INTRODUCCIÓN
El Agave americana L. es una suculenta grande y sin tallos, con hojas que pueden crecer hasta dos metros. Las hojas son robustas y afiladas, y están en una roseta basal (Badano & Pugnaire, 2004). El agave es considerada una especie exitosa, por sus adaptaciones morfológicas, reproductivas y ecológicas, su plasticidad genética, la tolerancia ecológica, la capacidad de dispersión y germinación de sus semillas y su interacción biótica con otros organismos como los polinizadores (León Vázquez et al., 2013).
El aguamiel contiene fructo-oligosacáridos que son susceptibles a la fermentación en el colon por microorganismos colónicos que producen ácidos grasos de cadena corta, que reducen los niveles de lípidos y glucosa en la sangre y disminuir la incidencia de lesiones gástricas (Romero-López et al., 2015). En el campo industrial el agave puede ser utilizado para elaborar jarabes, helados, jaleas, mermeladas, chocolates, confitería y panificación que por su viscosidad contribuye a mejorar el cuerpo de las mezclas (Romero, 2010).
El proceso de obtención del aguamiel inicia con la preparación del agave, el cual debe ser un maguey adulto (8 a 10 años), se cortan todas las pencas tiernas del centro de la planta, para evitar que el escapo floral aproveche los azúcares de la planta. Se realiza la “picazón” en la base de la piña, y después en las dos semanas subsecuentes la savia se acumula por exudación. La savia (aguamiel) obtenida del agave, es un líquido translúcido, amarillento (o turbio), ácido, ligeramente espeso con olor a hierba (fresco). Está constituido principalmente por agua y azúcares (glucosa, fructosa y sacarosa), proteínas, gomas y sales minerales (Lappe-Oliveras et al., 2008).
El aguamiel, es un líquido rico en carbohidratos y muy sensible a procesos fermentativos espontáneos en el propio orificio del agave, debe tener color dorado traslucido, olor a azúcares y dulces, sin presencia de espuma, y un pH estable cercano al neutro (7,0) que es indicativo del avance de procesos fermentativos y de aguamiel fresco (Bautista & Arias, 2014).
Romero-López et al. (2015) caracterizaron compuestos presentes en el aguamiel (A. atrovirens), el cual tuvo 89,61% de humedad, 3,50% de proteína, 3,10% de cenizas, 61,31% azúcares reductores totales, de los cuales 32,63% fue fructosa y 28,68% glucosa, mientras que el contenido de fructo-oligosacáridos fue 15,51%. El aguamiel contenía mayor proporción de minerales como potasio, calcio y sodio, seguidos de hierro, cobre, magnesio, selenio y zinc. Así mismo, estos autores también reportaron el contenido de vitaminas del complejo B (B1, B2, B3 y B6) y vitamina C. Finalmente refirieron que el contenido de compuestos fenólicos, expresan actividad antioxidante contra los radicales cromógenos 2,2-difenil-1-picrylhydrazyl (DPPH) y ácido 3-etilbenzotiazolina-6-sulfónico (ABTS).
El aguamiel puede usarse para la obtención de polisacáridos, fructanos de agave o jarabes de fructosa; los cuales estimulan la absorción del calcio, incrementan la absorción del hierro en los niños, ayudan en la prevención del cáncer de colon y disminuyen el índice glucémico, por lo cual se consideran aditivos alimenticios (Valadez-Blanco et al., 2012; Willems & Low, 2012).
El estrés oxidativo tiene relación directa con fenómenos de padecimientos sobre la salud humana, el beneficio del consumo cotidiano de alimentos con potencial antioxidante genera desbalance en el crecimiento y multiplicidad de radicales libres, disminuyendo el riesgo a sufrir de enfermedades degenerativas asociadas con el envejecimiento celular (Coronado et al., 2015). Dentro del grupo de alimentos con antioxidantes naturales se tiene a las frutas y vegetales, que al ser consumidas aportan efectos benéficos, esto a razón del potencial en compuestos fenólicos con los que cuentan (Naczk & Shahidi, 2006).
