Development of vegetable-based smoothies using emerging minimal processing technologies: quality and safety improvement
- Autores: Noelia Castillejo Montoya
- Directores de la Tesis: Francisco Artés Hernández (dir. tes.), Francisco Artés Calero (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Cartagena ( España ) en 2022
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Luis Cisneros-Zevallos (presid.), Lorena Martínez Zamora (secret.), Josefa Frutos Fernandez (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Técnicas Avanzadas en Investigación y Desarrollo Agrario y Alimentario por la Universidad Politécnica de Cartagena
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Repositorio Digital de la UPCT
- Resumen
Los beneficios para la salud de la dieta mediterránea están relacionados con un importante consumo de frutas y hortalizas, gracias a su alto contenido en compuestos fitoquímicos como fenoles, carotenoides y vitaminas. Muchos estudios han sugerido que su consumo se asocia con una reducción de las enfermedades crónicas y de diversos tipos de cánceres. Sin embargo, su ingesta está muy por debajo de la recomendada, a pesar de sus conocidos beneficios. Por lo tanto, hay que fomentar su consumo motivando y mostrando sus beneficios. Los batidos a base de productos hortofrutícolas frescos son una excelente solución para ingerir estos compuestos beneficiosos para la salud de forma sencilla y así aumentar el consumo de frutas y hortalizas. Todo ello se debe al frenético estilo de vida actual, que dificulta el seguimiento de unas buenas pautas dietéticas, por lo que el consumidor demanda productos de alta calidad nutricional fáciles y rápidos de consumir. En esta Tesis se han propuesto dichos batidos como una excelente solución para ingerir estos compuestos beneficiosos para la salud, estudiando y optimizando la formulación, su procesado y la evolución de la calidad durante la vida útil refrigerada.
Respecto a las diferentes posibilidades de formulación de componentes, se han elegido para esta Tesis batidos verdes y rojos. La composición de los batidos verdes se basó en tomate, zanahoria, pimiento rojo, brócoli, espinaca, uva y pepino. Inicialmente se procesaron con un tratamiento térmico suave (3 min a 80ºC) utilizando como controles batidos frescos sin tratar. Se estudió durante 7 días a 5 o 20ºC la calidad fisicoquímica, sensorial y microbiana, así como el contenido en compuestos bioactivos (vitamina C, compuestos fenólicos totales, capacidad antioxidante total, carotenoides totales y clorofilas). En general, a 5ºC se preservaron los sólidos solubles totales, el pH y la acidez titulable, al igual que sucedió con los compuestos fenólicos totales. El contenido inicial de vitamina C mostró una reducción del 58%. La composición de batidos rojos se basó en tomate, zanahoria, pimiento rojo y brócoli. Igualmente, se procesaron inicialmente con un tratamiento térmico suave (3 min a 80ºC) utilizando como controles batidos frescos sin tratar. Se estudió la calidad fisicoquímica, sensorial y microbiana, el contenido en compuestos bioactivos (vitamina C, licopeno, carotenoides, clorofilas, polifenoles totales y capacidad antioxidante) y la actividad enzimática (polifenoloxidasa, peroxidasa, pectinmetilesterasa y fenilalanina amonio liasa). Su vida útil fue de 28 días a 5ºC para los batidos sin tratar, y de 40 días a 20ºC y 58 días a 5ºC para los tratados térmicamente. Aunque la degradación de la vitamina C fue mayor en los batidos tratados térmicamente, la conservación a 20ºC incrementó el doble la degradación de vitamina C, mientras que los contenidos iniciales de carotenoides totales, licopeno y clorofilas totales no se vieron afectados por el tratamiento térmico. A partir de aquí se descartó la conservación a 20ºC, ya que los tratamientos térmicos suaves aplicados no eran suficiente para obtener un producto nutritivo y seguro. La actividad polifenoloxidasa, peroxidasa y pectinmetilesterasa de los batidos rojos se inactivó completamente tras el tratamiento térmico y se mantuvo prácticamente inexistente durante el almacenamiento hasta 40 y 58 días a 20 y 5ºC, respectivamente, mientras que la actividad fenilalanina amonio liasa se redujo un 65-70% tras el tratamiento térmico. El contenido de polifenoles totales se mantuvo tras el tratamiento térmico mientras que la capacidad antioxidante total se incrementó un 62/77%.
