Experiencias de secado

Las láminas de frutillas se secaron a 60°, 70° y 80°C en un secadero con circulación forzada de aire (Tecno Dalvo, Modelo CHC/F/I, Argentina), con un ventilador centrífugo ajustable, resistencias eléctricas, filtro de aire, bandejas de malla de acero inoxidable y controlador de temperatura proporcional. La velocidad de aire se midió con un anemómetro de sonda de molinete, con una precisión de ± 0,03 m/s, y fue igual a 0,7 m/s.

Los pesos del producto parcialmente deshidratado se obtuvieron por pesada discontinua, con una balanza digital de precisión ± 0,01 gramo y se midieron por triplicado. Los resultados se expresaron como Humedad [g de agua /100 g de material (b.h.)] y se representaron en función del tiempo de secado. El tratamiento térmico se aplicó hasta alcanzar la humedad de equilibrio (^{McMinn et al., 2005}; ^{Rayaguru y Routray, 2012}).

Dónde: Ph: peso húmedo de la muestra, Ps: peso seco de la muestra

El producto deshidratado obtenido a las distintas temperaturas, se molió en un molino de cuchillas (IKA Works, Wellmington, EEUU), para obtener una harina que pase por malla 50 (289 µm). El producto de la molienda se guardó en recipientes herméticos en un lugar seco y en la oscuridad, para su posterior utilización.

Caracterización de las harinas

Determinación del color

Se utilizó el software ImageJ (National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA), una cámara digital calibrada para la captación de las imágenes, en una cabina de medición de color GTI Mini Matcher (GTI Graphic Technology, NY, EEUU), que permitió establecer las condiciones de iluminación requeridas. Esto permitió obtener imágenes en coordenadas CIE-L*a*b*, siendo L*, luminosidad (0 = negro y 100 = blanco); a*, color rojo (valores positivos) o verde (valores negativos) y b*, color amarillo (valores positivos) o azul (valores negativos). También se calculó el valor de la diferencia de color ΔE (Ecuación 2), que se usa para expresar la magnitud de la diferencia de color entre las muestras y una muestra de control, en este caso las frutillas frescas (^{Pathare et al., 2013}).

Obtención de extractos hidroalcohólicos

Para la caracterización de estas harinas se obtuvieron extractos hidroalcohólicos, mediante agitación. Se utilizó una relación peso de harina de frutillas (g): volumen de solvente (ml) igual a 1:40. Estas condiciones fueron determinadas en ensayos previos y se seleccionaron como óptimas (^{Bonaldi, 2020}).

Se pesaron 10 gramos de harina y se llevaron a un recipiente con 400 ml de mezcla hidroalcohólica al 60% [etanol: agua; 60:40]. El tiempo de extracción fue de 30 minutos y se empleó un extractor batch con agitación continua y agitador de paleta (Dlab OS20-S), sumergido en un baño termostático (Lauda, Alpha A6, Alemania) a 40°C. La velocidad de agitación fue de 70 rpm. Los extractos se filtraron y almacenaron en recipientes opacos a -18 ± 1 °C, para las determinaciones que se detallan a continuación:

Determinación de compuestos fenólicos totales (CPT)

Se utilizó el reactivo de Folin Ciocalteau (^{Waterhouse, 2003}). El método se basa en la oxidación de los compuestos polifenólicos a fenolatos en medio alcalino, formando un complejo de molibdeno-tungsteno de color azul, cuya presencia se mide a 765 nm por espectrofotometría. Se utilizó un espectrofotómetro (Shimadzu UV-1800, Japón). Los resultados se expresaron como miligramos de ácido gálico por cada 100 g de harina [mg de AGE/100 g de harina].

Determinación de antocianinas totales

La determinación de antocianinas totales se realizó según el método propuesto por ^{Di Stefano et al. (1989}), con modificaciones. Se empleó una solución de etanol/agua/ácido clorhídrico concentrado, en proporción 70:30:1, respectivamente. Se midió la absorbancia de las muestras a 540 nm con un espectrofotómetro (UV-1800, Shimadzu, Japón). Los resultados se expresaron como mg equivalentes de malvidin-3-glucósido por 100 g de harina [mg de MGE/100 g de harina].

