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Introducción
La creciente demanda por parte de los consumidores de productos saludables y listos para consumir, hace que los métodos de conservación alternativos, como es el caso de la liofilización, resulten atractivos. El proceso de liofilización en alimentos se ha considerado como el mejor método de deshidratación que además de conservar las características organolépticas y nutritivas del alimento, le otorga un valor agregado aproximado del 120% (Ramírez, 2011). Esta técnica es utilizada con el objetivo de reducir las pérdidas de los componentes responsables del aroma y sabor, los cuales se ven afectados en los procesos convencionales de secado (GrajalesAgudelo et al., 2005), además de preservar algunos componentes como minerales y vitaminas (Marques et al., 2007). Esta tecnología nos permite obtener productos deshidratados de gran calidad, sin embargo, conlleva elevados costes y largos tiempos de proceso. Por ello, resulta interesante el uso combinado de la liofilización junto a otras técnicas de secado, que permitan una reducción inicial de la humedad y de esta forma obtener un producto con una elevada relación calidad/coste. En este estudio se evaluó el efecto de la aplicación de pretratamientos de deshidratación, por microondas y secado por aire caliente, en el proceso de liofilización, desde el punto de vista de la cinética de secado y de la calidad del producto. Para ello se llevó a cabo la modelización de las curvas de secado en base a la segunda Ley de Fick y el modelo de Page. Los resultados obtenidos mostraron que la aplicación de los pretratamientos dio lugar a una mayor velocidad de la eliminación del agua de las muestras. A su vez, los pretratamientos de deshidratación utilizados no afectaron a la capacidad de rehidratación ni a la actividad antioxidante de las muestras (Monteagudo, 2013). El ácido ascórbico ha sido reconocido como un nutriente importante en varios productos alimentarios de la canasta familiar. La acción de la vitamina C es suministrada por dos formas biológicamente activas: el ácido L-ascórbico (L-AA) y su forma oxidada, el ácido dehidroascórbico (DHAA) (Cortés, 2015).
Hay varios frutos donde se ha aplicado esta técnica. La cocona es una fruta de la Amazonía que al ser liofilizada se retiene su valor nutritivo, disminuye costos de almacenamiento y aumenta tiempo de vida útil del producto, lo cual puede garantizar que la cocona en polvo sea un producto de exportación. Donde se obtuvo polvos, con actividad de agua por debajo de 0,2, retención de ácido ascórbico en 87% e incremento de luminosidad. La vida útil de los polvos de cocona fueron de 61 días empacada en polipropileno biorientado (BOPP) almacenados a 25ºC determinados por método integral y se concluyó que cocona en polvo tiene un gran potencial agroindustrial (Vargas, 2015).
Cuando a la pulpa de mango se le somete a liofilización convencional, se logra retener el 78,3% de vitamina C, mientras que por el método rápido su retención es de 65,10%; en ambos casos la perdida de vitamina C es sustancial, posiblemente por el pulpeado que incrementa su área de contacto con el oxígeno, pero si se compara solo entre la perdida de vitamina C entre ambas técnicas de liofilización, las pérdidas son insignificantes. La misma tendencia se encuentra al liofilizar rodajas de plátano y lúcuma (Rodríguez-Paucar et al., 2011).
En el departamento de Amazonas existen muchas frutas nativas entre ellas están la papayita de monte y el babaco, con gran importancia nutricionales y organolépticas, que mediante la técnica de liofilización se pueden obtener materia primas secas, como ingredientes en la industrialización de bebidas saludables, compotas, salsas, papillas, gelatinas con pulpa, buscando permanecer su composición nutricional, su altísima hidratación y la tipicidad de sus sabores o aromas (Santillán, 2013). Cada planta puede producir anualmente entre 25 y 30 frutos. Su sabor es similar al de la piña, la fresa y la naranja. La pulpa, carente de semillas, es de color blanquecinoamarillento cuando el fruto está verde, y rosáceo-anaranjado cuando está maduro. Las plantas comienzan a producir a los 10 o 12 meses y continúa hasta los 36 o más meses. Puede consumirse en fresco, solo o combinado en ensaladas, su sabor tan especial convierte al Babaco en deliciosos helados, yogurt, mermeladas y jaleas; además de ser un excelente complemento en platos muy variados, combina muy bien con los preparados de carnes, puede procesarse para obtener concentrados, pulpas y conservas (Pérez-Andrade & Zambrano-Balarezo, 2013).
