SciELO - Scientific Electronic Library Online

 
vol.15 número3Verificación de Firmas Usando Transformada de GaborCurva de Degradación del Plaguicida Imazalil en Frutos Maduros de Pomelos durante el Almacenamiento en Frio índice de autoresíndice de materiabúsqueda de artículos
Home Pagelista alfabética de revistas  

Información tecnológica

versión On-line ISSN 0718-0764

Inf. tecnol. v.15 n.3 La Serena  2004

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-07642004000300009 

 

Información Tecnológica-Vol. 15 N° 3-2004, págs.: 61-66

ALIMENTOS

Estabilidad de Pigmentos en Frutas Sometidas a Tratamiento con Energía de Microondas

Stability of Pigments in Fruit Subjected to Microwave Energy Treatment

 

M.E. Jiménez1, M.L. Zambrano2 y M.R. Aguilar1

(1) Inst. Politécnico Nacional, Esc. Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas, Unidad Profesional Adolfo López Mateos, Edificio 7, Zacatenco, 07738 México, D.F.-México

(2) Univ. Nacional Autónoma de México, Fac. de Estudios Superiores Cuautitlán, Av. Primero de Mayo s/n, Col. Atlanta, 54740 Cuautitlán Izcalli, Estado de México-México


Resumen

Se determinó el comportamiento de estabilidad de los pigmentos y la actividad de la polifenoloxidasa en frutas sometidas a tratamiento con energía de microondas (escaldado). Se extrajeron los pigmentos correspondientes obteniéndose las absorbancias por espectroscopia. La absorbancia aumentó al aumentar el tiempo de tratamiento con microondas, en especial las clorofilas del aguacate y carotenos del mamey y mango. Las antocianinas en fresa y ciruela se mantuvieron estables y en kiwi no hay una relación lineal en las absorbancias. Las velocidades de inactivación de la polifenoloxidasa fueron mayores para el aguacate y mango, y menores para el mamey, kiwi, fresa y ciruela. Se concluyó que el escaldado con microondas en las frutas favorece el incremento de color y lo mantiene estable e inversamente disminuye la actividad de la polifenoloxidasa con lo que se asegura que el color no sea afectado por el oscurecimiento enzimático.


Abstract

The stability behavior of pigments and polyphenyloxidase activity were determined in fruit which had undergone microwave energy treatment (scalding). Pigments were extracted from each type of fruit, obtaining spectroscopic absorbancies. Absorbancy increases with increase in time of microwave treatment, particularly the chlorophylls of aguacate, and mamey and mango carotenes. The anthocyanins of strawberries and plums remained stable, while in the kiwi, there was no linear relation in the absorbancies. The rates of inactivation of the polyphenyloxidase were greater for aguacates and mangos, and lower for mamey, kiwi, strawberry and plum. It is concluded that scalding of fruit with microwaves favors color increase and maintains stability, and inversely diminishes the activity of polyphenyloxidase which ensures that color is not affected by enzymatic darkening.

Keywords: fruit treatment, microwave scalding, pigment effect, polyphenyloxidase activity


 

INTRODUCCIÓN

El color de los alimentos se debe a diferentes compuestos, principalmente orgánicos, o a pigmentos naturales o colorantes sintéticos añadidos. Cuando son sometidos a tratamientos térmicos, los alimentos generan tonalidades que van desde un ligero amarillo hasta un intenso café, mediante las reacciones de Maillard (Braverman, 1988, Yaylayan, 1990) y de caramelización. En otras ocasiones, los pigmentos que contienen se alteran y cambian de color. La mayoría de las frutas y vegetales deben su color a sus correspondientes pigmentos, que son sustancias con una función biológica muy importante en el tejido. Existe una gran cantidad de pigmentos relacionados con las frutas y vegetales, entre ellos las clorofilas, los carotenoides, las antocianinas, los flavonoides, los taninos, las betalaínas, y otros (Badui, 1999).

