El importante valor nutricional y económico de las frutas y de las hortalizas frescos es bien conocido. Las frutas y las hortalizas son los mejores transportadores de vitaminas, minerales esenciales, fibra dietaria, antioxidantes fenólicos, glucosinolatos y otras sustancias bioactivas. Además proveen de carbohidratos, proteínas y calorías. Estos efectos nutricionales y promotores de la salud mejoran el bienestar humano y reducen el riesgo de varias enfermedades. Por ello las frutas y las hortalizas son importantes para nuestra nutrición, sugiriéndose una ingesta de cinco porciones por día.
Las frutas y las hortalizas son productos altamente perecederos. Comúnmente, hasta un 23 por ciento de las frutas y las hortalizas más perecederos se pierden debido a deterioros microbiológicos y fisiológicos, pérdida de agua, daño mecánico durante la cosecha, envasado y transporte, o a las inadecuadas condiciones de traslado. Estas pérdidas ascienden a más del 40-50 por ciento en las regiones tropicales y subtropicales (FAO, 1995 a,b). Las pérdidas también ocurren durante la vida útil y la preparación en el hogar y en los servicios de comida. Más aún, en muchos países en desarrollo la producción de productos frutihortícolas para el mercado local o la exportación es limitada debido a la falta de maquinaria y de infraestructura. La reducción de las altas pérdidas de frutas y hortalizas requiere la adopción de varias medidas durante la cosecha, el manipuleo, el almacenamiento, el envasado y el procesamiento de frutas y hortalizas frescos para obtener productos adecuados con mejores propiedades de almacenamiento.
Este manual ilustrado explica con gran detalle técnicas muy sencillas y de bajo costo para obtener productos frutícolas de alta humedad (FAH) y productos frutícolas de humedad intermedia (FHI) estables a temperatura ambiente. Fresas, durazno y ananá se conservan enteros, en rodajas y/o como puré mediante la aplicación de factores de conservación en combinación (tecnología de obstáculos o barreras).
Estas técnicas de conservación presentan las siguientes características:
son energéticamente eficientes (independientes de la cadena de frío);
no requieren equipo sofisticado;
son adecuadas para efectuar el procesamiento en los lugares de cosecha;
conservan los atributos de frescura de la materia prima (en el caso de las FAH) u obtienen materiales procesados con atributos (por ejemplo color, sabor, aroma, textura y nutrientes) de alta calidad (en el caso de las FHI);
ayudan a superar los picos estacionales de producción;
ayudan a reducir las pérdidas postcosecha.
Este manual técnico tiene como objetivo ayudar a capacitadores y agentes de extensión en su trabajo educacional con pequeños productores y procesadores de frutas en áreas rurales. La aplicación de estas técnicas no requiere equipo ni materiales onerosos ni un conocimiento específico, pudiendo actuar como reguladoras de la producción primaria. Por lo tanto, su aplicación puede tener un importante impacto económicosocial en las regiones productoras de los países en desarrollo.
Las técnicas de conservación se aplican para controlar el deterioro de la calidad de los alimentos. Este deterioro puede ser causado por microorganismos y/o por una variedad de reacciones físico-químicas que ocurren después de la cosecha. Sin embargo, la prioridad de cualquier proceso de conservación es minimizar la probabilidad de ocurrencia y de crecimiento de microorganismos deteriorativos y patógenos. Desde el punto de vista microbiológico, la conservación de alimentos consiste en exponer a los microorganismos a un medio hostil (por ejemplo a uno o más factores adversos) para prevenir o retardar su crecimiento, disminuir su supervivencia o causar su muerte. Ejemplos de tales factores son la acidez (por ejemplo bajo pH), la limitación del agua disponible para el crecimiento (por ejemplo reducción de la actividad de agua), la presencia de conservadores, las temperaturas altas o bajas, la limitación de nutrientes, la radiación ultravioleta y las radiaciones ionizantes. Desafortunadamente, los microorganismos han desarrollado distintos mecanismos para resistir los efectos de estos factores ambientales de estrés. Estos mecanismos, denominados «mecanismos homeostáticos», actúan para mantener relativamente sin cambio los parámetros y las actividades fisiológicas claves de los microorganismos, aún cuando el medio que rodea a la célula se haya modificado y sea diferente (Leistner y Gould, 2002). Para ser efectivos, los factores de conservación deben superar la resistencia microbiana homeostática.
En el caso de microorganismos vegetativos, los mecanismos homeostáticos son energéticodependientes, pues la célula debe consumir energía para resistir a los factores de estrés, por ejemplo, para reparar los componentes dañados, sintetizar nuevos componentes celulares, etc. En el caso de las esporas, los mecanismos homeostáticos no consumen energía, ya que los mismos están incluidos en la estructura de la célula aún antes de que ésta sea expuesta a los estreses ambientales.
Los factores más importantes que controlan la velocidad de los cambios deteriorativos y la proliferación de los microorganismos en los alimentos son la disponibilidad de agua, el pH y la temperatura. A continuación, se considera brevemente cuál es la respuesta de los microorganismos a estos factores de estrés.
La estabilidad microbiológica de alimentos con contenido de agua reducido no es una función de su contenido de agua total sino de la proporción de agua que está disponible para las actividades metabólicas de los organismos. La mejor medida de la humedad disponible es la actividad de agua, aw(por ejemplo la relación entre la presión de vapor de la solución o del alimento (p) y la presión de vapor del agua pura (p0) a la misma temperatura, p/p0). La aw óptima para el crecimiento de la mayor parte de los microorganismos está en el rango 0,99-0,98. Cuando un microorganismo se coloca en una solución acuosa concentrada de un soluto de aw reducida, el agua es extraída del citoplasma de la célula y se pierde la presión de turgor. La homeostasis (o equilibrio interno) se perturba y el organismo no se multiplica pero permanece en fase de retrazo hasta que se restablezca el equilibrio. El microorganismo reacciona para recuperar el agua perdida acumulando en el citoplasma los llamados «solutos compatibles» hasta que la osmolalidad interna sea ligeramente mayor a la de la solución y así el agua vuelve a entrar en la célula. Se restablece la presión de turgencia y el microorganismo continúa creciendo. Los «solutos compatibles» no interfieren con las actividades normales de las células y pueden ser sintetizados dentro de la misma o transportados desde el medio. En cualquiera de los dos casos, el proceso consume energía y por lo tanto la energía disponible para el crecimiento disminuye. Si la reducción en la aw es muy extrema, la célula microbiana es incapaz de reparar la homeostasis y no puede ya proliferar e incluso puede morir. La capacidad osmoregulatoria, y en consecuencia los límites de aw que permiten el crecimiento, difieren entre los microorganismos. En general, las bacterias de deterioro comunes se inhiben a aw aproximadamente 0,97; los clostridios patógenos a aw 0,94, y la mayor parte de la especie Bacillus a aw 0,93. Staphylococcus aureus es el patógeno que posee mayor tolerancia a la aw y puede crecer en aerobiosis a aw de 0,86. Muchos hongos y levaduras son capaces de proliferar a aw debajo de 0,86; algunas levaduras osmofílicas y hongos xerófilos pueden crecer lentamente a aw ligeramente mayores a 0,60. En consecuencia, para conservar un alimento utilizando como factor de estrés sólo la reducción de aw, su aw debiera disminuirse a 0,60. Los alimentos totalmente deshidratados, por ejemplo, tienen valores de aw aproximadamente iguales a 0,30 para controlar no sólo el crecimiento microbiano sino también otras reacciones de deterioro.
