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

Equipo de trabajo

Colaboradores externos

Carolina Schebor (inv. CONICET, UBA) Graciela Leiva (UBA) Natalia Sosa (inv. CONICET, UBA)

Silvia Maidana (UNCO)

Mabel Vullioud (UNCO)

Francisco Garrido (becario CONICET- UNCO)

Lorena Franceschinis (UNCO)

Paula Sette (becaria posdoc CONICET) Daniela Salvatori (inv. CONICET- UNCO)

Integrantes PROBIEN

Área: Conservación de frutas y hortalizas

- 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

Líneas de investigación

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

Reducción de riesgo coronario y ataques cardíacos

Reducción de accidentes cerebrovasculares

Reducción de diabetes Mejora de agudeza visual Actividad anticancerígena

Polifenoles y antocianinas:

antocianinas Inestables

Factores:

T, [O2], pH,

enzimas degradativas

T

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

Pérdida de valor nutricional

Berries y Cherries consumo en fresco

Destino

fruta congelada

Distintas técnicas de deshidratación

Pretratamientos

Industria

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

Métodos de

conservación

alternativos

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

Pretratamientos

Secado convectivo Liofilización Deshidratación osmótica Impregnación a vacío secado spray

Escaldado Acidificación Fortificación Infusión con solutos Congelación

Valor nutricional

beneficios

Mayor conservación de factores organoléticos textura

Color flavour

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

Cherries Cerezas

Berries moras

frambuesas

El Bolsón (Río Negro) Alto Valle de Río

Negro y Neuquén

Origen

Var. Rainier

Var. Napolitana

Var. Lapins

Var. Autumm Bliss

Var. Black Satin

arándanos

Var. Duke

aw = 0,3

Posibles productos

Frutas de larga vida útil

Frutas autoestables de alta humedad o de humedad intermedia

Polvos de jugos de frutas

aw = 0,6-0.9

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

Frutas de larga vida útil

Frutas autoestables de alta humedad o de humedad intermedia

SECADO LIOFILIZACIÓN El agua se elimina por evaporación El agua se elimina por sublimación y

luego por desorción

alimento congelado

capa seca

capa congelada

agua adsorbida en capa seca

frente de sublimación

Vapor de agua

Q (calor)

Técnicas de deshidratación

DESHIDRATACIÓN OSMÓTICA

PRODUCTOS DE ALTO VALOR AGREGADO

AGUA

SOLUTO(S)

Sustancias solubles

(ac.orgánicos, sales

minerales, vitaminas,

pigmentos)

SOLUCIÓN

CONCENTRADA

Vapor de H2O

Q (calor) Alimento húmedo

Alimento húmedo

Operación unitaria Frutas autoestables

(hasta 50 % pérdida de agua)

Pretratamiento en procesos de deshidratación

Frutas finas deshidratadas

Cerezas “pasas” (aw = 0,6)

Cerezas deshidratadas (aw = 0,3)

Productos de cereza

Influencia del secado sobre el color y los pigmentos antociánicos de dos variedades

de cereza

Var. Rainier var. Napolitana

Cerezas tipo “pasas”

FRESCA

T secado sin pretratamiento

(T aire = 70 °C, vel. aire 4m/s, HR = 10 %)

var. Napolitana Var. Rainier

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 = 0.96

aw ≤ 0.6 cerezas tipo “pasas”

Curvas de secado

C

E

R

E

Z

A

N

A

P

O

L

I

T

A

N

A

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

Cerezas pretratadas

50 % Reducción del tiempo de secado

Acy

Medio ácido copigmentación

En las dos variedades Acy se incrementó de manera muy marcada.

Luego del pretratamiento

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.

Escaldado

(E)

Control

(C)

• Sacarosa • Preservadores:

C6H7KO2 , NaHSO3 /Na2S2O5

Vapor de agua en ebullición

Infusión seca (IS)

Cerezas sin pretratamientos

Pretratamientos

Geometría

Mitades Trozos

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

• T = 60°C • % HR = 10%

• durante 24 h aw = 0,3

Cerezas deshidratadas

Polifenoles (PT) y actividad antirradicalaria (AAR) de cerezas deshidratadas

SCT

SIST

LCT

LIST

SCM

SEM

SISM

LCM

LEM

LISM

FF

0

2

4

6

8

10

100 300 500 700 900

1/E

C50 (100 g

-1 m

.s.)

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

Polifenoles Método de Folin-Ciocalteau

Actividad antirradicalaria Método de decoloración del radical DPPH

• En general a mayor contenido fenólico mayor AAR.

• Muestras con IS < PT y < AAR

• SCM y SEM potenciamiento de AAR (El tto térmico durante escaldado y secado liberan polifenoles ligados y compuestos de Maillard).

