EFECTO DEL SECADO SOLAR EN LOS CONTENIDOS DE HUMEDAD, CARBOHIDRATOS, CAROTENOIDES TOTALES E ÍNDICE DE PERÓXIDOS DEL MESOCARPIO DE LA PALMA COROBA (Attalea spp.)

Douglas Rafael Belén-Camacho. Ingeniero en Alimentos y MSc en Biotecnología Alimentaria, Universidad Simón Rodríguez (USR), Venezuela. Investigador, Laboratorio de Biomoléculas USR, Canoabo, Venezuela. Profesor, USR, Venezuela. Dirección: Laboratorio de Biomoléculas, USR, Núcleo Canoabo. Carretera Canoabo-Urama, sector Los Naranjos, Canoabo, Carabobo, Venezuela. e-mail: biomoleculasdrbc@hotmail.com

Carlos Eduardo Ojeda Escalona. Ingeniero en Informática, Universidad Centrooccidental Lisandro Alvarado, Venezuela. Estudiante de Maestría en Tecnología de Diseño Educativo, USR, Venezuela. Profesor, USR, Venezuela. e-mail: c_ojeda_escalona@hotmail.com.

RESUMEN

SUMMARY

The effect of solar drying on the contents of moisture, total sugars, starch, total carotenoids and peroxide value of coroba palm fruit mesocarp was evaluated. The mesocarp was obtained from mature fruits harvested in Caicara del Orinoco, Cedeño municipality, Bolivar state, Venezuela. Drying was carried out in a solar dryer prototype in the following conditions: external temperature 32ºC, dryer internal temperature 70ºC, relative humidity 80%, drying time 3h, mesocarp feed 1kg in sleavers of 2mm. Before and after drying, moisture, total sugars, starch, total carotenoids and peroxide value were determined. Significant differences (P<0.05) in total carotenoids and peroxide value were found, and these parameters showed significant differences (P<0.05) during storage at room temperature. Total carotenoid degradation followed a first order kinetics (R²= 0.9515) with a constant rate of 0.0208d^-1 and a half-life of 33.3d. The peroxide value did not show significant changes (P>0.05) during 21 days in storage.

RESUMO

Se avaliou o efeito do secado solar nos conteúdos de umidade, açúcares totais, amido, carotenóides totais e índice de peróxidos do estrato lipídico do mesocarpo do fruto da palmeira coroba. Se empregou o mesocarpo de frutos maduros recolhidos em Caicara del Orinoco, Município Cedeño, Estado Bolívar, Venezuela. A secagem se realizou em um protótipo de secador solar nas seguintes condições: temperatura externa 32ºC, temperatura no interior do secador 70ºC, umidade relativa 80%, tempo de secado 3h, carga 1kg de mesocarpo fresco distribuído em forma de capa de espessura 2mm. Antes e depois da secagem se determinou: umidade, açucares totais, amido, carotenóides totais e índice de peróxidos. Observaram-se diferenças significativas (P<0,05) nos valores de carotenóides totais e índice de peróxidos. A avaliação destes dois parâmetros durante o armazenamento a temperatura ambiente mostrou mudanças significativos (P<0,05); a degradação dos carotenóides totais seguiu uma cinética de primeira ordem (R²= 0,9515) com uma constante de velocidade de 0,0208d^-1 e tempo de media reação de 33,3d. O índice de peróxidos se manteve sem mudanças significativas (P>0,05) durante 21 dias.

Con la finalidad de diversificar las posibilidades de uso de este recurso alimentario, se ha evaluado la factibilidad de su conversión en harina, forma en la que el mesocarpio presenta características funcionales que recomiendan su inclusión en formulaciones de productos de panadería, como sustituto parcial de la harina de trigo (Belén et al., 2004). La obtención de harina a partir de la pulpa de coroba involucra operaciones de secado para disminuir el contenido de humedad, lo cual incrementa la vida útil del mesocarpio y facilita las operaciones de molienda y tamizado requeridas. Sin embargo, el alto contenido de lípidos y carotenoides susceptibles de oxidación en presencia del O₂ atmosférico y en las condiciones de secado (Rodríguez-Amaya, 1999; Karlshamns, 2002), obliga a la búsqueda de métodos de secado en condiciones menos drásticas, de tal manera que el impacto en las sustancias termolábiles sea mínimo. El secado solar del mesocarpio puede ser una alternativa factible para este fín.