Si la acidez del medio se incrementa (por ejemplo el pH se reduce), los microorganismos tratan de mantener al pH interno dentro de un rango estable limitado y en un valor mayor que el del medio. Los mecanismos homeostáticos tratan de impedir que los protones crucen la membrana celular y entren al citoplasma, y además expulsan a los protones que hayan penetrado adentro de la célula. La reparación de la homeostasis perturbada del pH demanda energía y la velocidad de crecimiento disminuye. A medida que el pH se va reduciendo aún más, los requerimientos energéticos aumentan y ya no queda más energía disponible para otras funciones celulares. Si la capacidad de homeostasis es superada, el pH citoplasmático disminuye y la célula muere. La habilidad de los microorganismos para crecer a bajo pH depende de su habilidad para prevenir que los protones pasen al citoplasma. El pH óptimo para el crecimiento de la mayoría de las bacterias asociadas a alimentos está en el rango 6,5-7,5. Pero algunas bacterias patógenas pueden crecer a pH 4,2 y algunas bacterias deteriorativas pueden multiplicarse en condiciones muy ácidas (pH = 2,0). En general, los hongos y las levaduras tienen mayor habilidad que las bacterias para crecer a pH ácidos, pudiendo proliferar a un valor de pH tan bajo como 1,5. Disminuir el pH debajo de 4,2 es una forma efectiva de lograr la inocuidad de algunos alimentos debido a la alta sensibilidad al pH de las bacterias patógenas. Sin embargo, para controlar el crecimiento de todos los microorganismos por pH, el pH requerido en ausencia de otros factores de conservación sería muy bajo (< 1,8) y ello causaría el rechazo de los productos por consideraciones sensoriales.
Si se utilizan ácidos orgánicos débiles (por ejemplo ácidos sorbico, propiónico y/o benzoico) como conservadores, la acidez debe ser lo suficientemente alta para asegurar que una gran proporción del ácido esté en forma no disociada. La forma no disociada del ácido actúa como transportadora de protones a través de la membrana celular, aumentando la velocidad de entrada de los mismos a la célula. El microorganismo necesita energía extra para mantener el pH constante y expulsar los protones.
De la misma forma, los mecanismos de reparación del DNA dañado por irradiación retornan el DNA dañado a su estado previo de integridad. Cuando se exponen a bajas temperaturas, los microorganismos también reaccionan homeostáticamente alterando la composición de los lípidos de membrana para mantener su fluidez y por tanto su «funcionalidad».
Todas estas respuestas homeostáticas requieren que las células gasten energía. La reducción de la generación de energía y/o la restricción de la energía disponible por el empleo de factores adicionales de estrés u «obstáculos» amplifican la efectividad de la conservación basada en sólo un factor antimicrobiano. Si cada respuesta homeostática a un factor adicional requiere energía, la demanda energética supera la capacidad de generación de energía y el crecimiento cesa. Así, la homeostasis microbiana puede ser interferida utilizando no sólo un factor de conservación u «obstáculo», sino una combinación de los mismos, cada uno aplicado a un nivel bajo con la consecuente mejora en la calidad nutricional y sensorial.
En cuanto a la homeostasis pasiva de las esporas bacterianas, el mantenimiento de un bajo contenido de agua en el citoplasma y la inmovilización de pequeñas moléculas en el mismo parecen ser los principales factores que confieren resistencia a las esporas. Se puede interferir esta homeostasis con algunos factores de estrés. Por ejemplo, si se reduce el pH las esporas son más sensibles al calor que a valores de pH neutros. Cuando las esporas se incuban a pH bajo, pierden cationes como el calcio e incorporan protones. Dicho intercambio va acompañado de una importante reducción en la resistencia térmica (Leistner y Gould, 2002). Así, la estabilidad de alimentos por procesamiento térmico puede alcanzarse de una manera más aceptable organolépticamente.
Las tecnologías de «obstáculos» (también llamadas métodos combinados, procesos combinados, conservación por combinación, técnicas combinadas o conservación multiblanco) conservan los alimentos mediante la aplicación de factores de estrés en combinación. La combinación deliberada e inteligente de los tratamientos para asegurar la estabilidad, inocuidad y calidad de los alimentos es un método muy efectivo para vencer las respuestas homeostáticas microbianas y al mismo tiempo retener las características nutricionales y sensoriales deseadas (Gould, 1995 a, b; Leitsner, 2000; Leitsner y Gould, 2002).
Por ejemplo, si se combina una ligera reducción del pH con una reducción de la aworganolépticamente aceptable, la expulsión energético-dependiente de protones es más difícil, ya que la célula requiere energía adicional para resistir la reducción de la aw. Así, una ligera reducción de la aw de un alimento causa una reducción en el rango de pH que permite el crecimiento de los microorganismos. Si además se usan ácidos orgánicos débiles como conservadores, los efectos del pH y de la aw se amplifican.
Las tecnologías combinadas se están usando cada día más en el diseño de alimentos, tanto en los países industrializados como en los países en desarrollo, con varios objetivos de acuerdo a las necesidades (Alzamora et al., 1993, 1998):
en las distintas etapas de la cadena de distribución, durante el almacenamiento, procesamiento y/o envasado, como una medida de «back-up» en los productos mínimamente procesados de corta vida útil para disminuir el riesgo de patógenos y/o aumentar la vida útil (i.e., el uso de agentes antimicrobianos y la reducción de aw y pH en adición a la refrigeración);
como una herramienta para mejorar la calidad de productos de larga vida útil sin disminuir su estabilidad microbiológica (por ejemplo el uso de coadyuvantes al calor para reducir la severidad de los tratamientos térmicos en los procesos de esterilización); o
como nuevas técnicas de conservación para obtener alimentos noveles (por ejemplo realizando combinaciones innovativas de los factores de conservación).
En los países industrializados, con disponibilidad de energía e infraestructura y con amplio uso de la refrigeración, el concepto de obstáculo se ha aplicado principalmente a desarrollar una gran variedad de alimentos con procesamiento térmico leve y distribuidos en forma refrigerada o congelada. Entre las aplicaciones típicas pueden citarse: descontaminación de materias primas (carnes, frutas, hortalizas); carnes fermentadas (jamones crudos, embutidos crudos fermentados) y carnes autoestables con tratamiento térmico suave (carnes «listas para consumir»); frutas y hortalizas frescos cortados; alimentos empacados al vacío y cocidos-refrigerados; alimentos «saludables» (de bajo contenido de grasas y sales y alimentos funcionales); alimentos procesados por técnicas emergentes (ej. altas presiones hidrostáticas, pulsos eléctricos de alto voltaje, radiación ultravioleta, etc.), y como tecnología invisible incorporando barreras adicionales que actúen como reaseguro en caso de abuso de temperatura en muchos alimentos refrigerados (Leitsner y Gould, 2002; Ahvenainen, 1996; Wiley, 1994).
