Antioxidantes e inactivación enzimática del jugo de zarzamora optimizado por termoultrasonicación comparado con jugo pasteurizado
Antioxidants and enzimatic inactivation of optimized blackberry juice by thermoultrasonication compared with pasteurized juice
Resumen
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 polifenoloxidasa y pectinmetilesterasa, la capacidad antioxidante 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 y se realizó la comparación de medias (termoultasonicado, pasteurizado y control) con la prueba de Tukey (p<0.05). El jugo termoultrasonicado logró mayor reducción de la polifenoloxidasa (98.3 %) y de la pectinmetilesterasa (63.7 %) con aumento de actividad antioxidante (13,964.96 μmol ET/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
Abstract
Blackberry juice is a beverage with bioactive compounds which present antioxidant capacity, among them phenolic compounds like anthocyanins, nevertheless during the termal 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 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 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 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, antioxandts compounds, enzimatic activity
Introducción
La zarzamora pertenece al grupo de las “berries” o frtuillas, en el cual se incluyen también la fresa, la frambuesa, arándano, uvas, aronias y grosellas. La zarzamora es un fruto rojo, que al madurar se tornan negro, con sabor dulce y aromático, es utilizado para la preparación de jugos, helados, yogurt, mermeladas, dulces y mosto de frutas. (Pérez-Barraza y Vázquez-Valdivia, 2004; SIAP, 2014).El jugo de zarzamora es una bebida que presenta compuestos bioactivos con capacidad antioxidante, tales como los polifenoles, entre los que destacan las antocianinas, las cuales han demostrado grandes beneficios a la salud humana (Acosta-Montoya et al., 2010; Cuevas-Rodríguez, 2011 & Lee et al., 2012). Hoy en día, se ha estudiado el efecto del ultrasonido con otras técnicas de para el procesamiento de jugos, tales como la aplicación de altas presiones (manosonicación) y calor (termoultrasonicación), o ambas (manotermosonicación) (Earnshaw et al., 1995; Herceg et al., 2013).
Uno de los problemas que se presentan en la producción y almacenamiento de bebidas son los relacionados con la actividad de algunas enzimas, tales como la polifenol oxidasa (PPO) y la pectin metilesterasa (PME), ya que generan oxidación de los polifenoles y precipitados en el jugo, respectivamente, afectando la calidad y aceptación del producto (Abid et al., 2014). Actualmente el procesamiento de jugo de zarzamora es mediante pasteurización, éste método genera la degradación de compuestos biocactivos, por lo que han surgido tecnologías emergentes como el termoultrasonido, el cual disminuye la pérdida de estos compuestos (Tiwari et al., 2010; Adekunte et al., 2010; Vidal-Fonteles et al., 2012; Ercan & Soysal, 2013).
Justificación
En esta investigación se pretende optimizar la producción del jugo de zarzamora tratado por termoultrasonicación, una tecnología emergente que ha demostrado disminuir la pérdida de compuestos bioactivos. Los resultados brindarán la información sobre el tiempo y temperatura óptimos de tratamiento, en el cuál se conserve la mayor cantidad de compuestos bioactivos, así como los parámetros de calidad referentes al deterioro causado por las enzimas pectin metiesterasa y polifenol oxidasa.
Por lo que el objetivo general fue evaluar la capacidad antioxidante y la inactivación enzimática del jugo de zarzamora optimizado por termoultrasonicación comparado con jugo pasteurizado, para lo cual se establecieron los siguientes objetivos específicos:
Elaborar un jugo de zarzamora y someterlo a tratamiento de termoultrasonido a diferentes condiciones (tiempo y temperatura) de acuerdo a la metodología de superficie de respuesta.
Analizar las propiedades antioxidantes del jugo termoultrasonicado por medio de las técnicas de DPPH y ABTS.
Cuantificar el contenido de antocianinas presentes en el jugo sometido a tratamiento.
Evaluar la actividad de las enzimas pectin metilesterasa y polifenol oxidasa del jugo termoultrasonicado.
Determinar las condiciones óptimas de tratamiento mediante la superposición de superficies de respuesta.
Comparar el jugo termoultrasonicado bajo las condiciones óptimas con una tecnología convencional (pasteurizado) y el jugo fresco.
