impacto del proceso de microfiltraciÓn … · antioxidantes en jugos de frutas pdf created with...

Ing. Agr.(M.Sc.) Sonia CozzanoINNOVA 2009

IMPACTO DEL PROCESO DE IMPACTO DEL PROCESO DE MICROFILTRACIMICROFILTRACIÓÓN TANGENCIAL N TANGENCIAL

SOBRE LOS COMPUESTOS SOBRE LOS COMPUESTOS ANTIOXIDANTES EN JUGOS DE FRUTASANTIOXIDANTES EN JUGOS DE FRUTAS

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Proyecto PAVUCProyecto PAVUCProducir Valor Agregado a partir de frutas tropicales

Sub-utilizadas con Alto Potencial Comercial

Ø Centro Nacional de Ciencia y Tecnología de Alimentos (CITA), Universidad de Costa Rica.Ø Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement.ØRheinische Friedrich-Wilhelms Universität Bonn. ØUniversiteit GENT.ØCUC - Centre for Underutilised Crops, University of Southampton. ØEPN - Escuela Politécnica Nacional.ØEMBRAPA - Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária.ØINIFAP - Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias.

http://www.pavuc.soton.ac.uk/


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Un Nuevo Paradigma Un Nuevo Paradigma ““Dieta Dieta –– SaludSalud””Salud Salud

BienestarBienestar

PlacerPlacer

FUNCIONALESFUNCIONALES CONVENIENTESCONVENIENTES



Frutas y hortalizas tienen estatus de Frutas y hortalizas tienen estatus de ““Alimentos funcionalesAlimentos funcionales””

Ø Ingesta insuficiente de frutas y hortalizas: 2,7 millones de muertes cada año, y figura entre los 10 principales factores de riesgo contribuyentes a la carga de mortalidad por enfermedades cardiovasculares y cánceres (FAO-OMS, 2003).

Ø Evidencia epidemiológica: asociación (+) entre ingesta de frutas y hortalizas, y la reducción de la mortalidad por enfermedades degenerativas.Ø USDA, FAO y otras organizaciones recomiendan el consumo de al menos 5 porciones de frutas y/o vegetales al día.



Ritmo actual de vida: Ritmo actual de vida: oportunidades oportunidades para el consumo de frutas??.para el consumo de frutas??.

Existen factores genéticos, ambientales y de procesamiento que afectan el contenido de antioxidantes en la fruta.

Tecnologías de membranas como “ventana competitiva” -productos de calidad superior.

Jugos 100% naturales: una alternativa para aumentar el consumo de frutas.



Breve puesta a puntoBreve puesta a punto……



RL: Son parte del metabolismo normal y se incrementan en estados de exposición a contaminantes ambientales, radicación (UV, Gamma), pesticidas, humo de tabaco, etc.

Ejemplos de radicales libres: superóxido (O-2), hidroxilo (OH-), hidroxiperóxilo (HOO-), peroxilo (ROO-) y alcoxilo(RO-).

¿Qué son los Radicales Libres (RL)?

MOLECULAS QUE NO ESTÁN EQUILIBRADAS EN ELECTRONES POR LO QUE SON ALTAMENTE INESTABLES Y REACTIVOS.



Oxidación de lípidos y proteínas, lo cual altera la transducción celular : aumenta el riesgo de CANCER.

El daño oxidativo también es asociado a enf. cardiovasculares, envejecimiento celular y varias otras enfermedades degenerativas.

Efectos de los Radicales Libres sobre las Células

Wilson & Salamatian (2002-2003)

RL AX

Estrés oxidativo



¿Qué es una sustancia Antioxidante?



Sistema de Defensa Antioxidante de nuestro Organismo

SISTEMA ENDÓGENOSistemas enzimáticos: superóxido dismutasa, glutatión peroxidasa y

cátalasa.Antioxidantes plasmáticos: glutatión, ácido úrico, albúmina, ferritina,

bilirrubina y u biquinol. Algunas hormonas : estrógeno, angiotensina, melatonina, etc.

SISTEMA EXÓGENOVitamina E y C.; Carotenoides, Licopeno y Polifenoles. Asociados directamente al consumo de frutas y hortalizas.

