CINÉTICA DE DEGRADACIÓN DE VITAMINA C Y COLOR DE PULPA DE PITAHAYA (Hylocereaus monacanthus) PASTEURIZADA

KINETICS OF DEGRADATION OF VITAMIN C AND PITAPAH PULP COLOR (Hylocereaus monacanthus) PASTEURIZED

 

Ever Cabanillas Montenegro[1]

Edward Florencio Aurora Vigo²

 

Recepción: 10 de febrero 2020

Aprobación: 27 de junio 2020

DOI: https://doi.org/10.26495/tzh.v12i3.1325

Resumen

El objetivo de la investigación fue evaluar la cinética de degradación de vitamina C y Color (Luminosidad) en la pulpa de pitahaya (Hylocereaus monacanthus), a temperaturas de 75, 80, 85, 90° C.  La temperatura y tiempo tienen efecto significativo (al 95% de confiabilidad) sobre las variables dependientes, afectando negativamente. Tanto la degradación del ácido ascórbico como la degradación de los parámetros de color (luminosidad) fueron bien descritas por modelos cinéticos de primer orden y la dependencia de la temperatura fue satisfactoriamente representada por la ley de Arrhenius.

Palabras claves: Vitamina C, Luminosidad, Cinética de degradación, Primer Orden, Arrhenius.

Abstract

The objective of the research was to evaluate the kinetics of vitamin C degradation and Color (Luminosity) in pitahaya pulp (Hylocereaus monacanthus), at temperatures of 75, 80, 85, 90 ° C. Temperature and time have a significant effect (95% reliability) on the dependent variables, affecting negatively. Both the degradation of ascorbic acid and the degradation of the color parameters (brightness) were well described by first-order kinetic models and the temperature dependence was satisfactorily represented by the Arrhenius law.through a mixture analysis that the best formulation it is 33% X, 35% T, 32%, which allowed greater acceptability.

Keywords: Vitamin C, Luminosity, Degradation Kinetics, First Order, Arrhenius

1.    Introducción

En el Perú existe una gran diversidad de cultivos especialmente frutales que no se ha fomentado su transformación a través de la agroindustria, que permita satisfacer los mercados locales, nacionales e internacionales, con productos que deben ser orgánicos. La naranjilla o lulo, la cocona, el sapote, la pitahaya y muchas otras, son frutales de gran interés por las diferentes propiedades nutricionales que tienen y no son aprovechadas industrialmente a pesar de su alto contenido de nutrientes como vitaminas, antioxidantes, minerales, etc.

La pitahaya (Hylocereaus monacanthus) es una planta cactácea y fructífera, con frutos de color rosa y de pulpa color rosa, ricos en minerales y vitamina C. La pulpa de la pitahaya se consume fresca, en mermeladas o jugos de sabor agridulce, todo ello elaborado de manera artesanal. Este fruto exótico es uno de los más apetecidos, gracias a su sabor y color peculiar, que lo hace atractivo e interesante en comparación con otros productos. (Legaria, Alvarado, & Gaspar, 2005)

En la alimentación humana el ácido ascórbico o la vitamina C es muy importante, ya que este micronutriente ayuda en el metabolismo de la tirosina, en la producción de colágeno, fijación del hierro, en la transformación del ácido fólico a ácido folínico, síntesis de lípidos y proteínas. Así mismo se ha comprobado el papel preventivo de esta vitamina al disminuir las probabilidades de contraer males cardiovasculares, asmáticos, así como cánceres no hormonales.

Los estudios acerca de la velocidad de degradación de la vitamina C en función de las condiciones de procesamiento permiten elegir procesos alternativos u operaciones más eficientes para minimizar las pérdidas de calidad. Además, proporciona información sobre la degradación a lo largo de la vida útil del alimento. Se ha encontrado que para la mayoría de jugos filtrados o zumos ya se han definido sus modelos cinéticos, siendo muy específicas debido a la naturaleza de la composición del material evaluado, pero no existen muchos estudios para pulpas de frutas cuya composición ya no es la de un líquido si no de una suspensión de mayor viscosidad. Por ser una sustancia que presenta alta inestabilidad, el ácido ascórbico es frecuentemente utilizado como un índice de la calidad global de nutrientes de los alimentos durante el procesamiento y almacenamiento. Además, las pérdidas de ácido ascórbico están relacionadas con las reacciones deteriorantes que resultan en cambios indeseables de color y sabor. (Hiatt, Taylor, & Mauer, 2010)

2.    Materiales y métodos

2.1.   Materiales

- Pitahaya: 10 kilogramo de fruta madura después de la antesis, es decir con la cáscara roja y la pulpa roja. Los frutos fueron de un tamaño mediano, con escamas foliadas de color verde. Procedente de la provincia de Rodríguez de Mendoza. - 2-6 Dicloroindofenol, marca SIGMA ALDRICH (1 Lt). - Ácido ascórbico marca SIGMA ALDRICH: 3 mg. - Ácido Oxálico:10 gr. - Agua destilada: 4 Lt.

