El jugo de zarzamora es una bebida que presenta compuestos bioactivos con capacidad antioxidante, entre los que destacan los compuestos fenólicos como las antocianinas, sin embargo durante el procesamiento térmico hay pérdida de dichos compuestos, por lo que en el presente estudio se evaluó la actividad de la polifenol oxidasa y pectin metilesterasa, la capacidad antioxidante, contenido de fenoles totales y el contenido de antocianinas del jugo de zarzamora termoultrasonicado y se comparó con jugo pasteurizado (90 °C/15 s) y jugo fresco. Previamente se utilizó el diseño de superficie de respuesta para obtener la condición óptima de termoultrasonido (50±1 ºC/17±1 min), posteriormente se realizó la comparación de medias (termoultasonicado, pasteurizado y control) con la prueba de Tukey (p<0.05). El jugo termoultrasonicado comparado con el pasteurizado, logró mayor reducción de la polifenol oxidasa (98.3 %) y de la pectin metilesterasa (63.7 %) con aumento de actividad antioxidante (13,964.96 µmol ET/L), compuestos fenólicos (3,311.3 mg EAG/L) y contenido de antocianinas (922.55 mg Cy-3-Gl). La RSM permitió definir las condiciones óptimas de termoultrasonido. Esta tecnología resulta mejor que la tecnología convencional en cuanto a la inactivación enzimática y mejoramiento de las propiedades antioxidantes del jugo de zarzamora.
Palabras clave: Termoultrasonido, zarzamora, optimización, compuestos antioxidantes, actividad enzimática, microorganismos
Blackberry juice is a beverage with bioactive compounds which present antioxidant capacity, among them phenolic compounds like anthocyanins, nevertheless during the thermal processing there are a loss of this compounds, therefore in this study the objective was to investigate the polifenol oxidase and pectin metylesterase activity, antioxidant capacity, total phenolic compounds and the anthocyanins content of the thermoultrasonicated blackberry juice and was compared with the pasteurized juice (90 °C/ 15 s). The response surface methodology was employed to obtain the optimum conditions of thermoultrasonication (50±1ºC/17±1 min) and significant differences between mean values (thermoultrasonicated, pasteurized and control) were determined by Tukey pairwise comparison test at a significance level of p<0.05. Thermoultrasonication treatment, compared with pasteurization, showed higher reduction of polyphenol oxidase (>98 %) and pectin metylesterase (63.7 %) activity, higher antioxidant activity as well as greater phenolic compunds and anthocyanin content (13,964.96 µmol ET/L and 922.55 mg Cy-3-Gl respectively). The response surface methodology allows obtain the optimum conditions of thermoultrasonication for blackberry juice. This technology is better than conventional in terms of enzymatic inactivation and improvement of the antioxidant properties of blackberry juice.
Keywords: Thermoultrasound, blackberry, optimization, antioxidant compounds, enzymatic activity, microorganisms
El jugo de zarzamora es una bebida que presenta compuestos bioactivos con capacidad antioxidante, como compuestos fenólicos, entre los que destacan las antocianinas, las cuales han demostrado grandes beneficios a la salud humana (Acosta-Montoya et al., 2010; Cuevas- Rodríguez, 2011 y Lee et al., 2012). Sin embargo, uno de los problemas que se presentan en la producción y almacenamiento de este producto, son los relacionados con la carga microbiana y la actividad de algunas enzimas, como la polifenol oxidasa (PPO) y la pectin metilesterasa (PME), ya que generan intoxicaciones alimentarias, oxidación de los polifenoles y precipitados en el jugo, respectivamente, afectando la inocuidad, calidad y aceptación del producto (Abid et al., 2014). Actualmente el procesamiento de jugo de zarzamora es por pasteurización, sin embargo este método genera pérdida de compuestos bioactivos, por lo que han surgido tecnologías emergentes como el termoultrasonido, que combina el tratamiento de ultrasonido con temperaturas suaves (< 60 ºC), el cual disminuye la pérdida de estos compuestos, inactivando eficazmente microorganismos y enzimas (Tiwari et al., 2010; Adekunte et al., 2010; Vidal-Fonteles et al., 2012; Ercan y Soysal, 2013). El objetivo de esta investigación fue evaluar la carga microbiana, la inactivación enzimática, la capacidad antioxidante, contenido de fenoles totales y antocianinas del jugo de zarzamora termoultrasonicado comparado con una tecnología convencional.
La zarzamora se obtuvo de Atotonilco el Grande, Hidalgo. La obtención del jugo fue mediante licuefacción y centrifugación (10,000 rpm/ 30 min/ 4 ºC) y se dividió en tres porciones. Una porción fue termoultrasonicada (VCX-1500, Sonics & Materials, USA), otra pasteurizada (90 ºC/ 15 s) y la otra sin tratamiento (control). La muestra termoultrasonicada se sometió a análisis de Recuento Total, enterobacterias, levaduras y bacterias ácidoláctica por vaciado en placa. Para la optimización del jugo termoultrasonicado, basado en una elevada inactivación enzimática y alto contenido de antioxidantes (fenoles y antocianinas) y actividad antioxidante (DPPH), se utilizó la Metodología de Superficie de Respuesta (RSM) con un diseño compuesto, central rotable de 2 niveles: tiempo (t) y temperatura (Tº). Al jugo termoultrasonicado, pasteurizado y control se les evaluó la actividad enzimática de la PME por el método de Askar y Treptow (1993) y de la PPO de acuerdo a lo descrito por Cano et al., (1997). La actividad antioxidante se midió por el método del atrapamiento del radical DPPH● (Morales y Jiménez-Pérez, 2001) y los resultados se expresaron como µmol equivalentes de trolox (µmol ET/L). El contenido de fenoles totales se determinó con el método del Folin-Ciocalteu (Stintzing et al., 2005) y el contenido de antocianinas por el método diferencias de pH (Giusti y Wrolstad, 2001) y los resultados se expresaron como mg equivalentes de ácido gálico (mg EAG/L) y cianidin-3-glucósido (mg Cy-3-Gl/L) respectivamente. Se realizó una comparación de medias con la prueba de Tukey con un nivel de significancia de p<0.05.