Tenemos que reforzar la “barrera antioxidante”!!…



Ø Desde el punto de vista biológico: Grupo de metabolitos secundarios biosintetizados en las plantas,

ØDesde el punto de vista químico: Se caracterizan por contener grupos fenoles (anillo aromático unido a al menos un grupo funcional hidroxilo) en su estructura molecular.

ØConstituyen más de 8.000 compuestos químicos distintos.

Ø Se clasifican de acuerdo con el número de átomos de carbono del esqueleto base.

¿Qué son los Polifenoles?

Estructura química del fenol



Principales compuestos fenólicos en plantas.Esqueleto Ejemplo

C6 Fenoles SimplesC6 - C1 Ácidos FenólicosC6 - C3 Ácidos cinamicos, Cumarinas, C6-C4 NaftoquinonesC6- C2-C6 EstilbenosCC66--CC33--CC66 FlavonoidesFlavonoides(C6-C3)2 Lignanos(C6-C3)n Ligninas(C6-C3-C6)n Taninos Condensados

Fuente: Sarni-Machado & Cheynier, (2006)PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com


Ø Constituyentes de la parte no energética de la dieta humana.Ø Se encuentran en vegetales, semillas, frutas y en bebidas como vino y cerveza. Ø Se han identificado más de 5.000 flavonoides diferentes.

Ø Se ha demostrado múltiples efectos positivos sobre la salud debido a su acción antioxidante y eliminadora de radicales libres.Ø Efectos anti-inflamatorios, antivirales, antialérgicos, y papel protector frente a enfermedades cardiovasculares, cáncer y diversas patologías.

Generalidades de los FLAVONOIDES



ØORAC (del ingles: “Oxygen Radical Absorbance Capacity“) es un método que permite determinar la capacidad antioxidante de alimentos, frutas y vegetales, por medio de espectrofotometría de fluorescencia.

Ø Es un indicador de cuán bien un antioxidante inhibe el daño causado por los radicales libres.

¿Cómo se mide la Capacidad Antioxidante?



¿¿Como se mide la capacidad antioxidante?Como se mide la capacidad antioxidante?

Fuente antioxidante fluorescente-FluoresceFluoresceíína de sodiona de sodio ((C20H10Na205C20H10Na205))

Fuente de radicales libres - AAPHAAPH: (2,2'-azobis(2-amidinopropane) dihidrochloride)

Fuente antioxidante (patrón)-TROLOXTROLOX: análogo soluble en agua de la vitamina E .(6(6--hydroxyhydroxy--2,5,7,82,5,7,8--

tetramethylchromantetramethylchroman--22--carboxyliccarboxylic acidacid).).

CCáálculo:lculo: Área bajo la curva es proporcional [Trolox ] por tanto será posible interpolar la concentración de antioxidantes en la muestra.El resultado se expresará como µmol Trolox Equivalente /g de muestra.

Fuente : OU et al., 2001



Principales tipos de jugos de fruta

Jugo pulposo: Contiene más de 10% de sólidos insolubles en suspensión (SIS) que provienen de las paredes celulares

Jugo turbio: menos de 10% SIS

Jugo clarificado: turbidez inferior a 5 NTU (Unidades nefelométricas de turbidez )



Principio tecnológico de laMICROFILTRACIMICROFILTRACIÓÓN TANGENCIALN TANGENCIAL (MFT)(MFT)

“Proceso de separación sólido-líquido de los componentes de un fluido presurizado por medio de una membranas semipermeables, que permite la obtención de una pulpa concentrada fibrosa (heterogénea) y de una fracción homogénea clarificada” (Vaillant, 2000).

Membranas de MFT:• Diámetro de poro: 0,1 a 5 µm

• Material: orgánico o inorgánico

• Geometría: plana, espirales, tubulares, fibras huecas



PERMEADO

RETENIDO ALIMENTACIÓN

PRESIÓN

ALIMENTACIÓN

PRESIÓN

Membrana (0,2µm)

Tecnología de Microfiltración Tangencial

- MFT -



Retenido Permeado

Membrana tubular multicanal de cerámica alúmina Zircón 0,2 µm diámetro de poro

Bomba de recirculación

Bomba de alimentación

Marmita de alimentación

Esquema simplificado de un equipo de microfiltración tangencial.