El escaldado es una operación previa al procesamiento, que se realiza a frutas y hortalizas y tiene como principal objetivo llevar a cabo la inactivación de enzimas, eliminación de aire ocluido, fijación de color y reblandecimiento del tejido. Una alternativa al escaldado mediante agua caliente es el efectuado con microondas. La energía que proporciona el microondas origina la fricción de las moléculas debido a la rápida oscilación en el campo magnético y por consiguiente el calentamiento de las mismas (Giese, 1992; IFT,1989; Decareu, 1986).

Para su aplicación en alimentos, las frecuencias utilizadas comúnmente son las de 2450 y de 915 MHz. Entre sus ventajas están la rapidez y uniformidad en el tratamiento sin provocar pérdidas de los componentes nutricionales. La conservación del color original mediante este procedimiento ha sido la razón de varios estudios al respecto. Schawartz y Von Elve (1983), evaluaron el efecto del tratamiento por microondas, sobre la degradación de clorofila y actividad de polifenoloxidasa en puré de aguacate, llegando a la conclusión de que después de inhibir la actividad enzimática la conservación del color verde característico fue uno de los factores más importantes a considerar. Jiménez et al. (1999; 2001) reportaron resultados referentes al cambio de color en aceite de aguacate e inactivación de polifenoloxidasa en puré de aguacate tratado por microondas. La actividad de la polifenoloxidasa catalasa y peroxidasa en seis diferentes cultivos de aguacate no mostraron una clara relación inversa entre el oscurecimiento y el contenido de carotenoides (Sharon-Raber y Kahn, 1983).

Otro de los pigmentos estudiados son los carotenoides que resisten el calor y pH extremos; el alto contenido de carotenos en el mamey, mango y papaya favorece el bajo oscurecimiento enzimático (Sharon-Raber y Khan,1983); a elevadas temperaturas modifican enlaces cistrans, cambiando el color (Ott,1992). Se determinó la relación de las antocianinas con la polifenoloxidasa (PFO) en cuanto a la degradación del color en la fresa, disminuyendo del 50 al 60 % cuando reaccionó la polifenoloxidasa con el D-catequin (Wesche-Ebeling y Montgomery 1990). También se ha estudiado el efecto del escaldado por microondas en concentrados de fresa y la influencia de las enzimas sobre el color, encontrándose que este tipo de escaldado tiene un efecto protector de las antocianinas (Wrolstad et al., 1980; Braverman, 1988; Yaylayan, 1990).

El objetivo del trabajo fue evaluar el efecto del tratamiento por microondas sobre la inactivación de polifenoloxidasa en 5 variedades de fruta y relacionarlo con el cambio en absorbancia de luz como una correlación con el cambio en pigmentos.

MATERIALES Y MÉTODOS

Las frutas se seleccionaron en función de la sensibilidad al ambiente, composición y características. Las frutas utilizadas fueron aguacate (Persea americana), mamey (Colocarpum mammosum), kiwi (Actinidia chinesis), mango (Mangifera indica), fresa (Fragaria spp) y ciruela (Spondias spp.) con los mismos pigmentos pero diferente pH.

Para llevar a cabo el tratamiento se tomaron 25 g de puré de la fruta correspondiente. En la obtención del puré se consideró qué parte de la fruta se utiliza en la elaboración de yogurt. Además, en México gran parte del aguacate se comercializa como puré congelado.

Con el fin de homogenizar las características de la muestra, éstas se colocaron en cajas de petri de 5 cm de diámetro y 1.3 cm de altura.

Escaldado con microondas

Las muestras se colocaron en el centro del horno, aplicando energía de microondas a nivel alto con una frecuencia de 2450 MHz y 1150 Watts de energía radiada, Marca L.G. modelo M S-114YGL/MS-114YLL.

Tratamiento térmico tradicional

Para llevar a cabo este tratamiento se utilizó un baño Maria en el que se colocaron las muestras dentro de cajas de petri, cumpliendo con las características antes mencionadas. La temperatura promedio a la que se realizaron los ensayos fue de 80 °C. Las muestras así tratadas se utilizaron únicamente para contrastar los resultados con respecto a la inactivación de PFO.

