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UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS ALIMENTARIAS Escuela Profesional de Ingeniería de Industrias Alimentarias

PRACTICA N°1: FRUTAS SENSIBLES AL CALOR

INTEGRANTES: Barboza Aguinaga Jhon Cristian Bernilla Neira Ernesto Rebaza Ramirez Fernando Sandoval Santamaría Maria Luisa Suarez Pérez Aysa Yajaira Vilcherrez Guzmán Wendy Liliana CURSO: Tecnología de alimentos III

DOCENTE: Ing. Héctor Lorenzo Villa Cajavilca SEMESTRE: 2020 – I Lambayeque, Agosto del 2020

Introducción La aplicación de calor en los alimentos tiene algunos objetivos como convertir los alimentos en digestibles, hacerlos apetitosos, o mantenerlos a una temperatura para su conservación. El uso de calor en la industria mayormente se persigue para la destrucción de agentes biológicos como las bacterias, hongos, levaduras, virus; y disminuir la actividad enzimática con un 35°C a 40°C o una temperatura inferior de 0°C a 2°C con la finalidad de conseguir productos con una vida comercial larga y sanos. Por lo que el tratamiento térmico para cada alimento depende de la naturaleza del mismo, algunos de ellos solo permiten una mínima temperatura como algunas frutas o verduras, ya que de otro modo provocan cambios en su estructura química y física. Otros alimentos como las carnes rojas o la leche permiten una mayor temperatura para disminuir su carga microbiana. Actualmente existen métodos de conservación de alimentos que no necesitan de temperaturas para dar la seguridad al alimento, especialmente a los alimentos sensibles al calor, ya que al aplicarle calor pierden sus propiedades organolépticas y propiedades nutricionales. Las tecnologías emergentes son procesos no térmicos de conservación, estas tecnologías son una alternativa para los alimentos sensibles, reduciendo la pérdida de su contenido nutricional, productos libres de aditivos y/o químicos; mejorando sus características organolépticas y teniendo un producto inocuo. Algunas de estas tecnologías emergentes son: presiones hidrostáticas que se utilizan en la elaboración embutidos, salsas, frutas, jugos; otra de estas tecnologías son los pulso eléctricos, que se utilizan en frutas y vegetales y por último tenemos a la irradiación, esta se utiliza en especias, carnes como la de pollo y res, en tubérculos como la papa y también fresas.

Objetivos Objetivo general  Conocer las características generales de las frutas sensibles al calor para el manejo adecuado en la aplicación de tecnologías emergentes. Objetivos específicos  Determinar los diferentes factores de alteración que se presentan en las frutas para asi poder inhibirlos.  Hacer uso de las tecnologías emergentes en el tratamiento de las frutas.

Revisión bibliográfica 1. ULTRASONIDO DE POTENCIA (US) Las ondas acústicas viajan a través del medio líquido induciendo ondas de compresión en las moléculas. A partir de un determinado nivel de potencia, la descompresión da lugar a la formación de burbujas de aire de gran tamaño que finalmente colapsan e implosionan, liberando la energía acumulada en forma de ondas. Además se desencadenan micro corrientes de gran intensidad que pueden alterar las características del medio. Estos cambios de presión y turbulencia, sumados al aumento de la temperatura en el sistema debido a la conversión parcial de la energía acústica en calor, promueven la formación de radicales libres mediante la descomposición electroquímica de las moléculas de agua. Este conjunto de efectos, sobre la matriz sonicada, favorece la inactivación enzimática [CITATION Che10 \t \l 10250 ]. El aumento de la temperatura y la presión que se produce al colapsar las burbujas de cavitación en el medio líquido puede ocasionar la ruptura de puentes de hidrógeno e interacciones de Van der Waals en las cadenas peptídicas de las proteínas de las matrices alimentarias sometidas a tratamiento, con la consiguiente modificación de la estructura secundaria y terciaria [ CITATION Zho04 \l 10250 ].

