Introducción

La manzana (Malus domestica Borkh) es una de las frutas más cultivadas en todo el mundo (FAOSTAT, 2014). En México se produjeron 716,000t de manzana en 2014, siendo Chihuahua el principal estado productor, con una participación del 77% de la producción nacional. Entre las principales variedades cultivadas en el país destacan la Red Delicious, Golden Delicious y Red Chief (SIAP, 2014). La producción nacional de manzana está destinada al consumo en fresco en las mejores calidades, con un volumen del 70%, en tanto que el 30% restante se utiliza en la agroindustria, especialmente para la producción de jugos y néctares (Unifrut, 2007).

La calidad organoléptica del jugo de manzana depende del sabor, el cual es el resultado de dos sensaciones: gusto y aroma (Abrodo et al., 2010; Nikfardjam y Maier 2011). El aroma de las frutas y de los jugos obtenidos a partir de ellas, está conformado por compuestos volátiles, que son de gran importancia ya que tienen una gran influencia en el sabor. En la manzana se han identificado ~400 compuestos volátiles (Forney et al., 2009) con diferentes estructuras químicas (Rowan et al., 1999). La biosíntesis de estos compuestos volátiles involucra vías bioquímicas con diferentes enzimas y sustratos, siendo los ácidos grasos los principales precursores; estos son catabolizados a través de dos principales rutas oxidativas: β-oxidación y lipoxigenasa (Pérez y Sanz, 2008). A través de estas rutas bioquímicas son sintetizados compuestos volátiles tales como aldehídos, alcoholes y ésteres. Los aldehídos son los compuestos volátiles predominantes en manzanas inmaduras (De Pooter et al., 1987); por su parte, en manzanas maduras los alcoholes y ésteres se encuentran en mayor concentración (Flath et al., 1967).

Algunos compuestos son especialmente importantes en el jugo de manzana; entre estos, ésteres como el acetato de butilo y el acetato de hexilo son importantes contribuyentes del olor de la manzana y por lo tanto, importantes también en el olor del jugo (Dixon y Hewett, 2002). Los compuestos volátiles característicos del jugo de manzana recién extraído son producidos por la oxidación de lípidos o metabolitos de aminoácidos, después de triturar las manzanas. Los tratamientos de temperatura y la pasteurización, activan las enzimas y parecen inducir la oxidación de lípidos en el jugo de manzana y enriquecer los sabores (Su y Wiley,1998).

El color es otro de los parámetros de calidad importantes en los jugos derivados de frutas, debido a que es el primer atributo sensorial que percibe el consumidor (Arévalo et al., 2012). El pardeamiento, tanto enzimático como no enzimático, es el problema más importante que presentan muchos concentrados de jugos de fruta (Toribio y Lozano, 1984). El pardeamiento enzimático es una reacción de oxidación en la que interviene como sustrato el oxígeno molecular. La enzima responsable del pardeamiento enzimático, la que entra en contacto con el O2 recibe el nombre de polifenoloxidasa (PFO), (Bauman, 1982). El daño en el tejido de la manzana que ocurre durante el procesamiento trae como consecuencia el aumento del contacto entre la enzima y el sustrato, incrementando por lo tanto el pardeamiento enzimático (Kim et al., 1993). El control de la actividad de la PFO es importante en el procesamiento y en la conservación de los alimentos, ya que podría promover el obscurecimiento en frutas y sus subproductos. Gübeli (2012) reporta un valor de 7,5 como límite de pardeamiento aceptable. Otras reacciones de degradación de pigmentos, en particular carotenoides y clorofila, igualmente afectan el color de productos de manzana procesada (Cortés, 2008). Dado que las melaninas formadas por la PFO afectan la venta, así como su calidad sensorial y nutricional, su estudio es importante, (Weemas et al., 1999).

Debido a que los sabores naturales de la manzana se modifican durante el proceso de fabricación del jugo, el presente estudio fue llevado a cabo para conocer el efecto de la combinación de materia prima y del proceso para la obtención del jugo, sobre la concentración de compuestos volátiles (CV), sólidos solubles totales (ºBrix), acidez titulable (porcentaje de ácido málico; %AM), actividad de polifenoloxidasa (PFO) y color del jugo, en comparación con el jugo recién extraído, cuyo sabor es preferido por el consumidor.