Por estas razones el objetivo de la presente investigaciones es el estudio comparativo de las características fisicoquímicas y vida útil de la "papayita de monte" (Carica pubescens Lenné & K. Koch) y "babaco" (Carica pentagona Heilborn) deshidratas mediante liofilización.
Material y métodos
Obtención material
Los frutos de "papayita de monte" (Carica pubescens Lenné & K. Koch) se obtuvieron de la ciudad de Chachapoyas, capital del departamento de Amazonas en el Nororiente Peruano. Por otro lado los frutos de "babaco" (Carica pentagona Heilborn) se obtuvieron de Lamud, ciudad cercana a Chachapoyas. Se recolectaron las frutas nativas para su posterior estudio en laboratorio, de las mismas áreas. Después se hizo uso de un triturador con la finalidad de obtener diversas muestras de un estado sólido a un estado líquido de la pulpa. Tras la obtención de la pulpa, se llevó a cabo el proceso de procesos de liofilización.
Análisis de laboratorio
Con los productos ya liofilizados se procedió a determinar los parámetros fisicoquímicos. El % de humedad, sólidos solubles, acidez total titulable, pH, ceniza según los diferentes métodos del A.O.A.C. (2000). La determinación de la actividad de agua, se realizó con el equipo HYDROLAB de la marca OTRONIC. Para la determinación de polifenoles totales, se usó el método espectrofotométrico de FolinCiucalteu (Singleton et al., 1999), realizando la curva patrón de ácido gálico a partir de una disolución concentrada de mg AGE/g muestra y luego se aplica la fórmula:
Donde:
AG = Acido gálico
PD = Pulpa deshidratada
Ex = Extractos
SE = Solvente de extracción
MD = Muestra deshidratada
Por último, la determinación de la capacidad antioxidante se realizó mediante el método DPPH desarrollado por Brand-Willams et al. (1995). Posteriormente, con los valores de las absorbancias obtenidas se calculará en % de captación de radicales libres (DPPH) mediante la siguiente fórmula:
Donde:
C.A. = Capacidad Antioxidante.
A1 = Absorbancia del patrón de referencia
A2 = Absorbancia de la muestra
A3 = Absorbancia del blanco de muestra
Determinación de vida útil
La determinación de la vida útil se determinó según Wyser y Lanctuit (Migone, 2017), indican que la predicción del tiempo de vida se puede estimar con una relación lineal entre el estado inicial y el estado crítico en la isoterma de sorción y se puede calcular mediante la siguiente fórmula:
Donde:
me = contenido de humedad en equilibrio teórico con la humedad relativa
mi = contenido de humedad inicial
mc = contenido de humedad crítico
RH = humedad relativa del ambiente
W = peso del producto
b = pendiente que relaciona la actividad de agua y el contenido de humedad
WVTR = tasa de transmisión al vapor de agua del empaque
A = superficie del empaque donde se da la transmisión de vapor de agua
Análisis estadístico
En esta investigación se utilizó un DCA.
Donde se realiza comparaciones; además es el más simple de todos los diseños que se utilizan para comprar las frutas nativas antes y después de liofilizar, dado que solo consideran dos fuentes de variabilidad: los tratamientos y el error aleatorio (Gutiérrez & de la Vara, 2008). Se tuvo como variables de entrada o dependientes las características fisicoquímicas, contenido de polifenoles totales y capacidad antioxidante de las pulpas de papayita y babaco; y de salida la comparación de las características fisicoquímica, polifenoles totales, capacidad antioxidante y tiempo de vida útil. Los resultados se analizaron mediante ANOVA. Los tratamientos se realizaron por triplicado. Para establecer diferencias significativas entre medias se aplicó la prueba de Tukey con una probabilidad de P<0.05 un intervalo de confianza del 95% (α = 0.05). Todos los datos analizados son el promedio de 3 unidades experimentales, usando el software Infostat 2019.