Por el contrario, en muchos países en desarrollo, la refrigeración es cara y no está siempre disponible. De la misma forma, los procesos de enlatado y los procesos asépticos requieren una inversión importante y la demanda energética es muy alta. Por lo tanto, el énfasis del enfoque combinado se ha puesto en el desarrollo de alimentos estables a temperatura ambiente, con requerimientos energéticos de equipamiento y de infraestructura mínimos, tanto para el procesamiento como para la distribución y el almacenamiento (Leitsner y Gould, 2002). Las aplicaciones más comunes comprenden alimentos con aw reducida (por ejemplo por deshidratación parcial o por agregado de sales o azúcares), usualmente combinadas con acidificación y agregado de antimicrobianos; alimentos fermentados; alimentos con pH reducido y antimicrobianos naturales (tales como hierbas y especies y sus extractos) o sintéticos; y alimentos envasados con exclusión del oxígeno (por ejemplo alimentos envasados al vacío o alimentos cubiertos con una capa de aceite).
La mayoría de los alimentos tradicionales que permanecen estables, inocuos y organolépticamente aceptables durante almacenamientos prolongados sin refrigeración enlos países en desarrollo de África, Asia y América Latina son alimentos de humedad intermedia, en los que la disminución de la aw es uno de los principales obstáculos (Welti-Chanes et al., 2000; Leistner y Gould, 2002). Muchos de los procesos de elaboración de los alimentos de humedad intermedia se desarrollaron empíricamente. Sin embargo, actualmente se conoce mejor el modo de acción de los factores de conservación y en consecuencia los mismos pueden ser seleccionados racionalmente para diseñar u optimizar los sistemas de conservación.
Existen dos categorías de alimentos con aw reducida cuya estabilidad se basa en una conservación de factores: los alimentos de humedad intermedia (AHI) y los alimentos de alta humedad (AAH).
Los AHI tienen generalmente una aw comprendida en el rango 0,60-0,90 y 10-50 por ciento de humedad (Davies et al., 1975; Jayaraman, 1995). Los factores adicionales proveen el margen de seguridad contra el deterioro por microorganismos resistentes a la reducción de aw (principalmente hongos y levaduras, que pueden crecer a aw tan bajo como 0,60), y también contra algunas especies bacterianas capaces de crecer cuando la aw del AHI está cercana al límite superior (i.e., aw 0,90). Con estos objetivos, la reducción de aw se combina frecuentemente con conservadores químicos (por ejemplo nitrito, sorbato, sulfito, benzoato, antimicrobianos de origen natural, componentes del humo) y una reducción del pH (que usualmente inhibe o disminuye el crecimiento bacteriano, potencia la acción de los antimicrobianos y aumenta los valores mínimos de aw que permiten el crecimiento bacteriano), y algunas veces con microorganismos competitivos. Otros AHI reciben durante el proceso de elaboración un tratamiento térmico que inactiva los microorganismos sensibles al calor, mientras que el proceso de llenado en caliente en recipientes cerrados asegura aún más la estabilidad microbiológica (Leistner y Gould, 2002).
La mayoría de los AHI se han diseñado para ser almacenados a temperatura ambiente durante varios meses, aún en climas tropicales, y para ser consumidos «como tales» sin rehidratación. Tienen la suficiente humedad para ser categorizados como «listos para consumir» sin provocar una sensación de sequedad, pero son lo bastante secos como para ser estables a temperatura ambiente (Karel, 1973; Jayaraman, 1995). Muchos AHI, debido a la incorporación de grandes cantidades de solutos, tales como azúcar o sal, para reducir la aw hasta el nivel deseado, son muy dulces o muy salados, siendo no deseables desde el punto de vista nutricional y sensorial.
Por otro lado, los AAH tienen un valor de awbien encima de 0,90. En esta categoría, la reducción de aw es un obstáculo con menor significancia relativa ya que la mayor parte de los microorganismos son capaces de proliferar (Leitsner y Gould, 2002). La estabilidad a temperatura ambiente se alcanza mediante la aplicación de la tecnología de obstáculos diseñada cuidadosa e intencionalmente. Entre los productos que representan la aplicación racional del enfoque combinado y que pueden ser almacenados a temperatura ambiente pueden citarse: las frutas de alta humedad similares a las frescas y los productos cárnicos cocidos, conservados por la interacción de aw - tratamiento térmico suave - pH antimicrobianos (Alzamora et al., 1995, 2000c). En este manual se describirán técnicas combinadas para obtener productos frutícolas de ambas categorías (FHI y FAH).
Para seleccionar las combinaciones de los factores (y sus niveles) que aseguren la estabilidad de las frutas, deben tenerse en cuenta los siguientes puntos:
los tipos de microorganismos que pueden estar presentes y pueden crecer;
las reacciones bioquímicas y físicoquímicas que pueden deteriorar la calidad del producto;
la infraestructura disponible para la elaboración y el almacenamiento;
las propiedades sensoriales, la vida útil y el tipo de envasado deseado.
Las frutas exhiben un record excepcionalmente bueno desde el punto de vista de la salud pública, atribuido principalmente a los mecanismos de defensa naturales que muchas de ellas poseen. Entre éstos pueden mencionarse una piel gruesa, sustancias antimicrobianas naturales (por ejemplo aceites esenciales, antocianinas, ácido benzoico, benzaldehido) y/o ácidos orgánicos (tales como málico, tartárico y cítrico) que contribuyen a la acidez de las frutas y hortalizas y que generalmente mantienen el pH de la fruta a valores menores a 4,6.
La mayor parte de las frutas son productos de alta acidez, si bien ciertas frutas tienen un pH mayor, por ejemplo, chicozapote, banana, melón, mamey, higo y papaya. El bajo pH y la naturaleza del ácido orgánico per se seleccionan el crecimiento de los microorganismos tolerantes a ácido, tales como hongos y levaduras (predominantemente hongos) y bacterias lácticas. Las levaduras, si bien están presentes en gran número junto con los hongos sobre las superficies de las frutas frescas, no poseen los mecanismos necesarios para invadir los tejidos de las plantas, siendo por lo tanto agentes secundarios de deterioro (Alzamora et al., 1995). Varios hongos producen micotoxinas en las frutas antes y después de la cosecha (por ejemplo patulina). Las bacterias patógenas no pueden proliferar en las frutas debido a su bajo pH pero pueden sobrevivir durante un tiempo suficiente para causar enfermedad. Algunas enfermedades ocasionales causadas por patógenos o toxinas bacterianas en frutas (salmonellosis, hepatitis A, botulismo infantil, listeriosis) han sido atribuidas en su mayor parte a la contaminación producida por la exposición a desechos animales o humanos o a agua de irrigación contaminada.