Materiales y Métodos

La presente investigación fue realizada con muestras de jugo aportado por una empresa de Cuauhtémoc, Chihuahua, México. Las muestras obtenidas fueron de jugo recién extraído (RE), después del periodo de oxidación (OX) y después del proceso de pasteurización (PS). Para la obtención del jugo se emplearon las siguientes cinco combinaciones de manzanas:

1. C-1. 1600kg de manzana Golden Delicious, tamaño canica + 400kg de manzana Red Delicious, tamaño canica (oxidación 40min a 30ºC).

2. C-2. 2000kg de manzana Golden Delicious, tamaño canica (oxidación con jugo de C-1).

3. C-3. 2000kg de manzana Golden Delicious tamaño estándar (oxidación 20min a 20ºC).

4. C-4. 2000kg de manzana Golden Delicious tamaño estándar + 200kg de manzana Red Delicious, tamaño estándar (oxidación 30min a 21ºC).

5. C-5. 2000kg de manzana Golden Delicious, tamaño estándar + 2000kg de manzana Golden Delicious, tamaño canica (oxidación 40min a 40ºC).

El estudio se estableció bajo un diseño experimental en parcelas divididas, en donde las parcelas corresponden a cinco combinaciones de materia prima usadas (C1-C5) y las subparcelas a las etapas (RE, OX y PS) en el proceso de la elaboración de jugo. Las variables evaluadas fueron: sólidos solubles totales (ºBrix), acidez titulable (% de ácido málico), compuestos volátiles, actividad enzimática y color del jugo.

Sólidos solubles totales

El contenido de sólidos solubles en el jugo de manzana se determinó con un refractómetro ATC-1E (Atago Ltd., Tokio, Japón) con una escala de 0-32ºBrix, a 22ºC.

Acidez titulable

La medición de la acidez titulable se realizó en una muestra de 10 ±0,1ml de jugo de cada una de las repeticiones, diluidos en 50 ±0,1ml de agua destilada, mediante titulación, utilizando hidróxido de sodio 0,1N y fenoftaleína como indicador. Los valores se expresaron como % de ácido málico (% AM).

Compuestos volátiles

La concentración de compuestos volátiles (CV) en las manzanas se determinó por cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (Varian Saturn 2100D GC/MS), utilizando la técnica de microextracción en fase sólida (SPME). Para ello se colocaron 2ml de muestra en viales de 4ml conteniendo 0,65g de NaCl y una barra magnética para su agitación. Para la adsorción de los compuestos volátiles del espacio de cabeza del vial se utilizó una fibra PDMS-DVB (65µm, Supelco), que fue expuesta durante 60min a temperatura ambiente con agitación. Los compuestos volátiles fueron posteriormente desorbidos en el puerto de inyección del cromatógrafo de gases equipado con una columna capilar Equity-1 (60m × 0,25mm × 0,25µm; Supelco). Las condiciones para la cromatografía fueron: temperatura del inyector de 200ºC, temperatura inicial del horno de 33ºC sostenida durante 5min, incrementando a 50ºC a razón de 2ºC/min, e incrementando nuevamente la temperatura a 250ºC a razón de 5ºC/min, sosteniéndola durante 6,5min. Se utilizó helio como gas acarreador con una velocidad lineal de 30cm·s-1. Los espectros de masas se obtuvieron mediante ionización electrónica a 70eV. Las temperaturas de la línea de transferencia y de la trampa de iones fueron 250 y 180ºC, respectivamente. La identificación de los compuestos volátiles se realizó por comparación de los espectros de masas obtenidos de las muestras contra los reportados en la biblioteca NIST 98. Todos los valores representan el promedio de tres repeticiones.

Actividad enzimática

El extracto enzimático se obtuvo de la mezcla de 10ml de jugo de manzana con 10ml de buffer Mcllvaine, centrifugando por 10min a 3900rpm y filtrando el jugo con papel Whatman Nº 1 de 125mm de diámetro. Del extracto enzimático, 0,5ml fueron colocados en una celda de cuarzo y se añadieron 2ml de buffer Mcllvine y 1ml de solución de catecol. Se midió el incremento de absorbancia a 420nm por min por ml de muestra. Una unidad de actividad enzimática se define como el cambio en absorbancia a 420nm por min por ml de jugo de muestra (Gui et al., 2006).

1. donde m: pendiente de gráfica de absorbancia de la reacción de polifenoloxidasa en función de tiempo y Vol: volumen del extractó enzimático usado en la celda (ml).