Los principales criterios para establecer el área óptima fue la reducción de la actividad enzimática de la PPO y la PME para evitar deterioros en la calidad del jugo, así como una alta capacidad antioxidante, un elevado contenido de fenoles totales y un alto contenido de antocianinas. Cabe mencionar que no se detectó crecimiento microbiano en ninguna de las muestras termoultrasonicadas con respecto al jugo fresco. Estos resultados no se ajustaron al modelo matemático, por lo que no se consideraron para la optimización. Como se puede apreciar en la figura 1, el área óptima de termoultrasonido se encontró a 50±1 ºC/17±1 min, obteniendo una inhibición mayor al 90 % de la PPO y 45 % de la PME, así como una alta capacidad antioxidante (16, 425 µmol ET/L), un elevado contenido de fenoles totales (3,500 mg EAG/L) y una alta concentración de antocianinas (940 mg Cy-3-Gl/L).
Figura 1. Optimización de las condiciones de termoultrasonido por Superposición de superficies de respuesta.
Basado en estos datos, se elaboró un jugo termoultrasonicado por triplicado en tres días diferentes, bajo las condiciones óptimas para comprobar la repetitividad y la reproducibilidad, y se comparó con el jugo pasteurizado y fresco.
Comparación de la condición óptima de termoultrasonido con el jugo pasteurizado
Actividad enzimática.
La actividad enzimática de la PME y PPO mostraron una disminución estadísticamente significativa en el tratamiento por termoultrasonido (63.71 de la PME, 98.28 % de la PPO) con respecto a la pasteurización (14.67 y 89.75% respectivamente) (figura 2). La disminución de la actividad enzimática depende de las condiciones de tratamiento, así como de la concentración inicial de la enzima, el pH y la composición del jugo (O´Donnell et al., 2010). La alta inactivación enzimática generada por termoultrasonido es debida a la sinergia entre la temperatura y las ondas ultrasónicas, ya que estas últimas provocan mayor vulnerabilidad de las enzimas al calor generado, provocando desnaturalización proteica, lo que no ocurre con el tratamiento térmico por sí solo (Abid et al., 2014).
Figura 2. Comparación de la actividad residual (%AR) de las enzimas pectin metilesterasa (PME) y polifenol oxidasa (PPO) del jugo termoultrasonicado (TUS) y pasteurizado (PAS). a,b,cDiferentes letras indican diferencias significativas (p<0.05) entre tratamientos de acuerdo a la prueba de Tukey
Actividad antioxidante
Se puede observar en la figura 3, que el jugo de zarzamora termoultrasonicado presentó valores de 13,964.96 µmol ET/L por DPPH, 3,311.3 mg EAG/L y 922.55 mg Cy-3-Gl/L, mayores significativamente con respecto al jugo pasteurizado (11,935.04 µmol ET/L, 2,736.6 mg EAG/L y 604.56 mg Cy-3-Gl/L) (p<0.05). Comparando con el jugo fresco, el jugo termoultrasonicado no presentó diferencias significativas (p<0.05) en la capacidad antioxidante y contenido de fenoles totales, sin embargo éste presentó mayor concentración de antocianinas. Esto se debe a que el ultrasonido permite mayor liberación de los compuestos antioxidantes, al romper los enlaces que forman con algunos polisacáridos, además durante la sonicación, se elimina el oxígeno del medio tratado, favoreciendo la estabilidad de dichos compuestos (Solomon et al., 1995; Knorr et al., 2004; Abid et al., 2014). Y el aumento de la actividad antioxidante del jugo termoultrasonicado podría estar relacionado con el aumento de las antocianinas, ya que en la técnica, el DPPH reacciona con los fenoles que tienen uno o más grupos –OH en el anillo B (Roginsky y Lissi, 2005), como es el caso de las antocianinas.
Figura 3. Comparación de la actividad antioxidante, contenido de fenoles totales (CFT) y antocianinas del jugo termoultrasonicado (TUS), pasteurizado (PAS) y control (CNTR). a,b,cDiferentes letras indican diferencias significativas (p<0.05) entre tratamientos de acuerdo a la prueba de Tukey
El diseño de superficie de respuesta permite obtener las condiciones óptimas para el procesamiento del jugo de zarzamora por termoultrasonido. Con respecto a la pasteurización, el tratamiento de termoultrasonido resulta ser mejor en cuanto al mejoramiento de las propiedades antioxidantes y la inactivación enzimática del jugo de zarzamora, por lo que este producto termoultrasonicado brindaría beneficios a la salud de los consumidores.
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[a] Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Instituto de Ciencias Agropecuarias, Área Académica de Ingeniería Agroindustrial, Tulancingo de Bravo, Hidalgo, México.
[b] Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Instituto de Ciencias de la Salud, Área Académica de Nutrición, San Agustín Tlaxiaca, México.