Para los tratamientos a los que se sometió la fruta, se tomo en consideración el contenido lipídico como una resistencia a la penetración de calor, por microondas. Así, el aguacate y mamey con mayor contenido de lípidos se sometieron a tratamiento por 10, 20, 30, 40, 50, 60 y 70 s; mientras que la ciruela, mango, kiwi y fresa se trataron menos tiempo, por 2, 4, 6, 8, 10, 12 y 14 s.

Después del tratamiento se determinó el pH de las muestras, comparándose éste con el pH registrado en las muestras sin tratamiento. Con la finalidad de provocar el choque térmico y contribuir a la inactivación enzimática, cada muestra escaldada se introdujo al baño de hielo. Una vez concluido el tratamiento, se procede a la extracción del pigmento.

La primera muestra fue el testigo o control del experimento, por lo que no fue sometido al pretratamiento de escaldado con microondas. A ésta solamente se extrajo el pigmento correspondiente. Se reportó en las gráficas con un valor de cero.

Para extraer los pigmentos se utilizaron 15 g de cada muestra pretratada con microondas utilizando los respectivos reactivos. Para las clorofilas se utilizó acetona químicamente pura.

Una vez extraído el pigmento se determinaron las absorbancias en un intervalo de 600 a 700 nm utilizando un espectrofotómetro Lambda 2 de la Marca Perkin Elmer, las absorbancias fueron leídas a 664 nm (Ott, 1992; Ranganna, 1986).

Las antocianinas se obtuvieron con mezcla de etanol al 95 % y HCl 1.5 N en una relación (85:15). Las absorbancias se determinaron de 350 a 650 nm, tomando las lecturas a 520 nm (Ott, 1992; Rangana, 1986). En cuanto a los carotenos se utilizó mezcla de acetona/éter de petróleo y las absorbancias fueron leídas en el rango de 400 a 500 nm, obteniéndose el máximo de absorbancia a 447(Ott, 1992; Ranganna, 1986).

Los intervalos seleccionados para la lectura de absorbancias de los pigmentos extraídos permiten determinar la longitud de onda máxima del pigmento para cada fruta y determinar si existen corrimientos debidos a los tratamientos. La intensificación del color verde debido a las clorofilas puede justificarse en función al porcentaje de cambio que presenta la absorbancia relativa del aguacate sin tratamiento con respecto al cambio de absorbancia en cada tiempo de tratamiento (Gross, 1987).

Determinación de polifenoloxidasa (PFO)

A 2 ml de la muestra escaldada con microondas se adicionó 1 ml de solución alcohólica de pirocatecol al 1 % y se determinaron las absorbancias de cada muestra por espectroscopia a 420 nm (Ranganna, 1986).

Para la determinación de la actividad relativa se tomó en consideración el cálculo de las constantes de velocidad de reacción (k), utilizando las relaciones para una cinética de primer orden (ec. 1).

(1)

k = constante de velocidad de reacción (s-1)
t = tiempo (s)
R1= % de absorbancia al inicio
R2 = % de absorbancia al tiempo t

El porcentaje de inhibición se calculó de acuerdo con la relación existente entre la diferencia de lecturas desde el tiempo t, tomando en consideración lo siguiente (Zambrano et al., 1994):

(2)

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Cambio en clorofilas

En la Figura 1 se muestra el comportamiento de las clorofilas de aguacate durante el tratamiento térmico por microondas. Se observó que conforme aumenta el tiempo de escaldado con energía de microondas, las absorbancias se incrementan. El incremento es proporcional al aumento en la intensidad de color observado subjetivamente y concordante con lo mostrado en los cambios de absorbancia relativa a la condición inicial, siendo este de 12.9 % a los 10 s, a 153.9 % en 70 s, no existiendo diferencia significativa con respecto al tratado por 60 s con un 147.2 %.



Fig. 1: Comportamiento del aguacate y mamey escaldados con microondas.

La velocidad relativa de cambio en las clorofilas es de 0.1045 s-1, con una R2 = 0.89, con lo que se puede establecer que hasta los 60 s el tiempo de tratamiento es directamente proporcional a la intensidad del color, contrastando con lo que sucede con muestras escaldadas por inmersión en agua, en las que la muestra se tornaba amarilla (Jiménez, et al, 1999).