Alimentación

F. motriz

F.Permeado

F. Retenido

¿De que estamos hablando?



(membranas cerámicas de 0,2 µm)

Permeado:•Azúcares, Vitamina C,

•Aromas oxigenados(aldehìdos, alcoholes alifáticos, terpenoles)

•Pigmentos hidrosolubles.

Turbidez < 1 NTU

Retenido:

•Microorganismos

•Compuestos apolareshidrofóbicos como carotenoides.

•Aromas pesados (hidrocarburos terpénicos)

•Almidón

•Sólidos solubles

Composición general de los productos resultantes del proceso MFT



MFT aplicado a jugos de fruta

•• EliminaciEliminacióón de sn de sóólidos lidos insolubles en suspensiinsolubles en suspensióón.n.

Jugo clarificado (menor a 0,5 NTU

Elaboración de bebidas traslucidas, gaseosas, té frío, edulcorantes naturales de frutas, conservas de fruta con líquido de gobierno 100% natural

•• Estabilidad microbiolEstabilidad microbiolóógica gica atatéérmicarmica..

El tamaño de poro (0,2-0,45 µm), no permite el pasaje de los microorganismos (hongos levaduras, bacterias y sus esporas).

“Esterilización en frío”…si se acompaña de envasado aséptico.

Jugos de alta calidad organolJugos de alta calidad organolééptica, microbiolptica, microbiolóógica y funcionalgica y funcional



IMPACTO DEL PROCESO DE IMPACTO DEL PROCESO DE MFT SOBRE COMPUESTOS MFT SOBRE COMPUESTOS

ANTIOXIDANTES EN FRUTAS:ANTIOXIDANTES EN FRUTAS:

el caso de la Mora I (el caso de la Mora I (RubusRubus AdenotrichusAdenotrichus))..



Características morfológicas de la polidrupa y las drupeolas

Familia: RosaceaeGénero: RubusEspecie: adenotrichusVariedad: “Vino con espinas”Nombre vulgar: mora



MORA - Vino

¿Cuáles son las características de la fruta ?

¿Cómo varía su composición físico-química y los componentes antioxidantes con el desarrollo del fruto?

¿En que estado de madurez presenta mayores contenidos de estos compuestos benéficos?

¿Que pasa con las propiedades antioxidantes durante el procesamiento?

Jugo clarificado: una alternativa de procesamiento. . .

¿Que más debemos conocer de la mora que nos ayude en el proceso de MFT? ¿Por qué?



La Mora como alimento funcionalContenido de antioxidantes naturales y actividad antioxidante (ORAC) de la mora

costarricense variedad vino con espinas 1

Base seca (BS)

1 Letras diferentes en la misma fila indican diferencias significativas (P ≤ 0,05), n=32 Datos expresados como micromoles de Trolox equivalentes (TE) por g de fruta fresca o fruta seca.3 Total de polifenoles expresados como mg equivalentes de ácido gálico (GAE) por 100 g de fruta seca.4 Total de antocianinas expresadas como mg cianidina 3-glucósido por 100 g fruta seca

517,0 ± 62,3 a177,3 ± 14,7 b49,8 ± 10,3 cAntocianinas ( mg / 100 g)4

3521,1 ± 107,0 a2874,0 ± 324,9 b3368,5 ± 48,4 abPolifenoles totales ( mg / 100 g)3

431,6 ± 30,0 a269,2 ± 19,9 b222,3 ± 6,4 bORAC (µmol TE/g)2

Maduro 3/4 MadurezIntermedioEstado de madurez

ParámetroORAC: 64 µmoles

equivalentes de Trolox por cada 1 g de fruta fresca

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Contenido de compuestos fenólicos en la mora a tres estados de madurez a

Compuestos fenólicos Estado de madurezGrado 1 Grado 2 Grado 3

Taninos del ácido elágico (mg eq. ac. elágico. g-1)Lambertianina C (E1) 12,0 ± 1,0 a 11,0 ± 1,0 a 8,0 ± 0,4 bSanguiina H-6 (E2) 10,0 ± 0,5 a 9,0 ± 0,4 b 6,6 ± 0,3 c