2.2.   Métodos de Investigación

2.2.1.   Proceso de Pasteurización de pulpa de pitahaya (Hylocereaus monacanthus)

-       Recepción/Pesaje: La fruta fue recepcionada y pesada, para realizar los balances de materia respectivos. - Selección: Esta etapa se realizó en una mesa de acero, donde serán seleccionados los frutos sanos, evitando el uso de los frutos excesivamente verdes y estropeados. - Lavado y Sanitización: El proceso consistió en primera etapa se roció chorros de agua de manera directa, para retirar el exceso de suciedad. La segunda etapa fue realizada a través de la inmersión de los frutos en baldes, con agua clorada a 10 ppm por 5 minutos. - Despulpado: Se realizó un cortado y pelado para la eliminación de la cascara. Luego se procederá a licuar y refinar en una malla. Se evaluó las propiedades físico-químicas, contenido de vitamina y color de la pulpa. - Envasado: Luego de obtener la pulpa de pitahaya, se envasó 15 gramos en cada uno de los tubos de ensayo y se taparon. - Pasteurización: Se llevó a cabo en un baño maría, para lo cual se reguló la temperatura en las condiciones propuestas según el diseño experimental, una vez alcanzada la temperatura se colocar el zumo en un vaso precipitado con agitación manual, se registró la temperatura y una vez que la pulpa alcance la temperatura deseada se controlara el tiempo según diseño experimental. Una vez concluido el proceso de pasteurización, el zumo se enfrió rápidamente en un baño con agua y hielo. La pulpa pasteurizada fue análisis de las propiedades fisicoquímicas, contenido de vitamina y color finales. - Enfriado. Luego que se pasteurizó la pulpa de pitahaya se enfrió rápidamente a 10°C, para luego ser analizada.

2.2.2.       Método de Análisis físico-químicos de la pulpa de pitahaya sin tratamiento térmico.

Los análisis físicos químicos se realizaron por triplicado, según las referencias:

-       pH: Medido en un pHmetro. - Acidez Titulable expresada como % de ácido cítrico: Realizada según el método de la Association of Official Analytical Chemists (AOAC), conducida en pHmetro hasta alcanzar pH 8,2 referente al pH de cambio de coloración del indicador fenolftaleína. (AOAC, 1995) - Sólidos solubles (ºBrix): Medido en refractómetro, con correcciones de acidez y temperatura. (Kimball, 1991).

2.2.3.       Determinación de la concentración de la vitamina C.

La determinación de la concentración de vitamina C en las muestras, se realizó según el método oficial de la AOAC 967,21 - Método espectofotometrico 2,6-dicloroindofenol (2–6 DFIF) para determinar ácido ascórbico en jugos y preparados vitamínicos (AOAC, 1995). El método utiliza una solución de ácido oxálico para la extracción del ácido ascórbico de la muestra.

2.2.4.       Método de determinación de instrumental color

El color se determinó a través del uso cubetas con dimensiones estandarizadas, con un colorímetro y los resultados se denotarán de acuerdo con el sistema CIELAB (observador 10º e iluminador D65). Se obtuvo los valores de las coordenadas de b* (que indica el color amarillo/azul), a* (que indican la cantidad de color rojo/verde) y L* (que simboliza la luminosidad y puede tomar valores entre 0 y 100). Luego, a partir de los valores de L*, a*, b, entre las muestras elaboradas de los diferentes tratamientos y la muestra sin tratamiento correspondiente en cada caso.

2.3.             Técnicas y herramientas de recaudación de información

Se aplicó un Diseño de Bloque Completo al Azar (DBCA), diseño factorial de 4A x 8B con 3 repeticiones, donde el modelo estadístico fue:

 

yij = µ + Ai + Bj +(AB)ij +€ij

Donde:

-                     yij = Variable respuesta

-                     µ = Media general

-                     Ai = Efecto del factor Temperatura: 75, 80, 85 y 90 °C

-                     Bj = Efecto del factor Tiempo: 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12 y 14 minutos.