Determinación de la capacidad antioxidante

La capacidad antioxidante de los extractos de harina de frutilla, se evaluó según el método propuesto por ^{Shimada et al. (1992}). A 1 ml de extracto, se le agregaron 5 mL de solución de difenil picrilhidracilo (DPPH^-) 0,1 mM recién preparada. Se agitó con vórtex y se almacenó por 50 min en la oscuridad. Se midió la absorbancia a 517 nm, con un espectrofotómetro (UV-1800, Shimadzu, Japan). Todas las muestras se analizaron por triplicado. Los resultados se presentaron como el valor promedio y se expresaron como Trolox Equivalente por 100 gramos de harina [mg de TE/100 g de harina], utilizando una curva de calibración a partir de soluciones estándar de Trolox.

Determinación de la capacidad antimicrobiana

Se procedió a la determinación de halo de inhibición por el Método de difusión en agar según el ^{National Committee for Clinical Laboratory Standards (2012)}, modificado.Se ensayaron dos microorganismos: Escherichia coli, con una concentración inicial igual a 1,2 x 10⁸ UFC/mL, y Stafilococcus aureus, con una concentración inicial igual a 1,0 x 10⁷ UFC/mL.

Tratamiento de las frutillas frescas

Láminas de frutillas frescas se trataron en un homogeneizador IKAT25/NK-19G (IKA Works, Wellmington, EEUU), obteniendo una pulpa de frutillas, que se empleó para medir el color.

Esta frutilla procesada también se utilizó para la obtención de extractos hidroalcohólicos, pesando aproximadamente el equivalente a 10 g de fruta anhidra. Se consideró el agua aportada por las frutillas frescas para la preparación de la mezcla extractiva de alcohol: agua y se procedió de la misma manera que ya se explicara para la obtención de extractos hidroalcohólicos obtenidos a partir de las harinas.

Optimización de la temperatura de secado

A los fines de establecer la temperatura óptima de secado que permita obtener harina de frutillas con alto contenido de CPT y capacidad antioxidante, se analizaron las superficies de respuesta para ambos atributos, en función de la temperatura de secado. Para ello, se ajustaron ambas respuestas a un modelo matemático de segundo orden por medio de Minitab 19 (Minitab Statistical Software, Pennsylvania, USA).

Análisis estadístico

Los resultados se informaron como promedio de ensayos triplicados con su desviación estándar. Mediante la aplicación del Software Info Stat Statistical (^{Di Rienzo et al., 2008}), se realizó el Análisis de la Varianza (ANOVA) y, cuando se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre tratamientos, se realizó un Test de Tuckey, para p < 0,05.

Experiencias de secado

En la Figura 2 se presentan los perfiles experimentales del contenido promedio de humedad para las temperaturas de secado ensayadas. A mayores temperaturas del aire de secado, se observan tiempos de secado más cortos y velocidades de secado más altas.

La humedad inicial de las frutillas fue igual a 92,3 g de H₂O/100 g de frutillas (b.h.). Los tiempos necesarios para alcanzar la humedad de equilibrio fueron iguales a 550, 460 y 360 minutos, para 60º, 70º y 80 ºC, respectivamente, resultando ligeramente inferiores a los tiempos informados por ^{Doymaz (2008}), para sus ensayos de secado de frutilla por secado convectivo. En cambio, los tiempos determinados en este ensayo fueron superiores a los valores informados por ^{Krzykowski et al. (2020)}, debido probablemente a las diferentes velocidades del aire de secado utilizadas en cada experiencia.

Fig. 2 Variación del contenido de humedad con el tiempo de secado para láminas de frutillas a las tres temperaturas de secado ensayadas: ■ 60 °C, ▲ 70 °C y ● 80 °C. 

Color de las harinas

El color es un atributo sensorial de gran importancia en un producto alimenticio, ya que es uno de los primeros parámetros observados por el consumidor e influye en sus preferencias. En las frutillas, el consumidor espera un color predominantemente rojo (^{Levate-Macedo et al., 2021}).

La Tabla 1 muestra los valores de las variables colorimétricas obtenidas, para la fruta fresca y para las harinas de frutillas tratadas, a las tres temperaturas de secado propuestas. ^{Ivars y Mora (2020}) determinaron los parámetros de calidad poscosecha en las variedades de frutillas Albión, San Andrea y Aromas. Hallaron para el parámetro L* valores de 32,8 ± 3,0; 33,7 ± 2,8 y 31,5 ± 2,8; para a* 34,62; 36,22 y 31,43 y para b* 18,18; 19,42 y 16,06, respectivamente. Por su parte, ^{Peña Varela et al. (2006}) informaron valores de L^* iguales a 24,67 ± 0,28 y 30,10 ± 0,48, para frutillas variedad Autumn Blissmaduras, en coincidencia con los resultados registrados en este trabajo.

