Introducción

Las proteínas derivadas de la harina de pescado son fundamentales para el crecimiento y desarrollo de especies pecuarias, pero resultan ser los más caros para el consumo. Cualquier reducción de costos o reemplazo de este ingrediente, como fuente de proteína menos costosa, es de vital importancia y pudiera inducir al mejor tratamiento de costo de producción destinado para consumo animal (^{Shpigel et al., 2017}).

Estudios recientes reportan que los atributos benéficos de la harina de macroalga destinada a la dieta de especies marinas y las otras especies animales favorecen al rendimiento del crecimiento y la producción de calidad de carne, sea como sustituto o complementario de harina de pescado al igual que se constituyen como fuente probiótico (^{Costa et al., 2021}; ^{Sekine et al., 2021}).

No obstante a ello, existe cierta desinformación de las propiedades nutricionales de las macroalgas como el contenido de hidrocoloides, productos farmacéuticos, fuente de biofertilizantes, fitohormonas y fitoquímicos que inclusive pueden ser usados para el tratamiento de cáncer (^{Salavarria y Sujay, 2020}).

El escaso conocimiento de los avances tecnológicos de su cultivo; como el logro de la propagación vegetativa de la macroalga Condrochantus chamissoi con rendimientos en talla de 4,78 mm. ± 0.12 mm./día, Lessonia trabeculata, Lessonia nigrescens y Macrocystis pyrifera (^{Zapata Rojas, 2018}), el cultivo masivo en medio natural de C. chamissoi obteniendo una talla de 17, 6 cm en 65 días (^{Cahui-Ccama, 2015}; Gonzales-Vargas y Zevallos-Feria, 2020). Asimismo, el desconocimiento de los indicadores de calidad del procesamiento, en especial el proceso inicial de secado para su conservación, hace que se desaproveche el valor de uso en la industria; en consecuencia, es necesario emprender estudios que pudiera validar los diversos procesos.

Las macroalgas son perecibles y requieren de procesos de desecación para su conservación, el secado por rayos infrarrojos es una tecnología emergente (^{Rastogi y Raghavarao, 2002}; ^{Delgado, 2014}) por que incrementa la vida útil de los alimentos. En el mismo orden ^{Ratti & Mujumdar (2006}) sostienen que es de fácil la operatividad y es de bajo costo corroborado por ^{Ježek et al., (2008}); sin embargo, modifica la calidad sensorial de la materia prima (^{Desrosier, 2006}), un atributo de calidad modificado es, el color indicador de frescura, palatabilidad, valor nutricional y de fácil medición en comparación al sabor (^{Campos et al. 1997})

En consecuencia, el criterio de calidad del producto para la valoración organoléptica preferido por los consumidores de apariencia atractiva es de vital importancia, al igual que el color como primer atributo de juzgamiento (^{Bermejo et al., (2020}), del que además se ha comprobado que cuando el color de un alimento cambia, sin alterar su forma, aroma u otros atributos de textura, se obtiene una respuesta de rechazo (^{Badui, 2006}).

El color se evalúa subjetivamente por un panel u objetivamente por instrumentos como un espectrocolorímetro (^{Novoa y Ramírez-Navas, 2012}). Imágenes digitales escaneadas con el uso de una PC el procesamiento digital para una visión artificial (^{Cömert, Mogol y Gökmen, (2020}) y colorímetro que permite generar gama de colores estandarizados relacionados con los atributos del producto (^{Césari et al., 2016}). Las imágenes procesadas se cuantifican con el sistema CIE-L*a*b* (^{Chutintrasri y Noomhorm, 2007}; ^{Demiray y Tulek, 2015}; ^{Nguyen et al., 2019}), tono (hab*) y croma (Cab*). Otros estudios reportados por ^{Cortés y Chiralt (2008}) Demiray y Tulek (2015) sostienen que la degradación del color y los parámetros de color L*, a* y b* pueden ser descrita mediante la energía de activación (Ea). El reporte de cinéticas de primer y de orden cero mediante la ecuación de Arrhenius, relaciona la dependencia de la constante con la temperatura (Demiray y Tulek, 2015).