-                     (AB)ij = Efecto de la interacción de los factores A y B.

-                     €ij = Efecto del error experimental

 

Se aplicó un análisis de varianza (ANOVA) y prueba de Tukey con un nivel de 5% de significancia, para comparación entre las medias que se obtuvieron de tres repeticiones utilizando el programa Statgraphics Centuriorm XVII para Windows.

3.              Resultados

3.1.             Caracterización fisicoquímica de la pitahaya.

Los estudios cinéticos de degradación de vitamina C y color fueron conducidos a partir de la pulpa de pitahaya (Hylocereaus monacanthus) cuya variedad fue cáscara roja pulpa roja, producida en la cosecha de 2018, con las características descritas en la Tabla 1.

Tabla 1

Caracterización físico-química de la pulpa de pitahaya (Hylocereaus monacanthus) variedad cáscara roja pulpa roja.

                                                                                            

Fuente: Elaboración propia.

3.2.             Cinética de degradación de vitamina C.

Los datos obtenidos de la degradación de ácido ascórbico en las cuatro temperaturas estudiadas fueron analizados en cuanto al orden de reacción y luego se calculó los parámetros cinéticos por los métodos de Bigelow y de Arrhenius. Para la determinación del orden de reacción, fueron trazados los resultados de concentración de ácido ascórbico versus el tiempo de calentamiento a cada temperatura, como muestran la Figura 1.

 

 

Taoukis y Labuza (1996) y Labuza (1984) mencionan que la gran parte de las reacciones de alimentos se caracterizan como cinéticas de orden cero o primer orden. En el caso Texteira, Vitali, & Moura, (2004) citan reacciones de primer orden como las más frecuentes en alimentos, entre las más importantes: desarrollo microbiano, degradación de vitaminas y pigmentos durante el procesamiento y almacenamiento, inactivación enzimática y destrucción de toxinas por calentamiento. Con base en la literatura, en la tabla 3, se observa la cinética de degradación térmica del ácido ascórbico fueron probados en los modelos de cero y de primer orden.

 

Tabla 2

Comparación entre los modelos de orden cero y primer orden para describir la cinética de degradación de ácido ascórbico en pulpa de pitahaya (Hylocereaus monacanthus) variedad cáscara roja pulpa roja.

 Fuente: Elaboración propia.

Tanto la evaluación visual de la Figura 3, así como la medición de la correlación de los datos (R2) sugieren que el modelo de primer orden describe satisfactoriamente la cinética de degradación del ácido ascórbico en pulpa de pitahaya.

3.3               Análisis de varianza de los parámetros de temperatura y tiempo de en la pasteurización de pulpa de pitahaya (Hylocereaus monacanthus) de variedad cáscara roja pulpa roja

Según la tabla 3 de ANOVA, se observa que el tiempo (A), la temperatura (B) y la interacción de temperatura por tiempo (AB) presenta un valor-P menor que 0.05, mostrando que son significativamente diferentes de cero con un nivel de confianza del 95.0%. 

El R^2 de 77.2807 % de la desviación de la degradación en la vitamina C, indica un buen ajuste a un modelo de 1er orden, acorde a la Ecuación (8). El error del ANOVA fue medido a través de la desviación estándar de los residuos, y el error absoluto medio (MAE), obteniendo como resultado 0.51740 y 0.37457, respectivamente.

Vitamina C = 13.4757 + 0.23734*Tiempo - 0.190308*Temperatura + 0.0056999*Tiempo^2 - 0.00581857*Tiempo*Temperatura +

0.000865*Temperatura^2         Ec. (8)

 

 

Tabla 3

Análisis de Varianza para la variable Vitamina C en la pulpa pasteurizada de pitahaya (Hylocereaus monacanthus) bajo el efecto de los tratamientos de Temperatura (A) y Tiempo (B)

Fuente	Suma de Cuadrados	Gl	Medio Cuadrado	F- Valor	P- Valor Prob >F
A:Tiempo	53.4934	1	53.4934	199.82	0.0000
B:Temperatura	23.3977	1	23.3977	87.40	0.0000
AA	1.04796	1	1.04796	3.91	0.0510
AB	2.13291	1	2.13291	7.97	0.0059
BB	0.0448935	1	0.0448935	0.17	0.6832
Residual	0.0163956	2	0.00819779	0.03	0.9699
Error Total	23.558	88	0.267704
Total (corr.)	103.691	95
R2	77.2807%
R2 (por Df)	75.4734%
S est	0.517401
MAE	0.37457
DW	1.097 (P=0.00)

 

                                                                                                             

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.4               Cinética de degradación de color de pulpa de pitahaya pasteurizada.

