revisiÓn bibliogrÁfica tesis

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REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 2.1. Ayrampu 2.1.1. Berberis L. Género numeroso, compuesto por cerca de 500 especies de las cuales el 40% se encuentran en China y el resto se distribuye principalmente en África y Sud-América (Landrum, 1999). 2.1.2. Descripción botánica Es un arbusto denso armado de espinos simples o triples. Tiene los tallos leñosos que alcanzan hasta los 3m de altura, son erectos y ramificados con la corteza de color ceniza (29). Las hojas son ovales, alternas, con peciolo corto de unos 3cm de longitud. Presentan una gradación desde hojas hasta espinas, de forma que las de más de un año se van transformando en espinas con un largo de 1cm y 2cm (29). TALLOS HOJAS FRUTOS Fig 01: Descripción botánica de Berberis L. (www.mtplantas.com) Las flores aparecen entre abril y junio, son pequeñas y amarillas, agrupadas en pequeños racimos colgantes (29). Los frutos son posibles de encontrarlos entre los meses de mayo y junio, son bayas de 5 a 15mm de longitud de color rojo brillante, que al madurar toman un color morado oscuro, son ácidas pero de

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Page 1: REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA tesis

REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

2.1. Ayrampu

2.1.1. Berberis L.

Género numeroso, compuesto por cerca de 500 especies de las cuales el 40% se encuentran en

China y el resto se distribuye principalmente en África y Sud-América (Landrum, 1999).

2.1.2. Descripción botánica

Es un arbusto denso armado de espinos simples o triples. Tiene los tallos leñosos que alcanzan

hasta los 3m de altura, son erectos y ramificados con la corteza de color ceniza (29).

Las hojas son ovales, alternas, con peciolo corto de unos 3cm de longitud. Presentan una

gradación desde hojas hasta espinas, de forma que las de más de un año se van transformando en

espinas con un largo de 1cm y 2cm (29).

TALLOS HOJAS FRUTOS

Fig 01: Descripción botánica de Berberis L. (www.mtplantas.com)

Las flores aparecen entre abril y junio, son pequeñas y amarillas, agrupadas en pequeños racimos

colgantes (29).

Los frutos son posibles de encontrarlos entre los meses de mayo y junio, son bayas de 5 a 15mm

de longitud de color rojo brillante, que al madurar toman un color morado oscuro, son ácidas

pero de sabor agradable ricas en vitamina C y antocianinas (Landrum, 1999).

2.2. Vitamina C

El ácido ascórbico, más conocido como vitamina C, se encuentra ampliamente distribuido en los

tejidos vegetales, en los que se desconoce su función. La sintetizan todos los mamíferos, a

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excepción del hombre, los primates, cobayos y algunos murciélagos consumidores de frutas

(Coultate, 1998).

La vitamina C es un antioxidante hidrosoluble con un alto poder reductor. Actúa como cofactor

para numerosas enzimas implicadas en la biosistesis de colágeno, cartinina y algunos

neurotransmisores, y puede atrapar una gran variedad de especies reactivas del oxigeno y del

nitrógeno en medios acuosos. La vitamina C se considera esencial, ya que no puede ser

sintetizada por humanos, además de por primates, cobayas y otras especies como peces, aves e

insectos (Ramirez, 2011).

Esta vitamina se halla muy extendida en la naturaleza, pero se encuentra principalmente en los

alimentos de origen vegetal, en los que aparece de manera natural bajo dos formas químicas

interconvertibles: ácido ascórbico (forma reducida) y ácido dehidroascórbico (forma oxidada);

ambas formas poseen similar acción biológica (Ramirez, 2011).

Uno de los factores más importantes en la determinación de la calidad de los alimentos es el que

se refiere a su contenido en vitaminas (Ramirez, 2011).

La distribución de la vitamina C en los alimentos se conoce mucho mejor que la de otras vitaminas

debido a que su determinación es mucho más fácil que la de cualquiera otra. Las fuentes más

importantes son las frutas, con grandes variaciones entre las diferentes especies. Las verduras

también tienen contenidos importantes (Badui, 1994).