Además de ellas, el color, es afectado por la temperatura (^{Demiray y Tulek, 2015}) y los métodos de procesamiento y almacenamiento (^{Novoa y Ramírez-Navas, 2012}). Por tanto, el proceso de secado de la macroalga Lessonia trabeculata debe ser evaluado según sus atributos organolépticos del producto a diferentes temperaturas, para identificar la temperatura óptima de secado, por rayos infrarojos, para la conservación del producto. No obstante, no se dispone de esa información, por lo que, se hace imperante investigar cuales son las condiciones físicas de secado que conserven las características óptimas de color y por lo tanto de calidad sensorial.

La industria de hidrocoloides de macroalgas es una industria en rápido crecimiento con un crecimiento anual en la producción global. La biomasa marina (p. ej., algas) ha atraído una atención considerable como materia prima potencial para biocombustibles, alimentos y biomateriales (Lordan et al., 2011, Alvarado-Morales et al., 2013). Actualmente, la industria de las macroalgas se centra principalmente en productos alimenticios para el consumo humano, que representan entre el 83 y el 90 % del valor mundial de las algas marinas (^{Francavilla et al., 2015}; ^{Gomez et al., 2020})

Por consiguiente, la harina de macroalgas como ingrediente alimenticio puede contribuir a la mejora de concentración de alimentos como mecanismo de mejora de productividad, como alternativa de reemplazo a la harina de pescado destinado a la crianza de peces y la producción ganadera en sí (^{Hoang et al., 2017}; ^{Min et al., 2021}).

Por indicado, el objetivo del estudio fue caracterizar la degradación y cambio del color en el proceso de secado por rayos infrarrojos (IR) a diferentes temperaturas 40°C, 55°C y 70°C con la escala de espacio de color (CIE-L*a*b*) a través del uso de un espectrofotómetro.

Materiales y métodos

Resultados

Las muestras de la macroalga de Lessonia trabeculata presentaron una humedad inicial de 88.646 ± 0.1662, posteriormente fueron sometidas a un proceso de secado por rayos infrarrojos a diferentes temperaturas: T1 = 40°C, en el que se midió el tiempo cada 70 min; T2 = 55°C, en el que se midió el tiempo cada 30 min; T3 = 70°C, en el que se midió el tiempo cada 20 min, en razón del mayor tiempo de secado (Tabla 1).

Como se evidencia en la tabla 1, el tiempo de secado para obtener la humedad óptima, sin sacrificar la calidad sensorial, se obtuvo con el tratamiento T1 = 40°C y un tiempo 350 min. Asimismo, se evaluaron los parámetros de color L*, a*, b* y sus combinaciones de L*b*, L*a*b*, Ln(b*), Ln(L*) y Ln(L*b*) en función del tiempo, parámetros con los cuales se calculó el R², ajuste de la curva, evidenciando el valor más cercano a uno, es de Ln(L*b*) en función del tiempo teniendo un R² = 0.9959 a un T=40°C valor que se identifica como cinética de primer orden. Estos parámetros se analizaron para orden cero y orden uno (Tabla 2 y Tabla 3).

En la Tabla 3 se muestra el valor de 0,9959 máximo para el R² de orden uno, que pertenece a la combinación Ln(L*b), valor que indica que a la temperatura de 40°C es óptima para el procesamiento de secado de la macroalga L. trabeculata, Por lo que, en relación al tiempo demuestran una cinética de orden 1; asimismo, se realizó el test de Tuckey con grado de significancia de 0.05, encontrando valores de P_value de 0.0012 ± 0.0012 para las curvas de Ln(L*b) en función del tiempo, evidenciando que la cinética de orden uno, para el parámetro de temperatura es la que más se ajusta a este tipo de producto (Figura 1)

Una vez determinada la cinética de orden uno para el secado mediante el Infrarrojo, se determinó los parámetros cinéticos como la k₀ constante de Arrhenius (tiempo^-1) y la Energía de activación (KJ/mol); usando la información de la tabla 3 (Figura 2).

Donde la pendiente de la ecuación lineal representa la E_a/R (E_a= Energía de activación y R= constante universal de los gases 8.314 J/mol.K) y el término independiente de la ecuación representa el valor de Lnk₀.