La aplicación del proceso de pasteurización como tratamiento térmico es de gran importancia porque ayuda reducir la actividad enzimática a partir de la destrucción e inactivación de microrganismos, también ayuda a estabilizar productos y favorece al aumento de vida útil de alimentos, esto debido a que su procedimiento es relativamente adaptable (Cruz, Vieira, & Silva, 2008; Maca, Osorio, & Mejía-España, 2013).
Por lo anterior el objetivo de la presente investigación fue evaluar el tiempo de pasteurización y su respuesta en las características químicas, la capacidad antioxidante y la cinética de degradación térmica de los compuestos fenólicos del aguamiel de Agave americana L.
MATERIALES Y MÉTODOS
Recolección, transporte y conservación de la muestra de aguamiel de Agave americana L.
La muestra se colectó durante el mes de abril en Acobamba, Huancavelica. Las plantas se seleccionaron entre diez a doce años de edad y antes de la emergencia del tallo floral, a todas ellas se les hizo un orificio en forma de olla de 1 litro de capacidad. El líquido exudado se trasladó en envases de vidrio de 500 mL previamente esterilizados. Para el traslado se utilizó una cámara fría para conservar las muestras. Para los procesos de recolección, transporte y conservación del aguamiel se emplearon consideraciones especiales de asepsia e higiene.
Preparación de la muestra y diseño experimental
Para realizar la evaluación de la capacidad antioxidante y la caracterización química, se acondicionó el aguamiel, se descongelaron y eliminaron impurezas del tallo de la planta o algún contaminante, para ello se utilizó un tamiz mediante los procedimientos de buenas prácticas de manipulación. Se evaluaron como variables independientes a la temperatura y tiempo de pasteurización. Los tratamientos (T), experimentales fueron T1= 20 °C por 0 min - aguamiel fresco, T2= 80 °C por 10 min, T3= 80 °C por 30 min y T4= 80 °C por 45 min. Se realizó un análisis descriptivo de los datos, con el cual se obtuvo el promedio, la desviación estándar y la comparación de medias. Para todos los análisis se utilizó el software MS Excel 2010 y el paquete estadístico Minitab 16, 2019.
Determinaciones analíticas en laboratorio
Caracterización Fisicoquímica
Determinación de la acidez titulable: Se tomó una muestra de 1 mL de aguamiel y se aforó con 10 mL de agua destilada, esta muestra se tituló con una solución de NaOH 0,1 N, hasta que alcanzara un pH de 8,1 ± 0,2 según el método descrito por AOAC (2007).
Medición de pH: Se realizó con un potenciómetro electrónico, marca HANNA, modelo 210A (AOAC, 2007).
Medición de sólidos solubles: Los sólidos solubles se midieron en un refractómetro HANNA, modelo 219A, con compensación automática a los cambios en temperatura, como porcentaje de grados Brix en incrementos de 0,1 %. Se colocó una gota de muestra en el refractómetro, de acuerdo con lo descrito por AOAC (2007).
Densidad: Se determinó por el método del picnómetro, este instrumento de precisión y gravedad específica, sirvió para medir con precisión la densidad en líquidos, de tal manera que pueda obtenerse un volumen para un peso específico en g/mL, medidos a temperatura ambiente (AOAC, 2007).
Caracterización química
β-caroteno: Se realizó por el método de espectrofotometría (Espectrofotómetro UV-2600, Shimadzu) a 450 nm. Estos análisis se efectuaron en ausencia de luz, reportándose resultados en µg/g, equivalente de vitamina A, descrito por Talcott & Howard (1999).
Vitamina C: Se determinó por el método de titulación con 2,6 diclorofenol indofenol (James, 1995) expresado como la cantidad de 1 mg ácido ascórbico dividido entre 100 g muestra.