Antocianinas (mg eq. cianidina 3-glc g-1)Cianidina 3-glucósido (A1) 1,03 ± 0,03 c 3,10 ± 0,20 b 8,30 ± 0,30 a

Cianidina 3-(6’malonil) glucósido (A2) 0,111 ± 0,002 c 0,391 ± 0,005 b 0,660 ± 0,040 a

Flavonoles (mg eq. quercetina g-1) 0,298 ± 0,002 a 0,231 ± 0,004 b 0,137 ± 0,002 c

Derivativos del ácido elágico (mg eq. ac. elágico g-1) 0,300 ± 0,003 a 0,216 ± 0,004 b 0,202 ± 0,004 c

Total (μmol g-1) b 77,0 ± 5,0 a 74,0 ± 2,0 ab 69,5 ± 0,3 ba Promedio ± desviación estándar (n = 3), valores en un misma fila con letras iguales no son significativamente diferentes (Tukey, P > 0,05), valores dados en base seca por la masa del patrón, b suma de μmol de equivalentes de ácido elágico, quercetina y cianidina-3-glucósido

3,8 g equivalentes de ácido elágico por cada 1000 g de fruta fresca en estado intermedio.



Abs

orba

ncia

(mA

U)

Cianidina 3-(6’malonil) glucósido (A2)Cianidina 3-glucósido (A1)Sanguiina H-6 (E2) Lambertianina C (E1)

Segmentos de cromatogramas (HPLC-DAD) a 280 nm de los extractos de mora (tres estados de madurez)



Capacidad antioxidante de la mora Vino costarricense respecto a otras variedades de mora en estado maduro (Base Fresca)

Fuentes (datos azul): Sirwoharn & Wrolstad, (2005); Sirwoharn et al. (2004); Moyer et al. (2002) ; Wang & Ling (2000)

7064

61 59

48 47

39 38

25 22 20

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Marion

Vino costarricense

Marion

Evergreen

Chester

SikiyouNavaho

Cherokee

Hull Thornless

Chester

Triple Crow

n

Capa

cidad

antio

xidan

te (u

mol

es T

E/g)



Capacidad antioxidante (ORAC) de la mora costarricense respecto a otras frutas (Base Fresca)

Fuente (datos en azul): Wu et al.,2004

93

64

5248

4235 33

28 2618 16 14 13 10 8

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Arándan

o

Mora Cost

arrise

nce

Mora

Frambues

a

Manzana

roja

Fresa

Cereza

Manzana

Gala

Manzana

Golden

Naranjas

Mandari

na

Aguaca

te

Durazno

Mango

Banana

ORAC

(um

oles

TE/

g)



Obtención del jugo clarificado (MFT)



Procesamiento de la fruta por MFT

DESPULPADO(Mallas de1, 524 y 0,838 mm)

DESECHOS

TRATAMIENTO ENZIMÁTICO(Preparado comercial, Temperatura <50ºC , Tiempo)

MICROFILTRACIÓN TANGENCIAL

PERMEADO CLARIFICADO (ESTERIL)

RETENIDO

SELECCIÓN Y ACONDICIONAMIENTO FRUTA



12,8±0,3 a2,5±0,1 aJugo pulposo/ enzima12,8±0,3 a2,5±0,1 aJugo pulposo alimentado

ºBrixpHEtapa 1- MFT

12,8±0,3 a2,5±0,03 aJugo clarificado12,8±0,3 a2,5±0,1 aJugo pulposo/enzima

ºBrixpHEtapa 2- MFT

Datos expresados como promedio ± desviación estándar (n=3). Letras diferentes en una misma columna indican diferencias significativas (p<0,05) evaluadas por la prueba t de Student.

Efecto del tratamiento enzimático sobre propiedades físico-químicas

Efecto de la MFT sobre propiedades físico-químicas.

