Capítulo 3 resultados y analisis de resultados



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CAPÍTULO 3


3. RESULTADOS Y ANALISIS DE RESULTADOS

Para establecer un procesamiento térmico que considere un tiempo de calentamiento térmico adecuado a una temperatura específica, se realizó el análisis de los resultados obtenidos en las pruebas experimentales, empezando con el análisis físico-químico y estandarización de la fruta previo al tratamiento térmico. Luego, se efectuó el estudio de las cinéticas de inactivación térmica; iniciando con el análisis de la velocidad a que tiene lugar el proceso de inactivación de la enzima PME a una temperatura dada. Posteriormente se realizó las curvas de inactivación térmica, a las diferentes temperaturas experimentales, y también se determino la energía de activación. Adicionalmente, se analizó la característica reológica que presenta la pulpa. A continuación, se determinó el tiempo de inactivación térmica de la enzima PME, mediante el análisis de los resultados derivados tanto del cálculo teórico, como de los ensayos reológicos realizados. Finalmente, se realizó el análisis estadístico de la prueba sensorial y la caracterización de la pulpa con tratamiento térmico.




3.1 Análisis físico-químico y estandarización de la fruta passiflora quadrangularis previo tratamiento térmico.

La fruta en un total grado de madurez, es adecuada para mezclar el arilo (semillas) con el mesocarpio (pulpa). En ese estado los sólidos solubles del arilo presentan su máximo valor, por lo que la fruta se encuentra en un estado de mayor concentración de azucares, este valor corresponde a 14,9 ºBrix en la pulpa, condición que se obtiene entre el cuarto y quinto día de almacenamiento a condiciones ambientales. Además, en este estado de madurez la pulpa muestra un pH medianamente ácido 5,72 y un valor de concentración de acido cítrico casi al mínimo % 0,076 (14).


La fruta en estado de madurez total presenta una coloración entre verde claro y predominantemente amarillo, mostrando una consistencia suave al tacto. En la tabla 4, se incluyen los resultados conseguidos del análisis químico del mesocarpio (pulpa) y arilo, y de estandarización.




TABLA 4. CARACTERISTICAS QUIMICAS DEL MESOCARPIO Y ARILO DE LA BADEA Y ESTANDARIZACIÒN


CARACTERÌSTICAS

MESOCARPIO

ARILO



mínimo

máx.



mínimo

máx.

Sólidos solubles ºBrix

7,00

6.50

8.00

14.70

14.50

14.90

pH

5.40

5.10

5.74

4.09

4.06

4.12

ESTANDARIZACIÒN

MEZCLA



mínimo

máximo

Sólidos solubles ºBrix

8.00

7.30

8.20

pH

4.50

-

-

*Acidez (%)

0.107

0.096

0.128

Acido Ascórbico (mg/100g)

30.00

26.00

32.30

*Expresado como porcentaje de ácido cítrico

Elaborado por: Andrea Guerrero

Diferencias en las características químicas de las frutas, frente a patrones de madurez, suelen ser por el manejo post-cosecha que se realice. Ejemplo: tiempo y condiciones de transporte y almacenamiento previo a la venta; locación geográfica, entre otras; que influyen en la maduración de la fruta.

De acuerdo a bibliografía la mayor parte de las enzimas presentan su actividad máxima a pH entre 4,5 – 8 y esta suele mantenerse sólo, aunque no siempre es así, en un rango de pH bastante estrecho. La actividad de la enzima depende de la concentración de iones de hidrógeno (pH) porque esto afecta el grado de ionización de los aminoácidos del centro activo, del sustrato o del complejo enzima-sustrato (4). Por lo expuesto, se estandarizo las pruebas realizadas, con el fin de que no existieran variaciones en el pH.


3.2 Evaluación de las cinéticas de inactivación enzimática de la

PME

El tratamiento térmico efectuado a las muestras (detallado en la sección 2.1.2 del Capitulo 2) presentó un tiempo de levante (tiempo requerido para alcanzar la temperatura de tratamiento) entre 42 y 60 segundos, en un rango de temperatura de 70 a 90ºC. Se observó que el tiempo de levante es proporcional a la temperatura; ya que conforme ésta aumenta, el tiempo de levante lo hace también. La velocidad de la penetración de calor depende de la diferencia de temperatura entre la temperatura del baño y la muestra.


