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Revista de Investigaciones No. 17 - Universidad del Quindío
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Revista de Investigaciones No. 17 - Universidad del Quindío p p 27- 32 Armenia, Año 2007 ISSN 1794-631 X
Predicción de la
Actividad de Agua en
Frutas TropicalesEunice Ríos V. 1; Germán A Giraldo G.2; Alba Lucia Duque C. 1
RESUMEN
El agua es el componente mayoritario y actúa como solvente de los carbohidratos, su medida se da en términos de actividad de agua (a
w); la fruta fresca en su periodo de poscosecha cuenta con una a
w cercana
a 0.99; proporcionándole a la fruta un periodo de vida corto, debido a que se favorecen las reacciones químicas, enzimáticas y microbiológicas. Las frutas en la estructura comestible contienen carbohidratos tales como glucosa, fructosa y sacarosa, principalmente. La humedad y los sólidos solubles se encuentran estrechamente relacionados con la a
w
Se utilizaron frutas frescas de piña, banano, mango y guayaba, a las cuales se le realizaron análisis de humedad y sólidos solubles para determinarles la a
w a partir de la ecuación de Norrish. Los resultados
nos permiten predecir procesos tecnológicos para conservar fruta fresca o procesada sin cambiar sus características fisicoquímicas y prevenir el ataque de bacterias, hongos y levaduras. Para conservar la fruta mínimamente procesado por un periodo de vida útil mayor, se debe la controlar la a
w en el alimento y la
humedad relativa del empaque o sitio de almacenamiento.
PALABRAS CLAVES: frutas, actividad de agua, humedad, sólidos solubles.
ABSTRACTS
The water is the majority component and acts like reliable of carbohydrates, its measurement occurs in activity terms (a
w); the fresh fruit in its period of poscosecha counts on one a
w near 0.99; the high water
activity provides the fruit a period to him of short life, because it favors the chemical reactions, enzymatic and microbiological. The fruits in the eatable structure contain water and carbohydrates such as glucose, fructose and saccharose, mainly. The humidity and soluble solids are closely related a
w.
We used fresh fruit pineapple, banana, mango and guava, which he analyzes humidity and soluble solids for determinarles the aw from the equation Norrish. The results allow us to predict technological processes to conserve fresh fruit or processed without changing their physicochemical characteristics and prevent the attack of bacteria, fungi and yeasts. To preserve the fruit minimally processed for a period of increased life expectancy, it should be the controlling a
w in the food and the relative humidity of the packing or storage
site.
KEY WORDS: fruits, solids soluble, activity of the water, humidity.
1 Programa de Química. Laboratorio Diseño de Nuevos Productos. Universidad del Quindío: [email protected] Programa de Ingeniaría de Alimentos. Laboratorio Diseño de Nuevos Productos. Universidad del Quindío.
Revista de Investigaciones No. 17 - Universidad del Quindío
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INTRODUCCIÓN
a fruta en su mayoría, en el periodo de
poscosecha cuenta con una actividad
del agua cercana a 0.99, la cual actúa
como facilitador de las reacciones
metabólicas: químicas, enzimáticas y
microbiológicas encargadas de la senescencia
del fruto, la alta cantidad de agua disponible
en la fruta hace que su vida útil sea muy
corta, jugando un papel muy importante en la
estabilidad. Los valores de la disponibilidad de
agua (aw) varían de 0,100 para alimentos secos,
hasta 0,999 para los de alta humedad, como
frutas y hortalizas frescas (Lewis 1992).
El valor de la aw permite determinar los
procesos que mantienen la calidad y estabilidad
del alimento. La disminución de la aw frena el
crecimiento de microorganismos, las reacciones
enzimáticas, el pardeamiento no enzimático y la
oxidación lipídica. La máxima estabilidad del
fruto se alcanza cuando la aw se encuentra entre
0.2 y 0.4; lo cual corresponde a la humedad
de la monocapa y permite su conservación a
condiciones ambientales. (Martínez N. et al
2000)
Los alimentos de humedad intermedia poseen
valores comprendidos entre 0.6 y 0.9, en este
rango están protegidos de la acción de algunos
microorganismos, pero se deben mantener en
un medio que evite la actividad enzimática.
Los valores superiores a 0.9, son propios de
los vegetales frescos, los que ofrecen menos
estabilidad y calidad por más tiempo. Para
predecir la vida útil de un alimento se debe
determinar su aw (Belitz 1997).