2.2.1. Estructura química

Dentro del trmino “vitamina C” se engloban todos los compuestos que presentan la actividad

biológica del ácido L-ascórbico (ácido 2,3-enediol, L-gulónico). Éste es un compuesto

químicamente sencillo, aunque presenta una estructura inusual, cuya fórmula empírica es C6H8O6

(Ramirez, 2011).

Fig 02: estructura química del ácido ascórbico

2.2.2. Propiedades y funciones fisiológicas de la vitamina C

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Las funciones biológicas del ácido ascórbico se basan en su capacidad reductora en una gran

variedad de reacciones bioquímicas. Gracias a su poder reductor, esta vitamina también puede

reducir especies reactivas del oxigeno. Su principal función es como cofactor de numerosas

reacciones que requieren cobre o hierro reducido y como antioxidante hidrosoluble que actúa

intra y extrcelularmente (Ramirez, 2011).

Es conocida la propiedad de la vitamina C de donar un electrón a ocho enzimas humanas. Tres

participan en la hidroxilación del colágeno, dos en la biosíntesis de carnitina y las tres restantes en

la biosíntesis de hormonas y aminoácidos (Ramirez, 2011).

La vitamina C interviene en la formación de colágeno, un constituyente principal del cartílago y

del hueso, en la síntesis de hormonas esteroideas y en el metabolismo de las grasas. También

participa activamente en el sistema de defensas del organismo. Mejora la cicatrización de

heridas y reduce los síntomas provocados por reacciones alérgicas. También tiene efectos

antioxidantes contra la acción nociva de los radicales libres, relacionados con el desarrollo de

tumores (Fennema, 1993).

El ácido ascórbico también esta implicado en la síntesis y modulación de algunos componentes

hormonales del sistema nervioso, por ejemplo, en la hidroxilación de dopamina a noradrenalina

(Ramirez, 2011).

2.2.3. Vitamina C como antioxidante

Son muchas enfermedades que cursan con un aumento del estrés oxidativo, tal como la

enfermedad cardiovascular. Es conocido el papel de las LDL oxidadas en el desarrollo de la

aterosclerosis. Estudios in vitro han confirmado que la vitamina C, a una concentración de

0,8mg/dL inhibe la oxidación de las LDL provocada por metales. Esta propiedad de la vitamina C se

debe a su capacidad de secuestrar especies reactivas del oxigeno y del nitrógeno protegiendo a

las LDL de su ataque. Por lo tanto, en todos los ensayos in vitro se demuestra claramente que la

vitamina C tiene función antioxidante. Sin embargo, en los ensayos in vivo hay más controversia

en la literatura sobre el efecto de una suplementación con dicha vitamina y su efecto inhibitorio

de la peroxidación lipídica, sobre todo en lo que atañe a las LDL. Parece que es debido a que la

vitamina C es hidrosoluble y no se transporta dentro de las LDL (Ramirez, 2011).

La vitamina C es una sustancia muy soluble en agua que posee propiedades ácidas y fuertemente

reductoras. Estas propiedades se deben a su estructura enediol que está conjugada con el grupo

carbonilo de una lactona. La forma natural de la vitamina es el isómero L-; el isómero D- tiene el

10% de la actividad vitamínica del L- (Tannembaum et al., 1993)

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A pesar del importante poder antioxidante de la vitamina C, a determinadas dosis y en

determinadas dosis y en determinadas situaciones fisiológicas se ha encontrado un efecto

prooxidante. Dicha capacidad prooxidante se debe a la potente acción reductora que presenta,

capaz de reducir Fe+3 y Cu+2 a Fe+2 y Cu+, respectivamente. Estos metales reducidos pueden

generar, en presencia de oxigeno, un gran estrés oxidativo. Es importante destacar que se

requieren bajas concentraciones de ascorbato para actuar como prooxidante si la concentración

de metales en el medio es alta (Ramirez, 2011).

2.2.4. Estabilidad

La vitamina C es la más inestable de todas las vitaminas, pues se destruye por oxidación muy

fácilmente. Por tanto es la que resulta más afectada por la manipulación y el cocinado.

