Manzana Browning Fuji : 32 minutos en 16 segundos (vídeo)
El dorado es el proceso por el cual los alimentos se vuelven marrones 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 interesante tema de investigación en materia de salud, nutrición y tecnología de los alimentos . Aunque hay muchas formas diferentes en que los alimentos cambian químicamente con el tiempo, el dorado en particular se divide en dos categorías principales: procesos de dorado enzimáticos y no enzimáticos.
El pardeamiento tiene muchas implicaciones importantes en 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 pardeamiento 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 reacción general de polifenoles por la polifenol oxidasa (PPO) que cataliza el pardeamiento enzimático. La producción de quinonas sufre más reacciones que eventualmente forman pigmentos marrones en la superficie de los alimentos.
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 polifenol oxidasa (PPO), 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 los fenoles por la polifenol oxidasa en quinonas , [4] cuyo fuerte estado electrofílico provoca una alta susceptibilidad a un ataque nucleofílico de otras proteínas. [4] Estas quinonas luego se polimerizan en una serie de reacciones, lo que eventualmente resulta en la formación de pigmentos marrones ( melanosis ) en la superficie de los alimentos. [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 el dorado de los alimentos produce efectos negativos. [1]
Ejemplos de pardeamiento enzimático beneficioso:
Desarrollando color y sabor en café , granos de cacao y té . [6]
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, y cada método tiene como objetivo abordar pasos específicos de la reacción química. Los distintos tipos de control enzimático del pardeamiento se pueden clasificar en dos grandes grupos: físicos y químicos. Generalmente se utilizan varios métodos. Se ha reconsiderado el uso de sulfitos (potentes químicos anti-oscurecimiento) debido a los posibles peligros que provoca junto con su actividad. [8] Se han realizado muchas investigaciones sobre los tipos exactos de mecanismos de control que tienen lugar cuando se enfrenta al proceso enzimático. Además de la prevención, el control del pardeamiento también incluye medidas destinadas a recuperar el color de los alimentos tras su pardeamiento. Por ejemplo, la filtración o ultrafiltración por intercambio iónico se puede utilizar en la elaboración del vino para eliminar los sedimentos de color marrón en la solución. [9]
Métodos físicos
Tratamiento térmico : el tratamiento de los alimentos con calor, como escaldados o tostados , desnaturaliza las enzimas y destruye los reactivos responsables del dorado. El escaldado se utiliza, por ejemplo, en la elaboración del vino , [10] en el procesamiento del té , en el almacenamiento de nueces y tocino y en la preparación de verduras para su conservación congelada . [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, lo que produce menos dorado.
Tratamiento en frío : la refrigeración y la congelación son las formas más comunes de almacenar alimentos y evitar su descomposición. La actividad de las enzimas pardeantes, 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 verduras y frutas frescas. La refrigeración también se utiliza durante la distribución y venta al por menor de frutas y verduras.
Eliminación de oxígeno : la presencia de oxígeno es crucial para el pardeamiento enzimático, por lo que eliminar el oxígeno del medio ambiente ayuda a ralentizar la reacción de pardeamiento. Retirar aire o reemplazarlo con otros gases (por ejemplo, N 2 o CO 2 ) durante la conservación, como en el envasado al vacío o en atmósfera modificada , [14] embotellado de vino o jugo, [15] usando películas impermeables o recubrimientos comestibles , 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 queden expuestos al oxígeno del aire y evitan la pérdida de humedad. Existe una actividad cada vez mayor en el desarrollo de materiales de embalaje impregnados con sustancias antioxidantes , antimicrobianas y 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 , pieles vegetales , plantas u otros productos naturales. [19]
Acidificación : las enzimas pardeantes, como otras enzimas, están activas en un rango específico de pH . Por ejemplo, la PPO muestra una actividad óptima a un pH de 5 a 7 y se inhibe por debajo de un pH de 3. [16] Los agentes acidificantes y reguladores de la acidez se utilizan ampliamente como aditivos alimentarios para mantener el pH deseado en los productos alimenticios. Como agentes anti-oscurecimiento se utilizan acidulantes , como el ácido cítrico , el ácido ascórbico y el glutatión . Muchos de estos agentes también muestran otros efectos anti-oscurecimiento, como actividades quelantes y antioxidantes.