Norrish definió la ecuación 1 para determinar la
aw (Norrish 1966), la cual se ha utilizado para
alimentos húmedos o de humedad intermedia
(superior al 25 %) considerando al sistema
como un sistema binario (agua-sólido) y el fruto
un componente no electrolítico ( p.e. sacarosa).
(Martínez N. et al. 2000)
( 1 )
aw = Xw * Exp (-K * Xs2)
Xw: fracción molar del agua
Xs: fracción molar del soluto.
K: Constante de proporcionalidad
característica de cada soluto.
Conociendo la composición en sólidos solubles
y la humedad de la fruta, es posible calcular la
aw y aprovecharla de forma más eficiente como
producto fresco o materia prima.
El objetivo de este trabajo es proponer un
sistema para predecir la aw en frutas, de fácil
aplicación en las empresas, comparando los
valores experimentales con los calculados.
MATERIALES Y MÉTODOS
Las frutas de piña, banano, mango y guayaba se
adquirieron en el mercado local, en un estado
de maduración adecuada para el consumo.
Las muestras utilizadas para los análisis se
seleccionaron completamente al azar, buscando
que conservaran la calidad.
Las frutas se lavaron, secaron y despulparon; la
pulpa de cada una se dividió en tres partes: una
parte se empleó para determinar la humedad
por el método 20013 del AOAC modificado
(1980), especial para frutas ricas en azucares;
se colocaron las muestras maceradas en
pesasustancias de material inerte y se llevó a
una estufa con circulación de aire caliente a
60ºC por 12 horas; luego se pasó a la estufa de
vacío a 600C, hasta que alcanzó peso constante
(72 horas).
Para determinar sólidos solubles, otra parte se
maceró en un homogenizador ultraturrax, se
empleó un refractómetro abbe.
A la tercera muestra homogenizada se le
determino la aw utilizando un higrómetro de
L
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punto de rocío (Decagon).
La determinación de sólidos solubles y aw se
realizaron a temperatura ambiente.
El procedimiento anterior, se realizó en el
laboratorio de Investigación diseño de nuevos
productos del Programa de Química de la
Universidad del Quindio
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los análisis de la actividad de agua,
humedad y sólidos solubles realizados en las
frutas seleccionadas aportaron la siguiente
información:
Tabla 1: Relación de la actividad del agua y variables
físicas en las frutas
FRUTA Actividad Del Agua (a
w)
Humedad (x
w)
Sólidos Solubles (X
ss)
Piña 0.992 0.880 0.102
Banano 0.993 0.766 0.185
Mango 0.984 0.840 0.165
Guayaba 0.991 0.830 0.095
La actividad del agua determinada en las
diferentes frutas muestra que en el estado
fresco los niveles son superiores a 0.980, lo que
origina una alta actividad química y bioquímica,
ocasionando cambios de fase, difusión, textura,
color y concentración de sólidos solubles. La
humedad y los sólidos solubles analizados
se calcularon en términos molares, a partir
de la proporcionalidad de los azúcares mas
representativos de las frutas (glucosa, fructosa
y sacarosa), para el análisis se consideró que la
pulpa de la fruta estaba compuesta solamente
por agua y azucares como sólidos solubles.
La información de las tablas 1 y 2 se utilizó y
se aplicó en las ecuaciones 2 y 3, para calcular
la fracción molar (Xs y Xw) de cada uno de los
componentes.
(2)
PM = peso molecular del soluto
Los resultados de los cálculos de la fracción
molar de cada uno de los solutos y del agua
(tabla 3) demuestran que la concentración
de sus componentes es propia de cada fruta,
debido a su fisiología, y probablemente a que
cada fruta varia la proporción de los azúcares
mayoritarios en la solución de acuerdo a su
estado de desarrollo o maduración y al tipo de
almacenamiento o empaque proporcionado, esta
información se encuentra muy relacionada con
la encontrada por Gil A. et al (2000).
Tabla 2: Fracciones másicas de azúcares reductores y no
reductores calculados para 100 g de pulpa de fruta.