 

En la tabla 4 se muestran los resultados obtenidos de los parámetros de color medidos con la cromaticidad y luminosidad, para los diferentes tratamientos térmicos para pulpa de pitahaya (Hylocereaus monacanthus) de variedad cáscara roja pulpa roja.

 

 

 

3.5               Análisis de varianza de los parámetros de temperatura y tiempo de en la pasteurización en el color (Luminosidad) de la pulpa de pitahaya (Hylocereaus monacanthus) de variedad cáscara roja pulpa roja.

 

La tabla presenta el ANOVA para la variable dependiente Luminosidad, para cada uno de los efectos del tratamiento térmico (temperatura y tiempo), probando la significancia estadística de cada efecto como la temperatura y el tiempo para la degradación del color (luminosidad) en la pulpa de pitahaya (p- valor menor a 0.05).

 

Tabla 4

Análisis de Varianza para la variable Luminosidad en la pulpa pasteurizada de pitahaya (Hylocereaus monacanthus) bajo el efecto de los tratamientos de Temperatura (A) y Tiempo (B)

Fuente	Suma de Cuadrados	Gl	Medio Cuadrado	F- Valor	P-Valor Prob >F
A:Tiempo	885.636	1	885.636	231.89	0.0000
B:Temperatura	1042.65	1	1042.65	273.00	0.0000
AA	0.0428243	1	0.0428243	0.01	0.9159
AB	128.891	1	128.891	33.75	0.0000
BB	4.32056	1	4.32056	1.13	0.2904
Residual	0.00163333	2	0.00081666	0.00	0.9998
Error Total	336.088	88	3.81918
Total (corr.)	2397.63	95
R2	85.9825%
R2 (por Df)	84.8675%
S est	1.95427
MAE	1.07785
DW	1.584 (P=0.0038)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En este caso, el tiempo (B), la temperatura (A) e interacción temperatura x tiempo (AB), tienen un valor p menor a 0.05, resultando significativas (diferentes de cero) con un nivel de confianza del 95.0%. 

El  de 85.9825%, indica un buen arreglo del modelo a los datos experimentales el modelo de primer orden para luminosidad, con una Ecuación (9).

Luminosidad = -48.5228 + 3.05267*Tiempo + 1.12725*Temperatura + 0.00115223*Tiempo^2 - 0.0452315*Tiempo*Temperatura - 0.00848583*Temperatura^2 Ec. (9)

 

 4     Discusión

Según Rodríguez (2011) y Ordoñez (2013) determinaron que gran parte de las reacciones investigadas en alimentos se caracterizan como cinéticas de modelos de orden cero o primer orden, entre las más importantes: desarrollo microbiano, degradación de vitaminas y pigmentos durante el procesamiento y almacenamiento, inactivación enzimática y destrucción de toxinas por calentamiento. (2011), mencionó que la degradación de la vitamina C luego de los procesos de calor en diversos alimentos, debido a las reacciones químicas que implican la oxidación a la molécula dehidroascórbico (DHAA), la hidrólisis del DHAA al ácido 2,3-dicetogulonico y la formación de productos inactivos nutricionalmente (por polimerización).

Robertson y Sama

Según Fernández et al. niego (1986) reportaron un resultado similar al evaluar la degradación de ácido ascórbico en jugo de limón. La reacción de primer orden es válida solamente cuando el oxígeno está contenido en abundancia (biodegradación aeróbica) o cuando está completamente ausente (degradación anaeróbica). Cuando el oxígeno está presente en concentraciones limitadas, como en el presente estudio en que la incorporación de aire en la muestra no fue controlada, los autores reportan que la cinética de segundo orden observada puede representar que la cinética depende tanto de la concentración de oxígeno, como la de ácido ascórbico.