Azúcares reductores: Es un método en que se emplea 3,5-ácido dinitrosalicílico para la hidrólisis de polisacáridos presentes en una muestra, seguido de la determinación espectrofotométrica (Espectrofotómetro UV-2600, Shimadzu) a 540 nm de los azúcares reductores (Sánchez-Madrigal et al., 2017).
Capacidad antioxidante
Se determinó basándose en una reacción con el 2,2 difenil-1-picrilhidrazilo (DPPH) 95% (Sigma Aldrich) grado analítico por el método de espectrofotometría (Espectrofotómetro UV-2600, Shimadzu). Los resultados se expresaron en porcentaje de inhibición de radicales libres. La lectura de absorbancia se registró a una longitud de onda de 515 nm (Xie & Schaich, 2014).
Cinética de degradación
Se determinó el orden de reacción y la constante de velocidad de degradación de β-carotenos, vitamina C, azúcares reductores y capacidad antioxidante, a partir de los datos experimentales de concentración versus tiempo; se realizó el análisis de regresión lineal simple, se empleó el coeficiente de determinación (R2) y k=velocidad constante de reacción expresada en min-1, para los modelos cinéticos de orden cero, primer orden y segundo orden se emplearon para el cálculo las ecuaciones 1 a 5, detalladas por Toledo (2007), el procesamiento y los ajustes se analizaron utilizando MS Excel 2010.
Los modelos empleados fueron:
Modelo cinético de orden cero
Modelo cinético de primer orden
Modelo cinético de segundo orden
Dónde: [A0] es la concentración inicial del atributo medido y [A] la concentración del atributo medido a un tiempo t, y k es una constante de velocidad.
Modelo de Arrhenius
Dónde: k es la constante de velocidad de reacción, k0 es el factor pre-exponencial, Ea es la energía de activación, R es la constante universal de los gases (1,987 cal/kmol) y T es la temperatura absoluta en K.
Análisis estadístico
Se utilizó un diseño completamente al azar para el análisis de varianza y la prueba de Duncan para la comparación de medias, con un nivel de significancia del 5%. Para la cinética de degradación se realizó un análisis de regresión lineal con MS Excel, los cuales se hicieron por triplicado.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Caracterización fisicoquímica
La Tabla 1 muestra los resultados de la caracterización fisicoquímica del aguamiel de Agave americana L., en relación con el pH de las muestras, mientras se realiza el proceso de pasteurización, el pH tiende hacia la alcalinidad, el valor descrito en el presente estudio coincide con lo presentado por Rodríguez et al. (2013), en el que refieren 4,8 el pH para el bagazo de agave.
El pH promedio de los jarabes de agave azul es de 4, algunas muestras mayor (4,4) y menor (3,69). El pH del jarabe de agave azul indicado en la Norma mexicana es de 4 a 6; varias de las muestras analizadas no cumplieron con la normatividad pues su pH fue menor, pero sus valores coinciden con el reportado por López, Vera-Guzmán, & Mellado-Mojica (2011). El pH del jarabe de agave azul frecuentemente es cercano a 4 (Mellado-Mojica & López-Pérez, 2013), frente al valor reportado en el presente estudio.
Según, Jiménez-Muñóz et al. (2016) expresan resultados en relación a las caracteristicas fisicoquimicas de cuatro espcies de agaves, valores expresados para la densidad y sólidos solubles muy cercanos al promedio obtenidos en el presente experimento para muestras frescas de agave.