El secado de alimentos es una operación unitaria destinada a la eliminación de humedad mediante aplicación de calor en condiciones controladas e implica la transferencia simultánea de calor, masa y cantidad de movimiento, donde el calor penetra en el alimento para evaporar el agua que es retirada por una fase gaseosa insaturada circulante o aire de secado. La reducción del contenido de humedad aumenta la vida útil de los productos ya que ocasiona un descenso de la actividad de agua (a_w), lo que inhibe el crecimiento microbiano y disminuye la velocidad de varias reacciones deteriorantes. Además, la reducción de la masa y el volumen del producto favorece operaciones como empacado, embalaje, almacenamiento y transporte, y con ello la diversidad en las presentaciones. No obstante las ventajas del secado señaladas, esta operación puede favorecer la pérdida de constituyentes de interés nutricional o producir modificaciones indeseables en los atributos sensoriales, situación que está influenciada por el método de secado empleado y las condiciones en que éste se aplica (Rizvi, 1995; Brennan et al., 1998; Sharma et al., 2003). En la aplicación del secado deben considerarse dos factores básicos, la velocidad de extracción de la humedad y la temperatura de secado, parámetros que influyen en la eficiencia de la operación y en la calidad del producto (Yanucci, 2000). La selección del método de secado y de las condiciones para aplicarlo debe tomar en consideración la naturaleza del material a procesar.

Los carotenoides son pigmentos naturales que, además de aportar color al producto, revisten interés nutricional debido a que algunos de ellos poseen actividad como provitamina A, son excelentes antioxidantes, inhiben el desarrollo de cáncer y actúan como agentes anti-VIH (Kumar y Sinha, 2004). Estas propiedades beneficiosas son debidas a la estructura poliénica de los carotenoides, la cual, al mismo tiempo, es responsable de su inestabilidad química ante el calor y otros agentes, siendo la oxidación la principal causa de las pérdidas de este componente durante el procesamiento térmico de los alimentos (Rodríguez-Amaya, 1999; Durán y Moreno-Álvarez, 2000; Hernández y Moreno-Álvarez, 2000). Estudios realizados en mesocarpio de coroba (Belén-Camacho et al., 2004) mostraron que durante el secado en estufa de aire, la disminución del contenido total de carotenoides es lineal y su mayor retención ocurre a 40ºC (95% de la concentración inicial), mientras que a 80ºC es de 56%.

Los lípidos insaturados son sustancias muy inestables frente al O₂ ambiental y en presencia de factores prooxidantes, como la energía radiante y la calórica, que favorecen la incorporación del O₂ a las estructuras insaturadas, causando rancidez oxidativa. Esta última también puede ocurrir por vía enzimática si en el medio está presente la lipooxigenasa, cuyo sustrato es la unidad cis-cis 1,4-pentadieno aportada por los ácidos grasos con más de una insaturación. La oxidación lipídica involucra la producción de radicales libres, lo que contempla la formación inicial de hidroperóxidos que luego se transforman en productos secundarios de la oxidación, como aldehídos y cetonas, responsables del olor y sabor a rancio (Badui, 1996; Karlshamns, 2002). En el mesocarpio de la coroba el 65,31% de los ácidos grasos que conforman el extracto lipídico es insaturado, destacando los ácidos oleico (45,46%), monoinsaturado, y linoleico (18,06%), diinsaturado y esencial (Belén-Camacho et al., 2005a). La presencia de estos ácidos grasos en la dieta se ha relacionado con efectos beneficiosos para la salud humana (Ziller, 1996). La estabilidad oxidativa, junto a la composición en ácidos grasos, es un parámetro de importancia en la evaluación de la calidad de aceites y grasas, tanto desde el punto de vista nutricional como sensorial (Shahidi, 2005).

