Effects of continuous microwaving on the overall quality of tomato-based smoothies

Resumen

Las frutas y hortalizas son la principal fuente de minerales, vitaminas, antioxidantes y diversos metabolitos secundarios que favorecen la salud humana y la nutrición. La calidad final del producto no sólo depende de la calidad inicial de las frutas y hortalizas, sino también de las condiciones de procesado y almacenamiento que afectan a las reacciones enzimáticas y las características funcionales, organolépticas y microbiológicas. El tipo de procesado térmico también induce una serie de cambios que influyen en las características físicas y la composición química del producto hortofrutícola elaborado. Los consumidores de productos derivados de frutas y hortalizas demandan que parezcan más frescos, convenientes y saludables. Por ello, la industria agroalimentaria necesita tecnologías para preservar la calidad de dichos productos, reduciendo al mínimo las pérdidas funcionales y sensoriales. El tratamiento térmico es una de las técnicas principales utilizadas en la industria alimentaria en el procesado de productos hortofrutícolas, contribuyendo a prolongar la vida útil del elaborado. Este procesado térmico requiere de cierta temperatura aplicada durante un determinado tiempo para inactivar microorganismos y destruir enzimas. La reducción de los tiempos de procesado para alcanzar la temperatura final deseada es posible mediante la mejora de la transferencia de calor y el tipo de tecnología térmica aplicada. Para la protección de la calidad funcional y sensorial de los alimentos durante el procesamiento, se están mejorando técnicas innovadoras como las microondas (MO), como alternativa a los métodos tradicionales. Las MO, por su capacidad para calentar rápidamente los alimentos están alcanzando gran interés y popularidad. La industria alimentaria es el mayor consumidor de energía de MO en operaciones tales como cocción, secado, calentamiento, escaldado, descongelación, pasteurización y esterilización de una variedad de productos. La investigación de la presente Tesis Doctoral se ha centrado en el estudio del efecto de diferentes tratamientos de pasteurización proporcionados por un horno innovador de MO en continuo, bajo diferentes tratamientos (baja potencia/largo tiempo, media potencia/tiempo medio y alta potencia/corto tiempo) frente a la pasteurización convencional (PC) sobre la calidad de los productos vegetales, y sus cambios durante el almacenamiento. Los trabajos se han realizado en el Grupo de Postrecolección y Refrigeración del Departamento de Ingeniería Alimentos y del Equipamiento Agrícola, así como en la Unidad de Alimentación y Salud del Instituto de Biotecnología Vegetal, ambos de la Universidad Politécnica de Cartagena (España). En la Introducción general se efectúa una extensa revisión bibliográfica sobre el calentamiento convencional y por MO. Se aporta una breve historia sobre los hornos de MO, incluyendo sus principios de funcionamiento, las diferencias más importantes entre los hornos de MO industriales y domésticos y el sistema de calentamiento y su descripción (magnetrón, guía de ondas, aplicador y circulador). Seguidamente, se examinan las prinicipales ventajas, limitaciones y soluciones de la tecnología de MO. Se revisan los factores que afectan al calentamiento por MO, incluyendo las propiedades del producto: dieléctricas, geometría, masa, temperatura, contenido en humedad y térmicas (conductividad, densidad y capacidad calorífica), así como los materiales utilizables en contacto con el producto para MO (papel, plástico, vidrio y cerámica). Se incluyen los sistemas de calentamiento en flujos discontinuo y continuo. Se analizan las técnicas más relevantes en las que la industria alimentaria utiliza las MO, como cocinado, secado, escalde, descongelación, concentración, pasteurización y esterilización. Finalmente, se tratan los aspectos más importantes sobre la calidad y seguridad de los productos tratados con con MO, así algunas recomendaciones sobre el procesado con MO. En el apartado de Resultados, en el primer Capítulo, se estudian los principales parámetros de calidad (acidez total, sólidos solubles totales, color, fenoles totales, capacidad antioxidante, carotenoides y vitamina C) de un puré de tomate sometido a un calentamiento por MO convencional (65 a 96 ºC) bajo diferentes potencias (750 y 900 W) y tiempos (de 60 a 210 s). Los parámetros de color del puré (luminosidad y tono) se incrementaron ligeramente conforme aumentaba la temperatura de pasteurización, acompañado de una reducción en la actividad