Tratamientos (T) | Acidez (% de ácido málico) | Índice de refracción a 20 °C | Sólidos solubles (°Brix) | pH | Densidad (g/cm 3 ) |
---|---|---|---|---|---|
1 | 0,319 ± 0,02b | 1,350 ± 0,03a | 10,33 ± 0,03c | 4,85 ± 0,05d | 1,034 ± 0,02a |
2 | 0,320 ± 0,01b | 1,361 ± 0,02 a | 10,80 ± 0,40b c | 5,26 ± 0,04c | 1,045 ± 0,01a |
3 | 0.340 ± 0,04a b | 1,362 ± 0,01a | 11,60 ± 0,50a b | 5,49 ± 0,02b | 1,051 ± 0,01a |
4 | 0,380 ± 0,01a | 1,370 ± 0,02a | 12,50 ± 0,40a | 5,75 ± 0,03a | 1,055 ± 0,01a |
T1: 20 °C - 0 min, T2: 80 °C - 10 min, T3: 80 °C - 30 min, T4: 80 °C - 45 min. Valores promedio ± SD (n=3). a, b, c, d Distintas literales indican diferencias (p < 0,05; Duncan)
Caracterización química
La Tabla 2 muestra la caracterización química del aguamiel de Agave americana L. El efecto en el contenido de β-caroteno durante el proceso de pasteurización, expresó incremento (p < 0,05) en relación con la muestra fresca de aguamiel. Dávila (2002) estudió el contenido de Vitamina A (β-caroteno) presente en la chancaca de cabuya (Agave americana L.), y obtuvo 50 µg/100 g de muestra.
Se ha reportado que en las hortalizas de hoja, el β-caroteno es el carotenoide predominante. Las frutas y hortalizas naranjadas como las zanahorias, los mangos o la calabaza, tienen concentraciones elevadas de β-caroteno; factores como la cantidad, el tipo y la forma de los carotenoides en la dieta, la ingesta de grasas, interacción con otros de la misma naturaleza, vitamina E y fibra, influyen en la absorción y utilización de la provitamina A (Rodríguez-Amaya, 1999; FAO, 2001); los datos del presente estudio refiren valores muy aproximados en relacion con otros alimentos.
Los factores que influyen en la presencia de carotenoides son el manejo precosecha, estado de madurez, las operaciones de procesado y conservación, entre éstos la temperatura e intensidad de la luz tienen una gran influencia en el contenido de los carotenoides; durante el procesamiento y almacenamiento, la oxidación y los cambios estructurales al aplicar calor son los principales factores que los alteran (García et al., 2001).
El contenido de vitamina C obtenida fue de 13,50 mg/100 g para el aguamiel sin proceso de pasteurización y a partir de este proceso, la cantidad de vitamina C, disminuyó (p < 0,05). Los valores para la vitamina C presentados en la Tabla 2, se encuentran por encima del rango (entre 7 y 11 mg) señalado por Gentry (2004).
De igual manera Bautista & Arias (2008) reportaron el valor de 14,82 mg/100 g de vitamina C presente en el aguamiel fresco de Agave americana L., valor que se encuentra muy cercana al valor obtenido en la presente investigación. De la evaluación del contenido de vitamina C a partir de tres accesiones de agave procedente de Ecuador, expresaron valores entre 23,84 mg/100 g y 33,72 mg/100 (Andrade, 2014) , valores superiores a los reportados en el presente estudio.
Chambial et al. (2013), refieren que la vitamina C es un nutriente hidrosoluble que se encuentra en ciertos alimentos, en el cuerpo humano, actúa como antioxidante, al proteger las células contra los daños causados por los radicales libres, el organismo necesita vitamina C para las funciones fisiológicas elementales, ayuda en la síntesis y en el metabolismo de la tirosina, el ácido fólico y el triptófano, la hidroxilación de glicina, prolina, lisina, carnitina y catecolaminas, también aumenta la absorción de hierro en el intestino mediante la reducción del férrico al estado ferroso, así mismo como antioxidante, protege al organismo de diversos efectos perjudiciales de radicales libres, de contaminantes y toxinas, la cual supone una función importante para el sistema inmunitario.