Van Boekel, (1996) sugiere además que los modelos de orden de reacción son netamente teóricos y que el uso de modelos de orden simple para describir reacciones complejas en los alimentos es útil cuando el interés es prever la vida de estante o estudiar alteraciones químicas durante el tratamiento procesamiento, pero no se recomienda para entender el mecanismo de la reacción química.

El modelo de segundo orden no es frecuentemente reportado en las investigaciones realizadas en alimentos. Van Boekel, (2008) reitera que, suponiendo que uno de los reactivos esté presente en exceso, la constante de degradación de segundo orden puede ser simplificada para una constante de "pseudo-primer orden". Esto refuerza la tesis de que la reacción encontrada experimentalmente no obligatoriamente describe bien el modelo de la reacción. Una solución a esta problemática puede ser la aplicación del modelado multi-respuesta, bastante utilizado para explicar científicamente los mecanismos de reacción, aunque no se utiliza frecuentemente en aplicaciones prácticas.

El modelo de primer orden también fue utilizado para describir la velocidad de degradación del ácido ascórbico en ketchup y en extracto de tomate. La elección de la cinética de primer orden permite además el cálculo de las constantes cinéticas por los modelos de Arrhenius y Bigelow. La temperatura, la composición biológica, la estructura molecular de la muestra, la presencia de oxígeno, la humedad, y el pH son algunos factores que puede influir en los parámetros cinéticos de la vitamina C, según estudios reportados por otras investigaciones.

El comportamiento de primer orden también fue estudiado por Barreiro et al. (1997) para degradación de color en productos como el tomate. Al mismo tiempo, Lee y Chen, (2002) describieron comportamiento cinético de primer orden para la degradación de licopeno en sistemas modelo a diferentes temperaturas. Para la evaluación de la intensidad del binomio tiempo y temperatura en la degradación del color, se determinaron las constantes cinéticas de degradación de los atributos de color también por el modelo de Bigelow.

Barreiro et al. (1997) estudió la degradación de color en la pulpa de tomate, encontrando similar perfil de degradación y parámetros cinéticos diferentes, que determinan mayor sensibilidad del color a la temperatura. Así mismo, los valores encontrados en la presente investigación se aproximan más de los obtenidos por Rajchl et al. (2010) estudiadas en ketchup. Las diferencias constatadas pueden deberse a las condiciones del estudio (tiempo de calentamiento, temperaturas evaluadas, aireación) y las características de composición de la matriz alimenticia utilizada.

Se puede observar una menor dependencia de la temperatura de los valores k de la temperatura; por lo tanto, se debe esperar un valor Ea más bajo para la degradación de TPC en el extracto de cerezas dulces. Los valores de las constantes de degradación se ajustaron a la ecuación de Arrhenius y se descubrió que la energía de activación era 21.375 kJ mol − 1 para polifenoles de jengibre (Dutta et al., 2011), 36.0 ± 8.0 kJ mol − 1 para ciruelas, 1.95 ± 0.39 kJ mol − 1 para cerezas dulces, 2.50 ± 0.66 kJ mol − 1 para espino amarillo y 5.99 ± 1.20 kJ mol − 1 para polifenoles de espino negro, respectivamente. Una mayor energía de activación implica que la degradación de TPC es más susceptible al aumento de temperatura.

5      Conclusiones

·      Los resultados obtenidos en esta investigación permiten concluir que el color y la concentración de ácido ascórbico son parámetros de calidad críticos que sufren cambios significativos a lo largo del tratamiento térmico de pulpa de tuna para ambas variedades estudias.

·      Las características fisicoquímicas de la pulpa de pitahaya fueron los siguientes: Sólidos solubles (12 ± 0.25), Acidez (8.71 ± 0.24), pH (5.067 ± 0.15), y vitamina C (4.185 ± 0.104).

·      Tanto la degradación del ácido ascórbico como la degradación de los parámetros de color (luminosidad) fueron bien descritas por modelos cinéticos de primer orden y la dependencia de la temperatura fue satisfactoriamente representada por la ley de Arrhenius, con una velocidad de 0,0557; 0,0820; 0,0991 y 0,1598 h-1 a temperaturas de 75, 80, 85 y 90 °C respectivamente con una energía de activación de 70.4168 Kcal/mol para la degradación de vitamina C.

·      A través del estudio de degradación cinética quedó claro la dependencia de la temperatura en las reacciones de degradación, haciéndose más evidente a temperaturas más elevadas.

 

6         Referencias

 

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