ESTUDIO DE VIDA UTIL DE PULPA DE GUANABANA CONGELADA

RESUMEN

La moderna industria de los alimentos se ha desarrollado y expandido a causa de su habilidad para entregar una gran variedad de productos alimenticios para consumidores de otras naciones. Este hecho se ha consumado para la construcción de la estabilidad de estos productos a través del procesamiento, empaque y adición de aditivos para permitir que se mantengan frescos y sanos a lo largo de los procesos de distribución.La calidad total es la cúspide de importancia para la posición competitiva y la necesidad para construir un rápido e innovador sistema. Como el consumidor perciba el producto es la ultima medida de la calidad total.Los estudios de vida útil proveen información importante de los productores permitiéndose que el consumidor se asegure de ver un producto de alta calidad por un periodo de tiempo significativo después de su producción.

Este estudio utiliza información derivada desde un diseño experimental con una metodología de ensayos acelerados de vida útil (ASLT), implementando una rutina de estrés para la cuantificación de la cinética de degradación de la calidad en pulpa congelada de fruta (perdida de color, de acidez, acido ascórbico y ºBrix ). Todas estas degradaciones fueron satisfactoriamente modeladas por una cinética de primer orden, bajo fluctuaciones dinámicas de temperatura.

Los ensayos acelerados son herramientas valiosas, que pueden ayudar al estudio de la perdida de calidad en alimentos congelados. Aunque los ensayos ASLT incrementan la complejidad del análisis, estos producen resultados satisfactorios, cuando se aplican a las cinéticas de degradación de la calidad en pulpa congelada de frutas.

PALABRAS CLAVES: Ensayos acelerados de vida útil; pulpa de fruta congelada; color; ºBrix; Acido ascórbico; cinética de degradación

ABSTRACTThe modern food industry has developed and expanded because of its ability to deliver a wide variety of high quality foods products to consumers to the other nations. This feat has been accomplished by building stability into the products through processing, packaging, and additives that enable foods to remain fresh and wholesome throughout the distribution process.Total quality is of paramount importance to this competitive posture and needs to be built into the speed and innovation system. How the consumer perceives the product is the ultimate measure of total quality. Shelf life studies can provide important information to product developers enabling them to ensure that the consumer will see high quality product for a significant period of time after production.This study uses information derived from experimental design with accelerated shelf life testing (ASLT) methodology to implement the step stress for the quantification of frozen fruit pulp (color loss and acidity, ascorbic acid(AA), ºBrix degradation) quality degradation kinetics. All of those degradations were successfully modeled by a first-order kinetics, under dynamic temperature fluctuations.Accelerated test are valuable tools, that can aid the study of quality losses in frozen foods. Although ASLT test increase the complexity of data analysis, they produce satisfactory results, when applied to frozen fruit pulp kinetics of quality degradation.KEYWORDS: Accelerated shelf life test; frozen pulp frit; color; ºBrix; Ascorbic acid; degradation kinetics

INTRODUCCIÓNLa pérdida de la calidad en pulpas congeladas de frutas están caracterizadas por unas tasas cinéticas muy lentas y, además, el tiempo involucrado en estudios cinéticos isotérmicos para

alimentos congelados es muy largo, en donde los datos son recogidos en un periodo mínimo que fluctúa entre 6 y 12 meses. El riesgo de falla es muy alto y se debe tener un especial cuidado para mantener la temperatura durante el periodo experimental.

Las técnicas de ensayos acelerados de vida útil son usados para reducir el tiempo experimental para eventos muy largos. La mayoría de los ensayos acelerados desarrollados por la industria de los alimentos son direccionados hacia la estimación de la vida útil y son aplicados a las cinéticas de deterioro de los alimentos. En primera instancia, los ASLT exponen a los alimentos a condiciones de sobre-estrés. (p.e altas temperaturas, bajos pH`s, altas Aw,…) para acelerar el decaimiento de la vida útil.