La procedencia de la fruta y las condiciones de crecimiento determinan la flora microbiana del producto, los patógenos que pueden causar enfermedad durante el crecimiento y también el deterioro postcosecha y la incidencia de patógenos humanos y animales. Como las superficies expuestas de la fruta se contaminan a través del suelo, agua, aire, animales, insectos, excrementos, etc., y luego a través del contacto con el equipo de procesamiento, deben también considerarse los microorganismos de dichas fuentes y aquéllos que puedan transportar otros ingredientes del producto final.
La colonización fúngica precosecha determina usualmente el deterioro postcosecha. Algunos hongos son capaces de penetrar la cutícula intacta de las hojas, tallos y frutos. Otros organismos de deterioro entran en la fruta a través de heridas mecánicas producidas durante la cosecha, el manipuleo y el envasado, o a través de aberturas naturales de la cutícula, atacando los tejidos internos.
Entre los deterioros después de la cosecha pueden citarse: crecimiento superficial de hongos, ennegrenecimiento de los tejidos (antracnosis), podredumbre marrón, azul, rosada y gris causada por hongos, podredumbre del tallo, podredumbre por levaduras y otras. La ocurrencia de podredumbre se asocia a la producción microbiana de enzimas que degradan las paredes celulares. A medida que la fruta madura, la susceptibilidad a los microorganismos de deterioro aumenta, por una parte debido a que la producción de componentes antifúngicos de la fruta disminuye, y por otra parte debido a la degradación de las paredes celulares. El deterioro también se favorece en condiciones de alta temperatura y alta humedad después de la cosecha.
Además de la alteración microbiológica, los cambios físico-químicos durante el procesamiento y almacenamiento de las frutas pueden causar un deterioro en su calidad, afectando el color, la textura, el sabor, el olor y el valor nutritivo.
Las frutas contienen sustancias naturales que son responsables de su color característico. Estos componentes pueden ser agrupados como carotenos y carotenoides, antocianinas, clorofila, y compuestos fenólicos.
Operaciones tales como el pelado y la reducción de tamaño permiten que las enzimas (clorofilasa, peroxidasa, polifenoloxidasa) y los sustratos entren en contacto, principalmente en la superficie de los productos, originando reacciones enzimáticas relacionadas al deterioro de color.
Los cambios de color más importantes son consecuencia del desarrollo enzimático y/o no enzimático de sustancias pigmentadas marrones. Los tejidos de frutas dañados expuestos al aire sufren un oscurecimiento rápido debido a la acción de las enzimas peroxidasa y polifenoloxidasa, las que catalizan la oxidación de compuestos fenólicos incoloros a o-quinonas que causan pigmentos marrones u oscuros por polimerización o reaccionan con las antocianinas. El pardeamiento no enzimático es producto de reacciones complejas que ocurren durante el almacenamiento y el procesamiento de frutas (condensación de Maillard, caramelización de azúcares, reacción oxidativa de ácido ascórbico).
El color puede también ser afectado por la conversión de clorofilas a feofitinas por acidificación, y/o por la modificación de las antocianinas por oxidación (catalizada por la lipoxigenasa) y la acidificación del medio. Además las clorofilas, las antocianinas y los carotenoides pueden perderse por difusión al medio, resultando en una disminución de la intensidad de color.
Las propiedades mecánicas de las frutas cambian ampliamente, no sólo durante la maduración y almacenamiento sino también durante el procesamiento, a causa de las alteraciones de sus componentes estructurales (por ejemplo, la pared celular, la laminilla media, los plasmodesmos y las membranas) (Vidales et al., 1998; Alzamora et al., 2002b).
En particular, las técnicas combinadas que se van a describir se diseñaron teniendo en cuenta que debían llevarse a cabo en una forma simple y económica, sin (o con muy pocos) requerimientos de equipamiento y debían ser satisfactorias para conservar las frutas en lugares próximos a las zonas de cosecha.
Además, considerando que no existían facilidades disponibles para el almacenamiento y el transporte refrigerado, la estabilidad de las frutas durante estos pasos debía asegurarse sin refrigeración.
Las FAH debían satisfacer, al menos parcialmente, las demandas del consumidor por alimentos de alta calidad, similares a los frescos, con tratamientos no extremos (por ejemplo, sólo un tratamiento térmico suave) y/o con pocos aditivos, pero al mismo tiempo, con una vida útil conveniente (igual o mayor a dos meses). Las mismas debían ser adecuadas para el consumo doméstico directo o para ser posteriormente procesadas para obtener dulces y mermeladas, o como ingredientes en productos de repostería, productos lácteos y en otros platos.
Las FHI presentadas en este manual se diseñaron para tener una vida útil mayor que la de las FAH y por lo tanto, con menor aw, pero con menos humectantes y consecuentemente mayor palatabilidad que los AHI tradicionales.
Para ambos tipos de productos, los materiales y los tipos de envase debían ser simples, baratos y estar fácilmente disponibles.
Teniendo en cuenta este enfoque, los obstáculos que se seleccionaron para formular el método combinado de conservación fueron: un tratamiento térmico suave (escaldado), una leve reducción de la aw, el control del pH a un valor bajo y el agregado de agentes antimicrobianos y antipardeamiento (y en algunas frutas aditivos para mejorar la textura, tal como lactato de calcio) (Alzamora et al., 1995, Argaiz et al., 1995; Tapia de Daza et al., 1995, 1996; Guerrero et al., 1994). Se explica a continuación el rol de cada obstáculo en las tecnologías combinadas.
El escaldado en vapor saturado destruye enzimas, inactiva algunos microorganismos y sensibiliza los microorganismos restantes a los otros factores de conservación.
El factor aw se controló en el rango 0,93-0,98 para las FAH, acompañando el interés emergente por las características de frescura y por alimentos de bajo contenido de azúcar. Para las FHI, la reducción de la aw en el paso de deshidratación osmótica fue leve (aw = 0,97) para evitar un producto final demasiado dulce.
El valor de pH se mantuvo igual o cercano al valor de pH de la fruta fresca (pH 3,0-4,1). En aquellas frutas con un pH mayor, el mismo se ajustó al menor valor compatible organolépticamente con el sabor natural de la fruta.
Los alimentos con alta aw permiten el crecimiento de bacterias, hongos y levaduras. Pero la alta acidez establece un medio no adecuado para el crecimiento de la mayoría de las bacterias, estando el deterioro causado fundamentalmente por levaduras, hongos y bacterias ácido-tolerantes. Considerando que una ligera reducción del pH incrementa el límite de aw para el crecimiento bacteriano y, viceversa, una ligera reducción de la aw disminuye el rango de pH que permite el crecimiento, es de esperarse que la interacción pH - aw en aquellos rangos sea suficiente para suprimir el crecimiento de la mayoría de las bacterias de interés en la conservación de frutas. La habilidad de hongos y levaduras para tolerar aw y pH reducidos, por el contrario, requiere la incorporación de antifúngicos, tales como ácidos lipofílicos débiles (por ejemplo, ácido sórbico o benzoico) en cantidades moderadas (400-1 000 ppm de sorbato de potasio o de benzoato de sodio).