El secado solar se presenta como una alternativa en países tropicales en donde la incidencia de la energía solar puede ser aprovechada para obtener alimentos deshidratados, minimizando el consumo de otras fuentes de energía más costosas como los combustibles o la energía eléctrica, permitiendo secar alimentos al ambiente con un proceso menos contaminante y con menos gastos operativos (Casp y Abril, 1999 ).

El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto ocasionado por la aplicación de secado solar en algunos componentes del mesocarpio de la palma coroba, determinando los contenidos de carotenoides totales, azúcares totales, almidón, y la estabilidad del contenido lipídico a través del índice de peróxidos.

Se recolectó aleatoriamente un lote de 100kg de frutos maduros de palma coroba (Attalea spp.) en Caicara del Orinoco, Municipio Cedeño, estado Bolívar, Venezuela, pertenecientes a la cosecha de junio 2004. De este lote se tomó una muestra de 50kg de frutos seleccionados de acuerdo a su color amarillo uniforme, tamaño homogéneo y ausencia de daños físicos aparentes. Los frutos seleccionados se lavaron con agua potable y con ayuda de un cuchillo manual se eliminó el epicarpio. Posteriormente se separó manualmente el mesocarpio mediante cortes en forma de láminas de espesor aproximado de 2mm, se colocó en bolsas de polietileno de capacidad de 1kg y éstas se almacenaron refrigeradas a 5ºC.

Se utilizó un prototipo diseñado y construido por Tortolero (2002) el cual emplea energía solar y posee un sistema adicional de calentamiento accionado por resistencias eléctricas. Para este estudio solo se empleó el colector solar. El área total de trabajo del colector es de 3m², con paredes estructurales de madera adheridas con corcho como material aislante y cubierto por una superficie transparente de vidrio de 4mm de espesor y conductividad térmica de 0,04kcal·h^-1·m^-1·ºC^-1. El colector esta dividido en tres zonas de igual área (1m² cada una); la primera y segunda zonas poseen superficies selectivas construidas con aluminio calibre 24 y pintadas con resina negro mate la primera, y esmalte gris la segunda, mientras que la tercera zona es de acero inoxidable pulido calibre 24. En la parte superior trasera cada zona dispone de orificios para la circulación de aire. La temperatura de trabajo mínima que se alcanza es de 60ºC con energía solar incidente promedio de 475cal·cm^-1·día^-1, el flujo de calor de diseño es de 17,568kcal·h^-1, para una eficiencia térmica de 50%. El colector funciona de la siguiente manera: la radiación solar incidente atraviesa la superficie de vidrio, calienta las superficies selectivas y la masa de aire que circula por convección natural; el aumento de temperatura en el alimento colocado en una de las zonas del colector evapora el agua contenida en él, la cual es retirada por la corriente de aire a través de los orificios de salida.

A una submuestra de mesocarpio se le determinó el pH, sólidos solubles (ºBrix), acidez total titulable (g de ácido cítrico/100g de mesocarpio fresco), humedad, azúcares totales y almidón según AOAC (1990). El contenido de carotenoides totales, expresados como mg de b-caroteno/kg de mesocarpio, se determinó de acuerdo a la metodología señalada por Belén-Camacho et al. (2004). El índice de peróxidos fue determinado según la metodología COVENIN (1997b), previa extracción de la fracción lipídica a temperatura ambiente, empleando una mezcla de cloroformo:metanol:agua 30:40:20; la fase cloroformo-lípido fue evaporada en un rotaevaporador Heidholp modelo VV2011 a 50ºC.