La calidad de un producto se puede perder o afectar debido a factores físicos, químicos o biológicos. Es por esto que en los estudios de vida útil es tan importante establecer las causas principales que afectan la calidad y la inocuidad del producto para el consumo humano. Es por esta razón que para la obtención de las cinéticas de degradación de una pulpa de guanábana congelada y la posterior predicción de su vida útil se tomaron como atributos de calidad los siguientes factores, completamente medible, de la pulpa en mención:

ºBrix. Acidez titulable. Perdida de vitamina C. Degradación del color.

Durante periodos distintos de tiempos y almacenada en condiciones de temperatura diferentes y variables. Todo esto con el fin de producir sobre la pulpa un estrés térmico lo suficientemente tenso como para hacer decaer continuamente la calidad de este alimento.La cinética de degradación del color presento una relación con la eciacion de Arrhenius de primer orden:

donde:

k(T): constante cinética (dependiente de la temperatura)A: factor preexponencialEa: energía de activaciónR: constante universal de los gasesT: temperatura absoluta [K]

Como resultado de este análisis matemático, se obtuvo un cálculo para la vida útil bastante parecido a la vida útil en el anaquel del supermercado.

Las mayores dificultades en el diseño experimental de la perdida de la calidad en alimentos congelados son los largos periodos experimentales y las fluctuaciones de temperatura dentro de los refrigeradores. Estas fluctuaciones de temperatura al interior del refrigerador acelera la perdida de la calidad y reduce la exactitud en la estimación de los parámetros cinéticos.los ensayos ASLT son aplicados en la industria de los alimentos congelados en muy practicas aproximaciones.

Estos ensayos ASLT ponen a prueba la precisión y exactitud del modelado de estas situación física tan particular: la degradación de la calidad de una pulpa de guanabana en condiciones de almacenamiento – congelamientos y refrigeración.

OBJETIVOSEl siguiente análisis se encuentra enfocado en:

Demostrar la aplicabilidad de las técnicas ASLT para alimentos congelados.

Validar el uso experimental de los métodos ASLT para la estimación de la degradación de la calidad en el tiempo, usando los parámetros adecuados.

Desarrollar una estrategia para la predicción de la vida útil de un alimento.

Modelar satisfactoriamente una situación física en la cual se aprecia la degradación de la calidad de un alimento por factores físicos (temperatura).

MATERIALES Y METODOS1. Preparación de la muestra.

Guanábanas compradas en un supermercado fueron peladas y se les retiraron las semillas de forma manual dada la estructura de su cascara y semillas; quedando con esto, únicamente, la pulpa. Esta pulpa se homogenizo en una licuadora industrial de gran capacidad, hasta obtener una pulpa uniforme y consistente. Posteriormente se empacaron 80 muestras de 75 g cada una, a las cuales se les retiro la mayor cantidad de aire posible, se sellaron herméticamente y se almacenaron a dos diferentes temperaturas (-18°C y 1°C).

2. Ensayos acelerados de vida útil

Las ochenta bolsas con los 75 g de pulpa cada una, se repartieron en cuatro grupos los cuales almacenaron las bosas a temperatura de congelación y de refrigeración y se les sometió a cambios de temperatura (estrés isotérmico). Se tomaron medidas de color, °Brix, acidez titulable y vitamina C. Luego con esas medidas, se hizo una análisis de regresión lineal para hallar los parámetros suficientes para la determinación de la vida

ANÁLISIS DEGRADACIÓN DEL COLOR

La reacción que describe la degradación del color es una reacción de primer orden irreversible:

Para determinar la vida media de alimentos congelados es muy útil expresar el modelo matemático en términos de vida media remanente:

fr= 1-fc donde fc=

De esta forma, se obtiene el modelo matemático en relación a los parámetros de medición del color:

(1)

Donde L representa luminosidad, a es el parámetro rojo-verde y b es el parámetro amarillo-azul; son constantes que representan los parámetros de color en la medición cuando

tienden al infinito y se muestran en Tabla No 1.