El porcentaje de inhibición enzimática se calculó como % de Inhibición= (AE inicial - AE tratamiento) × 100/AE inicial donde AE inicial: cantidad enzimática que tiene el jugo de manzana recién molido, AE tratamiento: cantidad enzimática que tiene el jugo de manzana.

Color

Para medir el color se utilizó el colorímetro Minolta CR-300 en la escala CIE L*a* b*, donde L*: indicador de luminosidad; a*: cromaticidad en el eje verde (-) a rojo (+); b*: cromaticidad en el eje azul (-) a amarillo (+). El colorímetro se fijó en un lugar con luz uniforme y un fondo blanco para colocar el recipiente de acrílico de forma cubica (10×10×10cm) y un volumen de 65ml de muestra. Fueron realizadas tres repeticiones por tratamiento.

Análisis estadístico

Para el análisis de los datos se utilizó el paquete estadístico SAS versión 9 (SAS Institute, Kary, NC, EEUU). Se realizó un análisis de varianza y comparación de medias de acuerdo a LSD Fisher, con un nivel de confiabilidad del 95% (alfa= 0,05).

Resultados y Discusión

La Tabla I muestra el %AM y los ºBrix presentes en cada una de las cinco combinaciones estudiadas. Se puede observar que no hay un efecto significativo en el %AM después del proceso de pasteurización y que la combinación con mayor porcentaje de ácido málico fue C-4. En esta misma combinación se encontró el mayor contenido de ºBrix después del proceso de pasteurización, al igual que en las combinaciones C-1 y C-3.

La Tabla II muestra los compuestos volátiles (CV) que fueron identificados en el jugo recién extraído y después de su pasteurización. Se puede observar que la abundancia relativa de los CV en las distintas combinaciones sufre cambios después del proceso de pasteurización. El total de la abundancia relativa de los CV se ve disminuida en C-2 y C-3, en el caso de la C-2 el jugo fue oxidado con jugo de la combinación C-1, disminuyendo la concentración de CV un 35%. Por su parte, el jugo de la combinación C-3 tuvo el menor tiempo de oxidación (20min) y la menor temperatura (20ºC) de las empleadas en este estudio, disminuyendo la concentración de CV un 37% después de ser pasteurizado. La combinación que obtuvo la mayor abundancia de CV fue C-4, la que después del proceso de pasteurización solo disminuyó en un 1% su concentración; el jugo se obtuvo de la combinación de manzana Golden tamaño estándar con manzana Red Delicious tamaño estándar, con tiempo de oxidación de 30min y una temperatura de 21ºC.

Los principales compuestos que se produjeron en esta combinación en el jugo recién extraído fueron, por orden de abundancia: 1-butanol, hexanal, acetato de 3-metil butilo, 1-hexanol, acetato de hexilo y 2-hexenal, que representan el 92% del total de CV producidos en C-4. Estos compuestos han sido descritos con aroma dulce, a verde, dulcefrutal-manzana, fruta-ligeramente graso, dulce-frutal-floral y manzana verde, respectivamente (Rizzolo et al., 1989). Después del proceso de pasteurización prevalecieron en abundancia estos mismos compuestos, modificándose su orden a: hexanal, acetato de 3-metil butilo, 1-hexanol, 1-butanol, 2-hexenal y acetato de hexilo, representando ingualmente el 92% del total. La siguiente combinación en presentar mayor concentración de CV después del proceso de pasteurización fue la C-5, donde los principales volátiles por orden de abundancia fueron: 1-hexanol, acetato de butilo, hexanal, acetato de hexilo, acetato de 3-metil butilo y 2-hexenal, que constituyeron el 92% del total. En este caso la descripción de aroma sería en el siguiente orden: fruta-ligeramente graso, frutal-etéreo, verde, dulce-frutal-floral, dulce-frutal-manzana y manzana verde (Rizzolo et al., 1989).

Su y Wiley (1998) señalan que durante los tratamientos de temperatura y pasteurización se activan enzimas que parecen inducir la oxidación de lípidos en el jugo de manzana y enriquecer sabores. En el presente estudio después del proceso de pasteurización, se tuvo un incremento de compuestos volátiles solo en las combinaciones C-1 y C-5. En ambos casos, el tratamiento de oxidación tuvo el mayor tiempo 40min.

En la Figura 1 se muestran los resultados de Luminosidad (L*), las tres primeras combinaciones en las distintas etapas del proceso. Las mismas mostraron datos similares con valores entre 44,04 y 48,87, lo que indica que los jugos provenientes de estas combinaciones de manzana tuvieron menor luminosidad que las C-4 y C-5, cuyos valores van desde 82,61 hasta 97,26. Una disminución del valor de L* se asocia a un aumento del pardeamiento enzimático (Kim et al., 1993).