Agentes quelantes : la polifenol oxidasa requiere cobre como cofactor para su funcionalidad, por lo que los agentes quelantes del 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 anti-oscurecimiento, como acidificantes o antioxidantes. El hinokitiol se utiliza en materiales de recubrimiento para envases de alimentos .
Otros metodos
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 dorado de algunos productos. [16] La cebolla y su extracto exhiben potentes propiedades anti-oscurecimiento al inhibir la actividad de la PPO. Se ha demostrado que el jugo de piña posee un efecto anti-oscurecimiento en manzanas y plátanos. El jugo de limón se utiliza en la elaboración de masas para que los productos de repostería luzcan más brillantes. Este efecto posiblemente se explica por las propiedades anti-oscurecimiento de los ácidos cítrico y ascórbico del jugo de limón.
Modificación genética : las manzanas árticas se han modificado genéticamente para silenciar la expresión de PPO , retrasando así el efecto de pardeamiento y mejorando la calidad del consumo de manzanas. [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 . Ambos varían en la velocidad de reacción en función de la actividad del agua (en química de alimentos, el estado estándar de la actividad del agua se define con mayor frecuencia como la presión parcial de vapor del agua pura a la misma temperatura).
Ejemplo de caramelización de azúcar de mesa (sacarosa) hasta obtener una sustancia con sabor a nuez marrón (furano y maltol)Descripción general del mecanismo de la reacción de Maillard no enzimática en los alimentos. La base de Schiff pierde una molécula de CO 2 y se suma al agua. Observe la interacción entre el grupo amino del aminoácido (aquí asparagina) y el carbono carbonilo del azúcar (glucosa). El producto final es acrilamida . Para obtener más información, visite la 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. Ejemplos de alimentos que sufren la reacción de Maillard incluyen panes, filetes y patatas. Es una reacción química que tiene lugar entre el grupo amino 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, de 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 de agua. Las melanoidinas suelen estar presentes en alimentos que han sufrido algún tipo de oscurecimiento no enzimático, como las maltas de cebada (Viena y Munich), 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 requieren tratamiento para evitar la contaminación en las aguas de salida de estas refinerías.
Dorado de las uvas durante la elaboración del vino.
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 mediante la oxidación enzimática de compuestos fenólicos por polifenol oxidasas. [4] El contacto entre los compuestos fenólicos de la vacuola de la célula de la uva y la enzima polifenol oxidasa (ubicada en el citoplasma ) desencadena la oxidación de la uva. Así, el pardeamiento inicial de las uvas se produce como resultado de una "modificación de compartimentación" en las células de la uva. [4]
Implicaciones en la industria y la tecnología alimentaria.
El pardeamiento enzimático afecta el color, el sabor y el valor nutricional de los alimentos, provocando enormes pérdidas económicas cuando no se venden a los consumidores a tiempo. [1] Se estima que más del 50% del producto se pierde como resultado del pardeamiento enzimático. [2] El aumento de la población humana y el consiguiente agotamiento de los recursos naturales ha llevado a muchos bioquímicos e ingenieros alimentarios a encontrar técnicas nuevas o mejoradas para conservar los alimentos y durante más tiempo mediante el uso de métodos para inhibir la reacción de pardeamiento. Esto aumenta efectivamente la vida útil de los alimentos, resolviendo esta parte del problema del desperdicio. Una mejor comprensión de los mecanismos enzimáticos de pardeamiento, específicamente, comprender 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 sobre las manzanas y la actividad de pardeamiento, se ha encontrado una correlación entre mayores cantidades de fenólicos y una mayor actividad enzimática en las manzanas. [3] Esto proporciona un objetivo potencial y, por tanto, una esperanza para las industrias alimentarias que deseen modificar genéticamente los alimentos para disminuir la actividad de la polifenol oxidasa y, por tanto, disminuir el oscurecimiento. Un ejemplo de tales logros en ingeniería alimentaria es la producción de manzanas árticas . Estas manzanas, diseñadas por Okanagan Specialty Fruits Inc, son el resultado de aplicar el empalme de genes , una técnica de laboratorio que ha permitido la reducción de la polifenol oxidasa.