Asimismo, la elevada presión y temperatura que se alcanzan favorecen la formación de radicales hidroxilos, que pueden reaccionar con residuos aminoacídicos provocando cambios en la actividad biológica de las enzimas [ CITATION Bar04 \l 10250 ]. A pesar de estos estudios, aún no se conoce con exactitud el alcance de los distintos mecanismos implicados en la inactivación y, en ocasiones, puede originarse el fenómeno opuesto de reactivación enzimática [ CITATION ODo10 \l 10250 ].  Terefe, Gamage, & Vilkhu [CITATION Ter09 \n \t \l 10250 ], encontraron un efecto sinérgico entre la temperatura y los US en sus estudios sobre la cinética de inactivación de poligalacturonasa y pectinmetilesterasa (PME) en zumo de tomate.  Aday & Temizkan [CITATION Ada13 \n \t \l 10250 ], han empleado los US (30, 60, 90 W) como método para alargar la vida útil de frutillas frescas. Dichos autores indicaron que, de acuerdo con los parámetros estudiados (composición de gas en el envase y pH), los US, a potencias de 30 y 60 W, prolongaban hasta cuatro semanas la vida útil de la frutilla sin detrimento de su calidad, en comparación con muestras tratadas con agua destilada pero sin US, que se deterioraban en la primera semana. 1.1.

Deshidratación Osmótica

La deshidratación osmótica (DO) es otro claro ejemplo de la aplicación de US en medios líquidos como pretratamiento al secado convectivo de frutas, utilizando diferentes soluciones hipertónicas de sustancias, en general, azúcares y sales, a concentraciones, temperaturas y tiempos variables. Los efectos mecánicos de los US, que conllevan la formación de microcanales en la estructura del producto, junto con la presión osmótica, son los responsables de acelerar la pérdida de agua y la ganancia de sólidos y de reducir el tiempo de secado posterior. Esta tecnología se ha utilizado con éxito en diversos productos, tales como:  Plátano  Manzana  Melón  Papaya  Piña  Frutilla  Manzana malaya

 Guayaba  Kiwi  Cereza

En relación con la pérdida de sólidos, se ha observado que depende del porcentaje de humedad inicial y del efecto que pueden provocar los US en la estructura del tejido de la fruta, siendo el melón, la papaya y la piña especialmente sensibles a la formación de canales microscópicos en su estructura [ CITATION Fer08 \l 10250 ]. La aplicación de ultrasonidos (mediante sonda) a la deshidratación osmótica de guayaba redujo el tiempo de secado posterior en un equipo de secado por aire caliente en 33%, incrementando la difusividad efectiva de materia en 35%[ CITATION Dir13 \l 10250 ].

2. MICROONDAS Se viene aplicando a nivel industrial en múltiples tratamientos como: deshidratación, liofilización y descongelación. Las microondas son un tipo de energía electromagnética oscilante, con frecuencias en el rango de 300 MHz a 300 GHz, siendo el rango 0,92-2,45 GHz el más efectivo para el calentamiento dieléctrico [ CITATION Leo10 \l 10250 ]. El fundamento de esta tecnología se relaciona con el impacto directo de las MW sobre la materia polar. La energía electromagnética es convertida en calor mediante los mecanismos de conducción iónica y rotación de dipolos. Durante la conducción iónica, el calor se generaría debido a la resistencia al flujo iónico en el medio. Además, los iones se moverían en dirección a señales del campo magnético que cambiarían con frecuencia. Esta turbulencia ocasionaría colisiones entre las moléculas, con la consecuente generación de calor [ CITATION Azm13 \l 10250 ]. La utilización de energía con microondas ha sido propuesta como alternativa al tratamiento de pasteurización convencional debido a su capacidad para preservar los nutrientes termolábiles y las características organolépticas de frutas procesadas [ CITATION Mal16 \l 10250 ].

Las microondas penetran en el tejido vegetal produciendo el incremento de la temperatura de las moléculas de agua, afectando a la presión interna del sistema y al gradiente de concentraciones de sustancias, que facilitan los mecanismos de difusión de agua y sólidos solubles. Como consecuencia de este proceso, los tiempos de tratamiento se acortan y la calidad final del producto se incrementa. En dichos estudios se han puesto de manifiesto las ventajas de la aplicación de MW sobre los tratamientos convencionales: la rápida transferencia de energía, el calentamiento selectivo, volumétrico y uniforme, la rápida conexión, desconexión y fácil manipulación de los equipos y la alta densidad de potencia aplicable sobre la zona de procesamiento[CITATION Leo101 \t \l 10250 ].