Tabla No 1. Valores de los Parámetros constantes de la medición del color.Parámetros de Color

51,8423,8114,47

17860,47149

A partir de los valores de los parámetros de color recogidos durante el desarrollo del experimento a diferentes temperaturas -18,-15,1 y 13°C (ver tabla Nº 2), se graficó la relación Ln(1-fr) en función del tiempo de evaluación como se describe en la ecuación 1 para cada una de las muestras (ver anexos). Posteriormente, con el objetivo de encontrar una ecuación que representara el proceso de degradación de color, a las curvas resultantes se les realizó regresión lineal y se analizo el coeficiente de correlación como parámetro determinante del correcto ajuste a los datos experimentales. De esta forma se escogió para cada temperatura la muestra que mejor ajuste presentara, sin embargo, en los ensayos a -18 y -15°C se encontró una baja correlación al modelo lineal debido a que algunos datos se encontraban fuera del patrón, razón por la cual se despreciaron al momento de realizar nuevamente la grafica, dichos puntos se resaltan en la tabla Nº 2. Finalmente los gráficos resultantes se presentan a continuación: Tabla No 2. Resultados de la medición del color durante la experimentación.

T(°C)Tiempo (días)

muestra 1 muestra 2

a b L a*b*LLn(1-

f)a b L a*b*L Ln(1-f)

-18°C

0 1,080 11,740 75,860 961,844 0,000 0,420 9,820 63,650 262,518 0,0003 0,210 11,230 62,010 146,238 0,047 1,050 12,260 63,950 823,228 -0,0327 0,650 10,180 62,710 414,952 0,032 0,730 10,460 62,970 480,826 -0,012

14 1,950 11,840 61,520 1420,374 -0,028 0,590 8,520 57,530 289,192 -0,00221 0,700 11,400 59,500 474,810 0,028 0,710 11,010 59,190 462,694 -0,01128 4,010 16,470 68,820 4545,196 -0,238 3,500 15,930 69,390 3868,839 -0,22935 1,400 12,920 60,700 1097,942 -0,008 1,030 13,080 62,000 835,289 -0,03342 0,630 9,900 58,410 364,303 0,035 2,040 11,500 60,350 1415,811 -0,068

-15°C

0 1,080 11,740 75,860 961,844 0,000 0,420 9,820 63,650 262,518 0,0003 0,140 12,280 63,740 109,582 0,017 0,240 12,560 63,280 190,751 0,0176 1,460 12,250 61,490 1099,749 -0,040 0,580 11,750 60,070 409,377 0,004

20 0,970 14,040 62,860 856,078 0,006 2,460 14,310 63,210 2225,156 -0,11827 4,500 15,860 65,960 4707,565 -0,251 4,100 15,870 65,470 4259,936 -0,25834 4,010 12,580 59,730 3013,128 -0,129 3,460 12,520 60,410 2616,913 -0,14442 0,340 11,420 57,430 222,989 0,043 1,850 12,080 59,740 1335,070 -0,063

1°C

0 1,080 11,740 75,860 961,844 0,000 0,420 9,820 63,650 262,518 0,0003 2,050 11,370 60,600 1412,495 -0,027 2,680 10,050 59,000 1589,106 -0,0784 3,070 12,220 59,250 2222,787 -0,069 1,410 10,950 56,860 877,890 -0,0275 4,300 11,710 57,820 2911,410 -0,123 4,510 11,410 58,290 2999,551 -0,1697 4,680 11,440 57,010 3052,270 -0,132 4,970 12,090 57,290 3442,401 -0,1997 4,920 13,400 57,580 3796,134 -0,175 4,470 13,320 57,400 3417,619 -0,189

10 5,260 11,960 55,920 3517,905 -0,164 6,080 12,350 56,300 4227,454 -0,25513°C 0 5,260 11,960 55,920 3517,905 0,000 6,080 12,350 56,300 4227,454 0,000

3 6,360 12,200 54,660 4241,179 -0,052 8,520 12,630 55,930 6018,493 -0,1417 10,620 12,900 50,740 6951,279 -0,274 10,610 12,900 50,900 6966,632 -0,2249 9,450 14,120 48,840 6516,917 -0,235 10,550 13,760 48,280 7008,711 -0,228

