efectos del procesamiento
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Novena clase del laboratorio de Frutas y Hortalizas de la carrera de Ingeniería en Alimentos de la Facultad de Estudios Superiores CuautitlánTRANSCRIPT
26/02/2010
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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICOFACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN
EFECTO EN EL PROCESADO DE FRUTAS Y HORTALIZAS
DRA. MA. ANDREA TREJO MÁRQUEZ
Las técnicas para la conservación y
procesamiento de frutas y vegetales
son diversas:
• .Aplicación de frío
• Aplicación de calor
• AM/AC
• Irradiación ionizante/no ionizante
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Objetivo del
procesamiento
y/o conservación
•Reducir carga microbiana
•Retrasar cambios químicos
alterantes.
•Inhibir acción enzimática.
•Modificación mínima de
atributos de calidad.
La intensidad de estos procesos origina
alteraciones severas que modifican los
atributos de calidad.
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EFECTOS DESEABLES DURANTE EL PROCESADO
Inactivación por calor de factores
antinutritivos.
Ablandamiento de tejidos duros o resistentes.
Formación de aroma
Formación de color
EFECTOS INDESEABLES DURANTE EL PROCESADO
Pérdida de vitaminas por efecto de calor.
Decoloración
Cambios de textura.
Cambios de aroma.
Cambios de sabor.
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Efectos en el
procesamiento de
frutas y verduras
Cambios Químicos
Reacciones Enzimáticas
Ruptura celular
Estructura celular
CAMBIOS QUÍMICOS DURANTE EL
PROCESAMIENTO
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CAMBIOS QUÍMICOS DURANTE EL
PROCESAMIENTO.
La intensidad y velocidad de reacción química en un
alimento depende de factores:
Concentración, disponibilidad y movilidad de los
sustratos de reacción
temperatura
pH
Presencia de inhibidores o catalizadores
Potencial de oxido-reducción
Compuestos
que
reaccionan
Productos Importancia
Clorofila
Glutamina
Trans-
carotenoides
Tiamina
Feofitinas
Pirrolidina,ac.
Carboxilico
cis, trans-
carotenoides
Pirimidina y
tiazol
Los pHs bajos y las altas temperaturas ,
favorecen esta reacción que produce una
decoloración marrón verdosa en las conservas
de vegetales verdes.
La formación de PCA durante tratamientos
térmicos de las conservas vegetales,
contribuyen a la formación de feofitina y a la
formación de aromas anormales.
El calor, la luz o la acidez producen la
isomerización de todos los carotenoides trans
en distintos isómeros cis. Esta reacción origina
pérdidas de la actividad de la vitamina A y
cambios de color.
El calentamiento a pH <6 produce la rotura del
puente de metileno de la vit. B1 con formación
de productos.
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Compuestos
que
reaccionan
Productos Importancia
Ác. Ascórbico
Ác. Orgánicos,
Ca2+
Fe2+
Ác.
Dehidroascór-
bico
Quelantes del
Ca 2+
Fe3+
La oxidación en presencia de O2 molecular
origina pérdidas en la actividad de la vitamina
C y puede estar relacionada con otras
reacciones reductoras, como la formación de
enlaces disulfuros durante la formación del
gluten, o la conversión de etanol en
acetaldehído en el envejecimiento de vinos.
El ácido fítico o el cítrico pueden secuestrar al
Ca2+ de los pectatos y por lo tanto provocar
ablandamiento en frutas enlatadas.
La oxidación del hierro puede tener dos
importantes consecuencias, una mayor
oxidación de lípidos y una disminución de
absorción del hierro a nivel instestinal.
CAMBIOS ENZIMÁTICOS DURANTE
EL PROCESAMIENTO
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REACCIONES ENZIMÁTICAS
Los efectos de la ruptura celular se deben controlar con una previa inactivación enzimática.
Previo a operaciones básicas como el pelado, cortado, o elaboración de pulpas.
Reducir el tiempo entre ruptura del tejido y la inactivación enzimática.
REACCIONES ENZIMÁTICAS
Ej. Escaldado, previo a tratamientos térmicos o de congelación.
El hot break inactivación de PG en jugos de tomate, para evitar la disminución de la viscosidad.
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PARDEAMIENTO
ENZIMÁTICO
PARDEAMIENTO
ENZIMÁTICO
•Ocasiona significativos problemas de calidad
en la conservación de frutas y verduras. Las
alteraciones aparecen sobre todo cuando los
productos vegetales han sufrido algún daño en
sus tejidos por contusiones ocasionadas por
troceado, extracción de jugo, deshidratación,
congelación, etc.
• Los más susceptibles a esta alteración son:
papas, champiñón, manzana, duraznos, peras y
plátanos.