3. PULSOS ELECTRICOS (P.E.) Los pulsos eléctricos son una tecnología de procesamiento no térmica basada en la aplicación de pulsos cortos de alto voltaje mediante electrodos (20-80

kV ). cm

El efecto de los PE se atribuye a su capacidad de inducir la formación de poros dentro de la estructura celular. Cuando se supera una intensidad eléctrica crítica puede producirse el colapso irreversible de la membrana celular (electropermeabilización), fenómeno que facilita la extracción de compuestos de interés en matrices vegetales[ CITATION Azm13 \l 10250 ]. El efecto se produce debido al potencial eléctrico que atraviesa las membranas celulares durante la aplicación de PE. Dada

la

naturaleza

bipolar

de

las

moléculas que componen las membranas, el potencial eléctrico divide a las moléculas en función de su carga eléctrica. Cuando se

excede

un

potencial

de

aproximadamente 1 V, se produce un fenómeno de repulsión de cargas que promueve la formación de poros en áreas débiles de la pared causando un incremento drástico de la permeabilidad celular. Por debajo del nivel crítico, el efecto es reversible y por tanto los poros formados en la pared celular pueden volver a cerrarse cuando cesa el tratamiento[ CITATION Leo14 \l 10250 ].

 En jugo de naranja tratado con PE se obtuvo una mejor aceptación sensorial para los atributos turbidez, aroma, color y aceptación general comparada con los jugos pasteurizados de modo tradicional. Además, tras un almacenamiento de 180 días a 4ºC, las muestras tratadas con PE presentaron compuestos fenólicos y flavonoides más estables que sus pares pasteurizadas [ CITATION Agc14 \l 10250 ].  Barba & Meneses [CITATION Bar12 \n \t \l 10250 ] estudiaron la estabilidad de parámetros físico-químicos, compuestos antioxidantes (ácido ascórbico, polifenoles y antocianinas totales) y actividad antioxidante tras la aplicación de PE (tratamiento continuo, 100 μs, 36

kV ) y altas presiones (600 MPa, 5 min, 42°C) en jugo de cm

arándanos. Las muestras pre-tratadas con tecnologías emergentes mostraron una disminución inferior a 5% en el contenido de ácido ascórbico, comparado con las muestras no tratadas. Pese a los buenos resultados obtenidos inmediatamente después al tratamiento, tras el almacenamiento refrigerado (56 días, 4°C), las muestras pre-tratadas con altas presiones preservaron mejor el contenido de ácido ascórbico (69%) y la actividad antioxidante (79%) que las muestras sin procesar (50, 70% respectivamente) y que aquellas tratadas con PE (50, 52%). 

Odrizola Serrano & Soliva Fortuny [CITATION Odr07 \n \t \l 10250 ], investigaron el efecto de la frecuencia, la amplitud de pulsos y la polaridad sobre el contenido de licopeno, vitamina C y capacidad antioxidante de jugo de tomate. Las condiciones de tratamiento que maximizaron los contenidos relativos de licopeno, vitamina C y actividad antioxidante fueron: aplicación de pulsos de 1 μs, frecuencias de 250 Hz y 100 μs de tratamiento en modo bipolar. Con la finalidad de inactivar la enzima pectinesterasa (PE).



Turk & Vorobiev [CITATION Tur12 \n \t \l 10250 ], investigaron el efecto de PE a escala industrial (4400 kg/h) en puré de manzana, obteniendo un aumento significativo en el contenido de polifenoles y en el rendimiento de extracción (76,3% versus 71,1%) comparado con muestras sin tratamiento emergente. Además, obtuvieron un incremento en la intensidad del aroma a manzana y una reducción en la turbidez del puré, tras el tratamiento con PE, lo cual se percibe como una mejora en las características organolépticas del producto.



Vallverdú Queralt & Jayas [CITATION Val13 \n \t \l 10250 ] investigaron la aplicación de PE en tomates crudos y en jugo de tomate encontrando un incremento significativo en el contenido de carotenoides (63-65% para el cislicopeno) comparado con tratamientos convencionales con calor. Además, tras un almacenamiento en refrigeración durante 56 días, los jugos tratados con PE

presentaron mayores contenidos de carotenoides (10 -20%) que los jugos tratados térmicamente o no tratados. 

Wiktor & Iwniuk [CITATION Wik13 \n \t \l 10250 ] aplicaron PE (5-10 kV/ cm, 1050 pulsos) previo al secado convectivo (70 ºC, 2 m/s) de manzanas, obteniendo reducciones en el tiempo total del proceso de hasta 12% (10 kV/cm, 50 pulsos).



En kiwi, Desmesonlouoglou [CITATION Des16 \n

\t

\l 10250 ] obtuvieron

incrementos de hasta 200% en los valores de difusividad efectiva de agua cuando aplicaron PE (1,8 kV/cm) a tratamientos de DO (25, 35, 45 ºC) con diferentes sustancias osmóticas (glicerol, trehalosa, maltodextrina, ácido ascórbico, cloruro de sodio y de calcio y ácido cítrico). Los cambios producidos por los PE sobre la calidad de kiwi deshidratado osmóticamente fueron aceptables (se mantuvo la textura, el color y el contenido de vitamina C). 