Esa oxidación ocurre por ejemplo al lavar el vegetal y mucho más al trocearlo. También se

desnaturaliza cuando se alcanzan temperaturas de 60 o 70 grados centígrados. Por eso la

industria realiza el "blanqueado" o "escaldado" de los vegetales: se calientan durante un minuto a

100 grados centígrados los vegetales que se van a congelar, por lo que se conserva casi intacto el

contenido en vitamina C de esos alimentos.(30)

La vitamina C es la más sensible de las vitaminas, es lábil en presencia de humedad y oxígeno, pH,

agentes oxidantes, temperatura y presencia de iones metálicos especialmente cobre y hierro.

Ya que la vitamina C es soluble en agua, se pierde fácilmente en procesos húmedos. Sin embargo,

en alimentos procesados las pérdidas más significativas son debido a degradación química. (King,

1987)

CUADRO 01: PERDIDAS DE ACIDO ASCORBICO EN VEGETALES COCIDOS POR DIFERENTES ME-

TODOS

% VITAMINA C

METODODESTRUC-

CION

EXTRACCION

EN EL AGUA

RETENCION

EN EL ALIMENTO

Ebullición(tiempo prolongado, Agua (+) 10 – 15 45 – 60 25 – 45

Ebullición (tiempo corto, Agua (-) 10 – 15 15 – 30 55 – 75

Vapor 30 – 40 < 10 60 – 70

Olla a presión 20 – 40 < 10 60 – 80

FUENTE: (King, 1987)

Page 5: REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA tesis

2.3. Las antocianinas

Las antocianinas representan el grupo más importante de pigmentos hidrosolubles detectables en

la región visible por el ojo humano (Strack y Wray, 1994). Estos pigmentos son responsables de la

gama de colores que abarcan desde el rojo hasta el azul en varias frutas, vegetales y cereales, y se

encuentran acumulados en las vacuolas de la célula (Wagner, 1982). Las antocianinas poseen

diferentes funciones en la planta como son la atracción de polinizadores para la posterior

dispersión de semillas y la protección de la planta contra los efectos de la radiación ultravioleta y

contra la contaminación viral y microbiana. El interés por los pigmentos antociánicos y su

investigación científica se ha incrementado en los últimos años, debido no solamente al color que

confieren a los productos que las contienen sino a su probable papel en la reducción de las

enfermedades coronarias, cáncer, diabetes; a sus efectos antiinflamatorios y mejoramiento de la

agudeza visual y comportamiento cognitivo.

2.3.1. LAS ANTOCIANINAS COMO COLORANTES NATURALES

La creciente preocupación por la toxicidad de los colorantes sintéticos usados en alimentos,

cosméticos y productos farmacéuticos ha sido investigada por Hallagan, 1991, y Lauro, 1991,

quienes reportaron que los colorantes rojo No. 2 y No. 40 se han prohibido en Austria, Japón,

Noruega y Suecia, pero el rojo No. 40 aún se encuentra en escrutinio en Estados Unidos. Al mismo

tiempo, dichos hallazgos se relacionan con modificaciones en la hiperactividad de niños de edad

escolar lo cual puede considerarse un mal neuronal agudo (Breakey et al., 2002; McCann et al.,

2007). Tales antecedentes son indicios suficientes para disminuir la demanda de colorantes

artificiales a favor del consumo generalizado de colorantes naturales como las antocianinas (Huck

y Wilkes, 1996; Birks, 1999; Ersus y Yurdagel, 2007; Olaya et al., 2008)

En contraste, en la Unión Europea, Chile, Colombia, Irán, Israel, Corea del Sur, Malta, Perú, Arabia

Saudita y los Emiratos Árabes todos los colorantes derivados de las antocianinas son reconocidos

como naturales (Ottersäater, 1999).

2.3.2. ESTRUCTURA DE LAS ANTOCIANINAS Y COLOR

Las antocianinas son glucósidos de antocianidinas, pertenecientes a la familia de los flavonoides,

compuestos por dos anillos aromáticos A y B unidos por una cadena de 3 C. Variaciones

estructurales del anillo B resultan en seis antocianidinas conocidas (Fig. 03).

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Fig 03: Estructura y sustituyentes de las antocianinas (Durst y Wrolstad, 2001).

El color de las antocianinas depende del número y orientación de los grupos hidroxilo y metoxilo

de la molécula. Incrementos en la hidroxilación producen desplazamientos hacia tonalidades

azules mientras que incrementos en las metoxilaciones producen coloraciones rojas.