Por otro lado el kiwi, al tener un mayor contenido de agua en la que las ondas pueden distribuirse mejor, muestra variaciones menores con respecto a las reportadas para aguacate, del orden de 23.3 % como máxima, lo que se observa en la Tabla 1.

La Figura 2 muestra que no hay una tendencia lineal en el comportamiento, existiendo además una disminución de la intensidad de color a los 10 s, representado en la Tabla 1 con el valor negativo de -16.7 %, no existiendo diferencia significativa con el tratamiento a 12 s, sin embargo a los 14 s la pérdida es de 23.3 %, por lo que se considera en relación a la pérdida de pigmento relativo a la absorbancia que el óptimo se encuentra los 8 s.



Fig. 2: Comportamiento clorofila y carotenos después del escaldado con microondas.


Tabla 1: % cambio relativo en absorbancias de diferentes pigmentos.

Fresa

Ciruela

Mango

Kiwi

Mamey

Aguacate

Antonianinas

Antonianinas

Caroteno

Clorofila

Caroteno

Clorofila

-2.5

-12.9

105.1

-3.3

2.5

12.4

-0.55

-8.8

236.2

23.3

18.4

44.9

0.5

-10.3

113.0

16.7

40.7

53.9

-1.5

7.9

138.4

13.3

45.4

114.6

-1.4

-27.5

215.9

-16.7

1.2

82.0

2.4

-30.1

40.0

-10.0

50.9

147.2

-29.2

-29.3

97.1

-23.3

2.2

153.9

Para las antocianinas en el análisis por espectroscopia (VIS), las longitudes de onda máximas obtenidas que presentan los pigmentos extraídos de la fresa corresponden a dos tipos de antocianina. De acuerdo a las referencias y tomando en cuenta el método de extracción de las antocianinas, la longitud fue de 517 nm que pertenece a la malvidina y malvidina-3-5-diglucósido de las que se reportan 520 y 519 nm como longitudes de onda máximas.

Con respecto al comportamiento de las antocianinas en fresa, no existe diferencia significativa con un a =0.1, de los 10 a los 12 s de tratamiento, y aunque existe una disminución de la absorbancia, esta o es perceptible como un cambio de color, tal y como se observo durante la experimentación, sin Embargo a los 14 s, existe una pérdida considerable de las antocianas presentes en la fresa, este comportamiento se observa en la Tabla 1 y en la Figura 3.



Fig. 3: Comportamiento de antocianinas en fresa y ciruela escaldadas en microondas.

Para la ciruela cuya longitud de onda fue 450, en las referencias se encontró la pelargonidina-3- monoglucosido con trazas de cianidina que reporta longitudes de 535 a 450 (Hulme, 1971).

En la ciruela la pérdida de antocianinas y del color característico del pigmento obtenido tuvo pérdidas desde los 10 s de tratamiento, siendo este además variable en función del tiempo de tratamiento, tal y como se observa en la Figura 3 y Tabla 1, incrementándose hasta un 27.5 % a los 10 s, no existiendo diferencia significativa con los tratados a los 12 y 14 s.

Los carotenos en el mamey resisten tiempos de tratamiento más altos en el microondas debido a la textura de su pulpa. Los valores de absorbancia para las muestras tratadas tanto de mamey como de mango son mayores que para el testigo, en la figura 1 se muestra el comportamiento de los carotenos en el mamey, además en la Tabla 1 se muestra el cambio relativo en los carotenos de mamey observándose un aumento en la absorbancia relativa, relacionada con la intensificación de los carotenos, sin embargo a los 50 s no existe diferencia significativa con respecto a la muestra sin tratamiento y a los 60 s se muestra un incremente, relacionado más bien con el cambio de textura del puré de mamey, por lo que se considera que el tiempo optimo de tratamiento es de 50 s.