Otro tipo de cuestión muy estudiada es el dorado 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 y consumidores de alimentos. 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 inhibidor de la polifenol oxidasa antimelatonina cumple la misma función que los sulfitos pero sin los riesgos para la salud. [7]
^ abcdef Corzo-Martínez, Marta; Corzo, Nieves; Villamiel, Mar; del Castillo, M Dolores (1 de enero de 2012). Doctorado, Benjamin K. Simpson (ed.). Bioquímica de Alimentos y Procesamiento de Alimentos . Wiley-Blackwell. págs. 56–83. doi :10.1002/9781118308035.ch4. ISBN 9781118308035.
^ ab Kaanane, A.; Labuza, TP (1 de enero de 1989). "La reacción de Maillard en los alimentos". Avances en la Investigación Clínica y Biológica . 304 : 301–327. ISSN 0361-7742. PMID 2675033.
^ abcd Holderbaum, Daniel (2010). "Pardeamiento enzimático, actividad de polifenol oxidasa y polifenoles en cuatro cultivares de manzana: dinámica durante el desarrollo del fruto". HortScience.
^ abcde Macheix, JJ; Sapis, JC; Fleuriet, A. (1 de enero de 1991). "Compuestos fenólicos y polifenoloxidasa en relación con el pardeamiento en uvas y vinos". Reseñas críticas en ciencia de los alimentos y nutrición . 30 (4): 441–486. doi :10.1080/10408399109527552. ISSN 1040-8398. PMID 1910524.
^ Nicolás, JJ; Richard-Forget, FC; Goupy, PM; Amiot, MJ; Aubert, SY (1 de enero de 1994). "Reacciones enzimáticas de pardeamiento en manzanas y productos de manzana". Reseñas críticas en ciencia de los alimentos y nutrición . 34 (2): 109-157. doi :10.1080/10408399409527653. ISSN 1040-8398. PMID 8011143.
^ Él, Quiang (2008). "Aclaración del mecanismo de inhibición enzimática del pardeamiento por clorito de sodio". Química de Alimentos . 110 (4). El Sevier: 847–51. doi :10.1016/j.foodchem.2008.02.070. PMID 26047269.
^ abcd Nirmal, Nilesh Prakash; Benjakul, Soottawat; Ahmad, Mehraj; Arfat, Yasir Ali; Panichayupakaranant, Pharkphoom (1 de enero de 2015). "Pardeamiento enzimático indeseable en crustáceos: efectos causales y su inhibición por compuestos fenólicos". Reseñas críticas en ciencia de los alimentos y nutrición . 55 (14): 1992-2003. doi :10.1080/10408398.2012.755148. ISSN 1549-7852. PMID 25584522. S2CID 22348619.
^ Taylor, Steve L.; Higley, Nancy A.; Bush, Robert K. (1986). "Sulfitos en los alimentos: usos, métodos analíticos, residuos, destino, evaluación de la exposición, metabolismo, toxicidad e hipersensibilidad". Avances en la investigación de alimentos . 30 : 1–76. doi :10.1016/s0065-2628(08)60347-x. ISBN9780120164301.
^ Macheix, JJ; Sapis, JC; Fleuriet, A. (1 de enero de 1991). "Compuestos fenólicos y polifenoloxidasa en relación con el pardeamiento en uvas y vinos". Reseñas críticas en ciencia de los alimentos y nutrición . 30 (4): 441–486. doi :10.1080/10408399109527552. ISSN 1040-8398. PMID 1910524.
^ Macheix, Jean-Jacques; Sapis, Jean‐Claude; Fleuriet, Annie; Lee, CY (enero de 1991). "Compuestos fenólicos y polifenoloxidasa en relación con el pardeamiento en uvas y vinos". Reseñas críticas en ciencia de los alimentos y nutrición . 30 (4): 441–486. doi :10.1080/10408399109527552.
