Pardeamiento Enzimatico en Frutas y Hortalizas Minimamente Procesadas

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DE ORIENTE NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI POSTGRADO EN CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS ALIMENTOS FACILITADOR: Dr. ORÁNGEL LARA RONDÓN REALIZADO POR: T.S.U. JOSE ARAY Química y Bioquímica de los alimentos El pardeamiento enzimático en frutas y hortalizas mínimamente procesadas PUERTO LA CRUZ, 18 DE MAYO DE 2012 Por: F. Artés, M. Castañer and M.I. Gil

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAUNIVERSIDAD DE ORIENTENÚCLEO DE ANZOÁTEGUI

POSTGRADO EN CIENCIA E INGENIERÍA DE LOS ALIMENTOS

FACILITADOR: Dr. ORÁNGEL LARA RONDÓN

REALIZADO POR: T.S.U. JOSE ARAY

Química y Bioquímica de los alimentos

El pardeamiento enzimático en frutas y hortalizas

mínimamente procesadas

PUERTO LA CRUZ, 18 DE MAYO DE 2012

Por: F. Artés, M. Castañer and M.I. Gil

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INTRODUCCION

Las principales perdidas que se producen después de la recolección de frutas y hortalizas se deben fundamentalmente a daños mecánicos, infecciones fúngicas y bacterianas, desordenes fisiológicos y bioquímicos, y las ocasionadas por recurrir a condiciones inadecuadas de almacenamiento, transporte y distribución. La disminución de la temperatura de refrigeración limita buena parte de estas perdidas, al reducir la actividad metabólica, pero no resulta en su supresión, por lo que el producto continua experimentando transformaciones que conducen a la senescencia, con alteraciones irreversibles que hacen a los productos no comercializables. Antes de alcanzar esa fase, muchos productos hortofrutícolas sufren alteraciones de origen microbiológico o fisiológico (daños por el frio), con la consiguiente modificación de sus características y la perdida de su idoneidad para el consumo. En muchos de estos casos los síntomas observados son modificaciones indeseables del color, siendo el pardeamiento una de las alteraciones mas frecuentes. Con algunas excepciones (ciruelas, pasas, dátiles, higos, etc.) los cambios que se producen como consecuencia del pardeamiento perjudican la calidad de los frutos, tanto desde el punto de vista organoléptico como el nutricional.

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PARDEAMIENTO ENZIMATICO

El pardeamiento enzimático consiste, básicamente, en la oxidación de substratos fenolicos a o-quinonas, moléculas muy reactivas que condensan rápidamente, combinándose con grupos amino o sulfidrilo de las proteínas y con azucares reductores, dando lugar a polímeros pardos, rojizos o negros, de alto peso molecular y estructura desconocida. La formación de o-quinonas es una reacción reversible en presencia de agentes reductores como el acido ascórbico, dando lugar a o-difenoles incoloros, mientras que la polimerización posterior es irreversible (Taylor y Clylesdale, 1987; McEvily ot al., 1992).

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ENZIMAS IMPLICADAS

Polifenol oxidasas (PPO):

- Si son o-difenoles reciben el nombre sistemático de o-difenol oxidoreductasas, catecoloxidasas o catecolasas (EC:1.10.3.1 ).

- Si son p-difenoles, lacasas (EC:1.10.3.2).

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CATECOLOXIDASAS

Las catecoloxidasas se encuentran en los plastidios, asociadas a las membranas de los cloroplastos y catalizan dos reacciones diferentes, primero la hidroxilacion de monofenoles a o-difenoles (actividad cresolasa) y posteriormente la oxidación de estos a o-quinonas (actividad catecolasa, Figura 1). Ambas reacciones son muy dependientes del O2, y la relacion entre la actividad catecolasa y la cresolasa suele variar entre 1 y 10 dependiendo de la especie vegetal, aunque se ha demostrado que numerosos órganos vegetales están totalmente desprovistos de actividad cresolasica (Mayer y Harel, 1979; Vámos-Vigyázó,1 981; Nicolasetal., 1994). O