Tabla 1 Variables colorimétricas obtenidas para frutillas frescas y para harinas de frutillas deshidratadas a las tres temperaturas de secado ensayadas 

Tal como se observa en los resultados obtenidos en estos ensayos, en todos los trabajos publicados sobre secado por convección de frutillas, se informaron modificaciones en el color, probablemente producidos por la pérdida de antocianinas, que son compuestos inestables (^{Krzykowski et al., 2020}; ^{Levate-Macedo et al., 2021}). Se encontraron diferencias significativas (p < 0,05) para los tres parámetros entre la muestra sin tratar y las deshidratadas a las tres temperaturas de operación. Mientras que para a*, además, se encontraron diferencias significativas (p < 0,05) entre las muestras tratadas a 60 º y 80 ºC, observándose una tendencia decreciente de este parámetro con el aumento de la temperatura de proceso. Estas modificaciones en el color podrían utilizarse como parámetro de control para la operación de secado.

Puede observarse que las muestras deshidratadas presentan mayores valores de L* que las frutillas frescas, lo que indicaría que la reacción de pardeamiento enzimático o no-enzimático no ha ocurrido excesivamente (^{Mierzwa y Kowalski, 2016}). Similar comportamiento fue informado en los trabajos de ^{Shrivastav et al. (2021}), ^{Núñez-Mancilla (2013}), ^{Askari et al. (2009}) y ^{Sadilova et al. (2007}). También es probable que el contenido de agua de las frutillas frescas haya afectado el valor de este parámetro (^{Krzykowski et al., 2020}). Méndez-Laguna et al. (2017) reportaron un aumento del 7% en el valor de L* cuando calentaron un extracto de frutillas a 95 ºC y pH 3,5, durante 6 h.

Al calcular las diferencias en el color, mediante la Ecuación (2), los resultados obtenidos en este trabajo pueden considerarse como “muy distintos”, de acuerdo a la clasificación propuesta por ^{Pathare et al. (2013}). Este autor considera que las diferencias en el color se pueden clasificar como: muy distintas (ΔE > 3), distintas (1,5 <ΔE < 3) y pequeñas diferencias (1,5 <ΔE). De los valores obtenidos, puede observarse que el cambio total de color, ΔE, fue menor durante el secado por convección a la menor temperatura ensayada, tal como reporta ^{Krzykowski et al. (2020)}.

La exposición al calor puede provocar reacciones químicas responsables de cambiar el color de los alimentos por la degradación de pigmentos sensibles, como es el caso de las antocianinas presentes en las frutillas, al pardeamiento no enzimático o al pardeamiento enzimático (^{Levate-Macedo et al., 2021}). Este último es producido por la oxidación de compuestos fenólicos (por ejemplo, antocianinas y carotenos) y la actividad de la enzima polifenol oxidasa, que estimula la producción de melaninas o-quinonas; mientras que el pardeamiento no enzimático es el resultado de la oxidación del ácido ascórbico, la caramelización o las reacciones de Maillard. El pardeamiento se acelera cuando el contenido de agua es intermedio, mientras que disminuye al final del secado (^{Zielinska y Michalska, 2016}). Para el primer caso, tratamientos previos antes del secado de la fruta (por ejemplo, microondas, óhmicos, radiofrecuencia, escaldado al vapor, tratamiento térmico asistido por ultrasonidos) puede inactivar las enzimas oxidativas y evitar la aparición de efectos indeseables. Los cambios de color provocados por la caramelización y el pardeamiento no enzimático también podrían ser relacionados con el alto contenido de hidratos de carbono, especialmente glucosa y fructosa, que contiene la fruta. Estos azúcares reductores podrían sufrir la reacción de Maillard al reaccionar con compuestos amino durante el secado, debido a la exposición a altas temperaturas (^{Calín- Sánchez et al., 2020}).

Los métodos de deshidratación deben ser diseñados para acelerar el tiempo de secado. En general, el secado por convección produce importantes pérdidas de color y sería necesario combinar tecnologías emergentes, que limiten estas alteraciones al reducir el calor. ^{Szadzinska et al. (2016}), por ejemplo, informaron que el mejor producto seco desde el punto de vista del color fue obtenido después del secado convectivo de frutillas, seguido por ultrasonido (ΔE = 12,23 ± 1,22).

