Doradura de alimentos

Proceso de alimentos

Browning de manzana Fuji : 32 minutos en 16 segundos (vídeo)

El pardeamiento es el proceso por el cual los alimentos adquieren un color marrón debido a las reacciones químicas que tienen lugar en su interior. El proceso de pardeamiento es una de las reacciones químicas que tienen lugar en la química de los alimentos y representa un tema de investigación interesante en relación con la salud, la nutrición y la tecnología alimentaria . Aunque existen muchas formas diferentes en que los alimentos cambian químicamente con el tiempo, el pardeamiento en particular se divide en dos categorías principales: procesos de pardeamiento enzimáticos y no enzimáticos.

El oscurecimiento tiene muchas implicaciones importantes para la industria alimentaria en relación con la nutrición, la tecnología y el costo económico. ^[1] Los investigadores están especialmente interesados ​​en estudiar el control (inhibición) del oscurecimiento y los diferentes métodos que se pueden emplear para maximizar esta inhibición y, en última instancia, prolongar la vida útil de los alimentos. ^[2]

Pardeamiento enzimático

Ejemplo de una reacción general de los polifenoles por la polifenol oxidasa (PPO) que cataliza el pardeamiento enzimático. La producción de quinonas sufre más reacciones que acaban formando pigmentos marrones en la superficie del alimento.

El pardeamiento enzimático es una de las reacciones más importantes que tiene lugar en la mayoría de las frutas y verduras, así como en los mariscos. ^[3] Estos procesos afectan el sabor, el color y el valor de dichos alimentos. ^[3] Generalmente, es una reacción química que involucra la polifenol oxidasa (PPO), la catecol oxidasa y otras enzimas que crean melaninas y benzoquinona a partir de fenoles naturales . El pardeamiento enzimático (también llamado oxidación de los alimentos) requiere exposición al oxígeno . Comienza con la oxidación de fenoles por la polifenol oxidasa en quinonas , ^[4] cuyo fuerte estado electrofílico causa una alta susceptibilidad a un ataque nucleofílico de otras proteínas. ^[4] Estas quinonas luego se polimerizan en una serie de reacciones, lo que finalmente resulta en la formación de pigmentos marrones ( melanosis ) en la superficie del alimento. ^[5] La tasa de pardeamiento enzimático se refleja en la cantidad de polifenol oxidasas activas presentes en el alimento. ^[1] Por lo tanto, la mayoría de las investigaciones sobre métodos para prevenir el pardeamiento enzimático se han dirigido a inhibir la actividad de la polifenol oxidasa. ^[1] Sin embargo, no todo pardeamiento de los alimentos produce efectos negativos. ^[1]

Ejemplos de pardeamiento enzimático beneficioso:

• Desarrollo del color y el sabor en el café , los granos de cacao y el té . ^[6]
• Desarrollo de color y sabor en frutos secos como higos y pasas .

Ejemplos de pardeamiento enzimático no beneficioso:

• Frutas y verduras frescas, incluidas manzanas , patatas , plátanos y aguacates .
• La oxidación de los polifenoles es la principal causa de melanosis en crustáceos como el camarón. ^[7]

Control del pardeamiento enzimático

Guayaba irradiada

El control del pardeamiento enzimático siempre ha sido un desafío para la industria alimentaria. Se utilizan diversos enfoques para prevenir o ralentizar el pardeamiento enzimático de los alimentos, cada método destinado a abordar pasos específicos de la reacción química. Los diferentes tipos de control del pardeamiento enzimático se pueden clasificar en dos grandes grupos: físicos y químicos. Por lo general, se utilizan múltiples métodos. El uso de sulfitos (poderosos productos químicos antipardeamiento) se ha reconsiderado debido a los posibles peligros que causa junto con su actividad. ^[8] Se han realizado muchas investigaciones sobre los tipos exactos de mecanismos de control que tienen lugar cuando se enfrenta el proceso enzimático. Además de la prevención, el control del pardeamiento también incluye medidas destinadas a recuperar el color de los alimentos después de su pardeamiento. Por ejemplo, la filtración por intercambio iónico o la ultrafiltración se pueden utilizar en la elaboración de vino para eliminar los sedimentos de color marrón en la solución. ^[9]