Resultados y discusión
Análisis Biométrico
De la (tabla 1) se realizó su ANOVA, reportando diferencias significativas con un p-valor 0.0001 entre las medidas de peso, longitud y diámetro, entre las frutas entera del babaco y papayita.
De la Tabla 2 se realizó también una ANOVA, reportando diferencias significativas con un p-valor 0.0001 entre los % Rendimiento de cascara, % Rendimiento de pulpa y % Rendimiento de semilla, entre las frutas entera del babaco y papayita.
Para ambos casos (tabla 1 y 2), la comparación de pares de medias, según método de Tukey, se reportan diferencias significativas.
Características fisicoquímicas de las pulpas frescas nativas
De la (Tabla 3) se realizó su ANOVA, reportando diferencias significativas con un p-valor 0.0001 en el contenido de % humedad entre las pulpas del babaco y la papayita. Al mismo tiempo, el % de Acidez y de cenizas, reportando diferencias significativas con un p-valor 0.0001 entre las pulpas del babaco y la papayita, al realizar la ANOVA. Respecto al °Brix se realizó su ANOVA, reportando diferencias significativas con un p-valor 0.0006 entre las pulpas del babaco y la papayita. Para el pH se realizó su ANOVA, reportando diferencias significativas con un p-valor 0.0158 entre las pulpas del babaco y la papayita. Para la Densidad se realizó su ANOVA, reportando diferencias significativas con un p-valor 0.0303 entre las pulpas del babaco y la papayita. Por último, al IM se realizó su ANOVA, reportando diferencias significativas con un p-valor 0.0001 entre las pulpas del babaco y la papayita. Para todos los parámetros, la comparación de pares de medias, según método de Tukey, se reportan diferencias significativas.
Características fisicoquímicas de las pulpas liofilizadas de las frutas nativas
De la tabla 4 se realizó su ANOVA, reportando diferencias significativas con un p-valor 0.0001 en el contenido de % humedad entre las pulpas liofilizadas del babaco y la papayita. Así mismo, la comparación de pares de medias, método Tukey reporta diferencias significativas. Podemos mencionar que las programaciones de calentamiento durante la sublimación si afecto significativamente las características fisicoquímicas del % de Humedad, esta disminución se debió a la perdida de agua libre en la deshidratación por liofilización, la explicación también es compartida por Málaga et al. (2013) y Huachuhuillca (2017).
Respecto al % de Acidez se realizó su ANOVA, reportando diferencias significativas con un p-valor 0.0001 entre las pulpas liofilizadas del babaco y la papayita. Así mismo, la comparación de pares de medias, método Tukey reporta diferencias significativas.
Para el caso del contenido de acidez se observa que en las muestras liofilizadas si existe un aumento considerados, esto se presume que se deba al estado de madurez, es decir, que exista menos agua que extraer y más solutos a obtener, esto es compartido por Amores (2011) y Huachuhuillca (2017). Respecto al % de Ceniza se realizó su ANOVA, reportando diferencias significativas con un p-valor 0.0001 entre las pulpas liofilizadas del babaco y la papayita. Así mismo, la comparación de pares de medias, método Tukey reporta diferencias significativas, por lo tanto, se puede afirmar que él % de ceniza en la pulpa liofilizada aumenta significativamente. Respecto al °Brix se realizó su ANOVA, reportando que no existe diferencias significativas con un p-valor 0.0610 entre las pulpas liofilizadas del "babaco" y la "papayita". Así mismo, la comparación de pares de medias, método Tukey reportando que no son significativamente diferentes (p>0.05).
En el contenido de solidos solubles (°Brix), también es compartido que la baja diferencia se deba al estado de madurez de la fruta, y que también el proceso de liofilización hace que la concentración de azúcar aumente, siempre en cuando la fruta antes de ser liofilizado este al límite de su madurez. Amores (2011) y Huachuhuillca (2017). Respecto al pH se realizó su ANOVA, reportando diferencias significativas con un p-valor 0.0001 entre las pulpas liofilizadas del babaco y la papayita. Así mismo, la comparación de pares de medias, método Tukey reporta diferencias significativas. Con respecto al pH Se debe tener en cuenta que las frutas contienen ácidos orgánicos de forma libre o combinada que están disueltos en las vacuolas de las células que al eliminar el agua se concentrarían, esto es la razón por la cual la diferencia que existe entre los pH no sea mayor. Lo comparten los autores Málaga et al. (2013) y Huachuhuillca (2017). Respecto a la aw se realizó su ANOVA, reportando diferencias significativas con un p-valor 0.0001 entre las pulpas liofilizadas del "babaco" y la "papayita". Así mismo, la comparación de pares de medias, método Tukey reporta diferencias significativas.
