Desarrollo de un envase activo con capacidad de absorción de oxígeno y potenciador del aroma para frutos secos
- Autores: Adriana Juan Polo
- Directores de la Tesis: Salvador Enrique Maestre Pérez (dir. tes.), Ana Beltrán Sanahuja (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat d'Alacant / Universidad de Alicante ( España ) en 2023
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Rafael Gavara Clemente (presid.), Arantzazu Valdés García (secret.), Marina Patricia Arrieta (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencias de la Salud por la Universidad de Alicante
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RUA
- Resumen
La presente tesis doctoral, desarrollada en los laboratorios del Departamento de Química Analítica, Nutrición y Bromatología de la Universidad de Alicante y en colaboración con el Instituto Tecnológico del Embalaje, Transporte y Logística (ITENE), se centra en el desarrollo de un envase activo con doble funcionalidad: 1) Solución de envase con capacidad de absorción de oxígeno con el fin de aumentar la vida útil de cacahuetes fritos envasados y 2) Solución de envase aromático para cacahuetes fritos que mejore la experiencia sensorial del consumidor tras la apertura del envase. La vida útil de los alimentos grasos se ve limitada debido a su contenido en ácidos grasos insaturados (AGI), los cuales interaccionan con el oxígeno ambiental mediante reacciones radicalarias. En la actualidad, existen diferentes opciones para mitigar las reacciones oxidativas en alimentos grasos; siendo una de las más empleadas, la venta y distribución de alimentos envasados en materiales multicapa donde el oxígeno de la atmósfera del interior del envase ha sido reemplazado, en la mayoría de los casos, por N2. En el caso de los frutos secos, estas soluciones de envase permiten alargar la vida útil de los mismos hasta los 6 meses. Sin embargo, la existencia de oxígeno residual en el interior del envase en cantidades comprendidas entre 0,5-1% continúa limitando la fecha de caducidad de frutos secos envasados. En consecuencia, desde hace varios años, el envase activo se ha postulado como una solución prometedora para alargar la vida útil de los alimentos envasados ya que permite una interacción positiva con el alimento. Por otro lado, la existencia de un mercado cada vez más competitivo obliga a las empresas alimentarias a implementar nuevas soluciones innovadoras con el fin de aumentar el nivel de satisfacción del cliente. Entre estas soluciones se encuentra el empleo de aromas compatibles adicionados directamente al alimento, los cuales mejoran la experiencia sensorial del consumidor consiguiendo diferenciar su producto en el sector. Teniendo en cuenta ambas situaciones, el objetivo principal del presente proyecto de tesis doctoral es el desarrollo de soluciones de envase con sistemas activos de doble acción para frutos secos. La solución de envase integra, por un lado, compuestos con capacidad de absorción de oxígeno para evitar el enranciamiento de los frutos secos envasados aumentando así su vida útil y, por otro lado, incorpora compuestos potenciadores del aroma compatibles con frutos secos destinados a mejorar la experiencia sensorial del consumidor. Se pretende que los materiales activos desarrollados en el presente proyecto sean películas flexibles que se puedan producir mediante técnicas de procesado convencionales. Para alcanzar el objetivo principal, se plantean los siguientes objetivos específicos: - Seleccionar un alimento que presente problemas oxidativos en la industria de los frutos secos y seleccionar, además, agentes activos con capacidad de absorción de oxígeno. - Identificar los compuestos volátiles que aporten aromas compatibles con el fruto seco seleccionado. - Estudiar los métodos de incorporación de los agentes activos al material de envase, preservando su actividad. - Determinar la efectividad de los envases activos desarrollados en función tanto de su capacidad de absorción de oxígeno como de su mejora en la experiencia sensorial del consumidor. - Poner a punto métodos analíticos que permitan monitorizar los procesos oxidativos del alimento seleccionado. Desarrollo de nuevos métodos de oxidación acelerada. - Validar los desarrollos mediante