Contenido de compuestos fenólicos totales (CPT)

Los CPT obtenidos a partir de fruta fresca y de fruta deshidratada a las temperaturas ensayadas, se muestran en la Figura 3.

Fig.3. Contenido de compuestos fenólicos totales (CPT) de los extractos de pulpa de frutillas frescas y de harinas de frutillas deshidratadas a 60 ºC, 70 ºC y 80 ºC. 

El contenido de compuestos fenólicos totales en la frutilla fresca fue similar al informado por ^{Krzykowski et al. (2020)}, quienes detectaron contenidos de 2050 mg AGE/100 g harina (b.s.) para frutilla de la variedad Fragaria vesca L. En cambio, fue superior al informado por ^{Cantillano et al. (2012}), quienes encontraron CPT iguales a 1130 mg AGE/100 g de frutilla, para la variedad Camino Real, y de 1250 mg AGE/100 g de frutilla, para la variedad Camarosa. También superaron los valores informados por ^{Rekika et al. (2005}), quienes encontraron valores entre 424,5 y 937,1 mg AGE/100 g, probablemente debido a los diferentes genotipos estudiados. Otros autores encontraron valores entre 1137 y 2112 mg AGE/100 g en frutillas, cuando analizaron veinte variedades de frutos rojos. Los compuestos fitoquímicos eran altamente dependientes del cultivar de frutillas, mientras que las variaciones estacionales tuvieron un efecto comparativo (^{Scalzo et al., 2013}).

Desde el punto de vista de su acción sobre la salud, se debe ser cuidadoso en la interpretación de estos contenidos, ya que los polifenoles pueden tener una biodisponibilidad limitada, pueden ser ampliamente metabolizados y eliminados rápidamente (^{Pantelidis et al., 2007}).

Como se aprecia en la Figura 3, el CPT aumentó en los extractos hidroalcohólicos para las temperaturas de secado de 60º y 70 ºC, diferenciándose significativamente. ^{Martin-Gómez et al. (2020}) también encontraron aumentos en el contenido de CPT cuando deshidrataron blueberris, encontrando mayores incrementos a temperaturas más elevadas, del orden de los 90 ºC. En cambio, ^{Méndez-Lagunas et al. (2017}), informaron una disminución en el contenido de compuestos fenólicos de frutillas durante el secado, a temperaturas de 50º y 60 ºC, y ^{Krzykowski et al. (2020)} también observaron una ligera disminución en los valores de CPT, cuando deshidrataron frutillas por secado convectivo entre 20º y 60 ºC.

La modificación en el contenido de CPT puede explicarse por tres posibilidades: mecanismos que incluyen la liberación de compuestos fenólicos conjugados, tales como el ácido ferúlico, vanílico y p-coumárico; la degradación parcial de la lignina, que lleva a la liberación de derivados del ácido fenólico, y el comienzo de la degradación térmica de los compuestos fenólicos. Estas reacciones dan como resultado un equilibrio entre los mecanismos que aumentan y los que disminuyen la concentración de compuestos fenólicos (^{Luisetti, 2023}). Según el sustrato, las temperaturas y las técnicas de secado utilizadas, el contenido de CPT podría aumentar o disminuir. En estos ensayos, se obtuvieron aumentos favorables para las temperaturas de 60º y 70 ºC.

Contenido de antocianinas^{Tylewicz et al. (2019) Morales-Delgado et al. (2014)}

La composición de las antocianinas en frutillas es diversa y los pigmentos más abundantes son cianidina-3-soforósido, cianidina-3-glucosil-rutinósido, cianidina-3-glucósido y cianidina-3-rutinósido, dependiendo del cultivar. Las antocianinas poseen la capacidad de regular la actividad de la ciclooxigenasa II, que inhibe la proliferación de varias líneas celulares de cáncer humano. Poseen propiedades antiinflamatorias e influencian el metabolismo de lípidos y carbohidratos, inducen la segregación de insulina e incrementan la función de adipocitos, manifestándose contra la obesidad (^{Kostecka-Gugała et al., 2015}).

La Figura 4 muestra los resultados obtenidos para el contenido de antocianinas totales. Se observa una disminución en función del incremento de la temperatura de secado. Se encontraron diferencias significativas para las muestras provenientes de las harinas deshidratadas a 70 º (28 %) y 80 ºC (41 %), respecto de las deshidratadas a 60 ºC y de las frutillas frescas.