Cuando fue necesario, a fines de inhibir o retardar las reacciones de pardeamiento no enzimático, se utilizaron sulfitos en muy baja concentración (usualmente 150 ppm de bisulfito de sodio). Estos agentes también actúan como compuestos antifúngicos, especialmente contra levaduras resistentes a sorbato.
Es interesante notar que la combinación de factores de conservación se seleccionó para asegurar la estabilidad microbiológica y la calidad sensorial de los productos, pero teniendo en cuenta equipamiento, servicios y facilidades mínimas. Pero los factores seleccionados y sus intensidades, al igual que la forma en la cual éstos se aplican, no deben considerarse como inflexibles. Otras combinaciones pueden ser igualmente o más adecuadas para alcanzar la estabilidad microbiológica o mejorar la aceptabilidad sensorial, y/o aumentar la vida útil y/o satisfacer los hábitos locales de la población. Sin embargo, la modificación, la eliminación y/o la reducción de cualquiera de los factores o de sus niveles debe evaluarse cuidadosamente (Argaiz et al., 1995; Alzamora et al., 1993).
La aw (i.e., la disponibilidad de agua) puede manipularse al menos de tres maneras durante la preparación de FAH y FHI:
a - El agua se puede remover parcialmente por un proceso de deshidratación.
Además del secado solar tradicional, el método más empleado por razones económicas y de simplicidad es el secado en aire caliente.
b - Se puede agregar soluto(s) adicional(es).
La impregnación de un soluto puede llevarse a cabo por infusión húmeda o por infusión seca. En la infusión húmeda las piezas de alimento se sumergen en una solución de agua y soluto de baja aw mientras que en la infusión seca las piezas de alimento se mezclan directamente con el soluto en las proporciones requeridas. Cuando productos sólidos ricos en agua, tales como frutas y hortalizas, se someten a infusión seca o húmeda, ocurren tres flujos simultáneamente:
un flujo de agua desde el producto al medio;
un flujo de soluto desde el medio al producto; y
un flujo de los solutos propios del producto hacia el medio.
Este proceso es llamado «deshidratación osmótica» y permite impregnar no sólo el soluto usado para controlar la aw sino también los agentes antimicrobianos y antipardeamiento deseados o cualquier otro soluto para mejorar la calidad nutricional y sensorial. Así, esta técnica permite simultáneamente la remoción de agua y la formulación directa del producto sin dañar su integridad estructural.
Controlando los intercambios citados anteriormente, es posible lograr diferentes combinaciones de pérdida de agua y de ganancia de soluto, desde un simple proceso de deshidratación (con una pérdida de agua importante y sólo una ganancia de azúcares marginal) hasta un proceso de salado o de confitado (en el cual la penetración de soluto está favorecida y la remoción de agua es limitada) (Torregiani, 1992; Torregiani y Bertolo, 2002).
En el caso de alimentos porosos, la infusión húmeda puede también llevarse a cabo bajo vacío. El gas o líquido interno ocluído en los poros abiertos se intercambia por la fase líquida externa (de composición controlada) debido a cambios de presión. Muchas frutas y hortalizas tienen una gran cantidad de poros y pueden ser impregnados por una solución determinada de soluto y aditivos. Así, la composición del producto y sus propiedades físicoquímicas pueden ser modificadas para mejorar su estabilidad. Una ventaja importante del uso de bajas presiones es que los tiempos de equilibrio son menores que a presión atmosférica (por ejemplo, para reducir la aw a 0,97 en varias frutas se requieren 15 minutos bajo vacío; unas pocas horas en convección forzada o unos pocos días en un medio estanco a presión atmósférica) (Alzamora et al., 2002c).
c - Por una combinación de a - y b -, impregnando las piezas del alimento con los solutos y aditivos y luego realizando un secado parcial.
Las ventajas obtenidas con esta combinación comparada con el solo secado son: un incremento de la estabilidad de los pigmentos responsables del color, una intensificación del sabor y del aroma naturales, una mejor textura y una carga mayor del secadero debido a la reducción de volumen y de peso. Si se compara con la deshidratación osmótica, el aroma y el sabor del producto se modifican en forma menos severa debido a la menor cantidad de solutos.
Los diferentes pasos preparatorios a los cuales las frutas frescas se someten en los procesos de producción de FAH y FHI tienen un claro impacto en la flora de la fruta fresca, ya que algunos procedimientos remueven o inactivan muchos de los microorganismos presentes, mientras que otros podrían tener un efecto opuesto. Así, mientras que el lavado puede remover muchos de los organismos superficiales, algunas operaciones tales como pelado y cortado pueden causar daño en la célula exponiendo los fluidos tisulares internos al ambiente externo, proveyendo nuevas puertas de entrada de microorganismos y otros contaminantes (Tapia de Daza et al., 1995).
El escaldado, o sea la exposición de las piezas de fruta a altas temperaturas durante unos pocos minutos, es una operación de control crítica en el procesamiento de frutas autoestables. En métodos tradicionales de conservación, la función principal de este tratamiento es destruir las enzimas que podrían deteriorar las hortalizas y las frutas. Pero en estas técnicas de procesamiento mínimo, el escaldado tiene también el importante rol de reducir la carga microbiana inicial mediante la inactivación de microorganismos sensibles al calor. Las temperaturas utilizadas son letales para las levaduras, la mayoría de los hongos y los microorganismos aeróbicos. Así se ha encontrado que el escaldado reduce la carga microbiana entre un 60 y un 99 por ciento (Alzamora et al., 1995). Además este tratamiento tiene un efecto sensibilizante sobre los microorganismos sobrevivientes, los que se vuelven menos resistentes a los estreses impuestos por la reducción de pH y de aw y por la presencia de sorbatos, sulfitos u otros antimicrobianos.
El escaldado puede realizarse en agua caliente, en agua en ebullición o en vapor de agua saturado. Este último método es preferible, ya que permite la retención de propiedades nutricionales (principalmente vitaminas solubles en agua) y sensoriales (principalmente textura) (Vidales et al., 1998; Alzamora et al., 2000b).
La aw disminuye cuando se aumenta la concentración de compuestos disueltos o solutos (denominados «humectantes»). La elección del humectante depende de varios factores tales como capacidad para reducir la aw, costo, solubilidad y características organolépticas del producto final (Argaiz et al., 1995). En la formulación de AHI se han utilizado tradicionalmente como humectantes soluciones de sal y de sacarosa. Más recientemente, los nuevos AHI utilizan otros solutos, como glicerol, fructosa, glucosa, jarabes de maíz, sorbitol, dextrosa, lactosa, etc. (Jayaraman, 1995). En el caso de frutas, la posibilidad de elección se reduce principalmente a azúcares, tales como glucosa, fructosa y sacarosa, y a algunos polioles como glicerol. También puede utilizarse un jugo de fruta concentrado como solución osmótica, obteniéndose un producto de origen totalmente frutícola (Alzamora et al., 1995; Argaiz et al., 1995; Welti-Chanes et al., 2000).
