comparative study on the
content of bioactive compounds in juices pasteurized by HIPEF or heat treatment through the
shelf-life was conducted. Maximal vitamin C (90-98% retention) and antioxidant capacity
(89%-100% retention) in both juices, as well as, lycopene (132% retention) in tomato juice and
anthocyanins (102% retention) in strawberry juice were attained with HIPEF treatments carried
out with bipolar pulses of 1-µs at 250 Hz (tomato) and 232 Hz (strawberry). Secondary
mathematical models were obtained to relate the variation of the antioxidant potential in
tomato and strawberry juices with the electric field strength and treatment time applied (R2 =
0.874-0.976). HIPEF pasteurization (35 kV/cm 1500 μs; with bipolar pulses of 4 μs at 100 Hz)
led to tomato juices not only with higher content of lycopene, β-carotene and phytofluene than
fresh juices, but also with lower losses in vitamin C concentration than those thermally treated.
HIPEF-treated tomato juices maintained greater carotene concentrations (lycopene,
neurosporene and γ-carotene), quercetin, vitamin A and C throughout cold storage than heat-
treated juices. On the other hand, HIPEF processing (35 kV/cm 1700 μs; with bipolar pulses of
4 μs at 100 Hz) had lower influence on the content of health-related compounds (vitamin C,
ellagic acid and anthocyanins) of strawberry juice than thermal pasteurization. In this way,
strawberry juices pasteurized by HIPEF exhibited greater levels of anthocyanins, ellagic acid
and p-coumaric acid compared to those treated by heat.
Regarding fresh-cut products, firstly, the influence of tomato cultivar in the evolution of its
health-related compounds through the storage time was evaluated. Then, the effect of different
storage temperatures and initial packaging atmospheres on the antioxidant potential of fresh-
cut tomato and strawberry was determined. Health-related compounds varied greatly among
tomato cultivar. A storage temperature of 5 ºC was adequate for maintaining health-related
compounds of tomato and strawberry juice through the storage. The model based on Weibull
distribution function was adequate (R2 = 0.800-0.99) for describing changes over time in the
content of vitamin C, anthocynins as well as antioxidant capacity of fresh-cut strawberries
stored at different temperatures. Dependence of the rate constant of the Weibull model were
adequately related to storage temperature throughout the Arrhenius relationship (E = 33.3-
a
119.7 kJ/mol). Low oxygen atmospheres are more effective than superatmospheric oxygen
atmospheres or air in maintaining the main health-related compounds of fresh-cut tomato and
strawberry.
Therefore, it can be concluded that high intensity pulsed electric fields and
cutting/packaging can be an alternative to traditional treatments to obtain juices and fresh-cut
fruits with high antioxidant potential for longer periods.
ÍNDICE
o INTRODUCCIÓN……………………………………………. 1
o OBJETIVOS………………………………………………….. 35
o MATERIAL Y MÉTODOS…………………………………. 39
o PUBLICACIONES
Capítulo I…………………………………………………........ 55
Lycopene, vitamin C and antioxidant capacity of tomato juice as
affected by high-intensity pulsed electric fields critical
parameters.
I. Odriozola-Serrano, I. Aguió-Aguayo, R. Soliva-Fortuny,
V. Gimeno-Añó, O. Martín-Belloso.
Journal of Agricultural and Food Chemistry (2007), 55, 9036-9042
Capítulo II……………………………………………………... 73
Modeling changes in health-related compounds of tomato juice
treated by high-intensity pulsed electric fields.
I. Odriozola-Serrano, R. Soliva-Fortuny, V. Gimeno-Añó,
O. Martín-Belloso.
Journal of Food Engineering (2008), 89, 210-216
Capítulo III……………………………………………………. 93
Changes of health-related compounds throughout cold storage of
tomato juice stabilized by thermal or high intensity pulsed
electric field treatments.
I. Odriozola-Serrano, R. Soliva-Fortuny, O. Martín-Belloso.
Innovative Food Science and Emerging Technologies (2008), 9, 272-
279.
Capítulo IV……………………………………………………. 113
Carotenoid and phenolic profile of tomato juices processed by
high intensity pulsed electric fields compared with conventional
thermal treatments.
I. Odriozola-Serrano, R. Soliva-Fortuny, T. Hernández-Jover,
O. Martín-Belloso
Food Chemsitry (2008), 112, 258-266.
Capítulo V……………………………………………………... 133
Impact of high-intensity pulsed electric fields variables on
vitamin C, anthocyanins and antioxidant capacity of strawberry
juice.
I. Odriozola-Serrano, R. Soliva-Fortuny, O. Martín-Belloso
LWT-Food Science and Technology (2009), 42, 93-100