2.3.3. FACTORES QUÍMICOS QUE DETERMINAN EL COLOR Y LA ESTABILIDAD DE LAS

ANTOCIANINAS

A pesar de las ventajas que las antocianinas ofrecen como posibles sustitutos de los colorantes

artificiales, su incorporación a matrices alimenticias o productos farmacéuticos y cosméticos

son limitadas debido a su baja estabilidad durante el procesamiento y el almacenamiento

(Wrolstad, 2000). Factores como su misma estructura química, pH, concentración,

temperatura, presencia de oxígeno y ácido ascórbico, y actividad de agua de la matriz

determinan la estabilidad del pigmento.

Efecto del pH. El pH tiene efecto en la estructura y la estabilidad de las antocianinas (Fig. 04).

La acidez tiene un efecto protector sobre la molécula. En soluciones acuosas a valores de pH

inferiores a dos, básicamente 100% del pigmento se encuentra en su forma más estable o de

ión oxonio o catión flavilio (AH+) de color rojo intenso. A valores de pH más altos ocurre una

pérdida del protón y adición de agua en la posición 2, dando lugar a un equilibrio entre la

pseudobase carbinol o hemicetal (B) y la forma chalcona (C), o de cadena abierta. Tanto el

hemicetal como la chalcona, son formas incoloras y bastante inestables. A valores de pH

superiores a siete se presentan las formas quinoidales (A, A-) de color púrpura que se

degradan rápidamente por oxidación con el aire (Hutchings, 1999).

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Fig 04. Estructura de las antocianinas a diferentes valores de pH (Coultate, 1998).

Efecto de la temperatura. Incrementos de temperatura resultan en pérdida del azúcar

glicosilante en la posición 3 de la molécula y apertura de anillo con la consecuente producción

de chalconas incoloras (Timberlake, 1980).

La antocianina es destruida por el calor durante el procesamiento y almacenamiento. Un

incremento logarítmico en la destrucción de la antocianina ocurre con un incremento en la

temperatura. Timberlake (1986) observó que el equilibrio entre las estructuras es

endotérmico, en una dirección de izquierda a derecha:

Base quinoidal ↔ Cation flavilio ↔ Pseudobase carbinol ↔ Chalcona.

A altas temperaturas el equilibrio cambia hacia chalconas. El retorno de chalconas a flavilio es

lento. (Timberlake, 1986)

Efecto del oxígeno y el ácido ascórbico. El efecto degradativo del oxígeno y el ácido ascórbico

sobre la estabilidad de las antocianinas está relacionado. Sondheimer y Kertesz, 1953,

reportaron que las condiciones que favorecen la oxidación aeróbica del ácido ascórbico en

jugo de fresa y en sistemas modelo que contenían pelargonidina 3-glucósido proveniente de la

fresa causaban grandes pérdidas de antocianinas, pero cuando el oxígeno era excluido del

sistema no se observaba deterioro del color. De igual manera, Markakis et al., 1957,

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reportaron un efecto sinergístico entre el ácido ascórbico y el oxígeno sobre la degradación de

la pelargonidina 3-glucósido en solución. En investigaciones más recientes, Garzón y Wrolstad,

2002, confirmaron la aceleración de la destrucción de antocianinas de fresa cuando el ácido

ascórbico está presente tanto en sistemas naturales como en sistemas modelo. El efecto del

ácido ascórbico sobre la estabilidad de las antocianinas ha sido explicado por Jurd, 1972, y

Poei-Langston, 1981, como una posible reacción de condensación entre el ácido y los

pigmentos (GARZÓN, 2008)

Otros factores. La concentración del pigmento y la actividad de agua de la matriz afectan la

estabilidad del color. Garzón y Wrolstad, 2002, compararon la estabilidad de la antocianina de

fresa (pelargonidina 3-glucósido) con la de la antocianina de la cáscara de rábano

(pelargonidina 3-soforósido 5-glucósido acilada con ácidos aromáticos y alifáticos) y

encontraron que dicha estabilidad era independiente de la estructura, a una misma

concentración de pigmento. Hoshino et al., 1982, demostraron que cuando la concentración

de antocianinas alcanza valores altos, se presentan fenómenos de autoasociación entre dos

cationes flavilio, dos formas hemicetal, dos bases quinoidales, e inclusive, entre una base

quinoidal y un catión flavilio y protegiendo la molécula de antocianina. Por otro lado,

incrementos en la actividad de agua del medio causan degradación de las antocianinas

probablemente debido a una mayor interacción entre el agua y el catión flavilio para formar la

pseudobase inestable (Garzón y Wrolstad, 2001; Olaya et al., 2008).