11 12,460 13,710 48,990 8368,795 -0,413 11,680 13,360 50,210 7835,009 -0,307

-18°C

y = -0,0014x + 0,0068

R2 = 0,7831-0,080

-0,060

-0,040

-0,020

0,000

0,020

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

t (días)

Ln

(1-f

)

D2 Lineal (D2)

Figura No 1 Logaritmo natural de la relación de parámetros del color (1-f) en función del tiempo (t) para muestras de pulpa de guanábana almacenadas a una temperatura de -18°C

T=-15ºC

y = -0,0051x + 0,0163

R2 = 0,9103

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0 10 20 30 40

t (dias )

Ln

(1-

f)

D2 Lineal (D2)

Figura No 2 Logaritmo natural de la relación de parámetros del color (1-f) en función del tiempo (t) para muestras de pulpa de guanábana almacenadas a una temperatura de -15°C

T=1ºC

y = -0,0223x + 0,005

R2 = 0,8902

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

0 2 4 6 8 10 12

t (dias )

Ln

(1-

f)

M1 Lineal (M1)

Figura No 3 Logaritmo natural de la relación de parámetros del color (1-f) en función del tiempo (t) para muestras de pulpa de guanábana almacenadas a una temperatura de 1°C

T=13ºC

y = -0,0253x - 0,0284

R2 = 0,9398

-0,35

-0,3

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

0 2 4 6 8 10 12

t (dias )

Ln

(1-

f)

D2 Lineal (D2)

Figura No 4 Logaritmo natural de la relación de parámetros del color (1-f) en función del tiempo (t) para muestras de pulpa de guanábana almacenadas a una temperatura de 13°C

Al comparar la ecuación 1 con los modelos lineales encontrados para cada temperatura, se tiene que la pendiente de cada recta representa el coeficiente de velocidad de degradación del color (k), la cual es una variable importante para la cuantificación de la energía de activación (Ea), el efecto del cambio de temperatura sobre la rata de degradación del color (QΔ), y por ende la vida útil del producto.

A partir de la ecuación de Arrhenius:

Se puede calcular la energía de activación al graficar Ln k en función de (1/T), ya que la pendiente de la recta obtenida representa (Ea/R), donde la constante de los gases R=0,001987 KCal/mol-K. Los resultados obtenidos se muestran a continuación:

ln K vs 1/T

y = -6324x + 18,78

R2 = 0,8443

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

3,4E-03 3,5E-03 3,6E-03 3,7E-03 3,8E-03 3,9E-03 4,0E-03

1/T (1/K)

Ln

k

ln K Lineal (ln K)

Figura No 5 Logaritmo natural del coeficiente de deterioro (k) en función del inverso de la temperatura (1/T) para el ensayo de vida útil de pulpa de guanábana

Tabla No 3. Coeficientes de degradación del color para cada temperatura en grados Kelvin

k [días-1] Ln k 1/T [K-1] Ea (KCal/mol)0,0014 -6.5713 0,00392 12,56710,0051 -5,2785 0,00387

0,0223 -3,8032 0,003650,0253 -3,6770 0,00349

En seguida, se calculó un valor de QΔ para las temperaturas de congelación (Tref=-18°C) y uno para las de refrigeración (Tref=1°C) según la ecuación 2, y finalmente se determino el tiempo de vida útil del producto (θs) al ser almacenado a -18, -15, 1 y 13°C; según la ecuación 4 donde ts es el tiempo que duro almacenado el producto.

(2)

(3)

(4)

Tabla No 4. Resultados de QΔ, Q10 y vida útil de la pulpa de guanábana a diferentes temperaturas

T (K) QΔ Q10θs

[días]255,15

0,7497 0,382831,4889258,15

274,150,3801 0,4466

3,8001286,15

ANÁLISIS DEGRADACIÓN DE VITAMINA C

La reacción que describe la degradación de vitamina C es de orden 2, dado que depende del nivel de ácido ascórbico y de oxigeno.