Con la finalidad de realizar el proceso en condiciones lo más controladas posibles, se procedió a realizar un monitoreo de parámetros con el equipo vacío durante una semana, haciéndole incidir radiación solar todos los días desde las 8:00am hasta las 5:00pm. Cada 15min se midió la temperatura en el interior de cada zona (temperatura de secado), la temperatura en la parte exterior del colector, la presión atmosférica y la humedad relativa. Se decidió aplicar el secado en el lapso del día donde se observó la menor variación en los parámetros medidos y se seleccionó la zona del colector donde se ubicarían las muestras en aquella donde se obtuvo la menor temperatura. Las condiciones escogidas fueron las siguientes: segunda zona de secado (superficie selectiva de aluminio de color gris), intervalo para la aplicación del secado de 10:00am a 3:00pm, temperatura en el interior del colector de 70ºC ±2ºC, temperatura en el exterior de 32ºC ±1ºC, presión atmosférica 742 ±2 mm Hg, y humedad relativa 80 ±2%.

Para estimar el tiempo de secado durante el cual se trató el mesocarpio a las condiciones señaladas, una vez alcanzada la temperatura interna en la zona gris del secador fueron colocadas cápsulas de petri conteniendo muestras de 10,0 ±0,1g de mesocarpio distribuido homogéneamente y se expusieron a la radiación solar. Cada 15min se extrajo cada cápsula y se determinó la humedad residual y la pérdida de humedad. Los datos permitieron obtener una gráfica de secado (contenido de humedad en el mesocarpio en función del tiempo de secado) a partir de la que se estimó el tiempo de secado como aquel valor a partir del cual el contenido de humedad permaneció constante. El ensayo se realizó por duplicado durante dos días continuos.

Para el secado del mesocarpio se colocó en la zona gris del colector cargas de 1kg de material en forma de capa de altura 2mm, exponiendo a la radiación solar por el tiempo establecido, en el lapso comprendido entre 10:00am y 3:00pm. El producto seco fue colocado en bolsas de polietileno de capacidad de 100g provistas de cierre hermético, sin aire, que fueron almacenadas a temperatura ambiente y protegidas de la luz. Se realizaron tres corridas de secado en las mismas condiciones.

Al producto final se le determinó los mismos parámetros que a la materia prima (humedad, azucares, almidón, carotenoides e índice de peróxidos) empleando las mismas metodologías. Tomando en consideración la susceptibilidad a la oxidación de los carotenoides y del contenido lipídico del mesocarpio de coroba seco, se procedió a evaluar el comportamiento de estos parámetros durante el almacenamiento, para lo cual se seleccionó aleatoriamente una bolsa del producto a intervalos de 7 días durante 8 semanas y se le determinaron carotenoides totales e índice de peróxidos.

Se comparó las medias de las características determinadas al mesocarpio antes y después del secado a través de la distribución "t" (P<0,05). Para la evaluación del contenido de carotenoides totales y del índice de peróxidos durante el almacenamiento se aplicó análisis de varianza y comparación de medias de Tukey (P<0,05), y ajustes de regresión lineal empleando el paquete estadístico SAS (1990).

La caracterización fisicoquímica del mesocarpio de coroba (n=3) reveló un pH de 5,58; sólidos solubles de 13,0ºBrix y acidez total titulable de 0,16g de ácido cítrico/100g de mesocarpio. El índice de madurez (ºBrix/acidez total) obtenido (81,25) es diferente al encontrado en investigaciones previas (Belén-Camacho et al., 2004) donde para un índice de madurez menor (28,57) y contenido de humedad similar, se encontró un pH de 4,9, acidez total titulable de 0,35g y sólidos solubles de 10,0ºBrix. Con base en los criterios señalados por Arthey y Arhurst (1997), las variaciones observadas pueden estar influenciadas por el grado de madurez de los frutos utilizados, ya que al avanzar la maduración se produce un descenso en la acidez y un incremento en el contenido de sólidos solubles, debido a la conversión de diversos carbohidratos poliméricos o complejos, que son hidrolizados en azucares sencillos.