2.3.4. ACTIVIDAD BIOLÓGICA DE LAS ANTOCIANINAS

El interés en los pigmentos antociánicos se ha intensificado recientemente debido a sus

propiedades farmacológicas y terapéuticas. Durante el paso del tracto digestivo al torrente

sanguíneo de los mamíferos, las antocianinas permanecen intactas (Miyazawa et al., 1999) y

ejercen efectos terapéuticos conocidos que incluyen la reducción de la enfermedad coronaria,

efectos anticancerígenos, antitumorales, antiinflamatorios y antidiabéticos; además del

mejoramiento de la agudeza visual y del comportamiento cognitivo. (GARZÓN, 2008)

Los efectos terapéuticos de las antocianinas están relacionados con su actividad antioxidante.

Estudios con fracciones de antocianinas provenientes del vino han demostrado que estas son

efectivas en atrapar especies reactivas del oxígeno, además de inhibir la oxidación de

lipoproteínas y la agregación de plaquetas (Ghiselli et al., 1998). Estos resultados sugieren que

las antocianinas son la explicación de la conocida “Paradoja Francesa”. Aunque varias hipótesis

existen, se propone que el bajo riesgo de la enfermedad coronaria en Francia se asocia con el

alto consumo de vino tinto (St. Leger et al., 1979; Xia et al., 1998). De igual manera, Wang y

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Jiao (2000) y Wang y Lin (2000) han demostrado que frutos ricos en antocianinas evidencian

una alta actividad antioxidante contra el peróxido de hidrógeno (H2O2) y contra radicales

peróxido (ROO.), superóxido (O2.-), hidroxilo (.OH) y oxígeno singulete (1O2). (GARZÓN, 2008)

A las antocianinas también se les atribuye actividad antitumoral y anticancerígena. Hagiwara et

al., 2002, demostraron que el suministro de papas púrpuras dulces y repollo morado a ratas de

laboratorio, causan supresión de tumores. De igual manera, Koide et al., 1997, reportaron

efectos antitumorales al usar extractos de fríjoles rojos de soya que contenían cianidina

conjugada con glucosa y ramnosa. En cuanto a la actividad anticancerígena, Kamei et al., 1998,

reportaron la supresión de células cancerígenas HCT-15 provenientes del colon humano y de

células cancerígenas gástricas AGS al suministrar fracciones de antocianinas del vino tinto. Así

también, Tristan et al., 2005, realizaron bioensayos que demuestran que los arándanos inhiben

las etapas de iniciación, promoción y progresión de la carcinogénesis. (GARZÓN, 2008)

Referente a la actividad antiinflamatoria, Wang y Mazza, 2002, encontraron en extractos

concentrados de antocianinas efecto inhibitorio de la producción de óxido nítrico en

macrófagos activados. Por otra parte, Vuorela et al., 2005, encontraron efecto supresor de

prostaglandina EG2, sinónimo de actividad antiinflamatoria en extractos de antocianinas de

frambuesa. (GARZÓN, 2008)

De acuerdo a Tristan et al., 2008, antocianinas provenientes de cuatro especies de arándanos

silvestres: Amelanchier alnifolia, Viburnum trilobum, Prunus virginian y Shepherdia argentea,

muestran propiedades hypoglicémicas. Tales frutos, con alto contenido de sustancias

fitoquímicas, han sido consumidos tradicionalmente por tribus norteamericanas para la

protección de enfermedades crónicas como diabetes. Otro ejemplo de actividad antidiabética

de las antocianinas fue reportado por Perossini et al., 1987.

