Cubiertas Comestibles de Cera y Polifenoles de Candelilla: Una

Transcripción

2013 Volumen 5, No 10.
Revista Científica de la Universidad Autónoma de Coahuila
Cubiertas Comestibles de Cera y Polifenoles de Candelilla: Una Alternativa de
Conservación de Papaya (Carica papaya L.)
Edible Coatings of Wax and Polyphenols from Candelilla: An Alternative of
Conservation of Papaya (Carica papaya L.)
Ricardo Télles-Pichardo1, Karina Cruz-Aldaco2,3, Emilio Ochoa-Reyes4, Cristóbal N. Aguilar2 y
Romeo Rojas2*
1
Departamento de Ingeniería Química y Bioquímica. Instituto Tecnológico de Zacatepec. Morelos, México.
Departamento de Investigación en Alimentos. Universidad Autónoma de Coahuila. 25280, Saltillo, Coahuila, México.
3
Bioingenio LifeTech SA de CV 25280, Saltillo, Coahuila, México.
4
Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo A.C. – Unidad Cuauhtémoc. Chihuahua, México.
*Correo electrónico: [email protected]
2
Resumen
Actualmente, el consumidor demanda productos de alta calidad y que contengan sólo ingredientes naturales, el éxito de estos
productos se debe a sus buenas características sensoriales y nutricionales. Las películas comestibles se utilizan como una cubierta
sobre los alimentos en forma de envoltura. El mecanismo por el cual estas películas conservan la calidad de frutas y vegetales es
debido a que crean una barrera a los gases, produciendo una atmósfera modificada alrededor del producto y a su vez representa una
barrera física que evita el contacto con microorganismos que afecten los frutos. En este trabajo se desarrollaron cubiertas
comestibles formuladas con cera de candelilla-polisacáridos naturales y polifenoles, se utilizó una cera extraída de la planta
Euphorbia antisyphilitica Zucc. Se aplicó la formulación en papayas, se monitoreo el efecto que generan las cubiertas comestibles
con polifenoles y sin polifenoles sobre la pérdida de peso del fruto almacenado a temperatura ambiente, cambios en la apariencia
visual externa del fruto e invasión fúngica. Los datos encontrados en este trabajo indican que las cubiertas comestibles de cera de
candelilla y polifenoles, afectan significativamente en la vida de anaquel del fruto (p≤0.05). Sin embargo, el mejor tratamiento que
perdió menor peso y conservó mejor apariencia visual fueron las papayas con recubrimiento y polifenoles (CP), la cual logró
mejorar la calidad de vida de anaquel de papaya en mayor medida que el resto de los tratamientos, aun el uso del tratamiento con
cubierta-CC (sin polifenoles) mejoró la calidad de vida de anaquel considerablemente.
Palabras cave: Cera de Candelilla, Polifenoles, Película Comestible, Papaya
Abstract
Currently, consumers demand products of high-quality that contain only natural ingredients, the exit of these products is due to its
good sensory and nutritional characteristics. Edible films are used as a cover over the foods in form of wrap. The mechanism by
which these coatings retain the quality of fruits and vegetables is because it creates a barrier to gases, producing a modified
atmosphere around the product and represent a physical barrier that avoid the contact with microorganisms that affect the fruit. In
this work, we developed edible coatings formulated with candelilla wax-natural polysaccharides and polyphenols, we used a wax
extracted from candelilla plant (Euphorbia antisyphilitica Zucc). The formulation was applied in Papaya fruit and was evaluated
the effect that is generated with edible coatings with polyphenols and without on weight loss of the fruit stored at room
temperature, changes in external visual appearance and fungal invasion. The data in this study indicate that edible coating of
candelilla wax and polyphenols, affect significantly in the shelf life of fruit (p≤0.05). However, the best treatment were papaya
with edible coating with polyphenols (CP) due to the minor weight loss and preserve the better visual appearance in comparison
with the others treatments, but the use of edible coating-CC (without polyphenols) was able to improve the shelf life and quality
considerably.