La clase y la concentración del humectante afectan significativamente los intercambios de agua y soluto durante la ósmosis, influenciando por lo tanto las características del producto final. Los azúcares de bajo peso molecular (glucosa, fructosa, sorbitol, etc.) favorecen la ganancia de azúcar debido a la fácil penetración de las moléculas; así el principal efecto del proceso va a ser un enriquecimiento en sólidos en lugar de una deshidratación. Por el contrario, solutos de alto peso molecular favorecen la pérdida de agua frente a la ganancia de sólidos, resultando en un producto con bajo contenido de soluto.
Los diferentes solutos exhiben además diferentes capacidades para reducir la aw (Chirife et al., 1980). La Figura 1 muestra las cantidades (en g de soluto/g de soluto + g de agua) × 100) necesarias para controlar la aw en el rango 0,75-0,98 para varios humectantes comunes. También se representa el efecto del agregado de cloruro de sodio en la disminución de la aw. Puede observarse que la selección de una alta aw reduce considerablemente las cantidades necesarias de soluto. A medida que la aw disminuye, las mayores cantidades de humectante requeridas imparten al alimento un intenso sabor dulce (que depende de la clase de azúcar o poliol utilizado), o un intenso sabor salado si se usa cloruro de sodio como humectante.
Algunas soluciones alternativas para este problema incluyen (Argaiz et al., 1995):
el uso de un valor de aw tan alto como sea posible (compatible con la estabilidad del producto);
la elección del azúcar con menor gusto dulce. Los sólidos del jarabe de maíz y la dextrosa son menos dulces que los azúcares comunes. La glucosa es menos dulce que la sacarosa;
el reemplazo total o parcial del azúcar por otro humectante con menos gusto dulce;
el uso de otros métodos para ajustar la aw, como combinaciones de ósmosis y secado;
el balance de la relación ºBrix de la fruta/acidez para lograr máxima aceptabilidad.
Otro punto a tener en cuenta es que la barrera «aw» puede cambiar a lo largo del almacenamiento del producto cuando se utiliza sacarosa como humectante. La sacarosa se hidroliza originando glucosa y fructosa (Montes de Oca et al., 1991). La hidrólisis disminuye la aw de la fruta conservada debido a la mayor capacidad de la glucosa y de la fructosa para reducir la aw, incrementando el efecto de la barrera en el crecimiento microbiano. Es importante notar que la glucosa y la fructosa tienen la misma capacidad para disminuir la aw (Chirife et al., 1981).
El ácido sórbico, el ácido benzoico y los compuestos sulfitados son los antimicrobianos más comunes utilizados en la formulación de las FAH y FHI. Se usan principalmente para inhibir el crecimiento de hongos y levaduras. La acción de estos conservadores depende fuertemente del pH, siendo más activos contra los microorganismos en los alimentos ácidos. En particular, el efecto antimicrobiano de los ácidos débiles se debe parcialmente a su influencia en el pH del alimento y parcialmente al efecto del ácido mismo atribuido a la forma no disociada del ácido. Este permea la membrana celular actuando como transportador de protones.
El ácido sórbico se degrada apreciablemente en función del tiempo, la temperatura y el pH durante el almacenamiento de las frutas conservadas, perdiendo su efectividad como obstáculo (Gerschenson et al., 1986). Por ejemplo, después de cuatro meses de almacenamiento a 27 °C, la destrucción del ácido sórbico es de aproximadamente 40 por ciento en ananá y en durazno de alta humedad.
Los sulfitos (dióxido de azufre, metabisulfito de sodio, sulfito de sodio y de potasio, bisulfito de potasio o de sodio y metabisulfito de potasio) tienen varias funciones. Previenen las reacciones de oxidación como así también las reacciones de pardeamiento enzimático y no enzimático; actúan como agentes blanqueadores y estabilizantes de color; estabilizan el ácido ascórbico y actúan como antibacterianos y antimicóticos. En las FAH y FHI, los sulfitos se usan en cantidades muy bajas principalmente para inhibir el pardeamiento no enzimático y para prevenir el crecimiento de hongos y levaduras, ya que el crecimiento bacteriano está inhibido por la interacción aw - pH y las enzimas son inactivadas por el escaldado. La concentración de sulfito disminuye durante el almacenamiento de estos productos, aún más rápido y más completamente que los sorbatos, disminuyendo su efectividad como barrera para el crecimiento fúngico y para el pardeamiento no enzimático (Alzamora et al., 1995; Guerrero et al., 1996).
Figura 1: Actividad de agua en función de la concentración de soluciones de solutos comúnmente utilizados en la formulación de alimentos de alta humedad y de humedad intermedia
Los consumidores (principalmente de los países desarrollados) ven con preocupación la utilización de conservadores sintetizados químicamente para prevenir la proliferación de microorganismos patógenos y de descomposición, ya que cuestionan la inocuidad de muchos aditivos alimentarios. Los sistemas antimicrobianos naturalmente presentes en plantas, animales o microorganismos, o aquéllos generados por éstos en situaciones de estrés, son extremadamente atractivos para el público en el contexto de «conservadores naturales». En particular, las actividades antimicrobianos de extractos de varios tipos de plantas y partes de plantas usadas como agentes saborizantes en alimentos ha sido reconocida hace muchos años. En muchos países en desarrollo (por ejemplo Nigeria y otros países del África), los extractos de especies que son conservantes naturales se prefieren a los antimicrobianos sintéticos porque son más baratos y accesibles (Leitsner y Gould, 2002). En este contexto, la vainillina, componente cristalino de la vaina de la vainilla, puede reemplazar total o parcialmente al ácido sórbico y a los sulfitos en la formulación de algunas FAH. Este agente saborizante ampliamente usado en alimentos y bebidas es compatible con las características organolépticas de varias frutas (manzana, banana, fresas, mango, papaya y ananá) en concentraciones hasta 3 000 ppm (Cerrutti et al., 1996, 1997; López Malo et al., 1995, 1997, 1998, 2000). Más aún, se ha encontrado que la vainillina es muy efectiva contra levaduras resistentes a conservadores comunes.
El pH es uno de los más importantes factores de estrés en las FHI y FAH, ya que determina el tipo de organismo que puede proliferar y su velocidad de crecimiento, la actividad de los conservadores y la estabilidad de muchas vitaminas. En general el pH de la fruta conservada debe ser tan bajo como su palatabilidad lo permita. Afortunadamente, las frutas pueden tolerar reducciones significativas de pH sin alteración de su gusto y aroma.
El pH de las FAH y FHI se controla a un valor cercano al de la fruta fresca o, en caso de frutas con mayor pH, éste se ajusta a valores menores (requeridos para lograr la estabilidad microbiológica) mediante el agregado de un acidulante a la solución osmótica o directamente a la fruta.
La elección de un acidulante depende principalmente del tipo de fruta, costo, balance azúcar/acidez, etc. Los ácidos más utilizados para ajustar la acidez de las frutas conservadas por métodos combinados son el cítrico y el fosfórico, debido a su bajo precio y a su compatibilidad sensorial (Argaiz et al., 1995). El ácido cítrico también previene el pardeamiento enzimático, ya que inhibe la polifenoloxidasa reduciendo el pH y secuestrando el cobre en el sitio activo de la enzima.