Fig.4. Antocianinas totales de los extractos de pulpa de frutillas frescas y de harinas de frutillas deshidratadas a 60 ºC, 70 ºC y 80 ºC. 

Capacidad antioxidante

Fig.5. Capacidad antioxidante de los extractos de pulpa de frutillas frescas y de harinas de frutillas deshidratadas a 60 ºC, 70 ºC y 80 ºC. 

En la Figura 5 se muestran los resultados de la capacidad antioxidante de frutillas frescas y de las harinas de frutillas obtenidas a las tres temperaturas de secado. Se aprecia un aumento en la capacidad antioxidante con el aumento en la temperatura de deshidratación de las frutillas. Este aumento en la capacidad antioxidante se encuentra en correspondencia con los valores encontrados para los compuestos fenólicos totales, que también mostraron un aumento para 60º y 70 ºC.

Estos resultados coinciden con lo informado por ^{Martin-Gómez et al. (2020}), quienes detectaron aumentos en la capacidad antioxidante al secar blueberries. En cambio, difieren de lo informado por ^{Méndez-Lagunas et al. (2017}) quienes observaron una disminución en la capacidad antioxidante, atribuyendo esa disminución a la descomposición de los compuestos responsables de esta actividad y a sus cambios estructurales. ^{Krzykowski et al. (2020)}, ^{López-Ortiz et al. (2020}) y ^{Sadowska et al. (2020}) también detectaron disminuciones en la capacidad antioxidante durante el secado convectivo de frutillas.

Al correlacionar los resultados del contenido de compuestos fenólicos totales y de la capacidad antioxidante, se obtuvo un coeficiente de determinación R² igual a 0,73. La correlación de la capacidad antioxidante y el contenido de antocianinas arrojó un R² igual a 0,34. Estos resultados indican una dependencia entre la capacidad antioxidante y los CPT, estimándose que estos compuestos podrían ser los responsables del incremento en la capacidad antioxidante.

Capacidad antomicrobiana

La Figura 6 muestra que los extractos hidroalcohólicos obtenidos a partir de las frutillas frescas y deshidratadas no tuvieron efecto inhibitorio frente a Escherichia coli y Staphylococus aureus. Los extractos se ensayaron tal como fueron obtenidos, es decir, no fueron concentrados.

Fig.6. Ensayos de capacidad antimicrobiana de los extractos hidroalcohólicos al 60% obtenidos por agitación a partir de pulpa de frutillas frescas (1) y de harina de frutillas deshidratadas a (2) 60 ºC, (3) 70 ºC y (4) 80 ºC. 

No se continuó esta línea de investigación por considerar que resultaría más importante aprovechar el aporte nutricional de estos extractos que insistir en considerar su actividad antiomicrobiana. Es factible que resulte posible aislar compuestos con capacidad antimicrobiana, como lo hicieron ^{Fukai et al. (2005}), quienes obtuvieron nueve 2-arilbenzofuranos a partir de varias especies de moras, los cuales demostraron tener capacidad antimicrobiana frente a Staphylococcus aureus, Micrococcus luteus, Bacillus subtilis, Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae y Pseudomonas aeruginosa.

Optimización de la temperatura de secado

Por medio de los ajustes realizados al analizar las superficies de respuesta para CPT y capacidad antioxidante, se obtuvieron las siguientes ecuaciones de regresión, donde T es la temperatura:

Un R^2 del 98,68% para CPT totales sugiere que el modelo explica casi el 99% de la variabilidad en esta respuesta. Del mismo modo, un R^2 del 91,52% para la capacidad antioxidante también indica un adecuado ajuste del modelo. Por otro lado, se pudo observar que tanto la T como la T² son altamente significativos en el modelo, arrojando un p-valor para ambos coeficientes en la Ecuación (3) de 0,002 y 0,001, respectivamente, y de 0,028 para ambos casos, en la Ecuación (4). Esto significa que la temperatura de secado y su efecto cuadrático tienen un impacto significativo en CPT y en la capacidad antioxidante.

Posteriormente, se realizó la optimización de ambas respuestas, buscando obtener la temperatura de secado que maximice los dos valores. Para ellos se procedió a planear la optimización simultánea ponderando por igual ambas respuestas. Se obtuvo que a la temperatura de secado igual a 70 ºC se logró maximizar ambas respuestas, con una deseabilidad global del 0,9841. Esto significa que el punto de operación (la temperatura de secado de 70 ºC) es muy satisfactorio en términos de maximizar ambas respuestas de manera equitativa.