En la Figura 2 se muestra que la combinación C-1 obtuvo los valores de a* más altos, lo cual indica que el color de este jugo tiende a ser de un color rojo más intenso, seguido de la C-3 y C-2. Por su parte, C-4 y C-5 disminuyen en el valor de a*, ya que el color de estos jugos tienden hacia la tonalidad anaranjada. La etapa de oxidación (OX), tiene gran influencia sobre el parámetro a*: el valor en la combinación C-1 se reduce, lo que implica que el color del jugo tienda a rojo más pálido; en C-2 y C-3, los valores aumentan cerca del doble, lo que hace que el color de estos jugos se vuelva un rojo más fuerte. Un comportamiento similar, pero con un mayor incremento en el valor de a*, se observó en C-4 y C-5, las cuales muestran valores después de la etapa de oxidación, que van hacia un jugo de color rojo oscuro. En la etapa final de pasteurizado (PS) los valores de las combinaciones 1, 2, 3 y 5 se reducen, lo que origina un jugo de color rojo claro; el valor en C-4 aumenta, cambiando su color a una tonalidad rojo oscuro. Un incremento en el valor de a* puede ser causado por la degradación de pigmentos de clorofila (Cortés, 2008). El jugo obtenido de las diferentes combinaciones de manzana se considera con pardeamiento en las distintas etapas del proceso. El límite de aceptabilidad pardeamiento reportado es de 0,1 hasta 7,5 (Gübeli, 2012). De acuerdo con este valor, el jugo que más se acerca al límite es el obtenido con C-5.

En la Figura 3 se observa que cuando el jugo esta recién extraído (RE), la combinación C-1 tiene los valores más altos en el parámetro b*, seguido de C-3 y C-2, mientras que C-4 y C-5 muestran los valores más bajos. Cuando es oxidado (OX), únicamente C-1 muestra una disminución, mientras que las cuatro combinaciones restantes se elevan, siendo las C-2 y C-3 las que presentas valores altos; estos jugos fueron hechos con la misma variedad de manzana Golden Delicious. Al ser pasteurizado el jugo (PS), todas las combinaciones disminuyen el valor de b* e incluso C-4 presenta valores negativos, pero es C-5, la combinación que al final del proceso presenta el valor que representa menor pardeamiento. Esta combinación es de manzana Golden Delicious.

Cuando el jugo se oxidó solo disminuyó C- 1; las cuatro combinaciones restantes tuvieron un incremento en el valor de b*, aclarándose el jugo. Después del proceso de pasteurización todas las combinaciones presentan una disminución en el valor de b*, e incluso C-4 muestra valores negativos, lo que indica que está combinación tiende a tener mayor pardeamiento.

Como se muestra en la Figura 4, C-5 presenta la mayor actividad de PFO del jugo recién extraído. Cuando el jugo se oxida (OX) la actividad de la enzima en todos los jugos disminuye, a excepción de la combinación C-2, que permanece constante. Está combinación, al haber sido oxidada mediante la mezcla con el jugo de C-1, se mantuvo en una temperatura de 30ºC, a diferencia de las otras combinaciones. En la última etapa de pasteurización, todas las combinaciones tienen valores menores en la actividad de la PFO. En ninguna de las combinaciones se inhibe totalmente la actividad enzimática, las combinaciones 1, 2, 4 y 5 mostraron valores muy bajos de pardeamiento; solo C-2 presentó valores más altos. Como ya se mencionó, a diferencia del resto, en esta combinación no se utilizó temperatura para ser oxidada, se usó jugo de C-1, lo que podría ser el determinante de la presencia de actividad enzimática.

Conclusiones

El jugo elaborado con la combinación de manzanas Golden Delicious de tamaño canica y estándar fue el que presentó los mejores valores de L*a*b*, indicativos de menor pardeamiento, menor actividad de la enzima polifenoloxidasa y de los valores más altos de compuestos volátiles. Sería recomendable establecer un modelo de seguimiento uniforme para la elaboración de este jugo, con características similares, en la medida de lo posible, a las utilizadas en estas combinaciones, donde se utilizó un tiempo de oxidación de 40min a 40ºC antes del proceso de pasteurización.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen al Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo A.C. Cuauhtémoc y a PRODEP UACH-PTC-315.

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