Para la determinación de azúcares reductores presentes en muestras de aguamiel, se obtuvieron valores entre 11 y 25%; los mismos que son de promedio aproximado a lo reportado por Ávila et al. (2012), autores que refirieron que el extracto de piña cruda y piña cocida de Agave cocui contienen 34,1% y 55% de azúcares reductores respectivamente, así mismo indicaron que el extracto de hoja de Agave cocui expresa un 9,4% de azúcares reductores; de igual manera los autores indicaron que el mayor contenido de azúcares reductores en la piña cocida de Agave cocui posiblemente se deba a la hidrólisis ácida de los polisacáridos ocurrida durante la cocción, la cual libera otros azúcares más simples.
Los agaves contienen carbohidratos complejos que se degradan por la acción ácida del jugo y del calor en el cocimiento (Rendón-Salcido et al., 2009). En esta etapa es importante controlar la temperatura, si es más baja que la necesaria, el polisacárido no se degradará; y si es muy alta, ocurrirá caramelización de los azúcares, en ambos casos se tendrá menor cantidad de azúcares (Bautista-Justo et al., 2001). El contenido promedio de azúcares reductores presentes en la piña de los agaves mexicanos, varía entre 20 y 30%, cuando contienen cantidades menor que 20% se considera de baja calidad y si presenta entre el 25 y 30% es de buena calidad (Granados, 1993).
Tratamientos (T) | β-caroteno (µg/g) | Vitamina C (mg/100g) | Azúcares reductores (%) |
---|---|---|---|
1 | 30,82 ± 0,08c | 13,50 ± 0,10a | 11,38 ± 0,3d |
2 | 30,66 ± 0,05c | 13,14 ± 0,03b | 13,56 ± 0,4c |
3 | 33,58 ± 0,06a | 12,70 ± 0,10c | 18,56 ± 0,6b |
4 | 32,79 ± 0,13b | 11,98 ± 0,02d | 25,39 ± 0,2a |
T1: 20 °C - 0 min, T2: 80 °C - 10 min, T3: 80 °C - 30 min, T4: 80 °C - 45 min. Valores promedio ± SD (n=3). a, b, c, d Distintas literales indican diferencias (p < 0,05; Duncan).
Evaluación de la capacidad antioxidante
El efecto del tratamiento térmico durante el proceso de pasteurización del aguamiel en la capacidad antioxidante (Tabla 3), tiene un punto de inflexión a los 10 min, donde se maximizó y luego descendió, hacia los 45 min; esto ocurre, porque el efecto antiradical y antioxidante depende de la destrucción de los componentes antioxidantes (Nación, 2013).
Consecuentemente, varios estudios coinciden y refieren que los tratamientos de procesamiento térmico y el almacenamiento no refrigerado afectan directamente los parámetros fisicoquímicos, los compuestos bioactivos y la capacidad antioxidante de diferentes productos y subproductos alimentarios (Fratianni, Cinquanta, & Panfili, 2010; Wu et al., 2010).
Tratamientos (T) | Porcentaje de inhibición DPPH (%) |
---|---|
1 | 40,03 ± 0,04d |
2 | 42,34 ± 0,13a |
3 | 41,49 ± 0,17b |
4 | 40,47 ± 0,10c |
T1: 20 °C - 0 min, T2: 80 °C - 10 min, T3: 80 °C - 30 min, T4: 80 °C - 45 min. Donde DPPH es el radical 2,2-difenil-1-picrylhydrazyl Valores promedio ± SD (n=3). a, b, c, d Distintas literales indican diferencias (p < 0,05; Duncan).