Una vez obtenida la ecuación lineal de la Figura 2, se obtienen los resultados de la Tabla 4, donde la Energía de activación alcanzó un valor de E_a = 24.062 KJ/mol y la constante de Arrhenius k₀ = 0.0197 min^-1, generando la ecuación 3 que predijo los procesos de calentamiento mediante el secado por Infrarrojo dentro del rango de temperaturas de T=40°C, T= 55°C y T= 70°C

Tabla 5. Tabla de valores máximos de CIELAB, encontrados en cada tratamiento

Tratamientos

Temperatura (°C)

Tiempo de tratamiento (min)

a*

b*

L*

T1

40°C

350

-1.564±0,016

11,050±0,017

44,758±0,227

T2

55°C

150

-1,306±0,051

9, 464±0,280

34,833±0,110

T3

70°C

100

-1,252±0,037

8,564±0,182

32,319±0,146

La degradación del color incrementó con el aumento de la temperatura y el tiempo del proceso de secado disminuyó (Tabla 5).

Discusión

Las combinaciones de los parámetros de color de L*b*, L*a*b*, Ln(b*), Ln(L*) y Ln(L*b*) en función con el tiempo, se realizaron según los resultados de ^{Aghajanzadeh et al. (2016}), donde estas combinaciones tenían los R² más próximos a uno. Estos parámetros se analizaron para orden cero y orden uno (Tabla 2 y 3)

Se realizó las diferentes conjugaciones con los parámetros de color mediante la ecuación 1, estimando que la ecuación logarítmica Ln(L*.b*) versus tiempo a diferentes temperaturas (40, 55 y 70 °C), por IR, reportó el valor de k₀ de 0,0197 min^-1 para la macroalga Lessonia Trabeculata, valor cercano a 0.028 ± 0.01min^-1 de parámetros L*.b* como expresión logarítmica versus el tiempo para jugo de lima (^{Aghajanzadeh et al., 2016}b).

Para determinar valores de la escala CIE-L*a*b*, luminosidad (L*), enrojecimiento (a*), amarillento (b*) se secaron rodajas de zahoria por convección forzada a diferentes temperaturas de secado (45, 55 y 65°C), llegando a la conclusión que el modelo cinético cero y primer orden fueron óptimos para describir el cambio de color (^{Demiray & Tulek, 2015}). Cabe mencionar que para los parámetros L* y b* encajaban bien en el modelo cinético de primer orden (^{Chutintrasri & Noomhorm, 2007}).

La Energía de Activación fue de 24,062 KJ/mol para la cinética de primer orden a la macroalga Lessonia trabeculata respecto a la multiplicación de los parámetros L*.b* de forma logarítmica vs el tiempo, valores que están en el rango de 19,71 y 41,64 kJ /mol tomando la experiencia de degradación de espinacas por calentamiento Infrarrojo (^{Aghajanzadeh et al., 2016}b; ^{Ahmed et al., 2002}).

^{Cortés y Chiralt (2008}) estudiaron que la temperatura de refrigeración optima en frutas fue de 4ºC, a diferencia de temperaturas mayores a 20°C donde ocurren los mayores cambios del color (pardeamiento), con una tendencia hacía los rojos (> a*), de color pálido a oscuro (< L*) y menos puro (< Cab*), siendo la cinética de primer orden la que mejor se ajusta a la regresión presentada en los parámetros de color.

El valor de b* (11,050±0,017), a medida que aumenta la temperatura, disminuye, notándose en la tendencia (incremento) hacia el color azul, y el valor de L*= 44,758±0,227 disminuye con el incremento de la temperatura de 55°C y 70°C.

A temperatura de 40°C el tiempo de secado es 350 min; asimismo, la luminosidad incrementa con un valor de L de 44,758 ± 0.227, mientras que en los otros tratamientos a temperaturas de 55°C y 70°C disminuye el tiempo de secado y la L* con valores de 34,833 ± 0,110 y 32.319 ± 0.146, respectivamente.