De la tabla 4 se reportan los resultados de actividad de agua de las pulpas liofilizadas de babaco y papayita 0.292 y 0.315 respectivamente, la diferencia es concordante con las actividades de agua de las frutas frescas, por ende, presenta mayor actividad de agua, de allí es su susceptibilidad al deterioro, mientras las otras fueron sometidas a la liofilización por tanto ya no cuenta con agua libre. Huachuhuillca (2017) menciona, en general, actividades de agua por debajo de 0.8 hacen al alimento muy seguro de un posible problema microbiológico, pero no se inhiben las reacciones químicas y bioquímicas, en tanto que con actividades de agua por debajo de 0.3 los alimentos serán muy seguros en todos los aspectos, salvo a las reacciones de oxidación. Martínez et al., (1998) menciona que la estabilidad de un producto se puede alcanzar cuando la AW se encuentra entre 0.2 y 0.4, que corresponde a la humedad de la monocapa y se logra la conservación en condiciones ambientales, Las pulpas liofilizadas de babaco y papayita presentan una actividad de agua de 0.292 y 0.315 respectivamente, que se ubican en el rango indicado por Martínez et al., (1998), que corresponde a la humedad de la mono capa y se logra la conservación en condiciones ambientales.
Como se puede apreciar en la tabla 5, el rendimiento de la pulpa liofilizada con respecto a las pulpas frescas, podemos decir que la pulpa liofilizado del babaco tiene un 0.12 % más que la pulpa liofilizada de la papayita. El rendimiento depende del tipo de fruta y el proceso aplicado, en esto concordamos con los autores Surco, Tipiana y torres (2017).
Determinación del contenido de compuestos fenólicos totales
La tabla 6 reporta los resultados en pulpa liofilizado; asimismo, la media y desviación estándar de los compuestos fenólicos los cuales son valores próximos a 223.03 ± 3.02 mgAGE/g en liofilizado, reportados por Huachuhuillca (2017).
Se observa una diferencia significativa de contenido de compuestos fenólicos entre las frutas antes y después de ser liofilizadas, para los dos casos existió un aumento en las pulpas liofilizadas. También observamos que en las frutas frescas la papayita obtuvo mayor contenido de compuesto fenoles totales, asimismo en la pulpa liofilizada la papayita obtuvo mayor contenido de este componente en el babaco. Damodaran (2010), manifiestan las diferencias encontradas son debido al estado de madurez, el tipo de solvente usado durante el análisis y el lugar de donde proviene. Los compuestos fenólicos disminuyen con el grado de madurez en las frutas, pero aumentan como respuesta al estrés producido por magulladuras y por infecciones fúngicas. Tarín et al. (2015), Las diferencias encontradas es debido a la extracción de los compuestos fenólicos con diferentes solventes. Además el tipo de equipo utilizado para liofilizar. Y otros factores tales como velocidad de congelación, presión y la temperatura de liofilización.
De la tabla 7, se realizó una ANOVA, reportando que si existen diferencias significativas entre el contenido de compuestos fenólicos en las pulpas liofilizada y pulpa fresca a un p-valor 0.0001 menor al nivel de significancia. La liofilización si afectó en el contenido de compuestos fenólicos, como se aprecia las diferencias entre las pulpas liofilizadas y entre las pulpas frescas. Así mismo, la comparación de pares de medias, método Tukey reporta que si existe diferencias significativas entre ellas.