antioxidante y vitamina C. Sin embargo, el procesado con MO aumentó el valor funcional del puré por el incremento en el contenido de licopeno y fenoles totales. La combinación de alta potencia y corto tiempo (900 W/150 s) preservó mejor la capacidad antioxidante y la vitamina C que la baja potencia y largo tiempo (750 W/210 s), ambos tratamientos alcanzaron la misma temperatura (96 ºC). Como se esperaba, las MO provocaron la inactivación rápida requerida de las enzimas, 96% a 900 W/150 s y 93% a 750 W/210 s, siendo además una técnica adecuada de pasteurización. En el Capítulo II se estudian los cambios en los parámetros funcionales como contenidos en vitamina C, licopeno, β-caroteno, fenoles totales y capacidad antioxidante, así como el color, la viscosidad y la actividad enzimática de un puré de tomate después de su procesado por PC y por MO en continuo, utilizando diferentes tratamientos (390 W/848 s, 510 W/805 s, 770 W/460 s, 980 W/848 s, 1640 W/805 s, 1700 W/230 s, 1900 W/180 s, 2700 W/160 s, 3150 W/150 s), todos ellos alcanzando una temperatura final de 96 ± 2 ºC durante 35 s. Las propiedades físico-químicas del puré de tomate, especialmente de color, se vieron afectadas por los tratamientos térmicos. El color rojo de los productos derivados de tomate es un buen indicador de calidad y, se observó, que el tratamiento con MO lo conservó mejor que la PC. En general, la pasteurización con MO indujo un enriquecimiento de compuestos que promueven la salud, debido a la mayor extracción de carotenoides y mejor retención de la capacidad antioxidante y de la vitamina C. Se obtuvo un 25% más de licopeno en las muestras sometidas a 3150 W/150 s frente al 7% de las PC. Con respecto a la retención de la capacidad antioxidante, ésta fue de un 94% frente al 74% determinada en las muestras testigo pasteurizada. La retención de la vitamina C fue de un 90% en el tratamiento de 3150 W/150 s frente al 60% en PC. Las actividades de las enzimas pectin metil esterasa (PME) y poligalacturonasa (PG) disminuyeron rápidamente tras la pasteurización con MO (14 y 29% for PME y PG, respectivamente), en particular cuando se utilizó la combinación de alta potencia y corto tiempo (3150 W/150 s), lo que acompaño a una mayor viscosidad (82 y 21 Pa.s para MO en continuo y PC, respectivamente). Los resultados sugirieron que el calentamiento semi-industrial por MO en continuo, en particular, combinando alta potencia y corto tiempo de aplicación, podría ser una técnica de pasteurización emergente idónea para preservar la calidad del puré de tomate e incrementar compuestos bioactivos como el licopeno. En los Capítulos III y IV se estudia el efecto de diferentes tratamientos con MO (210 W/646 s, 260 W/608 s, 1600 W/206 s, 3600 W/93 s) y la PC, todos ellos alcanzando la temperatura final de 90 ± 2 ºC durante 35 s, sobre los parámetros físico-químicos, funcionales, microbianos y sensoriales de un batido fresco de hortalizas de color anaranjado durante 45 días de almacenamiento a 5 °C. Además, se efectúa un estudio comparativo de la inactivación de las enzimas peroxidasa (POD), PME y PG de las muestras tratadas con MO y PC, así como sus efectos sobre el color y la viscosidad del batido anaranjado. Sobre la base de la calidad sensorial y microbiana, la vida útil de esas muestras pasteurizadas alcanzó los 45 días a 5 ºC. Al final de la vida útil, en todos los tratamientos térmicos, el crecimiento de bacterias mesófilas estuvo en el rango de 1,1 to 1,7 log cfu g-1, levaduras y mohos < 2 log cfu g-1 y no se detectó Listeria monocytogenes. Los tratamientos de MO con potencia más alta y tiempo más corto (3,600 W/93 s) lograron las menores reducciones en capacidad antioxidante y vitamina C. Por otra parte, este estudio ha mostrado que se obtuvo una mejor retención del color y de la luminosidad cuando los batidos se pasteurizaron con la potencia de MO más alta y el tiempo más corto. Comúnmente la pasteurización inactiva las enzimas POD, PME y PG y prolonga la vida útil. En este experimento, el tratamiento de 3600 W/93 s, logró la mayor inactivación enzimática obteniéndose una activida residual de tan sólo 4% en POD, 8% en PME y 23% en PG, al final de la conservación. La PG la más termorresistente, configurándose como un posible indicador de la eficiencia del tratamiento térmico. Como principal conclusión, la pasteurización industrial por MO podría recomendarsea para mantener una mejor calidad funcional y sensorial de los batidos anaranjados frente a la realizada por el método convencional. Esta técnica es rápida, eficiente y muy útil al ser implantada a escala industrial