Propiedades mecánicas de cerezas con y sin pretratamiento (INSTRON)

Curvas de fuerza-distancia

Fuerzas máximas durante ensayos de penetración

a

b

a

0

50

100

150

200

250

300

350

0 2,5 5 7,5 10 12,5 15

Fue

rza (g

f)

distancia (cm)

LCM

LEM

LISM

Liofilizadas

c

b

a

0

500

1000

1500

2000

2500

0 2,5 5 7,5 10 12,5 15

Fue

rza (g

f)

distancia (cm)

SCM

SEM

SISM

Secadas

Sec

C

Sec

E

Sec

IS

Lio

C

Lio

E

Lio IS

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

Fm

áx

,g

f

La aplicación de pretratamentos condujo a muestras más blandas

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

Cinéticas de rehidratación a 25°C

Cerezas en mitades

Cerezas en trozo

0

50

100

150

200

0 2 4 6 8tie mpo, h

SCT1 25º

LIST 25ºC

LCT 25ºC

SIST 25ºC

0

50

100

150

200

0 2 4 6 8tie mpo, h

SCT1 25º

LIST 25ºC

LCT 25ºC

SIST 25ºC

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

mitades

trozos

gana

ncia

de p

eso

, %

(g

H2

O/1

00

g fr

uta

desh

idra

tada)

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)

Proceso de infusión Aw = 0.93

Frutas frescas/congeladas

aw = 0.99

Frutas deshidratadas

Aw = 0.3

Secado convectivo

liofilización

Frambuesas deshidratadas

Frambuesas secadas por corriente de aire

Frambuesas liofilizadas

Estabilización del color rojo

Frambuesas control

CS CL

Fresca

115 mg PT

Compuestos bioactivos IS-AC S, IH L, IH-AC L, IH-B L, IH-BAC L: el doble de polifenoles que

un vaso de vino.

Frambuesas sin pretratamiento (CL y CS): ingesta mucho mayor.

CS = 489±7 % PT (b.h.)

CL = 1060±17 % PT (b.h.)

Secado convectivo (S) Liofilización (L)

Infusiones húmedas () Infusiones secas ()

Secado convectivo Liofilización

a

d

a

ef

bc

hi

bc

fg ghi

i

gh

j

b

de de cd

0

50

100

150

200

250

300

350

IH S

IH-A

C S

IH-B

S

IH-B

AC

S

IS S

IS-A

C S

IS-B

S

IS-B

AC

S

IH L

IH-A

C L

IH-B

L

IH-B

AC

L

IS L

IS-A

C L

IS-B

L

IS-B

AC

L

PT

(mg

ác.

gá

lico/

100

g b

.h.)

En el mercado argentino no se encuentran disponibles productos a partir de frambuesas y cerezas de las características de los

generados en este trabajo.

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

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

Conclusiones

3. Posibles aplicaciones de los productos obtenidos.

Ingredientes en un mix de cereales, topping de yogurts

Producto más similar a la fruta fresca

CL Rápida rehidratación

Baja capacidad de rehidratación

Frutas pretratadas

Snacks IS L e IS S Mayor aceptabilidad sensorial

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

IH IH-B

IH-AC IH-BAC

IS IS-B

IS-AC IS-BAC

Frambuesas osmotizadas

Jarabes ricos en polifenoles

IH IH-B

IH-AC IH-BAC

IS IS-B

IS-AC IS-BAC

frambuesas

¿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)

8 productos distintos

Buena retención de color

0

40

80

120

160

200P

T (%

, b.h

.)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

AC

Y (

%, b

.h.)

Infusión húmeda Infusión húmeda

Infusión húmeda Infusión húmeda Infusión seca

Infusión seca

Infusión seca

Infusión seca

115 mg

PT

Compuestos bioactivos JARABES

JARABES

Ref. = 236 ± 2 mg./100 g b.h.

Ref. = 81,28 ± 5,09 mg./100 g b.h

IH IH-B

IH-AC IH-BAC

IS IS-B

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.

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

Aplicaciones

Polvos de jugos de fruta

Jugos de berries en polvo obtenidos mediante distintas técnicas de deshidratación

Secado spray

Liofilización

o Pegado del producto sobre la pared del secador

o Problemas operativos

o Pérdidas

Consecuencias de la pegajosidad en el secado

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)

jugos de frutas, miel, melazas, sueros, azúcares puros, alimentos ácidos etc.)

Encapsulación de compuestos bioactivos

Matrices sólidas protectoras

fuente de pigmentos naturales

fuente de aroma y sabor natural

Aplicaciones Colorantes naturales Ingrediente funcional

Jugos de mora ricos en polifenoles y antocianinas de alta capac. antioxidante

(polisacáridos , proteínas, gomas)

Jugos

Maltodextrinas y trehalosa

• Aumentan tg del jugo • matrices poliméricas

encapsulantes

Morfología de partículas mediante SEM

SMD

Maltodextrina (SMD) maltodextrina/trehalosa (STMD)

0 20 40 60

0

20

40

60

0

5

10

15

20

SMD-Tg

SMD

STMD

b

STMD-Tg

Secado spray

HR, %

Tg, ºC

Conte

nido

de

agua, % (b

.s.)

0 2 0 4 0 6 0

-2 0

0

2 0

4 0

6 0

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5L M D -T g

L T M D -T g

L M D

L T M D

a

L io f iliz a c ió n

H R , %

Tg,

ºC

Co

nt

en

ido

de

ag

ua

, % (b

.s.)

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

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

Los polvos liofilizados presentaron la mayor retención de compuestos bioactivos.

El agregado de trehalosa disminuyó la retención de compuestos bioactivos.

0

100

200

300

400

500

600

700

L-MD L-TMD S-MD S-TMD

Polifenoles, ppm ác.

Gálico/100g polvoAntocianinas, mg cyd-3-

glu/100g polvoAct. Antiradicalaria, %

Liofilizado Secado spray

Fuente de pigmentos

naturales

Fuente de aroma y

sabor natural

Aplicaciones 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

Dra. Daniela Salvatori Universidad Nacional del Comahue Facultad de Ingeniería Buenos Aires 1400 Neuquén E-mail: daniela.salvatori@probien.gob.ar

Muchas gracias por vuestra atención...