H

O2

Cresolasa

OH

OH

1/2 O2Catecolasa

OO

+ H2O

Figura 1. Reacciones oxidativas catalizadas por lascatecoloxidasas

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LACASAS

El grupo de enzimas denominadas lacasas oxidan tanto o-difenoles como p-difenoles a sus correspondientes 0-quinonas (Walker y McCallion, 1980) con un pH optimo entre 4 y 7,5 (Figura 2). Son menos frecuentes en los productos vegetales que las PPO y se ha descrito su presencia en melocotones (Harel et al., 1970), albaricoques (Dijkstra y Walker, 1991) tomates y champiñones (Vamos-Vigyazo).O

H

OHO

HOH

OO

O

+ H2O 1/2 O2

Lacasa

Figura 2. Reacciones de oxidación catalizadas por las Lacasas.

O

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FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PARDEAMIENTO ENZIMÁTICO

Entre los mas importantes se citan:

• la especie y variedad.• la edad de los frutos (la actividad enzimática es mas elevada en frutos jóvenes que en los maduros).• La naturaleza y cantidad de los substratos fenolicos.• La actividad de las enzimas oxidativas.• La disponibilidad de O2.• La compartimentación de las enzimas y de los substratos.

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OTROS FACTORES

En ocasiones desempeñan un papel importante, como son:

• La presencia de compuestos reductores (vitamina C,glutation, etc.).• El pH.• La temperatura• Los sistemas captadores de O2. • Cofactores como los iones metálicos Fe 3, y Cu 2+

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MÉTODOS DE EVALUACIÓN DEL PARDEAMIENTO ENZIMÁTICO

Existen diferentes métodos experimentales para evaluar el pardeamiento, pero básicamente se utilizan dos técnicas: • La espectrometría de absorción UV-V.

• La colorimetría de reflexión.

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ESPECTROMETRÍA DE ABSORCIÓN UV-V

Se fundamenta en las medidas de absorbancia en la región del espectro correspondiente a longitudes de onda alrededor de 400 nm, después de realizar la extracción y purificación de los pigmentos pardos, que corresponden al llamado pardeamiento real (Macheix et aT., 1990). Esta técnica tiene el inconveniente de que al polimerizar una cantidad importante de pigmentos, su solubilidad disminuye significativamente y solo se evalúan los pigmentos pardos solubles (Singleton, 1987). Este problema se minimiza evaluando también el llamado pardeamiento potencial,que se realiza añadiendo un substrato exógeno o un tensoactivo que aumente la disponibilidad de formas solubles de la PPO, de manera que se incremente su actividad (Sapis et al., 1983a, b).

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COLORIMETRÍA DE REFLEXIÓN

Se basa en medidas de color de la superficie del producto o de un homogeneizado del mismo, efectuadas con un colorímetro de reflexión triestimulo.

Aunque el método de la colorimetría de reflexión resulta fácil, rápido y fiable, presenta el inconveniente de que los resultados obtenidos dependen significativamente del estado de la superficie del producto.

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PREVENCION DEL PARDEAMIENTO ENZIMATICO

a)Tratamientos químicos:

- Inhibición o inactivación de la enzima.- Reducción de las o-quinonas.

b)Tratamientos físicos:

- Refrigeración.- Pre-tratamientos térmicos.- Atmósferas modificada.- Recubrimientos comestibles.

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INHIBICIÓN O INACTIVACIÓN DE LA ENZIMAEntre los compuestos pertenecientes a este grupo se encuentran los modificadores del pH y los agentes quelantes.