Métodos físicos

• Tratamiento térmico − Tratar los alimentos con calor, como blanquearlos o asarlos , desnaturaliza las enzimas y destruye los reactivos responsables del dorado. El blanqueado se utiliza, por ejemplo, en la elaboración de vino , ^[10] el procesamiento del té , el almacenamiento de nueces y tocino y la preparación de verduras para su conservación en congelación . ^{[11] [12] [13]} La carne a menudo se dora parcialmente a fuego alto antes de incorporarla a una preparación más grande para cocinarla a una temperatura más baja que produce menos dorado.

• Tratamiento en frío : la refrigeración y la congelación son las formas más comunes de almacenar alimentos, evitando su descomposición. La actividad de las enzimas que producen el pardeamiento, es decir, la velocidad de reacción , disminuye a bajas temperaturas. ^[14] Por lo tanto, la refrigeración ayuda a mantener el aspecto, el color y el sabor iniciales de las frutas y verduras frescas. La refrigeración también se utiliza durante la distribución y la venta minorista de frutas y verduras.

• Eliminación de oxígeno − La presencia de oxígeno es crucial para el pardeamiento enzimático, por lo tanto, eliminar el oxígeno del ambiente ayuda a ralentizar la reacción de pardeamiento. La extracción de aire o su sustitución por otros gases (p. ej., N 2 o CO 2 ) durante la conservación, como en el envasado al vacío o en atmósfera modificada , ^[14] el embotellado de vino o zumo, ^{[15] el uso de películas impermeables o} recubrimientos comestibles , la inmersión en soluciones de sal o azúcar, mantiene los alimentos alejados del contacto directo con el oxígeno. ^[16] Las películas impermeables hechas de plástico u otros materiales evitan que los alimentos se expongan al oxígeno del aire y evitan la pérdida de humedad. Existe una actividad creciente en el desarrollo de materiales de envasado impregnados con antioxidantes , antimicrobianos y sustancias antifúngicas , como el hidroxitolueno butilado (BHT) y el hidroxianisol butilado (BHA), tocoferoles , hinokitiol , lisozima , nisina , natamicina , quitosano y ε-polilisina . ^{[17] [18]} Los recubrimientos comestibles pueden estar hechos de polisacáridos , proteínas , lípidos , cáscaras vegetales , plantas u otros productos naturales. ^[19]

• Irradiación : la irradiación de alimentos mediante rayos UV-C , rayos gamma , rayos X y haces de electrones es otro método para prolongar la vida útil de los alimentos . La radiación ionizante inhibe la vitalidad de los microorganismos responsables del deterioro de los alimentos y retrasa la maduración y la germinación de las frutas y verduras para su conservación. ^{[16] [20]}

Métodos químicos

• Acidificación − Las enzimas de pardeamiento, como otras enzimas, son activas en un rango específico de pH . Por ejemplo, la PPO muestra una actividad óptima a un pH de 5-7 y se inhibe por debajo de un pH de 3. ^[16] Los agentes acidificantes y los reguladores de la acidez se utilizan ampliamente como aditivos alimentarios para mantener un pH deseado en los productos alimenticios. Los acidulantes , como el ácido cítrico , el ácido ascórbico y el glutatión , se utilizan como agentes antipardeamiento. Muchos de estos agentes también muestran otros efectos antipardeamiento, como actividades quelantes y antioxidantes.

Vino blanco añejo de color marrón.

• Antioxidantes − Muchos antioxidantes se utilizan en la industria alimentaria como aditivos alimentarios. Estos compuestos reaccionan con el oxígeno y suprimen el inicio del proceso de pardeamiento. ^[16] Además, interfieren con los productos intermedios de las siguientes reacciones e inhiben la formación de melanina . El ácido ascórbico , la N-acetilcisteína , la L-cisteína , el 4-hexilresorcinol , el ácido eritórbico , el clorhidrato de cisteína y el glutatión son ejemplos de antioxidantes que se han estudiado por sus propiedades antipardeamiento.