Cinéticas de degradación térmica de biocomponentes y capacidad antioxidante
La Tabla 4 muestra la variación en la concentración del β-caroteno, vitamina C y capacidad antioxidante, la degradación térmica es estos bioactivos responden a una cinética de degradación de orden 0, con coeficientes de regresión mayores a 0,86 (figura 1), que debido al efecto de tratamiento térmico ejercen influencia en la velocidad de degradación de estos compuestos. La cinética del β-caroteno y de la actividad antioxidante, muestran una etapa inicial de generación a 30 minutos y una etapa final de degradación a 45 minutos de pasteurización, Romero-López et al. (2015) refieren que el proceso de pasteurización aumenta los valores de tanto de actividad antioxidante como el contenido de fenoles, pero que al mismo tiempo también reportan cierta inestabilidad al tratamiento térmico.
La degradación térmica delos azúcares reductores responde a una cinética de degradación primer orden (Tabla 4), con coeficientes de regresión del 0,99 (Figura 1), la concentración de sólidos solubles y la acidez tienen buena correlación con la concentración de azúcares totales, (Schvab et al., 2013), el incremento de la contenido de los azúcares reductores se relaciona al incremento de los °Brix del aguamiel, a razón del tratamiento térmico.
Componentes | Cinética de reacción | ||
---|---|---|---|
n | R2 | k | |
β-caroteno (µg/g) | 0 | 86,09% | 0,0997 |
Vitamina C (mg/100 g) | 0 | 97,42% | 0,0320 |
Azucares reductores (%) | 1 | 99,63% | 0,0175 |
Capacidad antioxidante (%) | 0 | 98,20% | 0,0528 |
n: orden de reacción; R2: coeficiente de determinación; k: velocidad de reacción en min-1.
Herbig & Renard (2017) refieren que la temperatura siempre actúa como acelerador de la reacción de degradación térmica de biocomponentes, tal como muestra la figura 1, de igual manera los autores evaluaron los posibles factores intrínsecos y extrínsecos que afectan la degradación de la vitamina C en el puré de manzana y zanahoria, demostrando que el modelo de orden cero tuvo el mejor ajuste que el modelo de primer orden.
La figura 1 muestra que la segunda etapa de degradación térmica de la actividad antioxidante siguió una cinética de reacción de orden cero y se calculó la constante de velocidad de degradación (k) de 0,0528 min-1. Otros estudios mostraron una cinética de reacción de orden cero para la degradación térmica de la capacidad antioxidante, por aplicación de tratamiento térmico (pasteurización) en jugos de naranja y mandarina (Nación, 2013).
En todos los casos, existe un descenso de la eficiencia antioxidante al aplicarse un tratamiento térmico, ya que el efecto antiradical y antioxidante depende de la destrucción de los componentes antioxidantes (Nación, 2013). La cinética de degradación térmica del aguamiel de Agave americana L. mostró que sus compuestos bioactivos son relativamente menos estables al tratamiento térmico. La cinética de orden cero de la actividad antioxidante durante el tratamiento térmico, indica que debe ser tratado térmicamente por un tiempo menor a los 30 minutos a fin de optimizar el contenido de antioxidantes.
CONCLUSIONES
El aguamiel de Agave americana L. es un producto funcional de alto valor y a la vez es muy inestable por las enzimas presentes, por ello, es necesario someterlo a pasteurización para su consumo, el tratamiento térmico permite la conservación de sus propiedades nutricionales.
El tratamiento térmico influye en la capacidad antioxidante del aguamiel de Agave americana L., debido al incremento porcentual de inhibición de radicales libres durante el tiempo de pasteurización.
El contenido de β-caroteno y de azúcares reductores del aguamiel de Agave americana L. incrementa durante el tratamiento térmico, mientras que el contenido de vitamina C disminuye.
El tiempo de pasteurización la respuesta en las características fisicoquímicas por efecto del tiempo de pasteurización indica que existe estabilidad de la acidez, el índice de refracción, pH y densidad del aguamiel de Agave americana L., mientras que los sólidos solubles se incrementan durante el proceso experimental.
Las cinéticas de degradación térmica del β-caroteno, vitamina C y capacidad antioxidante responden a una cinética de orden 0, mientras que para los azucares reductores responde a una cinética de primer orden.