Ln (CA/CB) = (CAo – CB) Kt + Ln(Cao/CBo) Donde CB= concentración de oxigeno.CBo= concentración de oxigeno inicialCA=concentración de vitamina CCAo=concentración de vitamina C inicial

Tabla No 5. Contiene los datos obtenidos en la práctica de laboratorio para la vitamina c de pulpa de guanábana a diferentes temperaturas (-18, -15, 1, 13 °C), así como también las conversiones y cálculos necesarios para calcular su vida útil.

VITAMINA C   MUESTRA 1 MUESTRA 2 (DUPLICADO)

TEMPERATURA

tiempo (dias)

VIT C (mg/100gr)

Conc. VIT C

mmol/LConc. O2 mmol/L LN(CA/CB)

VIT C (mg/100gr)

Conc. VIT C mmol/L

Conc. O2 mmol/L LN(CA/CB)

T=-18°C

0 26,6 1,5E-06 0,273 -12,0838 24,90 1,443E-06 0,273 -12,15053 6,1 3,6E-07 0,273 -13,5504 5,17 2,9951E-07 0,273 -13,72286 7,6 4,4E-07 0,272 -13,3335 9,86 5,713E-07 0,272 -13,073420 15,67 9,1E-07 0,271 -12,6061 14,8 8,6039E-07 0,271 -12,660227 13,17 7,6E-07 0,2715 -12,7822 13,8 8,0171E-07 0,2715 -12,732734 13,19 7,6E-07 0,2714 -12,7799 11,4 6,6254E-07 0,2714 -12,923042 21,11 1,2E-06 0,27 -12,3047 21,1 1,2232E-06 0,27 -12,3047

T= - 15ºC

10 4,70 2,7E-07 0,27 -13,8067 8,00 4,6364E-07 0,27 -13,274813 7,70 4,5E-07 0,2706 -13,3153 8,70 5,042E-07 0,2706 -13,193220 14,74 8,5E-07 0,2724 -12,6723 15,84 9,1788E-07 0,273 -12,602927 11,60 6,7E-07 0,2712 -12,9077 10,83 6,2765E-07 0,2712 -12,9764

34 17,28 1E-06 0,273 -12,5159 13,99 8,1055E-07 0,2724 -12,725142 13,50 7,8E-07 0,2718 -12,7582 12,90 7,4761E-07 0,2718 -12,8037

T= 1°C

3 19,10 1,1E-06 0,272 -12,4120 16,70 9,6784E-07 0,272 -12,54625 17,60 1E-06 0,2714 -12,4915 19,30 1,1185E-06 0,2714 -12,39937 16,57 9,6E-07 0,2711 -12,5507 18,35 1,0635E-06 0,2711 -12,448710 17,80 1E-06 0,2715 -12,4806 16,90 9,7943E-07 0,2715 -12,532517 7,66 4,4E-07 0,2713 -13,3230 8,66 5,0213E-07 0,2713 -13,199920 7,07 4,1E-07 0,27 -13,3989 6,64 3,8459E-07 0,27 -13,4617

T=13 °C

13 17,50 1E-06 0,273 -12,5031 16,76 9,7132E-07 0,273 -12,546317 9,90 5,7E-07 0,272 -13,0691 9,04 5,2391E-07 0,272 -13,160019 9,20 5,3E-07 0,271 -13,1388 8,74 5,0652E-07 0,271 -13,190121 9,00 5,2E-07 0,27 -13,1570 8,61 4,9899E-07 0,27 -13,2013

Figura Nº 6. Ln(CA/CB) en función del tiempo(días) para muestras de pulpa de guanábana almacenadas a una temperatura de -18°C

Tabla Nº 5 Muestra los valores obtenidos a partir de la figura 6.

Del modelo se encuentra el valor de la pendiente (k) y el intercepto Ln (CAo/CBo)

Igualando la siguiente expresión, se halla

(CAo-CBo) K= 0.047 mmol/días0,047/ [(1.54E-06 -0.273) mmol/L] = K

K = -0.17 días-1

Para -15 ºC se escogió la muestra para ser analizada:

Temperatura Modelo PendienteCoeficiente de

correlación

-18 y=-0,00x2 +0,047x-13,61 0.047 0,93

Figura Nº 7. Ln(CA/CB) en función del tiempo(días) para muestras de pulpa de guanábana almacenadas a una temperatura de -15°C

Tabla Nº 6. Muestra los valores obtenidos a partir de la figura Nº 7.