• Agentes quelantes − La polifenol oxidasa requiere cobre como cofactor para su funcionalidad, por lo que los agentes quelantes de cobre inhiben la actividad de esta enzima. Muchos agentes que poseen actividad quelante han sido estudiados y utilizados en diferentes campos de la industria alimentaria, como ácido cítrico , ácido sórbico , polifosfatos , hinokitiol , ácido kójico , EDTA , porfirinas , ácidos policarboxílicos, diferentes proteínas. ^{[16] [18]} Algunos de estos compuestos también tienen otros efectos antipardeamiento, como acidificantes o antioxidantes. El hinokitiol se utiliza en materiales de recubrimiento para envases de alimentos .

Otros métodos

• Agentes naturales − Se sabe que diferentes productos naturales y sus extractos, como la cebolla , la piña , el limón y el vino blanco , inhiben o retardan el oscurecimiento de algunos productos. ^[16] La cebolla y su extracto exhiben potentes propiedades anti-pardeamiento al inhibir la actividad PPO. Se ha demostrado que el jugo de piña posee un efecto anti-pardeamiento en manzanas y plátanos. El jugo de limón se usa para hacer masas para que los productos de pastelería se vean más brillantes. Este efecto posiblemente se explica por las propiedades anti-pardeamiento de los ácidos cítrico y ascórbico en el jugo de limón.

• Modificación genética : las manzanas Arctic han sido modificadas genéticamente para silenciar la expresión de PPO , retrasando así el efecto de pardeamiento y mejorando la calidad de consumo de la manzana. ^{[21] [22]}

Pardeamiento no enzimático

La corteza del pan brioche , que tiene un color marrón dorado debido a la reacción de Maillard.

El segundo tipo de pardeamiento, el pardeamiento no enzimático, es un proceso que también produce la pigmentación marrón en los alimentos, pero sin la actividad de las enzimas. Las dos formas principales de pardeamiento no enzimático son la caramelización y la reacción de Maillard . Ambas varían en la velocidad de reacción en función de la actividad del agua (en química de los alimentos, el estado estándar de la actividad del agua se define con mayor frecuencia como la presión de vapor parcial del agua pura a la misma temperatura).

La caramelización es un proceso que implica la pirólisis del azúcar . Se utiliza ampliamente en la cocina para lograr el sabor a nuez y el color marrón deseados. A medida que se lleva a cabo el proceso, se liberan sustancias químicas volátiles que producen el sabor característico del caramelo .

Ejemplo de caramelización del azúcar de mesa (sacarosa) caramelizando hasta obtener una sustancia con sabor a nuez marrón (furano y maltol)

Descripción general del mecanismo de la reacción no enzimática de Maillard en los alimentos. La base de Schiff pierde una molécula de CO2 _y se agrega al agua. Observe la interacción entre el grupo amino del aminoácido (aquí asparagina) y el carbono carbonílico del azúcar (glucosa). El producto final es acrilamida . Para obtener más información, visite Reacción de Maillard .

La otra reacción no enzimática es la reacción de Maillard . Esta reacción es responsable de la producción del sabor cuando se cocinan los alimentos. Algunos ejemplos de alimentos que experimentan la reacción de Maillard incluyen panes, filetes y patatas. Es una reacción química que tiene lugar entre el grupo amina de un aminoácido libre y el grupo carbonilo de un azúcar reductor , ^[1] generalmente con la adición de calor. El azúcar interactúa con el aminoácido, produciendo una variedad de olores y sabores. La reacción de Maillard es la base para producir sabores artificiales para alimentos procesados ​​en la industria de los saborizantes ^[23] ya que el tipo de aminoácido involucrado determina el sabor resultante.