Las figuras 2 y 3 muestran los diagramas de flujo para obtener FAH (por infusión húmeda y por infusión seca) y FHI estables a temperatura ambiente.
Figura 2: Diagrama de flujo para la producción de frutas de alta humedad autoestables (infusión húmeda)
Figura 3: Diagrama de flujo para la producción de fruta autoestable de alta humedad (infusión seca) y de humedad intermedia
La estabilidad de frutas de alta humedad se basa en la combinación de un tratamiento térmico suave (escaldado durante 1-3 minutos con vapor saturado), ligera reducción de la aw (a 0,98-0,93, mediante el agregado de glucosa o sacarosa), disminución del pH (a 4,1-3,0, mediante el agregado de ácido cítrico o fosfórico o sus mezclas), y la adición de antimicrobianos (sorbato o benzoato, bisulfito y/o vainillina, en cantidades modestas). Esta combinación de factores se seleccionó para asegurar una vida útil de 3-8 meses a temperatura ambiente.
Las operaciones preliminares comprenden la selección, lavado, pelado y cortado (algunas frutas pueden ser conservadas enteras) de las frutas. Después de un nuevo lavado y pesado de las frutas, el proceso comprende un escaldado seguido por un paso de reducción de la aw (en el que la fruta pierde agua y gana azúcar) con la incorporación simultánea de los aditivos, lográndose después de alcanzar el equilibrio valores finales de aw = 0,94-0,98; pH = 3,0-4,1; 400- 1 000 ppm de sorbato de potasio o benzoato de sodio y generalmente 150 ppm de bisulfito de sodio. La remoción de agua y el proceso de impregnación se hacen a temperatura ambiente colocando la fruta en soluciones acuosas concentradas de azúcar y aditivos (infusión húmeda) (Figura 2) o mezclando la fruta, el azúcar y los aditivos en las proporciones requeridas (infusión seca) (Figura 3).
Después de alcanzar el equilibrio (entre 5 y 10 días de acuerdo al tamaño de la fruta entera o cortada), la fruta preparada por infusión húmeda se escurre y se envasa, dejando solamente el almíbar necesario para cubrirla. Los trozos de fruta (y su correspondiente jugo) preparados por infusión seca se envasan directamente.
La fruta puede ser envasada en frascos de vidrio o de polietileno de alta densidad, en tambores o en bolsas flexibles de polietileno de alta densidad y luego se mantiene a temperatura ambiente durante el almacenamiento. Para países en desarrollo, donde la refrigeración es costosa y no siempre accesible, estas técnicas para obtener frutas mínimamente procesadas representan una alternativa de especial interés (Leistner, 1995). Este proceso se ha aplicado exitosamente a frutas enteras y/o cortadas o a puré de ananá, mango, higo, ciruela, fresas, chicozapote, papaya, tamarindo, durazno, pomalaca y fruta de la pasión o parchita (Alzamora et al., 1995).
Las técnicas de infusión húmeda originan un almíbar diluido residual que contiene todavía una concentración alta de azúcares y aditivos. Si este almíbar no se recicla, los costos se incrementan y además se provocan serios problemas de disposición de efluentes (Jayaraman, 1995; Leistner, 1995). Argaiz et al. (1995) han reportado que el almíbar puede ser reusado 5 veces (después de restablecer sus condiciones iniciales mediante un nuevo agregado de azúcar y aditivos) sin afectar la calidad sensorial y microbiológica de los productos. Leistner (1995) ha comentado que el reuso del almíbar puede ocasionar un riesgo en relación a algunos microorganismos resistentes a conservadores, y ha recomendado antes del reuso, la pasteurización del almíbar.
Para obtener las FHI, después del paso de equilibración en el proceso de infusión seca (Figura 3), los trozos de fruta y su jugo se separan y la fruta se deshidrata parcialmente.
El contenido de humedad final y de aw de estas frutas varía ampliamente, estando en el rango de 15 a 50 por ciento de agua en peso y de 0,65 a 0,90 de aw (Jayaraman, 1995). Estos productos son estables sin refrigeración o tratamiento térmico hasta un año de almacenamiento y pueden ser consumidos como tales sin rehidratación. Por otra parte, el propio jugo endulzado de la fruta puede almacenarse sin refrigeración durante 3-8 meses de acuerdo al tipo de fruta. El mismo puede usarse como un almíbar de alta calidad para consumo directo o para la producción de saborizantes naturales.
Las FAH son muy diferentes de las FHI porque poseen atributos de calidad cercanos a los de la fruta fresca; tienen una menor concentración de azúcares (24-28 por ciento versus 70 por ciento de azúcares reductores) y un mayor contenido de humedad (55-77 por ciento w/w versus 20-40 por ciento w/w). Las FHI tienen mejor textura, sabor y aroma y son más suculentas que las frutas totalmente deshidratadas. Comparadas con las FAH son menos palatables (demasiado dulces) pero usualmente tienen mejores atributos de textura; también poseen mayor vida útil.
Las cantidades de humectantes (glucosa, sacarosa, u otros azúcares o polioles), compuestos químicos, tales como agentes antimicrobianos (benzoatos, sorbatos, vainillina, bisulfito de sodio), agentes antipardeamiento (bisulfito de sodio, ácido ascórbico), agentes para mejorar o mantener la firmeza (lactato de calcio, gluconato de calcio) y agentes para aumentar la acidez (ácido cítrico, ácido fosfórico) deben determinarse en base al peso de la fruta y a las concentraciones finales requeridas para la estabilización del producto (Alzamora et al., 1989, 1995; Guerrero et al. 1994; Tapia de Daza et al., 1995, Welti-Chanes et al., 2000).
Para reducir la aw al valor deseado se disuelve en agua (infusión húmeda), o se agrega directamente a la fruta (infusión seca) la cantidad suficiente del humectante (por ejemplo azúcar). La cantidad de azúcar se calcula utilizando la ecuación de Ross, que predice la aw de sistemas acuosos complejos (en este caso, el producto frutícola conservado) con varios componentes cuando éstos están en equilibrio:
|
aw fruta conservada = awº fruta · awº azúcar · awº n componente |
(1) |
donde la aw fruta conservada es la productoria de los valores de aw de las soluciones acuosas de cada componente n (fruta, azúcar, ..., componente n) medidas a la misma molalidad que en la fruta conservada o sistema complejo (i.e., en el agua de la fruta más el agua de la solución para infusión húmeda, o sólo en el agua de la fruta para infusión seca). La de la fruta es aproximadamente igual a 1 y la aw de las soluciones acuosas de azúcares, polioles y otras moléculas orgánicas puede predecirse con exactitud utilizando la ecuación de Norrish (Chirife et al., 1980):
|
aw azúcar = xw · exp (- K xs2) |
(2) |
donde xs es la fracción molar del azúcar o del soluto orgánico, xw la fracción molar del agua y K es una constante. Los valores de K son 6,47 para la sacarosa, 2,25 para la glucosa o fructosa, 1,64 para el sorbitol y 1,16 para el glicerol. La relación entre la aw y la concentración de las soluciones acuosas de estos compuestos está también representada en la Figura 1.