un estudio de vida útil del alimento seleccionado envasado y estudiar el impacto del aroma en la experiencia sensorial del consumidor mediante un análisis organoléptico. - Evaluación de la seguridad alimentaria del envase activo de forma que se asegure el cumplimiento del Reglamento (CE) Nº 10/2011, que establece los requisitos generales para todos los materiales destinados a entrar en contacto con alimentos. - Difundir y transferir los conocimientos adquiridos a través de congresos y publicaciones científicas. Con el fin de alcanzar los objetivos planteados, en primer lugar, se contactó con empresas del sector de los frutos secos y, gracias a la información obtenida, se decidió trabajar con cacahuetes fritos. El principal motivo de la elección fue el elevado número de reclamaciones descrito por las empresas al final de la vida útil de dichos frutos secos. Seguidamente, se seleccionaron y analizaron distintas sustancias en función de su capacidad de absorción de oxígeno. Entre ellas, cabe destacar la elevada capacidad de absorción de oxígeno de los aldehídos 5-metil-2-fenil-2-hexenal y el y trans-2-decenal y de cetonas como la 5-metil-2-hepten-4-ona y la β-ionona. Sin embargo, la baja estabilidad térmica de estos compuestos dificultó su incorporación tanto en polietileno de baja densidad (LDPE) como en LDPE microporoso (LDPE-MP). Dado que no se identificaron problemas en el procesado para los compuestos polibutadieno y β-caroteno, se continuó con estos desarrollos en los capítulos 4 y 5, respectivamente. Por otro lado, se ha desarrollado y validado una nueva metodología de tratamiento de muestras para la determinación simultánea de los ácidos grasos (AG) y los homólogos de tocoferol en molienda de cacahuete. Por lo general, la determinación de estos compuestos se realiza tras la extracción previa del aceite con un disolvente orgánico. La innovadora metodología analítica desarrollada en este trabajo consistía en introducir una x cantidad de molienda de cacahuete en un vial de 20 mL y, en primer lugar, extraer los analitos con nhexano. Seguidamente, la adición del metóxido sódico permitía la derivatización de los AG. Este procedimiento reduce los tiempos de preparación de muestra de 1 h 30 min (metodología de referencia) a 20 min. Además, la cantidad de disolvente orgánico utilizado disminuye de 40 mL a 6 mL. Además, la metodología desarrollada se empleó para el estudio del uso de la radiación UV como método de oxidación acelerada en cacahuete frito. El método habitualmente empleado para acelerar la oxidación es el tratamiento térmico a altas temperaturas. El tratamiento térmico aumentaba la intensidad percibida de color y el valor de b* y una reducción de la intensidad de crujibilidad percibida. Este hecho verificó que la temperatura puede causar cambios químicos que no están relacionados con el proceso de oxidación. Con el objeto de reducir estos efectos, los cacahuetes se irradiaron con UV durante 3 y 7 días y se determinó el contenido de ácidos grasos, tocoferoles y compuestos volátiles, seguido de la medida del color y la evaluación de las propiedades sensoriales de las muestras. Los resultados obtenidos se compararon con muestras calentadas durante 2 meses a 70 °C en una estufa (método de oxidación acelerada convencional). El contenido de tocoferol confirmó que 3 días de irradiación con UV fueron suficientes para iniciar el proceso de oxidación. Además, el contenido de aldehídos se multiplicó por 8 y 12 a los 3 y 7 días, respectivamente, del inicio de la irradiación. En el análisis sensorial de las muestras irradiadas se apreció una disminución en la intensidad del aroma, olor y dulzura y un aumento en la intensidad de la permanencia y la rancidez tras el proceso de oxidación. Con todo, la aceleración de la oxidación con radiación UV se postuló como un método de oxidación acelerada para cacahuetes fritos con un menor impacto en el color y la crujibilidad de la muestra al realizar el análisis sensorial. Posteriormente, se continuó con los estudios de incorporación de polibutadieno y β-caroteno en películas de LDPE. En ambos casos, aunque su capacidad de absorción de oxígeno fue inferior a la de otras sustancias testadas (como los aldehídos o las cetonas), su buena incorporación en la