La actividad enzimática de pectinmetilestersa encontrada en la muestras sin tratamiento térmico fue en promedio 1,105 UPE/ml. En la tabla 5, están incluidas las actividades de la pectinesterasa, reportados en algunas frutas. La diferencia en la actividad enzimática se debe principalmente a la composición química y estructura de cada fruta analizada.




TABLA 5. ACTIVIDAD DE PECTINESTERASA


FRUTA

UPE/ml.

Mango manila

0,045

Maracuyá purpura

0,500

Maracuyá

0,043

Badea*

1,105

Guanábana

4,590

*Determinada en este trabajo



Fuente: 10

Para el estudio de la inactivación térmica de la enzima PME es imprescindible conocer su cinética, y en concreto la velocidad con la que se produce su inactivación, aspecto que viene dado por la constante de velocidad (K). También es importante conocer el efecto de la temperatura sobre la cinética de inactivación. Para ello se realizó las graficas de inactivación enzimática de la PME para cada temperatura de estudio, graficando UPE/UPE0 en escala logarítmica natural contra el tiempo en que se llevó a cabo el experimento, tal como se muestra el la figura 3.1.




FIGURA 3.1 INACTIVACION TERMICA DE ENZIMA PME EN PULPA DE BADEA A DIFERENTES TEMPERATURAS.

Se puede observar que a medida que la temperatura se incrementa, las graficas presentan una mayor pendiente, lo que indica que a mayor temperatura y tiempo de tratamiento térmico la actividad de la enzima disminuye. Este comportamiento se da como resultado de los cambios en la estructura que sufre la enzima PME frente al calor. Dicho cambio va asociado con la alteración de las superficies de las moléculas de la enzima, rompiendo las ligaduras y abriendo anillos de las moléculas de la proteína, con su disociación y perdida de la estructura, lo que genera una desnaturalización irreversible de la enzima, la cual sigue una cinética de primer orden (4). La actividad de la enzima pectinmetilesterasa se determina mediante el método del pH estático, el cual se basa en la cuantificación de grupos carboxil formados por la hidrólisis de los enlaces éster metílicos de la pectina, lo cual es medido mediante titulación con álcali (NaOH) y un potenciómetro para monitorear la producción de iones H+ (12). De acuerdo a lo expuesto anteriormente, a menor temperatura de tratamiento térmico se obtiene una menor inactivación enzimática, por ende se requiere un mayor consumo de álcali (NaOH) para neutralizar los iones H+ formados. Esto se observa con el incremento de UPE (unidades de pectinmetilestersa), mediante el uso de su respectiva fórmula la cual indica las unidades de pectinmetilesterasa presentes por mililitro de muestra y al utilizar UPE en el índice de actividad residual (ln UPE/UPE0) se puede apreciar que se tiene una mayor actividad enzimática en comparación con una mayor temperatura.


Por ejemplo, a la temperatura de 70ºC, en el tiempo cuatro minutos se tiene un consumo de 15,85 ml. de NaOH, con lo que se obtiene 0,793 UPE/ml y mediante el índice de actividad residual se calcula la actividad residual, la cual es 75,65%. Los datos se pueden observar en la tabla 6. En comparación con la temperatura de 80ºC, al tiempo de cuatro minutos se tiene un consumo de 6,5 ml de NaOH, con lo que se obtiene 0,325 UPE/ml y mediante el índice de actividad residual se obtiene 47,6% de actividad residual.



TABLA 6. ACTIVIDAD RESIDUAL DE LA ENZIMA PME A 70ºC A TRAVES DEL TIEMPO


TIEMPO(min)

CONSUMO NAOH (ml)

UPE/ml

ln (UPE/UPE0)





0

20,95

1,048

0.0000

1

20,40

1,020

-0,0266

4

15,85

0,793

-0,2790

7

11,95

0,598

-0,5614

10

10,20

0,510

-0,7198

Elaborado por: Andrea Guerrero


3.2.1 Determinación de valores D, Z y Ea
A partir de las pendientes de las curvas de cinéticas de inactivación enzimática, se determinaron las constantes de velocidad K (Tabla 7). Se aprecia que conforme aumenta la temperatura la constante K aumenta, lo que nos demuestra que a menores temperaturas de tratamiento térmico, se requiere de tiempos más largos para la inactivación enzimática, ya que la constante de velocidad de inactivación K es menor. A partir de K, se calculó D (Tabla 8), a las diferentes temperaturas de tratamiento térmico.