Se optimizó la formulación y el tratamiento térmico aplicado en un batido verde para prolongar su vida útil. El batido verde seleccionado se basó en pepino, brócoli y espinacas, donde se aplicaron dos tratamientos térmicos mediante un termorresitómetro Mastia para reducir la carga microbiana y preservar la calidad (3 min a 80ºC y 45 s a 90ºC). Como control se utilizaron muestras sin tratar y todas las muestras se conservaron a 5 y 15ºC, temperatura alcanzable si se rompe la cadena de frío. Los tratamientos térmicos redujeron la carga microbiana inicial hasta 2,4 y 3,1 unidades logarítmicas para los tratamientos de 3 min a 80ºC y 45 s a 90ºC, respectivamente. Los cambios de color y fisicoquímicos durante la conservación de los batidos se redujeron en los tratados térmicamente, siendo 5ºC la mejor temperatura de conservación. De hecho, las pérdidas de vitamina C tras los tratamientos térmicos se redujeron considerablemente cuando se almacenaron a 5ºC. El contenido total de los fenoles individuales aumentó un 44 y un 36% tras los tratamientos de 3 min a 80ºC y 45 s a 90ºC, respectivamente, sin embargo, este aumento no se observó por el método de Folin-Ciocalteu. Ambos tratamientos térmicos no afectaron a la capacidad antioxidante total de los batidos, que se mantuvo constante durante el almacenamiento en las muestras tratadas térmicamente. El contenido inicial de clorofilas y los carotenoides totales se redujeron tras los tratamientos en un 64-77 y 43-47%, respectivamente, tras los tratamientos térmicos, siendo estas reducciones del 23-59% en el batido sin tratar y se mantuvo constante durante el almacenamiento en las muestras tratadas térmicamente. La glucobrasicina representó el 81% del contenido total inicial de glucosinolatos del batido y no se observaron pérdidas del contenido de glucosinolatos tras el tratamiento de 45 s a 90ºC, conservándose mejor en las muestras tratadas térmicamente.
Por otro lado, en base a los mejores resultados obtenidos en los ensayos anteriormente planteados mediante un tratamiento a alta temperatura durante un corto periodo de tiempo, se aplicó un tratamiento térmico mediante un innovador tratamiento semicontinuo en un horno de microondas (9 kW durante 15 s ~ 90ºC). Se estudiaron las propiedades térmicas y dieléctricas del batido, así como los principales compuestos bioactivos tras el tratamiento térmico y durante su posterior almacenamiento hasta 30 días a 5 y 15ºC. Dichos resultados se compararon con la pasteurización convencional (45 s a 90ºC), mientras que los batidos frescos sin tratar se utilizaron como control. Se modelizó la distribución de la temperatura en el batido durante el calentamiento por microondas. Los batidos tratados con microondas mostraron el mayor contenido de sulforafano después de 20 días, independientemente de la temperatura de almacenamiento, mientras que su contenido se redujo el doble en los batidos tratados mediante una pasteurización convencional. La conservación del batido a 5ºC fue crucial para maximizar el contenido del compuesto bioactivo S-metil cisteína sulfóxido.
Otra forma de mejorar la calidad nutricional de los batidos es mediante la adición de ingredientes naturales. Inicialmente, se caracterizaron nueve algas deshidratadas en base a sus principales compuestos nutricionales y bioactivos. La Undaria pinnatifida (wakame) mostró el mayor contenido en proteínas y aminoácidos (51,6 y 54,4 g 100 g-1, respectivamente). Entre las macroalgas pardas, Himanthalia elongata (espagueti de mar) mostró el mayor contenido en fucosa (26,3 g kg-1), seguida de Laminaria ochroleuca (kombu) con 22,5 g kg-1. El contenido de minerales fue del 15 al 24% en todas las algas, siendo muy ricas en yodo (69,0-472,0 mg kg-1). Porphyra spp. (nori) y Palmaria palmata (dulse) mostraron los mayores contenidos de vitamina B12 (667-674 mg kg-1, respectivamente). La vitamina C osciló entre 490,4 y 711,8 mg kg-1. H. elongata mostró el mayor contenido de polifenoles totales (14,0 g kg-1). Tras la contrastada alta calidad nutricional de las algas deshidratadas se estudió su comportamiento como suplemento alimenticio adicionando un 2,2% de cada una en un batido verde conservado a 5ºC durante 24 días. El contenido inicial de vitamina C (238,7-326,0 mg kg-1 peso fresco) de una porción de 200 g de cualquiera de los batidos garantizó la ingesta diaria recomendada, y seguía aportando el 50-60% de la ingesta recomendada tras 7 días. Los batidos a base de chlorella y espirulina mostraron el mayor contenido de vitamina B12 (33,3 y 15,3 µg kg-1 peso fresco, respectivamente), mientras que las algas pardas mostraron un contenido de fucosa de 141,1-571,3 mg kg-1 peso fresco. Estos contenidos de vitamina B12 y fucosa se mantuvieron en gran medida durante la vida útil.