Key words: Candelilla wax, polyphenols, edible coating, Papaya.
1
INTRODUCCIÓN
La papaya (Carica papaya L.) es nativa de América y crece
en clima tropical y subtropical (Alvarez y Nishijima, 1987).
En México, con una producción anual promedio de 1 100
000 toneladas para el 2009 solo se registraron exportaciones
por el 10 %. Esto convierte al país en el principal exportador
del mundo con ingresos superiores a los 600 millones de
dólares (SAGARPA, 2011). Sin embargo, es un producto
climatérico muy perecedero con una corta vida de anaquel,
incluso cuando se mantiene bajo refrigeración (Morais y col.,
2008). Su rápido deterioro es resultado de su alto contenido
de agua, de su alta tasa de respiración y de su producción
autocatalítica de etileno que se traduce en elevar la
temperatura durante su almacenamiento, provocando el fácil
reblandecimiento de su estructura y cambios en color y sabor
(Balbino y Colheita, 2003; Castricini y col., 2012).
Para mejorar o aumentar su vida poscosecha se han utilizado
diversos tratamientos, tales como: tratamiento con agua
caliente, almacenamiento con atmosfera controlada y/o
modificada, irradiación gamma. Sin embargo, una técnica
que se ha estado popularizando por los buenos resultados
que ofrece es el uso de recubrimientos comestibles. Los
recubrimientos comestibles son capas delgadas de materiales
aplicadas en la superficie de un producto alimenticio con la
intención de mejorar su apariencia o prolongar su vida de
anaquel. Esto se logra al generar un intercambio controlado
de gases (O2, CO2 y etileno) que están implicados en la
respiración además de proporcionar una barrera a la pérdida
de humedad (Lacroix y Tien, 2005; Pavlath y Orts, 2009).
Los recubrimientos pueden ser fabricados a partir de
biopolímeros como proteínas, polisacáridos o lípidos
(Gennadios y col., 1997); Además, la adición de un
plastificante es necesaria para la modificar las propiedades
físicas o funcionales del recubrimiento (Han y Gennadios,
2005).
La goma arábiga o goma acacia proviene de un exudado
gomoso de los tallos o ramas de especies Acasia. Es el
menos viscoso y más soluble de los hidrocoloides (NisperosCarriedo, 1994). Se utiliza ampliamente en la industria por
alto poder de emulsificación, formación de película y
encapsulación (Motlagh y col., 2006). Debido a estas
propiedades es usada para retardar la cristalización de los
azucares, espesar dulces, jaleas, barnices y gomas de mascar
(Fogarty, 1988). Se ha utilizado para revestir la nuez
pecanera para eliminar su apariencia húmeda y aceitosa
(Arnold, 1963). Así mismo se ha utilizado como
recubrimiento de manzanas (El-Anany y col., 2009;
Saucedo-Pompa y col., 2007; Ochoa y col., 2011), aguacates
(Saucedo-Pompa y col., 2007; Saucedo-Pompa y col., 2009),
fresa (Télles-Pichardo y col., 2012), plátano (SaucedoPompa y col., 2007), tomates (Ali y col., 2010) mostrando
un retraso significativo en el cambio de pérdida de peso,
firmeza, solidos totales, ºBrix, acidez titulable, color y
apariencia durante el periodo de almacenamiento en
comparación con los controles sin recubrimiento.
El objetivo del presente trabajo fue evaluar un recubrimiento
previamente probado en otros frutos frescos para validar su
potencial como un producto comestible que prolonga la
calidad y vida de anaquel de frutas. Además, poder ampliar
su campo de aplicación en frutos de alto valor comercial en
los que su principal problema es su corta vida de anaquel que
impide elevar el nivel de exportación. Así mismo, evaluar el
potencial de los polifenoles totales de tallos de candelilla en
la vida de anaquel de este fruto.
MATERIALES Y MÉTODOS
Extracción de cera de candelilla
La planta de candelilla fue proporcionada por la empresa
MULTICERAS S.A. de C.V., García, Nuevo León, México.