TABLA 7. VALORES DE CONSTANTE DE VELOCIDAD (K) DE LA ENZIMA PME EN PULPA DE BADEA


TEMPERATURA (°C)

K

(min-1)

70

0,0764

80

0,1350

90

0,2512


Elaborado por: Andrea Guerrero

Con el propósito de conocer la dependencia de la actividad de la enzima PME frente a la temperatura se grafico el logaritmo de los valores D frente a la temperatura, obteniendo la grafica de inactivación térmica. Otra opción es mediante el uso de la ecuación de Arrhenius.

Con la pendiente de la gráfica mostrada en la figura 3.2, se calculo el parámetro Z, éste se presenta en la tabla 8. Los valores reportados de acuerdo a referencias tienen un gran rango de variación, como se manifiesta en la tabla 9. Dichas variaciones se pueden deber a las características físico-químicas propias de cada alimento evaluado, así como del método que se aplico para la determinación de la actividad enzimática (10).



FIGURA 3.2 GRAFICA PARA EL CÁLCULO DEL

PARAMETRO Z DE LA ENZIMA PME

TABLA 8. VALORES D Y Z PARA LA INACTIVACION DE LA ENZIMA PME


TEMPERATURA °C

LOG D

D(min)

Z °C

70

1,48

30

38

80

1,23

17

90

0,95

9


Elaborado por: Andrea Guerrero

Para establecer la energía de activación Ea (Energía requerida para activar las moléculas que van a sufrir una reacción (4)), se relacionó la constante de velocidad de inactivación K y el inverso de la temperatura absoluta. A partir de la pendiente de la figura 3.3, se calculó la energía de activación, la cual es de 61,56 Kj/mol (14,71 Kcal/mol). Es decir se requiere de 14,71 Kcal para que las moléculas de la enzima PME se activen y puedan así sufrir una reacción de inactivación. La Ea conseguida se encuentra dentro del rango de energía de activación requerido para llevar a cabo una destrucción enzimática 12-100 Kcal/mol (5).



TABLA 9. VALORES Z PARA DIVERSAS FRUTAS


FRUTA

Z ºC

Jugo de tomate variedad Monteroso

31,2

Jugo de acerola

4,71

Puré mango manila

10,5

Néctar Papaya

15,3

Puré de papaya

14,2

Puré de tamarindo

37,87

Jugo de maracayá

34,20

Guayaba en jarabe sacarosa

38,04

Puré de guanábana

36,94

Néctar piña-guayaba-mango

37,04



Fuente: 10


FIGURA 3.3. GRAFICA DE ARRHENIUS

3.3 Caracterización reológica de la pulpa

Siguiendo la metodología descrita en el punto 2.2 del capítulo 2, se determinó el tipo de fluido al cual pertenece la pulpa fresca. Lo que nos lleva al análisis de los resultados descrito a continuación. En la figura 3.4., se observa que al graficar los valores de la velocidad de rotación expresada en segundos contra la viscosidad aparente, ésta presenta una curvatura, la cual es característico de los fluidos no newtonianos, y en forma particular de los seudoplásticos. Éste tipo de fluidos muestran una disminución en la viscosidad, con un incremento en la velocidad de corte (6). La grafica se realizó con los resultados obtenidos de la tabla 10. Igual comportamiento presentaron todos los casos efectuados en este trabajo.





FIGURA 3.4 CAMBIO DE LA VISCOSIDAD APARENTE A DIFERENTES VELOCIDADES DE ROTACION (RPS.)