Como alternativa emergente a los tratamientos térmicos se estudió un tratamiento con plasma frío (DBD sumergido) para obtener un batido verde sano y nutritivo. Se estudió el efecto del volumen del batido y el tiempo del tratamiento en la microbiología, calidad nutricional y visual del batido verde durante 21 días a 5ºC. Los batidos sin tratar y tratados únicamente con un flujo de aire sin plasma frío fueron los controles. El tratamiento con plasma se aplicó utilizando 30 kV y una frecuencia de 21,645 kHz con un flujo de aire de 0,1 SLM para hacer pasar las microburbujas de aire con el plasma a través del batido verde. El tratamiento más largo (10 min) aplicado al volumen más pequeño (100 mL) consiguió la mayor reducción microbiana. El plasma frío, como tratamiento no térmico, sólo aumentó la temperatura 2,4ºC tras la aplicación del tratamiento más largo. La intensidad del color verde del batido y la retención de sus compuestos bioactivos nutricionales se mantuvieron en todas las muestras tratadas y durante 21 días a 5ºC.
En conclusión, un tratamiento térmico suave (3 min a 80ºC) y el almacenamiento a baja temperatura aumentaron la vida útil de los batidos rojos y verdes estudiados y redujeron la degradación total de la vitamina C. Además, el tratamiento térmico inactivó las enzimas responsables del deterioro de la calidad. Sin embargo, la aplicación de un tratamiento térmico suave de corta duración y alta temperatura (45 s a 90ºC) mostró una mejor retención de la calidad y de los compuestos bioactivos en el batido verde durante su almacenamiento a baja temperatura. El contenido de polifenoles totales del batido no se vio afectado por los tratamientos térmicos ni durante el almacenamiento evitando la degradación de las clorofilas y los carotenoides. Por otro lado, la optimización del tratamiento térmico mediante microondas puede ser utilizado por la industria especializada para obtener un excelente calentamiento homogéneo de un producto como un batido verde que retenga altos niveles de sulforafano durante 1 mes a 5ºC. De acuerdo con el enriquecimiento del batido, las algas estudiadas son excelentes fuentes de proteínas, aminoácidos, minerales, vitamina C, y algunas de ellas presentaban contenidos particularmente altos de vitamina B12 y fucosa, lo que puede tener un uso potencial como complementos alimenticios. Así, la suplementación con espirulina de una porción de batido de 200 g garantizó la cobertura total de la ingesta recomendada de vitamina B12, con una menor degradación de vitamina C, durante una vida útil de 17 días. Además, las algas espagueti de mar y kombu también se consideran excelentes fuentes de fucosa con una vida útil similar. Por último, se ha demostrado que el plasma frío es una alternativa emergente a los tratamientos térmicos tradicionales para mejorar la retención de la calidad de los batidos estudiados durante al menos 21 días a 5ºC.
Como conclusión general, el mejor tratamiento térmico fue el microondas, ya que consiguió proporcionar una alta temperatura durante el menor tiempo posible (15 s ~ 90ºC) incrementando la calidad nutricional del batido y alargando su vida útil. Aunque el tratamiento de plasma frío es una alternativa muy prometedora, se necesitan más estudiados en este tipo de productos. Además, el enriquecimiento de batidos con algas como espirulina, espagueti de mar y kombu permitió obtener un batido muy nutritivo apto para veganos.
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