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PARDEAMIENTO
ENZIMÁTICO
• No siempre la formación de estos pigmentos
coloreados se ha de considerar como un
fenómeno químico indeseable.
Ej. Dentro de la tecnología de productos
vegetales en los que precisamente se busca
esta transformación de los compuestos
fenólicos: procesos de maduración de dátiles,
secado de granos de cacao, fermentación de
hojas de té.
PARDEAMIENTO
ENZIMÁTICO
• Alteración química, que en su primera etapa
es enzimática y que tiene como sustratos a los
compuestos fenólicos que se transforman en
estructuras poliméricas con coloraciones
pardas.
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PARDEAMIENTO
ENZIMÁTICO
•Sustratos del pardeamiento enzimático:
monofenoles, ortodifenoles, polifenoles, con
mayor o menor reactividad en función de la
estructura.
Principales
compuestos
Fenólicos
en productos
vegetales
• Orto-difenol y sus derivados: pirocatecol,
ácido cafeico, ácido protocatéquico.
- Compuestos derivados del L-tirosina: la
dopa (papa) y la dopamina (plátanos).
- Los ácidos orgánicos que incluyen en sus
estructuras anillos aromáticos: el ác.
Gálico (puede tomar parte de algunos
taninos hidrosolubles) y el ác. Clorogénico
(granos café, Manzanas, papas).
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Principales compuestos Fenólicos
en productos vegetales
Principales compuestos Fenólicos
en productos vegetales.
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Principales compuestos Fenólicos
en productos vegetales.
Principales
compuestos
Fenólicos
en productos
vegetales
- Los compuestos flavonoides, que pueden
encontrarse bajo las formas más diversas:
°Antocianos, que presentan coloraciones muy
sensibles a las variaciones de pH ó a la pérdida
hidrolítica del grupo glucídico.
°Los flavonoles, como el quercetol.
°Las favononas, naringenol, cuyo glucósido con
glucosa y ramnosa es la narangina, responsable
del amargor de cítricos.
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Principales compuestos Fenólicos
en productos vegetales.
Principales
compuestos
Fenólicos
en productos
vegetales
-- Las ligninas, que son polímeros fenólicos
responsables de las estructuras rígidas de
muchos vegetales.
--Los taninos, derivados pirogálicos y otros
condensados catéquicos, que reaccionan con
proteínas y que bajo sus formas oxidadas
aportadas por el lúpulo, participan en la turbidez
de las cervezas o pueden formar compuestos
pigmentados pardos.
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Mecanismo de Reacción
El pardeamiento enzimático transcurre a través de un proceso
muy complejo, en el que se pueden distinguir cinco etapas
cada una con mecanismos de actuación propia, de naturaleza
enzimática las dos primeras.
1. Hidroxilación inicial mediante actividad cresolasa
2. Oxidación a quinonas por actividad catecolasa
3. Hidroxilación química secundaria de las quinonas.
4. Cambios intramoleculares entre quinonas y fenoles
5. Condensación de quinonas para dar lugar a polimeros.
Mecanismo de Reacción
1. Hidroxilación inicial mediante actividad cresolasa.
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Mecanismo de Reacción
2.- Oxidación a quinonas por actividad catecolasa
Mecanismo de Reacción
3.- Hidroxilación química secundaria de las quinonas.
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Mecanismo de Reacción
4.- Cambios intramoleculares entre quinonas y fenoles
Mecanismo de Reacción
5.- Condensación de quinonas para dar lugar a polimeros
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Para
que el pardeamiento
tenga lugar hace falta
que ocurran tres factores
esenciales:
- Presencia de sustratos
fenólicos adecuados.
- Sistema enzimático activo:
enzima o-difenol oxígeno
oxidoreductasa, con átomos
de cobre como grupo
prostético.
- Presencia de oxígeno
Para
el control de las etapas
iniciadoras del pardeamiento
Es posible actuar sobre dos de estos
Factores:
• La actividad enzimática
• La disponibilidad del oxígeno.
• Poco se puede hacer para una eliminación
del sustrato, bien elegir variedades
pobres en ellos, o bien intentar su
transformación en derivados menos
reactivos.
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Para impedir el pardeamiento en productos vegetales podrían
ser aplicados numerosos medios para impedir la alteración, pero
por razones de toxicidad, productos secundarios desfavorables,
exigencias legales o costo de la operación, reducen a siete los
recursos con aplicación práctica:
MÉTODOS PARA PREVENIR PARDEAMIENTO
ENZIMÁTICO EN FRUTOS Y VERDURAS
1. Aplicación de calor.
2. Aplicación de compuestos reductores, como ácido ascórbico.
3. Tratamientos con anhídrido sulfuroso o sulfitos.
4. Exclusión de oxígeno.
5. Inhibición de sistemas enzimáticos por el cloruro de sodio.
6. Metilación de los grupos fenoles.
7. Variación del pH mediante uso de acidulantes.
MÉTODOS PARA PREVENIR PARDEAMIENTO
ENZIMÁTICO EN FRUTOS Y VERDURAS
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Es muy importante acortar el tiempo del escaldado
tanto como sea posible. Las pérdidas de nutrientes
pueden disminuirse escaldando al vapor, en lugar
de hacerlo con agua, ya que así se reduce
notablemente las pérdidas por lixiviación.