Procesamiento de la mora por MFT



Etapa 1- MFT Antocianinas totales

(mg /100mL)2

Polifenoles totales

(mg / 100 mL)3

Capacidad antioxidante

(µM de TE/mL)4

Datos expresados en base seca (BS)Jugo pulposo de

alimentación 778 (±86) a 2761 (± 453) a 320 (± 15,5) a Jugo pulposo/

enzima 814 (±45) a 2795 (± 216) a 312 (± 13,1) a

Efecto del pretratamiento enzimático sobre las propiedades antioxidantes del jugo

Datos expresados como promedio ± desviación estándar (n = 3). Letras diferentes en la misma columna indican diferencia significativas (P ≤ 0,05), t de Student2Total de antocianinas expresados como mg cianidina 3-glucósido cada 100mL de jugo.3Total de polifenoles expresados como mg equivalentes de ácido gálico (GAE) cada 100mL de jugo. 4Datos expresados como micromoles de Trolox equivalentes (TE)/mL de jugo e jugo.



Etapa 2- MFT

Antocianinas totales

(mg /100mL)2

Polifenoles totales

(mg / 100mL)3Capacidad antioxidante

(µM de TE/100mL)4

Datos expresados en base seca (BS)Jugo pulposo/enzimas 814 (±45) a 2796 (±216) a 313 (± 13) a

Jugo clarificado 785 (± 90) a 2657(±361) a 243 (±19) b% Recuperado 96% 95% 77,5%

Efecto del pasaje del jugo a través de la membrana sobre el contenido de antioxidantes y su capacidad

antioxidante (ORAC).

Datos expresados como promedio ± desviación estándar (n = 3). Letras diferentes en la misma columna indican diferencia significativas (P ≤ 0,05), t de Student2Total de antocianinas expresados como mg cianidina 3-glucósido cada 100mL de jugo.3Total de polifenoles expresados como mg equivalentes de ácido gálico (GAE) cada 100mL de jugo. 4Datos expresados como micromoles de Trolox equivalentes (TE)/mL de jugo e jugo.



El pretratamiento enzimático acoplado a la MFT no modificó significativamente (p>0,05) la acidez ni el contenido de azúcares del jugo.

El jugo clarificado de mora no presentó cambios significativos en el contenido de antocianinas y polifenoles totales (tanto en la fase de pre-enzimacióncomo en el pasaje a través de la membrana).

En el jugo clarificado se recuperó un 77% de la capacidad antioxidante (ORAC).



IMPACTO DEL PROCESO DE IMPACTO DEL PROCESO DE MICROFILTRACIMICROFILTRACIÓÓN N

TANGENCIAL SOBRE TANGENCIAL SOBRE COMPUESTOS ANTIOXIDANTES COMPUESTOS ANTIOXIDANTES

EN FRUTAS:EN FRUTAS:

Otros casos de estudioOtros casos de estudio……PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com


Jugo de frutaJugo de fruta PolifenolesPolifenoles (mg / 100 g)(mg / 100 g)Jugo de naranja natural cv. ValenciaJugo clarificado de naranjaRecuperación

37 ± 133 ± 189%

Jugo natural de noniJugo clarificado de noniRecuperación

52,2 ± 10,552,0 ± 4,3

99%Jugo natural de banana cv. Great DwarfJugo clarificado de bananaRecuperación

66 ± 271 ± 3100%

CONTENIDO DE POLIFENOLES TOTALES

Centro Nacional de Ciencia y Tecnología de Alimentos (CITA), Ciudad Universitaria Rodrigo Facio, Universidad de Costa Rica 2OO6. Proyecto PAVUC



CAPACIDAD ANTIOXIDANTE DE JUGOS MICROFILTRADOS

Centro Nacional de Ciencia y Tecnología de Alimentos (CITA), Ciudad Universitaria RodrigoFacio, Universidad de Costa Rica 2OO6. Proyecto PAVUC

Jugo de frutaJugo de fruta ORAC ORAC ((μμmol / g)mol / g)Jugo natural de ananáJugo clarificado de ananáRecuperación

10,8 ± 0,813 ± 2100%

Jugo natural de noniJugo clarificado de noniRecuperación

8,0 ± 0,35,9 ± 0,1

74%Jugo natural de limónJugo clarificado de limón Recuperación

6,7 ± 0,25,2 ± 0,2

78%



COMENTARIOS FINALES

Los jugos clarificados utilizando la tecnología de MFT, representa una alternativa interesante

para el procesamiento de frutas y la elaboración de alimentos funcionales 100%

naturales, con alto contenido de compuestos antioxidantes y de alta calidad por el

mantenimiento de sus principales características.



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