K= -0.330027

Para 1 ºC se tomo la mejor muestra en este caso se tomo el duplicado:

Figura Nº8. Ln(CA/CB) en función del tiempo(días) para muestras de pulpa de guanábana almacenadas a una temperatura de 1°C

Tabla Nº 7. Muestra los valores obtenidos a partir de la figura Nº 7.

Temperatura Modelo Pendiente Coeficiente de correrlacion

1 ºC Y= -0.005X2 + 0,059 – 12.62 0.0593 R=0.99146

K=-0.2161

Para 13 ºC se tomo la mejor muestra en este caso se tomo la muestra 1

Temperatura Modelo PendienteCoeficiente de

correlación

-15y = 0,0005x3 - 0,0354x2 + 0,8272x -

19,0770.8272

0,991

Figura Nº 9. Ln(CA/CB) en función del tiempo(días)para muestras de pulpa de guanábana almacenadas a una temperatura de 13°C.

Tabla Nº 8. Muestra los valores obtenidos a partir de la figura Nº 9.

Temperatura Modelo Pendiente Coeficiente de correlacion

13 ºC Y= 0.014X2 - 0,562X – 7.592

-0.562 R2=0.997

K= 2.058

Tabla Nº 9. Logaritmo neperiano de las constantes de degradación a las temperaturas especificas.

LN K T(°C) 1/T-0,17 -18 -0,06-0.33  -15 -0,07

 -0.2161 1 1,00 2.058 13 0,08

Según la ecuación de Arrenius:

Al graficar LnK vs 1/T se obtiene la pendiente que representa a Ea/R de donde se despeja el valor de la energía de activación.

Ln K vs 1/T

y = -4421,1x + 15,585

R2 = 0,605

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

0,00345 0,0035 0,00355 0,0036 0,00365 0,0037 0,00375 0,0038 0,00385 0,0039 0,00395

1/T

Ln K

Figura Nº 11. Logaritmo natural del coeficiente de deterioro (k) en función del inverso de la temperatura (1/T) para el ensayo de vida útil de pulpa de guanábana.

Pendiente= -4421.1Ea= -8,79 unidades

Según la ecuación (2), (3) y (4) se calculo el valor para QΔ, Q10 y θs [días]

Tabla Nº 10, Valor de QΔ, Q10 y θs [días] para pulpa de guanábana conservada por congelación y refrigeración.

T (K) QΔ Q10θs

[días]255,15 0,8137 0,5030 28,4797258,15274,15 0,4339 0,4987 15,1870286,15

ANEXOS

T=-18ºCy = -0,0008x + 0,0224

R2 = 0,1292

y = -0,0005x - 0,009

R2 = 0,1707

-0,04-0,03-0,02-0,01

00,010,020,030,040,050,06

0 10 20 30 40

t (dias )

Ln

( 1-

f)

M1 D2 Lineal (M1) Lineal (D2)

T=-15ºC

y = -0,0017x - 0,0181

R2 = 0,0727

y = -0,0039x - 0,0077

R2 = 0,3954

-0,3

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0 10 20 30 40 50

t (dias )

Ln

(1-

f)

M1 D2 Lineal (M1) Lineal (D2)

T=1ºC y = -0,0223x + 0,005

R2 = 0,8902

y = -0,0269x + 0,0108

R2 = 0,853

-0,3

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0 2 4 6 8 10 12

t (dias )

Ln

(1-

f)

M1 D2 Lineal (M1) Lineal (D2)

T=13ºC

y = -0,0361x + 0,0219

R2 = 0,9155

y = -0,0253x - 0,0284

R2 = 0,9398

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0 2 4 6 8 10 12

t (dias )

Ln

(1-

f)

M1 D2 Lineal (M1) Lineal (D2)