Hay varias razones para explicar este comportamiento. Un líquido que aparenta ser homogéneo podría de hecho contener partículas microscópicas sumergidas en este. Cuando estos líquidos son sujetos a un corte, las partículas distribuidas aleatoriamente podrían orientarse ellas mismas en la dirección del fluido; similarmente, partículas enroscadas podrían deformarse y estirarse en la dirección del fluido. Cualquier partícula aglomerada podría romperse en pequeñas partículas (6). Esta ruptura o reorganización continúa de la estructura, da como resultado una menor resistencia al flujo presentando por ende una mayor fluidez (16). Esto usualmente es reversible. Por ende cuando la acción de corte es parada, después de un tiempo, las partículas retornan a su original forma y las partículas separadas podrían volver aglomerarse (6).


Luego de comprobar el comportamiento no-newtoniano de la pulpa, por la disminución de la viscosidad aparente registrada conforme aumenta la velocidad rotacional, se estableció que la muestra responde a un comportamiento seudoplastico. Por lo que, se dio paso al cálculo de los parámetros reológicos n y k, mediante la aplicación de la ecuación (2.3) detallada en el capítulo 2. Para ello se hizo uso de los datos registrados con el viscosímetro rotacional y los valores de viscosidad aparente calculados con factores de conversión, según el método descrito en el APENDICE G. La tabla 10, muestra dichos datos.




TABLA 10. DATOS REGISTRADOS Y CALCULADOS PARA DETERMINACION DE PARAMETROS REOLOGICOS

VELOC. ROT (RPM)

LECTURA

FACTOR

µap.

(cps.)

µap (Pa.s)

Log (µap)

4πN/60 (Seg.)

log(4πN/60)

20

50,0

100

5000

5,00

0,699

4,189

0,622

50

58,5

40

2340

2,34

0,369

10,472

1,020

100

75,0

20

1500

1,50

0,176

20,944

1,321

Elaborado por: Andrea Guerrero

En la figura 3.5. Están representados los datos de viscosidad aparente (log (µap.)) contra la velocidad rotacional (log (4πN/60)).






FIGURA 3.5. GRAFICA PARA DETERMINACIÒN DE PARAMETROS REOLOGICOS n Y k

Se estableció un excelente ajuste de los datos experimentales con la ecuación (2.3); ya que, se obtuvo un coeficiente de correlación de 0,995. Lo cual indica que el modelo de la ley de potencia para fluidos seudoplásticos es adecuado para describir el flujo de la pulpa de badea. La ecuación de regresión determinada es:

log (µap.) =-0,752(4πN/60) + 1,157

Con la que se obtiene un valor de n = 0,25 y k = 14,35 Pa.sn. El valor del índice de comportamiento al flujo 0,25 (n<1), indica una gran desviación con respecto a fluidos newtonianos, en los cuales el valor de éste índice es 1,0. Lo cual confirma su seudoplasticidad. En la figura 3.6, se muestra el comportamiento de la pulpa, relacionando el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación. La curva presenta una forma convexa, la cual es característica de los fluidos seudo plásticos. Igual procedimiento se siguió para las pulpas con tratamiento térmico, presentando similar comportamientos no newtonianos del tipo seudoplástico.


De acuerdo a bibliografía (1), la causa de la desviación del comportamiento newtoniano, observado en productos de frutas, como por ejemplo pulpas, purés, jugos concentrados, etc., se debe a su composición. Dichos alimentos pueden ser aproximados a un sistema de dos fases. El zumo que es una solución acuosa de sales minerales, azúcares naturales, pectinas que se encuentran disueltas en el zumo y contribuye a la consistencia del mismo, y radicales ácidos orgánicos que les dan el sabor característico. Los sólidos en suspensión constituyen la pulpa, que está formada, principalmente, por tejido desintegrado, que contiene fibra celulósica, pectinas y partículas lipoides que contienen carotenoides y aceites esenciales.


La viscosidad depende de la concentración y el grado de polimerización de la pectina, así como del pH y de las sales existentes. Los polímeros de pectinas en presencia de azúcares y ácidos, tienden a juntarse y a formar una malla tridimensional, provocando un gradual debilitamiento del corte, desviándose del comportamiento newtoniano. Con relación a las partículas que flotan, cuando están presentes en cantidad suficiente refuerzan la malla de pectinas, pero a concentraciones bajas el efecto es opuesto, las partículas suspendidas tienden a interferir con la formación de la malla. (1)









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