Para los carotenos de mango cuyo tiempo máximo de tratamiento fue de 14 s, se observó un comportamiento relacionado con la del mamey en cuanto al incremento de la absorbancia relativa, siendo mayor en mango, con un máximo de 236.2 % a los 6 s, presentando fluctuaciones hasta los 10 s, pero con incrementos relativos mayores al 100 % tal y como se observa en la Figura 2 y Tabla 1. Después de este tiempo se presentó una disminución en las absorbancias relativas quedando hasta un 40 %, acompañado de un cambio en el aspecto superficial y deshidratación de las muestras, observable en la Figura 2 con dos picos máximos de absorbancia, representado a los 4 s y 10 s. Este comportamiento se atribuye a las diferencias en cuanto a pH que presentan las muestras de mango y mamey durante el tratamiento: el mango tiene pH por debajo de 5 y hasta 5.13, y el mamey que tiene pH de 5.85 a 6.81 máximo.

Inactivación enzimática

En la Tabla 2 se muestran las velocidades de inactivación de PFO de las muestras tratadas, comparadas con el tratamiento térmico tradicional. Las muestras de aguacate y mango sometidas a tratamiento por microondas presentan una mayor velocidad de inactivación de PFO. Sin embargo, en el tratamiento tradicional de 0 a 12 s, la velocidad de inactivación es muy baja: de 0.013 s-1 para aguacate y de 0.029 s-1 para mango.

Esto es debido principalmente a la difusión del calor y al tiempo de tratamiento.

La tabla 2, muestra que las velocidades de inactivación para kiwi, fresa y ciruela son menores en las uestras tratadas con microondas, en correlación a lo expuesto en la Tabla 3 donde se observan las variaciones de pH durante el tratamiento, con pH ácidos para esas frutas. Las PFO actúan con pH cercanos a la neutralidad, como sucede con el mamey, aguacate y en menor medida con el mango, con pH que van de 5 para mango a 7.34 del aguacate.

Lo antes mencionado concuerda con lo mostrado en la Tabla 2 para el caso del kiwi, donde se tiene que la velocidad de inactivación es mayor para los tratamientos tradicionales que con microondas, asociado al efecto de pH ácido. Para el caso de la fresa no existe diferencia significativa en las constantes de velocidad mostradas para las muestras tratadas tradicionalmente y por microondas.


Tabla 2: Constante de velocidad de inactivación.

Fruta

K (s-1) Trad.

R2

K (s-1) micro

R2

Aguacate

0.013

0.88

0.154

0.90

Mamey

0.0082

0.87

0.0014

0.83

Kiwi

0.015

0.80

0.051

0.89

Fresa

0.024

0.82

0.0228

0.93

Ciruela

0.1017

0.78

0.036

0.82

Mango

0.029

0.93

0.1423

0.91


Para el caso de la inactivación de PFO en ciruela, es necesario establecer que durante las primeras etapas de calentamiento (tratamiento tradicional), hay un incremento en la actividad de PFO con un velocidad de 0.1547 s-1, y el valor mostrado en la tabla 3, corresponde a su vez a una actividad de PFO y no inactivación, esto debido a que los intervalos considerados son los mismo que para el tratamiento con microondas.


Tabla 3: Variación en pH durante el tratamiento térmico por microondas.

Tiempo (s)

Kiwi

Fresa

Ciruela

Mango

Mamey

Aguacate

0

-

-

 

-

-

-

2/10

4.04

4.20

3.24

5.0

6.51

6.80

4/20

4.13

4.04

3.22

5.09

5.85

7.28

6/30

3.65

4.21

3.18

4.60

7.20

7.37

8/40

3.81

4.31

3.20

5.19

6.79

7.41

10/50

4.18

4.50

3.19

5.17

6.73

7.40

12/60

3.81

4.20

3.22

5.13

6.59

7.32

14/70

4.00

4.08

3.24

5.10

6.81

7.34

Un punto a resaltar es el comportamiento del mamey que muestra constantes de velocidad de inactivación del orden de 8.2 x 10-3 s-1, para el tratamiento tradicional y en microondas de 1.4 x 10-3s-1. Esa velocidad está relacionada con el aumento en la intensidad en el color de la muestra y asociada con las absorbancias relativas reportadas.

Además, es necesario considerar que la polifenoloxidasa contiene cobre (0.2 a 0.3%), es cofactor para las enzimas. Cuando se da la hidroxilación, el cobre se separa, este ocupa el lugar del magnesio en la clorofila obteniéndose un complejo de color verde estable (Cheftel y Cheftel, 1976; Schwartz y Von Elbe, 1983).