En los tratamientos, los valores de a* nos indican la variación de color desde verde claro (-a*) hasta rojo claro en +a*, y siendo que el valor de a* para el primer tratamiento es igual a* -1.564 ± 0,016, el color de la macroalga L. trabeculata, deshidratada por IR tiende al verde más claro; b* vira hacia el color marrón (11,050 ± 0,017) y la luminosidad L* 44,758 ± 0,227 tiende al blanco, es decir a tener mayor grado luminosidad. En consecuencia, el T1, representa el mejor proceso de secado, en comparación a T2 y T3 cuyos valores de a* y b* disminuyen, afectando la apariencia y valor nutricional del producto. L*, a* y b* disminuyen con el incremento de la temperatura.

Los procesos reportados de secado tienen similitudes de L*, a* y b*, cuando se estudió la variación de color del melón secado a 25°C con una potencia de microondas 1.5 W/g y valores aproximados para L* = 40,00, a*= -8,10, b*=26, 50 que resultaron en niveles altos de retención de nutrientes ^{Nguyen et al., (2019}). El valor de L* de zanahorias secadas por aire caliente a 65°C disminuyó de 57,87 a 49,32 ^{Demiray & Tulek, (2015}). En el manjar blanco las coordenadas fueron: L*=43,60, a*=14,58 y b*=34,67, reportándose en este trabajo la existencia de una variabilidad considerable de color que permitió obtener un valor promedio referencial para la fabricación de este producto, con lo que se lograría estandarizar el proceso (^{Novoa y Ramírez-Navas, 2012}; ^{Aghajanzadeh et al., 2016}b).

La pérdida de la luminosidad disminuye la calidad y el nivel de nutrientes, compuestos fenólicos, vitamina C, (^{Nguyen et al., 2019}; ^{Aghajanzadeh et al., 2016}a) y corroborados en otros estudios (^{Bixley et al., 2018}; ^{Berry et al., 2021}; ^{Cömert et al., 2020}; ^{Schifferstein, Wehrle y Carbon, (2019}); asimismo, la variación de las condiciones ambientales de salinidad e irradiación incidirán en las características nutricionales de la macroalga Cracilariopsis Longissima (^{Bermejo et al., 2020}).

Por consiguiente, los indicadores obtenidos en el estudio corroboran que las macroalgas como insumo para los propósitos descritos pueden constituirse en una opción alimenticia de menor costo y promover su desarrollo (^{Gomez et al., 2020}), dado que la valorización de macroalgas ha demostrado ofrecer ventajas agroindustriales, por los que se requiere realizar mayores estudios marinos y también el ambientes acuáticos de las lagunas de los andes para priorizar su aprovechamiento de recursos naturales existentes en la biomasa de macroalgas (^{Morales-Contreras et al., 2022}).

El requerimiento de mayores estudios sobre macroalgas para los propósitos descritos y con fines de tratamiento ambiental deben integrarse tanto en el monitoreo y la evaluación ecológica de los lagos (^{Ecke, 2018}), entre ellos el lago Titicaca, a fin de fomentar el desarrollo sostenible de las montañas desde la perspectiva interdisciplinaria y transdisciplinaria de la región andina en pro de la interacción entre el ser humano y el medio ambiente (^{Escobar-Mamani et al., 2020}) en la búsqueda de alternativas sostenibles y respetuosas con el medio ambiente como las que promueve los objetivos del desarrollo sostenible al 2030 para transformar el paradigma de desarrollo sea inclusivo y con visión de largo plazo para satisfacción de la humanidad (ONU / CEPAL, 2017).

Conclusiones

El proceso de secado con temperatura de 40°C, valores de a* (-1.564 ± 0,016), b*(11,050 ± 0,017) y L*(44,758 ± 0,227) y tiempo de 350 min de secado por IR, evidenció ser el mejor tratamiento para el proceso de secado de la macroalga Lessonia trabeculata.

En razón de que el valor de a* tiende a un verde más claro, el valor de b* hacia un amarillo intenso y L* una mayor luminosidad, asimismo se obtiene la constante de Arrhenius k₀ = 0.0197 min^-1 y la energía de activación Ea = 24,062 KJ/mol, correspondiente a la degradación del color en la macroalga.