Modificadores del pH. Uno de los procedimientos mas directos para inhibir las actividades enzimáticas, en general, consiste en modificar el intervalo de pH en el que se desarrolle su actividad mediante alcalinización o acidificación. En el caso de la PPO, la alcalinización no puede aplicarse porque los compuestos fenolicos son muy sensibles a la oxidación a pH alcalino. Como por otra parte, la enzima es bastante resistente a pH Acidos (Vamos-Vigyazo,1981), es relativamente difícil controlar el pardeamiento enzimático acidificando, salvo que se reduzca el pH por debajo de 4.Se ha demostrado que el Acido cítrico realiza una inhibición eficaz de la PPO, debido a su doble actuación como agente quelante y como acidulante (Sapers, 1993), aunque para inhibir el pardeamiento en secciones de tallo de lechuga Iceberg se ha comprobado que solo son eficaces concentraciones elevadas (100 g/L) (Artes et al., 1996c; Castaner et al., 1996).

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Agentes quelantes. Los agentes quelantes actúan formando un complejo con el CU2+ y bloqueando el lugar activo de la enzima. Como ejemplos de estos quelantes se citan el acido N-etilen diamino tetracetico (EDTA) o su sal sódica, el DIECA (dietil ditiocarbanato) y algunos polifosfatos ácidos de síntesis. Estos productos se han empleado con resultados relativamente satisfactorios en la inhibición del pardeamiento de productos frescos y transformados, como la manzana mínimamente procesada y su zumo (Sapers et aI., 1989b; Molnar-Perl y Friedman, 1990; McEvily e Iyengar, 1992).

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REDUCCIÓN DE LAS O-QUINONAS

Los agentes reductores o antioxidantes previenen el pardeamiento por la reducción de las o-quinonas formadas enzimáticamente, a los difenoles incoloros correspondientes. También pueden reaccionar irreversiblemente con las o-quinonas formando compuestos incoloros estables. El efecto de los agentes reductores es temporal pues estos compuestos se consumen en la reacción y, una vez agotados, el pardeamiento no se controla (Lozano-de-Gonzalez et al.,1994). Como ejemplos de este tipo de sustancias se encuentran el Acido ascórbico (vitamina C) y sus derivados.

En realidad, el efecto beneficioso del Acido ascórbico se atribuye a diferentes aspectos. Así, se le atribuye el efecto de secuestrar el oxigeno y proteger los dobles enlaces, o de formar una barrera a la difusión de oxigeno hacia el interior del producto (Floros, 1993 y Santerre et al., 1988, citados por Rocha, 1998), e incluso por la reducción de las o-quinonas generadas, o como inhibidor de la PPO (Sapers y Hicks, 1989).

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REFRIGERACIÓN

En el caso de los productos hortofrutícolas cortados en fresco, es prácticamente ineludible recurrir a la conservación a bajas temperaturas para frenar el deterioro y en particular inactivar o inhibir las enzimas responsables del pardeamiento, de manera que se preserve la calidad del producto. Es imprescindible que la manipulación y el procesado de los productos cortados en fresco se realicen a bajas temperaturas, inferiores a unos 10 °C, y inmediatamente se laven con agua clorada a baja temperatura (generalmente inferior a 4 °C). A baja temperatura deberá realizarse también el pesado, envasado y cerrado. La conservación debe hacerse también a temperaturas reducidas (generalmente inferiores a 5 °C, fundamentalmente para inhibir el desarrollo de agentes microbianos que puedan alterarlos y, naturalmente, para frenar el pardeamiento enzimático, además de otros procesos metabólicos (Cantwell, 1992 y 1996).

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PRE-TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Se ha investigado el empleo de temperaturas moderadas para inhibir el pardeamiento enzimático. Por ejemplo, los tratamientos a 45 °C durante 120 s, 50 °C durante 60 s, o 55 °C durante 30 s, aplicados antes de la conservación frigorífica, inhibieron la actividad PAL y la síntesis de metabolitos fenolicos, a la vez que redujeron la actividad PPO y el pardeamiento en lechuga Iceberg mínimamente procesada durante su conservaci6n, aunque a la temperatura superior se observaron daños en los tejidos (Loaiza-Velarde et al., 1997).

También se ha utilizado con exito un pretratamiento térmico (45 °C durante 2 h) aplicado en manzanas antes del corte para disminuir el pardeamiento enzimático una vez procesadas en rodajas (Kim et al., 1993).