Traffano Schiffo [CITATION Tra16 \n \t \l 10250 ] reportó resultados similares respecto de la cinética de secado en kiwis deshidratados osmóticamente (61,5 ºBrix, hasta 120 min) y pretratados con PE (100, 250 y 400 V/cm). Además, la aplicación de PE se relacionó con una reducción en el contenido de azúcar del producto final comparado con el tratamiento DO control, lo cual representa una oportunidad para el desarrollo de frutas deshidratadas osmóticamente con un menor contenido calórico.

3.1.

Las altas presiones hidrostáticas 

Son una tecnología no térmica de conservación de alimentos con la que es posible conseguir la inactivación de microorganismos y enzimas, equivalente a la pasterización térmica, pero que consigue preservar en mayor medida las propiedades sensoriales y nutritivas del producto. La tecnología de altas presiones se está utilizando en la descontaminación de productos frescos o mínimamente procesados. Tiene un gran potencial en productos elaborados a partir de frutas y hortalizas, como por ejemplo los zumos. En el caso de los zumos de frutas, cuya industria en España es de gran importancia, las altas presiones permiten mayor seguridad y estabilidad en los productos, ya que se trata de un proceso que se realiza en el envase final, eliminando el peligro de la recontaminación durante el envasado. Además, la aplicación de altas presiones en combinación con tratamientos térmicos suaves es uno de los métodos que puede prevenir la presencia de microorganismos dañinos como la bacteria Alicyclobacillus spp., una problemática sin resolver en la industria de zumos, ya que esta bacteria sobrevive a los tratamientos térmicos de pasteurización. Sin embargo, la combinación

de altas presiones con tratamientos térmicos suaves puede facilitar su inactivación mediante calor[ CITATION ain \l 10250 ]. 4. TECNOLOGÍA OXYIÓN La higienización integral del ambiente en el que se almacenan y manipulan frutas y hortalizas frescas, mediante un proceso limpio que activa el oxígeno del aire, permite reducir los daños producidos por microorganismos en estos productos, a la vez que garantizar la seguridad alimentaria y alargar la vida de productos hortofrutícolas. Esta

tecnología,

conocida

como “tecnología

OXYION”, controla

factores

de

contingencia procedentes de agentes biológicos, físicos o químicos, que atentan contra la seguridad de las personas y el medio ambiente, minimizando la incidencia de riesgos y siendo además un complemento clave para la cadena de frío de frutas y hortalizas, ya que aporta de una forma altamente eficiente, rápida, limpia y ecosostenible, un efecto múltiple cuyas principales ventajas son:  Aumento de la inocuidad mediante la neutralización de bacterias en frutas y hortalizas.  Reducción de las podredumbres generadas por hongos y disminución del riesgo de contaminación cruzada (efecto nido/esporulación).  Mantenimiento de la firmeza en los frutos.  Disminución considerable de la deshidratación de frutas y hortalizas, creando un efecto electroestático que limita la apertura de estomas en estructuras vegetales, controlando la pérdida de peso y conservando la turgencia de las mismas. Esta tecnología ya se emplea con éxito en la industria hortofrutícola de EE.UU. y de Sudamérica. La eficacia de esta innovadora tecnología ha sido validada por AINIA para su uso en Europa y su presentación se realizará, por primera vez en España, durante la jornada gratuita que AINIA Centro Tecnológico ha organizado para el 10 de junio sobre Mejora de la Seguridad y Calidad Microbiológica de Alimentos Frescos, dentro de su ciclo dedicado a la Innovación. En la jornada contaremos, entre otras actividades, con un showroom demostrativo del equipamiento OXYION para la ionización del aire[ CITATION ain \l 10250 ].

Materiales y métodos FALLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLTAAAAAAAAAAAA

RESULTADOS Tabla 1 Indicadores evaluados que son afectados por ultrasonido de potencia Alimento

Indicadores evaluados

Plátano

Pérdida de azúcares por lixiviado.

Papaya Melón

Pérdida de azúcares por lixiviado, pérdida de sólidos. Pérdida de azúcares por lixiviado.

Piña

Pérdida de azúcares por lixiviado.

Frutilla

Pérdida de peso, ganancia de sólidos durante la deshidratación osmótica, contenido de azúcares, Textura, Vitamina C.