Posteriormente se limpió y cortó la planta de acuerdo a lo
repostado por De León-Zapata y col. (2008). El proceso de
extracción y purificación se llevó a cabo con una solución de
ácido 2-hidroxi-1,2,3-propanotricarboxílico a 121 °C (15
Lb/in2) en un equipo de acero inoxidable diseñado en el
D.I.A. y posteriormente se refinó el cerote mediante refundición en agua (Rojas-Molina, 2010; Ochoa-Reyes y col.,
2010; Rojas-Molina y col., 2011). Los experimentos se
realizaron por triplicado.
Recuperación de polifenoles totales
Los tallos de candelilla sin cera fueron deshidratados a 60 °C
por 48 h. Después de la deshidratación, se redujo el tamaño
de partícula en un molino de cuchillas. La extracción acuosa
de polifenoles totales se llevó a cabo en una relación 0.20 g
mL-1 p/v a 60 °C por un periodo de 30 min con agitación
cada 5 min. Posteriormente, el material se filtró con tela de
manta y después con papel Whatman # 41 para eliminar las
partículas de gran tamaño. Para la purificación de los
polifenoles se utilizó una columna de cromatografía con
Amberlita XAD-16. Primero se utilizó agua para eliminar los
compuestos indeseables y después se usó etanol para
recuperar la fracción rica en polifenoles totales de candelilla
(PTC). El solvente fue evaporado y se recuperaron los PTC
como un polvo fino. (Seeram y col., 2005; Ascasio-Valdés y
col., 2010). Los experimentos se realizaron por triplicado.
Preparación de recubrimiento
La formulación se llevó a cabo de acuerdo a lo reportado por
Saucedo-Pompa y col. (2007). Para formar la emulsión se
utilizó goma arábiga, cera de candelilla y aceite de jojoba
como plastificante. El polisacárido se solubilizó en agua
MiliQ a temperatura ambiente y después se calentó a 80 °C.
Se adicionó la cera y el plastificante y se homogenizaron
todos los componentes a 15 000 rpm (InternationalTM Mod.
LI-17V) por 15 min.
2
Aplicación del recubrimiento
Los frutos (Papaya) fueron obtenidos en el mercado de
abastos Benito Juárez (Periférico Luis Echeverría, Saltillo,
Coahuila, México). Se seleccionaron de acuerdo a su
uniformidad en tamaño, ausencia de daños en la piel,
ausencia visible de microorganismos, madurez y color. Se
desinfectaron con una solución clorada (500 ppm) por 5 min
y se secaron a temperatura ambiente (González-Aguilar y
col., 2005). La aplicación del recubrimiento se llevó a cabo
mediante inmersión por un periodo de 2 segundos y un
posterior secado con flujo de aire. El proceso se repitió una
vez más para posteriormente almacenar los frutos a
temperatura ambiente (25 ± 3 °C) por un periodo de 8 días
muestreando diariamente.
Evaluación de vida de anaquel
Los tratamientos evaluados fueron: Papaya con
recubrimiento y polifenoles (CP), Papaya con cubierta (CC)
como control positivo y Papaya sin cubierta (SC) como
control negativo. Durante el periodo de almacenamiento, los
tratamientos fueron monitoreados cada 24 h usando como
variables de respuesta los dos principales indicadores de la
senescencia de los frutos. La pérdida de peso se determinó
usando una balanza de precisión (METTLER-TOLEDO
Mod. E-021300) el cual se expresó como porcentaje de
pérdida de peso (Hernández-Muñoz y col., 2008). Los
cambios de apariencia fueron monitoreados con una cámara
fotográfica (Sony Cyber-shot 13.6 MegaPixels). El
experimento se realizó con una n=1 para cada tratamiento. El
experimento se llevó a cabo sin repeticiones. La
investigación se llevó a cabo en el Departamento de
Investigación en Alimentos (DIA) de la Facultad de Ciencias
Químicas (FCQ) de la Universidad Autónoma de Coahuila
(UAdeC).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Extracción de cera de candelilla
La extracción de cera de candelilla es más eficiente que el
método tradicional (Rojas-Molina y col., 2011), además es
un proceso eco-amigable sin daños a la salud y permite la
recuperación de los polifenoles de los residuos (tallos sin
cera). El rendimiento más alto logrado fue de 800 ± 31.7 mg
de cera/100 g de planta. La cera presentó las características
visuales propias de la cera de candelilla (color amarillo, dura
compacta y quebradiza) similar a los mencionado por el
Instituto de la Candelilla, 2008 y Multiceras, 2010). La
variación en rendimientos en la obtención de cera de
candelilla varía de acuerdo a la temporada en que se
recolecta la planta, la distancia, la altura, etc. Sin embargo,
algunos reportes mencionan que se pueden tener
rendimientos de hasta 4166 mg/100 g de planta (RojasMolina y col., 2011). Adicionalmente, en reportes anteriores
no se hace mención de acerca de la obtención de cera
totalmente orgánica libre de ácido sulfúrico que reduce los
daños a la salud y al medio ambiente.