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ATMÓSFERAS MODIFICADA

En la actualidad para la conservación y distribución de los productos mínimamente procesados resulta prácticamente imprescindible la utilización del envasado en atmosferas modificadas (AM), que consiste en guardar los productos en refrigeraci6n en una atmosfera esencialmente empobrecida en O2 , y enriquecida en CO, con respecto al aire. La modificación de las concentraciones relativas de ambos gases resulta posible, barata y fácil mediante el empleo de envases sellados, herméticos y fabricados con polímeros de permeabilidad selectiva a los gases, que deben reunir ciertas características especificas (Artes y Martínez, 1997; Artes et al.,1996 a, b; Gil et al., 1996a, b). El envasado a vacio o la inyección de mezclas conocidas de gases (O2, CO, CO y/o N.,) modifica con rapidez la atmosfera del envase, prolongando generalmente la vida útil (Artes y Martínez, 1996).

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Al disminuir la concentración de O2, de la atmosfera de conservaci6n se inhiben o reducen las reacciones enzimáticas de pardeamiento, y al aumentar la concentración de CO, se inhibe la síntesis de metabolitos fenolicos, substratos de la PPO que han sido inducidos como consecuencia del daño producido por el corte (Ke y Saltveit, 1989; Mateos at al., 1993).

En productos mínimamente procesados se suele recomendar la atmosfera modificada con concentraciones de O2, entre el 2 y el 8 % para evitar el pardeamiento y por tanto alargar la vida de conservación (Cantwell, 1992 y 1996; Ahvenainen, 1996, Varoquaux et al., 1996).

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RECUBRIMIENTOS COMESTIBLES

Otro posible método de envasado para evitar el pardeamiento de frutas y hortalizas mínimamente procesadas, es el empleo de películas comestibles. Estos recubrimientos se caracterizan, entre otras propiedades, por reducir las perdidas de agua así como proteger al producto del contacto directo con el O2, y por tanto retrasar las reacciones de pardeamiento (Baldwin et al., 1995).

Los recubrimientos comestibles pueden estar formados por uno o varios polisacáridos, lípidos y/o proteínas, a los que se le añaden plastificantes para mejorar la flexibilidad (Andres, 1984). Con este tipo de recubrimientos se intenta crear una atmosfera modificada a través de una barrera que restringe el contacto de O2, y el intercambio de CO, así como controlar la perdida de agua del producto. Sin embargo, no se ha desarrollado hasta el momento un recubrimiento que reduzca la permeabilidad al O2 y al CO, de forma efectiva, sin dar lugar a un aumento excesivo de CO, interno (Nisperos-Carriedo et al., 1990).

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CONSIDERACIONES FINALES

Con el objetivo de preservar la calidad y el valor nutritivo de los productos mínimamente procesados, así como para prolongar su vida útil y evitar las reacciones de pardeamiento, se continua investigando sobre la mejora de las condiciones en las que se lleva a cabo la conservación (temperatura, composición de la atmosfera y otros coadyuvantes) con el desarrollo de nuevos tratamientos. Pese a los considerables avances conseguidos es necesario continuar los estudios a través de diversos frentes entre los que podemos destacar la profundización en el conocimiento bioquímico de los procesos enzimáticos involucrados, la optimización de los tratamientos químicos y físicos que se aplican actualmente, la búsqueda de nuevas moléculas inhibidoras que no sean toxicas para los seres humanos ni para el medio ambiente y que además sean comercialmente rentables y el desarrollo de recubrimientos comestibles eficaces que sean capaces de controlar el problema sin costes econ6micos demasiado elevados.

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BIBLIOGRAFIA

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Amiot M.J., Tacchini M., Aubert S. y Oleszek W. (1992). Phenoliccomposition and browning susceptibility of various apple cultivars at maturity. Journal of Food Science 57: 958- 962.

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Artes F. (1997). El frio y la alimentación en el mundo. Alimentación Equipos y Tecnología 1: 61-64.

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