La variación del contenido de humedad en el mesocarpio de la coroba durante el secado, expresado como gH₂O/g sólidos secos, se presenta en la Figura 1. El comportamiento observado es acorde con las consideraciones teóricas generales establecidas para el estudio de la operación de secado (Brennan et al., 1998; Sharma et al., 2003). Esta gráfica se obtuvo con la finalidad de estimar el tiempo mínimo de secado a que debería someterse el mesocarpio. El contenido de humedad en las muestras sometidas al secado descendió desde 960 hasta 73,4g de H₂O/g de sólidos secos en un período de 150min de secado y a partir de este valor la humedad se mantuvo constante en un valor que fue considerado como el tenor de humedad hasta el cual se podría secar el mesocarpio de coroba en las condiciones en que se empleó el secador. Sin embargo, para garantizar la mayor eliminación de agua posible se aplicó el secado durante 180min. La Tabla I presenta los contenidos encontrados antes y después del secado. La disminución de la humedad desde 49 hasta 7% corresponde a una reducción de 85,7% del contenido de agua en 3h, lo que confirma que el tiempo estimado para el secador solar mixto empleado fue adecuado. Las concentraciones de los demás componentes determinados se indican en base seca. Los azúcares totales y el almidón mostraron un leve descenso pero el cambio no fue significativo (P>0,05), lo que permite afirmar que las condiciones de temperatura y tiempo de secado aplicadas no influyeron en el desarrollo de reacciones que involucraran a esos compuestos.

En cambio, el contenido de carotenoides totales sí mostró un descenso significativo (P<0,05) al disminuir de 94,8 a 71,1 mg/kg, lo que equivale a una pérdida de 25%. Belén-Camacho et al. (2004) indicaron pérdidas de 34,62% de carotenoides en el producto, en mesocarpio de coroba secado en estufa de aire a 70ºC, temperatura similar a la empleada en el secado solar. Aunque en la investigación citada se empleó un tamaño menor de muestra (100g) y no se indica el tiempo durante el cual se aplicó la operación, el resultado ahora obtenido puede ser una ventaja importante del secado solar con el equipo mixto, en comparación con el secado en estufa de aire, ya que ocasiona un menor deterioro de estos pigmentos utilizando una mayor cantidad de muestra (1kg).

Los carotenoides revisten interés en alimentos por los efectos beneficiosos en la salud humana asociados a su ingesta (Anguelova y Warthesen, 2000; Delgado-Vargas et al., 2000). La reducción en el contenido de carotenoides en materias sometidas a secado mediante radiación solar ha sido señalada por Rodríguez-Amaya (1999), quien afirma que el secado de vegetales por exposición directa al sol ocasiona pérdidas importantes de estos compuestos, lográndose minimizarlas al utilizar equipos donde el alimento queda protegido de la incidencia directa de la radiación, así como también recurriendo a procesamientos con altas temperaturas por corto tiempo. Este último planteamiento pudo ser un factor influyente en las menores pérdidas alcanzadas en el mesocarpio seco ya que el secador solar mixto empleado permitió la eliminación de gran parte del agua a una temperatura relativamente alta (70ºC) en un lapso corto (3h). Las pérdidas de carotenoides en productos vegetales sometidos a secado difieren de un material a otro, así como también del método de secado aplicado (Delgado-Vargas et al., 2000). El contenido lipídico puede ser un factor influyente en la variación observada. Yadav y Sehgal (1997) indicaron que la presencia de grasa en el alimento favorece la estabilidad de los carotenoides porque los disuelve y de esta manera los protege de la acción del calor. Es probable que este efecto esté presente en el mesocarpio de la coroba, porque según Belén-Camacho et al. (2005a) su contenido lipídico (28,36%) es catalogado como una importante fuente oleaginosa. Por otra parte, la presencia o adición de sustancias con carácter antioxidante, como al ácido cítrico, disminuyen las pérdidas de carotenoides en otros alimentos de origen vegetal sometidos a secado en diferentes equipos (Hernández y Moreno-Álvarez, 2000; Moreno-Álvarez et al., 2003).