Las melanoidinas son polímeros heterogéneos de color marrón y alto peso molecular que se forman cuando los azúcares y los aminoácidos se combinan mediante la reacción de Maillard a altas temperaturas y baja actividad del agua. Las melanoidinas están presentes habitualmente en alimentos que han sufrido algún tipo de pardeamiento no enzimático, como las maltas de cebada (Viena y Múnich), la corteza del pan, los productos de panadería y el café. También están presentes en las aguas residuales de las refinerías de azúcar, por lo que es necesario su tratamiento para evitar la contaminación en los alrededores de las salidas de estas refinerías.

Pardeamiento de las uvas durante la vinificación

Como la mayoría de las frutas, las uvas varían en la cantidad de compuestos fenólicos que tienen. Esta característica se utiliza como parámetro para juzgar la calidad del vino. ^[4] El proceso general de elaboración del vino se inicia con la oxidación enzimática de los compuestos fenólicos por las polifenol oxidasas. ^[4] El contacto entre los compuestos fenólicos en la vacuola de la célula de la uva y la enzima polifenol oxidasa (ubicada en el citoplasma ) desencadena la oxidación de la uva. Por lo tanto, el pardeamiento inicial de las uvas se produce como resultado de la "modificación de la compartimentación" en las células de la uva. ^[4]

Implicaciones en la industria y tecnología alimentaria

El pardeamiento enzimático afecta el color, el sabor y el valor nutricional de los alimentos, lo que provoca enormes pérdidas económicas cuando no se venden a los consumidores a tiempo. ^[1] Se estima que más del 50% de los productos se pierden como resultado del pardeamiento enzimático. ^[2] El aumento de la población humana y el consiguiente agotamiento de los recursos naturales ha impulsado a muchos bioquímicos e ingenieros de alimentos a encontrar técnicas nuevas o mejoradas para conservar los alimentos durante más tiempo mediante el uso de métodos para inhibir la reacción de pardeamiento. Esto aumenta efectivamente la vida útil de los alimentos, solucionando esta parte del problema del desperdicio. Una mejor comprensión de los mecanismos de pardeamiento enzimático, específicamente, la comprensión de las propiedades de las enzimas y los sustratos que participan en la reacción puede ayudar a los tecnólogos de alimentos a controlar ciertas etapas del mecanismo y, en última instancia, aplicar ese conocimiento para inhibir el pardeamiento.

Las manzanas son frutas comúnmente estudiadas por los investigadores debido a su alto contenido fenólico, que las hace altamente susceptibles al pardeamiento enzimático. ^[3] De acuerdo con otros hallazgos relacionados con las manzanas y la actividad de pardeamiento, se ha encontrado una correlación entre mayores cantidades de fenoles y mayor actividad enzimática en las manzanas. ^[3] Esto proporciona un objetivo potencial y, por lo tanto, una esperanza para las industrias alimentarias que desean modificar genéticamente los alimentos para disminuir la actividad de la polifenol oxidasa y, por lo tanto, disminuir el pardeamiento. Un ejemplo de tales logros en ingeniería alimentaria es la producción de manzanas Arctic . Estas manzanas, diseñadas por Okanagan Specialty Fruits Inc, son el resultado de la aplicación de empalme genético , una técnica de laboratorio que ha permitido la reducción de la polifenol oxidasa.

Otro tipo de problema que se estudia de cerca es el oscurecimiento de los mariscos. ^[7] Los mariscos , en particular los camarones, son un alimento básico consumido por personas de todo el mundo. El oscurecimiento de los camarones, que en realidad se conoce como melanosis , crea una gran preocupación para los manipuladores de alimentos y los consumidores. La melanosis ocurre principalmente durante la manipulación post mortem y el almacenamiento refrigerado. ^[7] Estudios recientes han encontrado que un extracto de planta que actúa como un inhibidor de la polifenol oxidasa antimelatonina cumple la misma función que los sulfitos pero sin los riesgos para la salud. ^[7]

Véase también

• Dorar (cocción parcial)
• Descomposición
• Salsa
• Actividad acuática

Referencias

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