Manzana

Cereza kiwi

Tecnología emergente

Ultrasonido de potencia

Textura, polifenoles totales, capacidad antioxidante, flavonoides

Cambio de color, actividad de agua (aw) Textura, distribución del agua Nota: Recuperado de “Aplicación de tecnologías emergentes al procesamiento de frutas con elevada calidad nutricional” de Gamboa, Rodríguez, Carvajal y Pilamala. 2016.

Tabla 2 Indicadores evaluados que son afectados por microondas Alimento Plátano Limón Arándano

Indicadores evaluados Tecnología emergente Textura Color, capacidad de rehidratación Polifenoles totales, antocianinas. Capacidad antioxidante, textura. Microondas

Pomelo

Viscosidad

Nota: Recuperado de “Aplicación de tecnologías emergentes al procesamiento de frutas con elevada calidad nutricional” de Gamboa, Rodríguez, Carvajal y Pilamala. 2016.

Tabla 3 Indicadores evaluados que son afectados por Pulsos eléctricos (PE) Alimento Manzana kiwi

Indicadores evaluados Contenido de polifenoles textura, vitamina C, D

Tecnología emergente Pulsos eléctricos (PE)

Nota: Recuperado de “Aplicación de tecnologías emergentes al procesamiento de frutas con elevada calidad nutricional” de Gamboa, Rodríguez, Carvajal y Pilamala. 2016.

Conclusiones  Las características generales de las frutas sensibles al calor son muy importantes para el manejo adecuado en la conservación ya que depende de esto el uso correcto de las tecnologías que no afecten la composición de dicho alimento.  Se determinó los diferentes factores de alteración que se puedan presentar en las frutas: alteración de la textura, perdida de azúcar, alteración de la apariencia, alteración del sabor y aroma, perdida de vitamina c, entre otro.  Se hizo un estudio para el uso de las tecnologías emergentes en el tratamiento de las frutas de acuerdo a las diferentes frutas: Ultrasonido de potencia para Plátano, Papaya, Melón, Piña Frutilla y Manzana; microondas para plátano, limón, arándano, pomelo; Pulsos eléctricos para manzana y kiwi. Recomendaciones - Emplear de manera adecuada las tecnologías emergentes al ser aplicadas en frutas, para no dañar sus indicadores.

- Analizar la importancia de las tecnologías emergentes y cómo repercuten estas en la calidad del producto final. - Entender el funcionamiento de las tecnologías emergentes para saber en qué fruta se puede aplicar para así mantener su calidad nutricional y organoléptica.

Discusiones Según Gallego, (2010) la finalidad de emplear estas tecnologías es “conseguir productos que preserven (lo más posible) la calidad nutricional y organoléptica, las propiedades funcionales presentes naturalmente, empleando procesos que resulten energéticamente eficientes y respetuosos con el medio ambiente”. Debido a esto es que se debe tener conocimiento teórico como base si es que deseamos emplearlo más adelante laboralmente. LILIANA Según gamboa et al. (2016), los tratamientos térmicos convencionales tienen muchas desventajas como perdida pérdidas de compuestos, la baja eficiencia en producción, la utilización de procedimientos que consumen altos niveles de energía y tiempo, el abuso de tratamientos con calor prolongados y la utilización de cantidades elevadas de agua; es por eso ha despertado el interés en la utilización de tecnologías emergentes para mejorar las condiciones de procesamiento, preservación y vida útil de alimentos procesados . Ernesto Según Ulloa, Rosas Ulloa, Ramírez Ramírez , y Ulloa Rangel, (2013)las principales aplicaciones de ultrasonido en el control de calidad de frutas y vegetales frescos, a nivel precosecha como postcosecha, debido a cambios fisicoquímicos y fisiológicos (firmeza, contenido de aceite, solidos solubles) que suceden durante el crecimiento y maduración, así como almacenamiento, están relacionados con mediciones de ultrasonido. Se afirma lo dicho por el autor, ya que estas mediciones se utilizan para que el alimento tenga un mayor tiempo de vida útil, conservando sus propiedades

tanto físicas como químicas, que es una de las ventajas que ofrece esta tecnología no térmica. JHON Según Soleno, (2015) los procesos no térmicos permiten extender la vida útil de los alimentos a medida que la investigación avanza, las tecnologías de este tipo ganan terreno en la industria alimentaria, mostrando un gran potencial para la conservación de productos vegetales con una alta calidad nutricional y organoléptica. De acuerdo a lo dicho por el autor las tecnologías emergentes son importantes en la industria alimentaria, ya que nos permiten conservar las propiedades nutricionales y organolépticas de los alimentos, alargando su vida útil. Luisa

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