Además de estas dos ecuaciones, deben resolverse los siguientes balances de masa.
CASO 1 - INFUSIÓN HÚMEDA
Balance de masa para el agua
|
WT |
= |
WF |
+ |
WSO |
(3) |
|
g totales |
|
g agua |
|
g agua |
|
|
WF |
= |
MCF |
· |
MF |
(4) |
|
g agua en |
|
contenido de |
|
massa |
|
Balance de masa para el azúcar
|
CE · WT |
= |
CF · WF |
+ |
CS · WSO |
(5) |
|
Donde |
CE = g azúcar / g agua total; |
| |
CS = g azúcar / g agua en la solución; |
| |
CF = g azúcar / g agua en la fruta fresca; |
| |
CS · WSO = masa de azúcar necesaria para preparar la solución (= MS). |
CE es la concentración de la solución acuosa de azúcar necesaria para obtener la aw deseada en el equilibrio en la fruta conservada (o sea, el aw del producto). La misma puede estimarse aplicando la ecuación de Norrish (ecuación 2) o a partir de la Figura 1.
CF se asume igual a 0, dado que la cantidad de azúcar en la fruta fresca es despreciable (aw de la fruta fresca aproximadamente = 1).
Balance de masa para el sorbato de potasio
|
MKS = CKS · (MF + MS + WSO) |
(6) |
|
donde |
MKS = masa de sorbato de potasio que debe añadirse a la
solución (g); |
Balance de masa para el bisulfito de sodio
|
MSB = CSB · (MF + MS + WSO) |
(7) |
|
donde |
MSB = masa de bisulfito de sodio a ser añadida a la solución (g); |
| |
CSB = g bisulfito sodio/g masa total, requerida en el producto final. |
CASO 2 - INFUSIÓN SECA
Balance de masa para el agua
|
WT |
= |
WF |
(8) |
|
g agua |
|
g agua |
|
|
total |
|
en la fruta fresca |
|
|
WF |
= |
MCF |
· |
MF |
(9) |
|
g agua |
|
contenido de |
|
masa |
|
Balance de masa para el azúcar
|
MS |
= |
CE · WF |
(10) |
|
g azúcar a ser |
|
|
|
|
agregados a |
|
|
|
|
la fruta |
|
|
|
|
donde |
CE = g azúcar/g agua total = |
|
|
= g azúcar/g agua de la fruta fresca |
|
(ya que el agua es aportada sólo por la fruta). |
|
CE es la concentración de la solución de azúcar necesaria para obtener la aw deseada en la fruta conservada después de alcanzar el equilibrio (por ejemplo aw fruta conservada). La misma puede estimarse aplicando la ecuación de Norrish (ecuación 2) o a partir de la Figura 1.
Balance de masa para el sorbato de potasio
|
MKS = CKS · (MF + MS) |
(11) |
|
donde |
MKS = masa de sorbato de potasio a ser |
| |
CKS = g sorbato de potasio/g masa total, |
Balance de masa para el bisulfito de sodio
|
MSB = CSB · (MF + MS) |
(12) |
|
donde |
MSB = masa de bisulfito de sodio a ser añadida |
| |
CSB = g bisulfito de sodio/g masa total, |
Estos cálculos se aplican tanto a la preparación de frutas cortadas de alta humedad como a la preparación de puré de fruta.
A continuación se ejemplifican algunos cálculos necesarios para preparar FAH por infusión seca y húmeda.
Ejemplo 1
Determinar las cantidades de glucosa, sorbato de potasio y bisulfito de sodio que deben añadirse a 1 kg de ananá fresco para obtener rodajas de ananá autoestable de alta humedad por infusión seca. El contenido de humedad incial del ananá es 91 por ciento p/p.
Los obstáculos a aplicar son los siguientes:
aw = 0,97;
1 000 ppm de sorbato de potasio; y
150 ppm de bisulfito de sodio.
Solución
Balance de masa para el agua (ecuación 9):
WF = 0,91 g agua/g fruta · 1 000 g fruta = 910 g agua
Ecuación de Ross (equation 1):
aw fruta conservada = 0,97 =
= awº fruta · awº glucosa.
Pero awº fruta » 1, entonces:aw fruta conservada = awº glucosa = 0,97.
Ecuación de Norrish (puede usarse la ecuación 2 pero es más fácil emplear la Figura 1):
de la curva correspondiente a glucosa la concentración de una solución de glucosa para aw 0,97 es 24% w/w;
0,24 g glucosa/g glucosa + g agua corresponde a 24/76 g glucosa/g agua = 0,32 g glucosa/g agua;
por lo tanto, CE = 0,32 g glucosa/g agua.
Masa de glucosa (ecuación 10):
MS = 0,32 g glucosa/g agua · 910 g agua = 291 g
Masa de sorbato de potasio (ecuación 11):
MKS = 0,001 g sorbato de potasio/g masa total · (1 000 g fruta + 291 g glucosa) = 1,3 g
Masa de bisulfito de sodio (ecuación 12):
MSB = 0,00015 g bisulfito de sodio/g masa total · (1 000 g fruta + 291 g glucosa) = 0,19 g
Ejemplo 2
Idem ejemplo 1, pero el ananá autoestable de alta humedad se prepara por infusión húmeda.
Solución
Balance de masa para el agua (ecuación 4):
WF = 0,91 g agua /g fruta · 1 000 g fruta = 910 g agua
Ecuación de Ross (equation 1):
aw fruta conservada = 0,97 =
= awº fruta · awº glucosa.
Pero awº fruta » 1, entonces:
aw fruta conservada = awº glucosa = 0,97.
Ecuación de Norrish (puede usarse la ecuación 2 pero es más fácil emplear la Figura 1):
de la curva correspondiente a glucosa la concentración de una solución de glucosa para aw 0,97 es 24% w/w;
0,24 g glucosa/g glucosa + g agua corresponde a 24/76 g glucosa/g agua = 0,32 g glucosa/g agua;
por lo tanto, CE = 0,32 g glucosa/g agua.
La expresión para la masa de agua en la solución se obtiene de la ecuación 5:
|
WSO = (CE / CS - CE) · WF |
(13) |
Para resolver esta ecuación es necesario fijar un valor para CS. Supongamos que vamos a preparar una solución de glucosa al 40 por ciento p/p (esto es 40/60 g glucosa/g agua = 0,667 g glucosa/g agua).
Substituyendo en la ecuación 13:
WSO = (0,32 / 0,667 - 0,32) × 910 = 839 g agua
Así la masa de glucosa necesaria para preparar la solución (ecuación 5) es:
MS = 0,667 (g glucosa/ g agua) × 839 g agua = 559 g glucosa
Masa de sorbato de potasio (ecuación 6):
MKS = 0,001 g sorbato de potasio/g masa total · (1 000 g fruta + 559 g glucosa + 839 g agua)= 2,4 g
Masa de bisulfito de sodio (ecuación 7):
MSB = 0,00015 g bisulfito de sodio/g masa total · (1 000 g fruta + 559 g glucosa + 839 g agua)= 0,36 g