APLICACIÓN DE CALOR.
El método más empleado para inactivar las enzimas
fenolasas suelen ser tratamientos con agua caliente, estas
enzimas se inactivan a temperaturas entre 85 y 95°C, en
muy poco tiempo. Sin embargo, el escaldado puede
modificar las características organolépticas y nutritivas
del producto.
Puede realizarse por:
inmersión en agua caliente,
vapor
aspersión.
APLICACIÓN DE CALOR.
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ESCALDADO
El objetivo principal es inactivar los sistemas enzimáticosresponsables de las alteraciones de calidad sensorial (apariciónde olores y sabores extraños) y nutricionales (pérdida devitaminas) que se producen durante la conservación.
ESCALDADO
Ventajas
secundarias
del
escaldado
• Destruye las formas vegetativas delos microorganismos existentes en lassuperficies de los productos.
• Completa la acción de lavado.
•Elimina los restos de plaguicidas.
•Mejora el color de los vegetalesverdes.
• Elimina sabores extrañosconsecuencia de gases y otrosproductos volátiles formados duranteel intervalo entre la recolección y elprocesado.
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ESCALDADO
OBJETIVOS
del
escaldado
• Destrucción de oxidasas,peroxidasas, catalasas, lipoxigenasaspor acción del calor y su eficacia esverificada controlando la actividad dela peroxidasa y catalasa dado sumayor termoresistencia.
ESCALDADO
Características
del
escaldado
• La duración varía dependen delmétodo empleado, la especie yvariedad del producto, susdimensiones, estado de madurez yprincipalmente la temperatura.
F: representa el tiempo necesario paraobtener a 100°C la tasa deinactivación enzimática que garantizala estabilidad del producto durante suconservación.
Z: es la elevación de la temperaturaque permite reducir al 90% la duraciónpráctica del escaldado.
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ESCALDADOR DE VAPOR SECO
Escaldador
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Escaldador cuello de cisne
El calentamiento durante elescaldado mata las células, solubilizalas sustancias pecticas y causacambios irreversibles en la estructuracelular y en las característicasmecánicas de los tejidos vegetales.
EFECTOS DEL
ESCALDADO
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La alteración de membranascitoplasmáticas aumenta supermeabilidad penetrando el agua deescalde en las células y los espaciosintracelulares expulsando los gases yotros productos volátiles.
EFECTOS DEL
ESCALDADO
Desnaturalización de proteínas, lapérdida de sustancias solubles comovitaminas, sales minerales yazúcares.
EFECTOS DEL
ESCALDADO
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EFECTOS DEL
ESCALDADO
Los cloroplasto y
cromoplastos se hinchan y
desintegran, los carotenos y
las clorofilas se difunden en
la célula y al medio de
escalde.
EFECTOS DEL
ESCALDADO
Los efectos negativos del
escaldado son
principalmente la
modificación permanente de
la estructura vegetal, la
solubilización y destrucción
de nutrientes y vitaminas.
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EFECTOS DEL
ESCALDADO
Los gránulos de almidón se
solubilizan y gelatinizan,
ocupando todo o parte del
citoplasma.
EFECTOS DEL
ESCALDADO
Las modificaciones de color
debido a la transformación de
clorofilas en feofitinas son tanto
más intensas a medida que el
escaldado es más largo y más
elevada temperatura.
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ESCALDADO
Tiempo de escaldado en agua
%
Actividad enzimática residual
Lipoxigenasa Catalasa Peroxidasa
% % %
Evaluación de la calidad después de conservación
Color, Sabor y aroma
NO
2.5s
5s
10s
15s
3min
100
80
62
6
1
-
100
36
28
2
0.3
-
100
65
52
34
23
0.3
Decolorado
Decolorado
Decolorado
Bueno
Bueno
Bueno
Fuerte sabor extraño
Sabor extraño
Bueno
Bueno
Bueno
Bueno
Pueden convertir de nuevo las quinonas a fenoles e impedir, o al
menos retrasar el desarrollo del pardeamiento enzimático. Uno
de los reductores más utilizados es el ácido ascórbico, muy
usado en la producción de purés, jugos de frutas y vegetales.
ADICIÓN DE COMPUESTOS REDUTORES.