Recuperación de polifenoles totales
Los polifenoles totales de planta de candelilla (PTPC) son el
resultado del aprovechamiento de los tallos de candelilla sin
cera que antes eran considerados como un residuo. Con
anterioridad se demostró que los PTPC tienen un alto
contenido en ácido elágico (Aguilera-Carbó y col., 2008;
Ascasio-Valdés y col., 2010) con alto potencial en la
industria cosmética, dermatológica, alimentaria, etc. (Nizard
y col., 1998). El rendimiento fue de 7.41 mg/g planta similar
a lo reportado por Ascasio-Valdés y col. (2010) por lo que
con la nueva metodología de extracción de cera de candelilla
orgánica reportada por Rojas-Molina, (2010) no afecta el
contenido de polifenoles presentes en los tallos de candelilla.
Esto se debe principalmente a la estabilidad térmica de los
polifenoles, principalmente el ácido elágico (Barch y col.,
1996; Bala y col., 2006).
Vida de anaquel
La pérdida de agua por transpiración del fruto es la principal
causa de pérdida de peso del mismo (Kader, 1986). Esta
deshidratación se ve reducida por la presencia de una
cubierta cérea externa o epicuticular (Mrozek y Burhardt,
1973; Storey y Price, 1999) que aumenta la resistencia a la
cutícula a la difusión de agua (Price y col., 2000). La
aplicación de recubrimientos hidrofóbicos en la superficie de
las frutas aporta una barrera adicional a la deshidratación
(Baldwin y col., 1997). La aplicación del recubrimiento
comestible redujo la pérdida de peso (fig. 1), los cambios de
apariencia y la contaminación fúngica de los frutos. Todas
las muestras presentaron una pérdida gradual de peso durante
el almacenamiento. El tratamiento CP, CC y SC perdieron el
11.73 %, 13.84 % y 14.48 % de su peso inicial,
respectivamente. Así mismo, esto representa una pérdida
agua de 0.858, 0.807 y 0.669 g H 2O*Kg papaya/h para los
tratamientos SC, CC y CP, respectivamente. Estas
variaciones se deben principalmente a la capacidad de la
cubierta para formar una capa continua y/o penetrar en los
poros del fruto (Hagenmaier y Baker, 1993) y poder sellar
heridas. Además, la presencia de los compuestos activos y su
alta capacidad antioxidante y antifúngica logran retardar la
senescencia del fruto.