matriz de LDPE hizo que se continuara con estos desarrollos. En cuanto al polibutadieno, este compuesto presenta una cinética de absorción lenta; 11,62 mL g-1 tras 32 días de exposición al oxigeno del vial. Se trató de acelerar este proceso mediante el uso de radiación ultravioleta. En consecuencia, se ha incorporado por extrusión al 5 % y al 13 % en peso en películas de LPDE junto con 5 % en peso de aroma de cacahuete (AC) y se ha optimizado la activación del mismo mediante irradiación con UV. Además, el compuesto β-ionona se ha incorporado al 2 % en peso a la formulación con el objetivo de verificar su efecto sinérgico junto al polibutadieno (adicionado al 2,5%; 5% y 7,5 % en peso). Los resultados obtenidos muestran que la presencia del polibutadieno mejora significativamente la incorporación del AC a la matriz polimérica. Este comportamiento se puede atribuir a la capacidad del polibutadieno para mejorar la reticulación de LDPE a medida que su concentración aumenta. Las películas obtenidas se han comparado en términos de sus propiedades mecánicas, estructurales, ópticas y térmicas confirmando un efecto plastificante del AC y del PB. Este hecho aumenta la ductilidad del polímero y disminuye ligeramente sus propiedades térmicas, manteniendo su transparencia. Por otro lado, la incorporación de β-ionona disminuye la resistencia a la tracción. Con respecto a la absorción de oxígeno, destacó el comportamiento de las referencias PE/AC/PB13 (tras 5 h de irradiación) y PE/AC/ION2/PB5 con absorciones de 3,71 ± 0,04 y 4,4 ± 0,3 mL O2 g-1, respetivamente. Con todo, se demuestra tanto la idoneidad del tratamiento mediante radiación UV para activar la capacidad absorción de oxígeno del polibutadieno como la posible sinergia entre el polibutadieno y la β-ionona, lo que permite desarrollar películas con capacidad de absorción de oxígeno sin necesidad de una activación previa ni el uso de un catalizador metálico. Ambos formulaciones con PB podrían ser buenos candidatos para ofrecer protección contra la oxidación de los lípidos en frutos secos. Siguiendo esta línea, el compuesto β-caroteno, con una capacidad de absorción de oxígeno de 14,57 mL g-1, se ha incorporado tanto a escala laboratorio como a escala piloto, obteniendo materiales activos de β-caroteno en LDPE y formando parte de un material multicapa, respectivamente. Las películas obtenidas se han comparado en términos de color, propiedades térmicas, capacidad de absorción de oxígeno y ensayos de migración global los cuales confirman el efecto antioxidante del β-caroteno en los materiales desarrollados, resultando en un aumento de la estabilidad térmica y el tiempo de inducción de oxidación (OIt). En cuanto a la capacidad de absorción de oxígeno de las películas, se han obtenido valores de 1,39 ± 0,10 mL O2 por g de PE-CAR10 y 1,7 ± 0,3 mL O2 por g de MC/PE-AC/PE-CAR10, respectivamente, después de 3 días, demostrando la idoneidad de las soluciones de envasado como sistemas absorbentes de oxígeno. Con el fin de validar la solución de envasado, se ha evaluado la estabilidad oxidativa de los cacahuetes fritos envasados, durante 3 meses, en bolsas fabricadas con el material multicapa con β-caroteno incorporado. Se ha obtenido un contenido menor de hexanal en las muestras envasadas en el material activo, lo que indica un menor grado de oxidación en los cacahuetes fritos en comparación con las muestras envasadas en las películas de material control. Este hecho verifica el potencial de las películas multicapa con β-caroteno como sistemas de envasado de alimentos con capacidad de absorción de oxígeno. La evaluación sensorial confirmó que se producía hexanal en el cacahuete envasado en las bolsas control, pero no en las preparadas con el material multicapa conteniendo un 10 % de β-caroteno. Sin embargo, estas películas proporcionaron a las muestras de cacahuete un aroma extra (debido a los productos de degradación volátiles del β-caroteno). Como conclusión final indicar que, en el marco de la presente tesis doctoral se han desarrollado materiales de envase con capacidad de absorción de oxígeno y aroma a escala laboratorio con polibutadieno incorporado y materiales multicapa con β-caroteno, los cuales se validaron para el envasado de cacahuetes fritos.