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Los mejores inhibidores de la actividad enzimática de las
polifenol oxidasas son:
• El anhidrido sulfuroso
• Las sales sódicas de sulfitos
• Bisulfitos y
•Metabisulfitos
Estos compuestos son usados también como antisépticos,
aunque a diferentes niveles de los aplicados para prevenir
pardeamiento enzimático.
TRATAMIENTO CON ANHIDRIDO SULFUROSO
• Basta con niveles de ppm para que actúen con eficacia.
• Se suelen aplicar en aquellos productos donde el tratamiento
térmico puede ocasionar cambios en textura o desarrollar sabores
anormales.
• Efectos indeseables la destrucción de la tiamina lo que provoca
pérdida del valor nutritivo.
TRATAMIENTO CON ANHIDRIDO SULFUROSO
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Generalmente su empleo queda reducido al envasado al vacío o en
atmósfera de nitrógeno.
EXCLUSIÓN DEL OXÍGENO.
La inmersión del vegetal en una solución diluida de
cloruro de sodio, inmediatamente después de ser
troceada, ha resultado eficaz para evitar el
pardeamiento.
INHIBICIÓN POR ADICIÓN DE CLORURO DE SODIO.
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Se debe a una inactivación enzimática por la acción de la
sal, bastando para ello concentraciones de 0.1%.
Desventaja: por razones de sabor salado que aporta, el
método se limita a las verduras y no se puede hacer
extensivo a frutas.
INHIBICIÓN POR ADICIÓN DE CLORURO DE SODIO.
La aplicación de este método implica la inmersión de
los trozos de vegetales en una solución con la enzima
y el donador de los grupos metilos. Tiene el
inconveniente de exigir un pH ligeramente alcalino,
que dificulta su empleo en frutos.
METILACIÓN DE LOS GRUPOS FENOLES.
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La metilación de los grupos hidroxilos puede servir de
protección al bloquear los grupos reactivos.
Por ello, se ha querido aprovechar que los vegetales suelen
tener enzimas como la o-metil transferasa, que metila los
orto-difenoles en presencia de compuestos donadores de
grupos metilos, como la s-adenosilmetionina.
METILACIÓN DE LOS GRUPOS FENOLES.
sustratos de fenolasas No sustratos de fenolasas
catecol guayacol
S-adenosil metionina + ácido cafeico ácido ferulico
ácido clorogénico ác. 3-feruloil-quinico
METILACIÓN DE LOS GRUPOS FENOLES.
o-metil transferasa
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METILACIÓN DE LOS GRUPOS FENOLES.
Se adicionan ácidos orgánicos con la finalidad de
reducir el pH del tejido vegetal y con ello
amortiguar la velocidad de desarrollo del
pardeamiento enzimático.
VARIACIÓN DEL PH MEDIANTE ACIDULANTES.
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• Se utilizan ácidos que se encuentran de
manera natural como: Cítrico, málico,
ascórbico.
• Se busca llegar a pH 4.
• En la industria de frutas congeladas se
suele usar una mezcla de ascórbico con
cítrico.
VARIACIÓN DEL PH
MEDIANTE
ACIDULANTES.
RUPTURA CELULAR POR EL PROCESAMIENTO
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RUPTURA CELULAR
Ruptura celular contribuye a los cambios no enzimáticos.
La ruptura de la vacuola central libera ácidos que modifican el pH del medio y alteran el ritmo de las numerosas reacciones pH-dependientes. ej. Cambios color.
La ruptura celular puede aumentar la tasa de oxidación no enzimática, producirse un incremento en la concentración de oxígeno.
RUPTURA CELULAR
Durante la congelación la formación de cristales de hielo rompen las paredes celulares, provocan salida
de solutos.
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CAMBIOS EN ESTRUCTURA
CELULAR
CAMBIOS EN LA ESTRUCTURA MOLECULAR
La estructuras membranosas como los cloroplastos resultan irreversiblemente dañados durante los tratamientos térmicos y los componentes (clorofila, lípidos, proteínas) quedan más disponibles para participar en diversas reacciones.
Los polisacáridos de las células vegetales están perfectamente ordenados y la integridad de la estructura dependen de ese orden.
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CAMBIOS EN LA ESTRUCTURA MOLECULAR
El calor provoca que absorban agua, se hinchen y se vuelvan más móviles y disponibles para participar en las reacciones químicas.
El aumento de volumen rompe la estructura , hasta provocar cambios en los componentes próximos.
Selecciona el mejor método de control de pardeamiento
enzimático para los siguientes productos:
a) Brócoli
b) Espinaca
c) papa
d) Puré manzana
e) Jugo naranja
Fundamente tu respuesta y explica cada uno de los
métodos seleccionado.