FRUTA Glucosa Xs(g)* Fructosa X
s(f)* Sacarosa X
s(s)*
Piña 0.23 0.14 0.79
Banano 0.58 0.38 0.66
Mango 0.12 0.81 0.71
Guayaba 0.41 0.20 0.62
* tomado de Gil A. et al (2000)
X(g) = (x
s(g)/PM / (x
s(g)/PM) + (x
s(f)/PM) + (x
s(s)/PM) + (x
w/PM)
(3)
Xw = (xw/PM) / (∑x
s/PM) + (x
w/PM)
FRUTA Xg
Xf
Xs X
w
Piña 0.0026 0.0016 0.0047 0.9911
Banano 0.0074 0.0049 0.0045 0.9832
Mango 0.0014 0.0095 0.0044 0.9850
Guayaba 0.0049 0.0024 0.0039 0.9889
Tabla 3: Fracción molar de los solutos y la humedad de
las frutas.
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Con estos resultados y conociendo los
coeficientes binarios (K) definidos por Norrish
para sustancias no electrolíticas como: glucosa
(2.25), fructosa (2.25) y sacarosa (6.47), se
calculo la aw aplicando la ecuación generalizada
de Norris (Ecuación 4).
Los resultados obtenidos se muestran en la
tabla 4 y se comparan con los encontrados en la
literatura y en los ensayos experimentales.
( 4 )
Ln aw = Ln X
w – [(K
g)1/2 * X
g + (K
f)1/2 * X
f + (K
s)1/2 * X
s]2
Tabla 4: aw teórica, calculada y experimental de frutas
FRUTA aw teorica* a
w calculada* a
w experimental*
Piña 0.999±0.007 0.991±0.002 0.990±0.004
Banano 0.980±0.001 0.982±0.001 0.984±0.003
Mango 0.989±0.000 0.987±0.003 0.984±0.002
Guayaba 0.995±0.010 0.988±0.002 0.988±0.002
* tomado de Panadés (2000); Salvatori (1997)
Con las desviaciones entre 0.000 y 0.002, se
demuestra que son estadísticamente compatibles
los datos analizados, y al compararlos frente
a los datos bibliográficos se encuentran
algunas diferencias, debido probablemente a
las características fisiológicas y la variedad
de la fruta, o a la condición física del análisis
(temperatura), ya que la aw depende de la
temperatura.
Al confrontar los datos de aw experimental de
la fruta fresca, y los calculados con la ecuación
de Norrish, con la información del diagrama de
actividad del agua y estabilidad de alimentos
(figura 1), se puede concluir que todas son
altamente vulnerables al ataque de bacterias,
mohos y levaduras.
Los investigadores han buscado metodologías
que ayuden a disminuir los riesgos críticos
de los alimentos, uno de estos trabajos fue
realizado por Leung (1986), quien determinó las
isotermas de sorción sobre algunos alimentos,
al modificar la humedad y por ende la actividad
de agua (Figura 2).
La disminución de la actividad del agua en un
alimento se consigue modificando su humedad,
como se aprecia en la figura 2, al deshidratarlo
parcial o totalmente, en el caso de frutas se
aplica esta tecnología al concentrar las pulpas.
Si la fruta presenta restricciones de calidad por la
deshidratación, se puede utilizar la tecnología de
frío (refrigeración) favoreciendo la disminución
de la aw. En trabajos experimentales (Giraldo,
Fig. 1 Diagrama de actividad del agua y estabilidad de
los alimentos
(Labuza et al. 1972)
Fig 2. Efecto de la composición sobre las isotermas de
sorción Martínez N. et al. (2000)
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2007) se han realizado estudios de las isotermas
para mango, guayaba, uchuva y mora, como se
aprecia en la figura 3.
Figura. 3 Isotermas de sorción Giraldo et al (2007)
CONCLUSIONES
La aw de las frutas se puede predecir, con altos
grados de certeza, conociendo la humedad y la
composición en sólidos solubles.
La fruta fresca presenta un alto grado de
probabilidad al ataque de bacterias, hongos y
levaduras, lo que sugiere el uso de tecnologías que
ayuden a reducir su incidencia (refrigeración),
sin modificar sus características de frescura.
La actividad del agua de las frutas se encuentra
estrechamente relacionada con la humedad
y con los sólidos solubles. El contar con un
refractómetro y una estufa con circulación
de aire, permite a las empresas calcular la
aw de cualquier fruta y definir sistemas de
conservación.
La refrigeración o la producción de concentrado
son tecnologías que favorecen la vida de la
fruta fresca o mínimamente procesada, debido
a que se modifica la aw por disminución en la
actividad reactiva o de la humedad.
Existen otras tecnologías que ayudan a controlar
los efectos de la humedad, como son los
controles de la humedad relativa en el empaque
y sitio de almacenamiento. También se puede
lograr con el uso de sustancias depresoras
como azucares.
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