Respecto al índice de peróxidos, hubo un incremento significativo (P<0,05), pero el valor obtenido en el producto parcialmente seco (0,80meq-g O₂/kg muestra) es inferior al máximo admitido por la normativa venezolana COVENIN (1997a) para aceites vegetales comestibles, pues considera a 5meq-g/kg como el valor máximo permitido de peróxidos. El incremento del índice de peróxidos en el mesocarpio sometido al proceso de secado solar es indicativo del inicio de la oxidación de la fracción lipídica, la cual constituye la primera reacción de degradación de los aceites y grasas, la que según su intensidad puede ocasionar alteración indeseable en el sabor y el olor de los productos (Stier, 1997). El secado solar puede favorecer el inicio de la oxidación lipídica, ya que uno de los agentes que la catalizan es la radiación electromagnética (Badui, 1996); el secador utilizado permitió la incidencia de la radiación solar sobre el mesocarpio a través de la superficie transparente y esta energía contempla un amplio rango del espectro electromagnético, por lo que debió favorecer el inicio de la lipóxidación en el mesocarpio.

Con base en los fundamentos teóricos señalados por Logan (2000) se considera que la disminución en el contenido de carotenoides totales mostró un comportamiento exponencial, lo que descarta una cinética de orden cero en este caso. En tal sentido, se procedió a graficar (Figura 3) la relación Ln(a/a-x)= f(t), donde a: concentración de carotenoides al inicio del almacenamiento y a-x: concentración a los diferentes tiempos de almacenamiento en que se realizó la determinación. El coeficiente de determinación obtenido (R²= 0,9515) confirma que la cinética de la degradación de los carotenoides totales del mesocarpio de la coroba durante el almacenamiento siguió un modelo de primer orden definido por la ecuación Y= 0,0208X-0,0071. La pendiente de esta ecuación establece el valor de la constante cinética de la reacción (k= 0,0208d^-1) siendo la vida media (t_1/2= Ln 2/k) de 33,3d. Delgado-Vargas et al. (2000) citan diversos estudios con sistemas alimentarios donde también se ha establecido una cinética de primer orden para la degradación de los carotenoides. Por otra parte, Moreno-Álvarez et al. (2003) dedujeron que la degradación de carotenoides totales en frutos de Carica papaya L. liofilizados siguió una cinética de primer orden con una constante de velocidad de 0,016d^-1 y una vida media de 43,3d. Las diferencias entre estos valores y los obtenidos en el mesocarpio de la coroba pueden estar influenciadas por la naturaleza de las muestras evaluadas así como también por los métodos de secado aplicados en cada caso.

En la Figura 4 se presenta la variación del índice de peróxidos durante el almacenamiento del mesocarpio seco. Los valores permanecieron invariables hasta el día 14, coincidiendo con que en los primeros 15 días de almacenamiento la disminución en el contenido de carotenoides es pequeña (Figura 2). Tal invariabilidad indicaría un efecto inhibidor de la oxidación lipídica hasta el día 14, detectándose diferencias significativas (P<0,05) a partir del día 21, lo que coincide con el rápido descenso en el contenido de los pigmentos, por lo cual hubo un efecto antioxidante, fenómeno que podría depender de una concentración adecuada de carotenoides en la muestra. El incremento en la formación de peróxidos evidencia el desarrollo de la oxidación detectada en la fracción lipídica del mesocarpio luego del secado. Estos resultados coinciden con las observaciones de Anguelova y Warthesen (2000), quienes han señalado el efecto inhibidor de algunos carotenoides (licopeno, a- y b-caroteno) en la peroxidación de un sistema graso y determinaron que a concentraciones de estos pigmentos de 80μg/g se producía el mejor efecto antioxidante, mientras que a concentraciones mayores se presentaba un efecto pro-oxidante. En el mesocarpio seco de la coroba se encontró una proporción de carotenoides totales de 71,1mg/kg, cercana a la concentración antes indicada como óptima, por lo que se infiere que el factor más influyente en el retardo observado en la oxidación lipídica es la acción antioxidante de aquel componente. El retardo en la oxidación lipídica es importante en la conservación del mesocarpio de coroba, ya que disminuye el riesgo de rancidez oxidativa y sus efectos desfavorables en las propiedades sensoriales del producto.

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