CONCLUSIONES

carotenos y una considerable baja actividad de la PFO, asociada con las constantes de velocidad de reacción.

El tratamiento con microondas es una mejor opción en el mantenimiento de los pigmentos en mango, aguacate y mamey, contribuyendo también con la disminución de la actividad PFO.

La fresa no mostró cambio en las antocianinas, manteniéndose estables durante el tratamiento con una baja velocidad de inactivación térmica, por lo que el pH juega un papel importante en la baja actividad mostrada en fresa.

El mango presentó fluctuaciones en cuanto a las absorbancias relativas, asociadas con la intensidad de color de carotenos extraídos de las muestras.

El escaldado con microondas en las frutas favorece el incremento del color y lo mantiene constante e inversamente disminuye la actividad de la PFO con lo que se asegura que el color no será afectado por el oscurecimiento enzimático.

REFERENCIAS

Badui D.S, Química de los alimentos, Addison Wesley y Logman de México (1999).        [ Links ]

Braverman, J.B.S., Introducción a la Bioquímica de los Alimentos. El Manual Moderno. México (1988).        [ Links ]

Cheftel, J.C y H. Cheftel, Introducción a la bioquímica y tecnología de los alimentos, Acribia, España, (1976).        [ Links ]

Decareau, V.R., Microwave food processing equip-ment throughout the world, Food Technology (1986).        [ Links ]

Giese, J., Advances in microwave food processing, Food Technology, 118-123 (1992).        [ Links ]

Gross, J., Pigments in Fruits, Academic Press. New York (1987).        [ Links ]

Hulme, A. C., The Biochemistry of Fruits and Their Products, Academic Press. New York (1971).        [ Links ]

IFT, Microwave Food Processing, Food Technology, 117-126 (1989).        [ Links ]

Jiménez, M.E., M.L. Zambrano, H. Hernández y M.R. Aguilar, Efecto de la energía de microondas sobre el pardeamiento enzimático del puré de aguacate, Información Tecnológica, 12 (6) 47-50 (2001).        [ Links ]

Jiménez, M.E., M.L. Zambrano, L. Dorantes y M.R. Aguilar, Efecto del tratamiento térmico por microondas del puré de aguacate sobre la extracción del aceite de aguacate, Información Tecnológica, 10 (4), 115-118 (1999).        [ Links ]

Ott, D.B. Experimento: pigmentos vegetales. Manual de laboratorio de ciencias de los alimentos, Acribia, España (1992).        [ Links ]

Ranganna, S., Handbook of analysis and quality control for fruit and vegetable products, 2a Ed McGraw Hill Publishing Co. New Dehli (1986).        [ Links ]

Schwartz, S.J. y J.H. Von Elbe, Kinetics of chlorophyll degradation to pyropheophytin in vegetables, J. Food Science. 48(1), 1303-1306 (1983).        [ Links ]

Sharon-Raben, O. y V. Kahn, Avocado mesocarp; browing potential, carotenoid content, polypheno-loxidase, catalase and peroxydase activities: comparison between six avocado cultivars, J Food Science 48 (1), 1874-1875 (1983).        [ Links ]

Wesche-Ebeling, P. y W.M. Montgomery, Straw-berry polyphenoloxidase: its role in Anthocyanin degradation, J. Food Science, 55(3), 731-734, 745 (1990).        [ Links ]

Wrolstad, R.E., D.D. Lee y M.S. Poei, Effect of mi-crowave blanching on the color and composition of strawberry concentrate, J. Food Science 45 (6), 1573-1577 (1980).        [ Links ]

Yaylayan, V. In search of alternative mechanisms for the Maillard reaction. Trends in Food Science and Technology, 21-22 (1990).        [ Links ]

Zambrano Z.M.L., M.T. Cruz y Victoria, P.H. Sánchez y R.L. Almazán, Factores Fisicoquímicos que controlan la Velocidad De oscurecimiento en Puré de Manzana, Pera y de Plátano, Información Tecnológica. 5 (1) 57-62 (1994).        [ Links ]