Reportes similares usaron un recubrimiento adicionado con
activos antioxidantes como el ácido elágico (uno de los
componentes presentes en los PTPC) y gálico en frutos
modelo como manzana (Saucedo-Pompa y col., 2007; Ochoa
y col., 2011), aguacate (Saucedo-Pompa y col., 2009),
plátano (Saucedo-Pompa y col., 2007) y fresa (TéllesPichardo y col., 2012). Los autores demostraron la
efectividad del recubrimiento al reducir la pérdida de peso en
comparación con los controles. Las diferencias las atribuyen
3
principalmente a la naturaleza hidrofóbica del recubrimiento,
a la barrera formada (Ghaouth y col., 1991; Islas-Osuna y
col., 2010), a la disminución de la concentración de O 2 e
incremento de CO2 que reduce el número de poros por el
cual el vapor de agua y otros gases se intercambian (ISTH,
1990) y a la presencia de compuestos activos con actividad
antioxidante y antifúngica (Farag y col., 1989). Otros autores
también coinciden con el efecto del uso de recubrimientos
para preservar la vida de anaquel en papaya usando almidón
(Almeida-Castro y col., 2011; Castricini y col., 2012),
quitosán (Osman y col., 2011; Ali y col., 2011) y alginato
(Tapia y col., 2008).
16
SC
CC
CP
14
Pérdida de peso (%)
12
10
8
6
4
2
0
0
2
4
6
8
Tiempo (días)
Figura 1. Pérdidas de peso en frutas (papaya) despues de 8 días de almacenamiento a 25 ± 2 ºC.
Tiempo inicial (0 días)
SC
CC
CP
Tiempo final (8 días)
SC
CC
CP
Figura 2. Apariencia externa de papaya sin cubierta (SC), con cubierta (CC) y con cubierta y polifenoles (CP) almacenadas a 25 ±
2 ºC.
4
Cambios de apariencia
Entre los beneficios que brinda la aplicación de
recubrimientos comestibles en frutos se encuentra conservar
su apariencia ya que es la primera impresión que tiene el
consumidor. Esto para frutos climatéricos y no climatéricos
se reduce al disminuir la tasa de respiración evitando su
marchitez (Sinclair, 1984; Chávez y col., 1993). Con el uso
de los recubrimientos a base de cera y polifenoles de
candelilla se logró preservar la apariencia de las papayas
siendo CP el mejor tratamiento, seguido de CC y SC (fig. 2).
También, el uso del tratamiento con PTPC (CP) presentó
mayor resistencia visual al ataque de microorganismos. El
crecimiento de microorganismos se debe principalmente a la
pérdida de agua, la liberación de iones, otros componentes de
las células y el polisacárido hidratado del recubrimiento que
proveen un medio rico para el desarrollo de
microorganismos (Brackett, 1987). Estos resultados son
similares a lo reportado en manzanas (Ochoa y col., 2011),
zanahorias (Farag y col., 1989), aguacate (Saucedo-Pompa y
col., 2009; Maftoonazad y col., 2007) usando recubrimientos
comestibles con activos como ácido cítrico, antioxidantes
fenólicos (Farag et al., 1989; Rojas-Grau et al., 2006;
Saucedo-Pompa y col., 2007; Saucedo-Pompa y col., 2009;
Ochoa y col., 2011; Télles-Pichardo, 2012) mejorando las
propiedades del recubrimiento reduciendo la susceptibilidad
del fruto a un ataque microbiano.
CONCLUSIÓN
Los recubrimientos comestibles a base de cera y polifenoles
de candelilla como bioactivo preservan la calidad de papaya
a temperatura ambiente (25 ± 2 ºC) por 8 días. El
recubrimiento CP permite retrasar la pérdida de agua y el
crecimiento microbiano incrementando la vida de anaquel de
papaya fresca entera. Sin embargo, para futuros estudios será
necesario llevar a cabo otros análisis como ºBrix, acidez
titulable, firmeza, análisis microbiológico, etc, para conocer
a detalle los cambios físico-químicos del fruto.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen el apoyo financiero proporcionado al
proyecto Fondo Sectorial CONAFOR- CONACYT-200891633, al Posgrado en Ciencia y Tecnología de Alimentos
PNPC 001468, al CONACYT por el apoyo otorgado a
Ricardo Télles Pichardo en el programa de Veranos por la
Innovación en la Empresa 2011 promovido por el Foro
Consultivo de Ciencia y Tecnología (FCCyT). Así como al
Grupo Bioingenio S.C por todas las facilidades bridadas para
la culminación del proyecto.
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Cubiertas Comestibles de Cera y Polifenoles de Candelilla: Una

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