Estudios clínicos realizados en Italia revelaron que 79% de los pacientes diabéticos

consumidores de extracto de bayas rojas (160 mg dos veces al día durante un mes) mostraron

alivio en los síntomas de retinopatía diabética. Finalmente, el mejoramiento de la agudeza

visual y del comportamiento cognitivo como resultado del consumo de antocianinas han sido

reportados por Ohgami et al., 2005, quienes suministraron extractos de frutas ricas en

antocianinas a ratas con deficiencia ocular, lo cual resultó en un efecto antiinflamatorio y de

aumento de la agudeza visual. Joseph et al., 1999, y Shukitt-Hale et al., 2005, han demostrado

que el comportamiento cognitivo y las funciones neuronales de ratas de laboratorio puede ser

mejorado a través de suplementación nutricional con extractos de arándanos y fresas.

(GARZÓN, 2008)

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2.4. Pasteurización

La pasteurización es un proceso tecnológico que se lleva a cabo mediante el uso de calor. Es un

tratamiento térmico suave, aspecto que lo diferencia de la esterilización, mucho más intenso.

Su principal objetivo es la eliminación de patógenos en los alimentos para alargar su vida útil.

La pasteurización emplea temperaturas bajas pero que aseguran la eliminación de patógenos,

aunque algunos puedan aguantarlas y resistirlas. El valor nutricional de los alimentos y sus

características organolépticas no se ven tan alteradas.( 31)

La temperatura de pasteurización es inferior a los 100ºC ya que temperaturas más elevadas

afectan de manera irreversible a las características fisicoquímicas del producto. En el caso de

alimentos líquidos, la temperatura tendría que situarse sobre los 72ºC y 85ºC durante 20

segundos y el los alimentos envasados entre los 62ºC y los 68ºC durante periodos más largos

de tiempo, unos 30 minutos. Con la aplicación de esta técnica se puede aumentar la vida útil

de los alimentos varios días. (31)

2.4.1. Factores que afectan el proceso

No todos los alimentos responden igual al tratamiento. Algunos factores pueden afectar, de

manera positiva o negativa, a la eficacia del proceso. El más representativo es la acidez del

producto, que determina la supervivencia del patógeno. En la pasteurización conviene trabajar

con pH bajos. Por debajo de un pH de 4,5 las bacterias no pueden crecer, de ahí que el

tratamiento puede ser más suave y las características organolépticas no se ven tan afectadas.

En alimentos con un pH más elevado es necesario un tratamiento con una temperatura

también más alta, como es el caso de la leche, las verduras, la carne o el pescado.( 31)

Otro factor son los organismos más resistentes y más difíciles de eliminar, como Bacillus

cereus, que son capaces de sobrevivir a baja temperatura. Sin embargo, esta resistencia

depende del pH del alimento o de su actividad de agua. Si se controlan estos parámetros,

puede controlarse la resistencia. (31)

La capacidad calorífica puede afectar también al rendimiento de la pasteurización. Aquellos

que necesitan más energía para aumentar su temperatura, necesitan un proceso más severo

que aquellos que aumentan de forma rápida la temperatura. Por último, destaca la forma

física del alimento para asegurar el éxito del tratamiento, en concreto, la superficie exterior del

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alimento es lo que más influye en el tratamiento. Por tanto, los alimentos con forma esférica

conllevan más dificultad.( 31)

2.4.2. Efectos sobre los alimentos

Al tratarse de un tratamiento térmico, son inevitables algunas alteraciones en las

características tanto físicas como químicas de los alimentos, como el color o el aroma. En los

zumos de frutas puede aparecer pardeamiento enzimático, un oscurecimiento del color del

alimento. (31)

El aroma también puede alterarse. En los zumos pueden aparecer importantes pérdidas, de ahí

que algunas industrias disponen de sistemas de recuperación de aromas para solventar las

pérdidas. (31)

En el caso de los zumos, la pasteurización es muy efectiva ya que posee un pH ácido y este

medio ya limita el crecimiento de diferentes tipos de patógenos, sobre todo de los

microorganismos esporulados, los más resistentes a las altas temperaturas. De esta manera,

pueden aplicarse temperaturas más suaves y evitar posibles pérdidas organolépticas. Los

zumos se pasteurizan a unos 70ºC durante 30 minutos, aunque la temperatura final va en

función del pH del alimento. (31)

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