^ Xiao, Hong-Wei; Pan, Zhongli; Deng, Li-Zhen; El-Mashad, Hamed M.; Yang, Xu-Hai; Mujumdar, Arun S.; Gao, Zhen-Jiang; Zhang, Qian (junio de 2017). "Desarrollos y tendencias recientes en el escaldado térmico: una revisión completa". Procesamiento de información en agricultura . 4 (2): 101–127. doi : 10.1016/j.inpa.2017.02.001 .
^ Grundy, Myriam Marie-Louise; Lapsley, Karen; Ellis, Peter Rory (2016). "Una revisión del impacto del procesamiento en la bioaccesibilidad de los nutrientes y la digestión de las almendras". Revista internacional de ciencia y tecnología de los alimentos . 51 (9): 1937-1946. doi : 10.1111/ijfs.13192 . PMC 5003169 .
^ "Centro Nacional para la Preservación de Alimentos en el Hogar | ¿Cómo lo hago? Congelar". nchfp.uga.edu .
^ ab Él, Qiang; Luo, Yaguang (1 de diciembre de 2007). "El pardeamiento enzimático y su control en IV gama". Revisión de poscosecha de Stewart . 3 (6): 1–7. doi :10.2212/spr.2007.6.3.
^ Martínez, M. Victoria; Whitaker, John R. (1 de junio de 1995). "La bioquímica y control del pardeamiento enzimático". Tendencias en ciencia y tecnología de los alimentos . 6 (6): 195-200. doi :10.1016/S0924-2244(00)89054-8.
^ abcdef Luna, Kyoung Mi; Kwon, Eun-Bin; Lee, Bonggi; Kim, Choon Young (15 de junio de 2020). "Tendencias recientes en el control del pardeamiento enzimático de productos hortofrutícolas". Moléculas . 25 (12): 2754. doi : 10,3390/moléculas25122754 . PMC 7355983 . PMID 32549214.
^ Yildirim, Selçuk; Röcker, Bettina; Pettersen, Marit Kvalvåg; Nilsen-Nygaard, Julie; Ayhan, Zehra; Rutkaite, Ramune; Radusin, Tanja; Suminska, Patrycja; Marcos, Begonyá; Coma, Véronique (enero de 2018). "Aplicaciones de envases activos para alimentos: Aplicaciones de envases activos para alimentos…". Revisiones completas en ciencia de los alimentos y seguridad alimentaria . 17 (1): 165–199. doi : 10.1111/1541-4337.12322 . hdl : 20.500.12327/362 .
^ ab L. Brody, Aaron; Strupinsky, EP; Kline, Lauri R. (2001). Envases activos para aplicaciones alimentarias (1 ed.). Prensa CRC. ISBN9780367397289.
^ Yousuf, Basharat; Qadri, Ovais Shafiq; Srivastava, Abhaya Kumar (marzo de 2018). "Desarrollos recientes en la extensión de la vida útil de frutas y verduras recién cortadas mediante la aplicación de diferentes recubrimientos comestibles: una revisión". LWT . 89 : 198-209. doi :10.1016/j.lwt.2017.10.051.
^ "Inhibición y control del pardeamiento". Fabricación de frutas : 183–215. 2006. doi :10.1007/978-0-387-30616-2_8. ISBN978-0-387-30614-8.
^ "Silenciamiento de PPO". Frutas especiales de Okanagan, Inc. 2019 . Consultado el 14 de noviembre de 2019 .
^ "Estados Unidos: la manzana ártica transgénica que no se oscurece se expande al servicio de alimentos". Portal de fruta fresca. 13 de agosto de 2019 . Consultado el 14 de noviembre de 2019 .
^ Tamanna, Nahid (2015). "Procesamiento de alimentos y productos de reacción de Maillard: efecto sobre la salud y la nutrición humanas". Revista Internacional de Ciencias de los Alimentos . 2015 : 526762. doi : 10.1155/2015/526762 . PMC 4745522 . PMID 26904661.
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