Tabla 7 Resultados de la evaluación sensorial de las dos muestras liofilizadas de la papayita y babaco (n=15*)
*Panelistas semi entrenados
Determinación de la actividad antioxidante de papayita y babaco por el método de secuestro de radical libre DPPH
Encina et al. (2007), reportaron con el reactivo DPPH 249.23±8.01 y con el reactivo ABTS Hidrofílica 288.95±3.62 y Lipofílica 297.51±4.23 estos valores son mayores a 37.67 ± 1.54 y 12.61 ± 0.61 del valor encontrado en la presente investigación; Málaga et al. (2013) refiere la capacidad antioxidante por ABTS Hidrofílica 3.65±0.20 b.h (25.73±1.40 liofilizado) y Lipofílica 0.30±0.6 b.h (2.20±0.35 liofilizado), respectivamente. Huachuhuillca, (2017), reporto con el reactivo DPPH una media de 5581.81 en base liofilizado, este valor bien alto respecto al obntenido. La ANOVA reporta que si existen diferencias significativas en contenido de la capacidad de antioxidante de las pulpas liofilizada y pulpas fresca a un p-valor 0.0001 menor al nivel de significancia. La liofilización si afectó en la capacidad antioxidante, como se aprecia las diferencias entre las pulpas liofilizadas y entre las pulpas frescas. Así mismo, la comparación de pares de medias, método Tukey reporta que si existe diferencias significativas entre ellas.
Estas diferencias encontradas son debido al índice de madurez de la fruta, el uso del reactivo para la extracción y el tiempo de análisis. Repo & Encina (2008), mencionan que la capacidad antioxidante está directamente relacionada con el contenido de pigmentos de la fruta además la capacidad antioxidante de un alimento depende de la naturaleza y concentración de los antioxidantes naturales presentes en él. Las variaciones son atribuidas al estado de madurez, lugar de procedencia del fruto. También observamos que la pulpa liofilizada de la papayita es mayor en su % de inhibición DPPH con respecto a la pulpa liofilizado de babaco, asi como también la pulpa fresca de la papayita presenta un % de inhibición DPPH mayor que la pulpa fresca del babaco. Moure et al. (2001) mencionan que los factores que afectan la actividad antioxidante de los compuestos bioactivos en alimentos de origen vegetal dependen de su concentración y su estructura, la cantidad de estas substancias en vegetales es ampliamente influenciada por factores genéticos y condiciones ambientales, sin mencionar el estado de madurez o la variedad de la planta. Encina et al. (2007), Estas diferencias encontradas son debido al índice de madurez de la fruta, el uso del reactivo para la extracción y el tiempo de análisis.
Repo & Encina (2008), señalan cuando el estado de madurez de aguaymanto aumenta, sus compuestos bioactivos (contenido de ácido ascórbico, compuestos fenólicos y carotenos totales) aumentan, obteniéndose una mayor capacidad antioxidante.
Las diferencias se deben a los factores tales como los parámetros de concentración de la pulpa, velocidad de congelación y la temperatura de liofilización (Huachuhuillca, 2017). La pérdida de la actividad antioxidante en las distintas variedades de pulpa de mango, podemos atribuirla principalmente a la pérdida de carotenoides totales que son sustancias con reconocida actividad antioxidante (Salamanca et al., 2007).
Determinación de la vida útil
Para la determinación de tiempo de vida útil se realizó un análisis sensorial inicial, se determinó la humedad inicial y también se determinó actividad de agua inicial de la muestra liofilizada. Y también se realizó lo mismo para la etapa crítica iniciando en la evaluación sensorial, determinación de la humedad crítica y actividad de agua crítica, Toda esta información se aplicó en la fórmula que índico Wyser y Lanctuit (Migone, 2017),
Como se puede observar, los panelistas que participaron en la evaluación determinaron que las dos muestras liofilizadas se encuentran con calificación de aceptable para las propiedades organolépticas clave tales como: sabor, color, olor y apariencia. Esto es importante ya que indica que el producto se encuentra apto para poder iniciar las pruebas de determinación de humedad inicial y crítica y también nos permite contar con muestras aprobadas como referencia sensorial.
En la tabla 8 se muestran los valores de humedad inicial y actividad de agua, esto se tomó de las muestras liofilizadas recién envasado.
El resultado de humedad en los productos es conforme, lo cual indica que el producto a granel ha sido mantenido en condiciones óptimas desde su liofilización hasta el envasado, esto se explica por en la ciudad universitaria -Ciudad de Chachapoyas se encuentra en un promedio de 20°C y 70 de HR.
Migone (2017) coincide con Damodaran (2010) indicando que si empacas al alimento en un empaque que es permeable, habrá cierta ganancia de humedad y el producto puede llegar a cruzar la temperatura de transición vítrea donde el producto pasa de ser un sólido amorfo y se vuelve elástico "rubbery" y se comprime.
En consecuencia, se determinó el contenido de humedad crítica y actividad de agua crítica en el punto donde se produce el cambio de estado de cristalino a elástico "espeso" desviación de calidad, (tabla 9), asimismo en las observaciones sensoriales como el sabor, color y olor indicaron una disminución de sus atributo, esto se debe al incremento de humedad causando propiedades elásticas
Tabla 9 Resultados de la evaluación sensorial en condiciones de humedad y actividad de agua crítica de las dos muestras liofilizadas de la papayita y babaco (n=15*)
*panelistas
Se observó en las muestras presencia de grumos, compactación y además dejo de ser soluble de ser soluble en agua caliente a 60 °C, los factores de degradación principales se debe el vapor de agua y el oxígeno (Condezo, 2002).
Con la fórmula que índico Wyser y Lanctuit (Migone, 2017), se predijo el tiempo de vida útil de las muestras liofilizadas de las pulpas de papayita y babaco. Se determinó que con una permeabilidad al vapor de agua (WVTR) de 0.06 g.m2.dia, en empaque de Aluminio, se puede obtener hasta 22.60 y 18.36 meses para las muestras liofilizadas de papayita y babaco respectivamente, a una temperatura de 20 °C, 70% HR.
En las características sensoriales, existió un cambio respecto al sabor, olor y color, los cuales fueron determinantes para definir la humedad crítica y la actividad de agua crítica.
Conclusiones
Los resultados indican que en relación a los análisis biométricos como peso, longitud y diámetro, entre la papayita y el babaco si existe diferencia estadística significativa (p-valor =0.0001), el rendimiento de las papayas nativas en relación a la cascara, pulpa y semilla fueron 32.8, 54.45 y 12.75 % respectivamente en el caso de la papayita del monte y 24, 67 y 9 % respectivamente para babaco.
La comparación de las características fisicoquímicas entre las pulpas de papayita y babaco, estadísticamente existió diferencia significativa: humedad (87.79±0.78; 94.05±0.86); Acides (0.22±0.01; 0.60±0.03); Ceniza (0.57; 1.00); °Brix 6.63±0.66; 5.75±0.18); pH (4.00±0.21; 3.82±0.08); Densidad (1.09±0.16; 0.971±0.11); IM (30.80±3.73; 9.54±0.78), entre ellas respectivamente.
La comparación entre los rendimientos de las pulpas liofilizadas de la papayita y babaco se determinó una diferencia de 0.12 %, obteniendo 6.10 ±0.15 y 6.22±0.10 respectivamente.
En la comparación del contenido de fenoles totales entre las pulpas fresca (0.46±0.02 mgAGE/g; 1.43±0.02 mgAGE/g) y pulpas liofilizadas (349.30±27.79 mgAGE/g; 59.67±19.28 mgAGE/g) si existió una diferencia significativas, entre la papayita y el babaco respectivamente, donde se determinó que los productos liofilizados tienen mayor contenido de fenoles totales, que los productos de pulpa fresca.
La capacidad antioxidante según Anova y el método Tukey reporto que si existen diferencias significativas entre las pulpas liofilizadas (81.59±0.52; 64.6±0.16) y entre pulpas frescas (45.92±0.29; 25.41±5.2) si existió una diferencia significativa, entre la papayita y el babaco respectivamente, donde se determinó que los productos liofilizados tienen mayor capacidad antioxidante, que los productos de pulpa fresca. Se determinó también que la pulpa liofilizada de papayita tiene mayor capacidad antioxidante que la pulpa liofilizada del babaco: 81.58% y 64.6% respectivamente.
Se determinó que con una permeabilidad al vapor de agua (WVTR) de 0.06 g.m2. dia, en empaque de Aluminio, se puede obtener hasta 22.60 y 18.36 meses para las muestra liofilizadas de papayita y babaco respectivamente, a una temperatura de 20 °C, 70% HR.