Metodología
Para la optimización en base a una mayor capacidad antioxidante e inactivación enzimática, se sometió el jugo de zarzamora clarificado a tratamiento de termoultrasonido (VCX-1500, Sonics & Materials, USA) de acuerdo a la Metodología de Superficie de Respuesta (RSM) con un diseño compuesto, rotable de 2 niveles: tiempo (t) y temperatura (Tº) y 5 puntos centrales. Al jugo optimizado, pasteurizado y control se les evaluó la actividad antioxidante por los métodos de DPPH (Morales y Jiménez-Pérez, 2001) y ABTS (Kuskoski et al., 2005), métodos colorimétricos que se basan en el atrapamiento de dichos radicales libres con la consecuente decoloración de los reactivos, expresando los resultados como equivalentes de trolox y ácido ascórbico respectivamente. Las lecturas de las absorbancias de realizaron a 520 nm y 754 nm respectivamente en un lector de microplacas. Para el contenido de antocianinas se utilizó el método reportado por Giusti y Wrolstad (2001), que se basa en la lectura espectrofotométrica de la coloración generada a diferentes pH, con lecturas de lectura a 510 y 700 nm en un lector de microplacas (Power Wave XS UV-Biotek, software KC Junior, USA). La actividad enzimática de la PME se determinó por el método de Askar y Treptow (1993) por titulación con NaOH 1N utilizando pectina al 1 % como sustrato y la actividad de la PPO de acuerdo a lo descrito por Cano et al., (1997), un método espectrofotométrico que se basa en la oxidación del catecol (sustrato). Los valores obtenidos de los experimentos de actividad enzimática fueron convertidos a % de actividad residual con respecto a la muestra control, la cual representó el 100 % de actividad de la PME y PPO respectivamente. Se realizó una comparación de medias con la prueba de Tukey.
Resultados y discusión
Para la optimización de las condiciones de termoultrasonido se consideraron las variables de respuesta: capacidad antioxidante por el método de DPPH, inactivación de la polifenoloxidasa y contenido de antocianinas totales. Las condiciones óptimas de tratamiento de termoultrasonido fueron 50±1 ºC y 17±1 min, obteniendo una inhibición mayor al 90 % de la actividad de la PPO, con una alta concentración de antocianinas, así como una alta capacidad antioxidante medida por el método de DPPH (Figura 1).
Figura 1. Condiciones óptimas de tratamiento de termoultrasonido del jugo de zarzamora
En cuanto a la comparación de los jugo termoultrasonicado, pasteurizado y control, el tratamiento de termoultrasonido logró mayor inactivación enzimática y mayor capacidad antioxidante, mostrando una concentración de 13,964.96 µmol ET/L por el método de DPPH y 1,118.20 mg EAA/L por ABTS (Figura 2), así como una mayor concentración de antocianinas (Figura 3) y una inhibición del 63.71 de la PME, 98.28 % de la PPO (Figura 4), mientras que por pasteurización se obtuvo una concentración de 11,935.04 µmol ET/L y 941.22 mg EAA/L y una inactivación del 14.67 y 89.75% respectivamente.
Una mayor actividad antioxidante por termoultrasonido es debida a que el ultrasonido permite mayor liberación de los compuestos antioxidantes al romper los enlaces que forman con algunos polisacáridos, y se elimina el oxígeno del medio tratado, favoreciendo la estabilidad de dichos compuestos, entre los que se encuentran las antocianinas (Solomon et al., 1995; Knorr et al., 2004; Abid et al., 2014). Aunado a esto, una mayor capacidad antioxidante determinada por el método de DPPH, con respecto al de ABTS podría explicarse por el hecho de que el DPPH reacciona con los compuestos de naturaleza flavonoide que en su anillo B tenga más de dos grupos hidroxilo, como en el caso de las antocianinas y taninos, compuestos muy abundantes en la zarzamora (Abid et al., 2014) y la alta inactivación enzimática, es debido a la sinergia entre la temperatura aplicada y las ondas ultrasónicas, ya que éstas últimas provocan mayor vulnerabilidad de las enzimas al calor, generando destrucción de las partículas adyacentes y desnaturalización proteica debida a la pirolisis (Abid et al., 2014).
Figura 2. Determinación de la capacidad antioxidante del jugo de zarzamora termoultrasonicado (TUS), pasteurizado (PAS) y fresco (CNT) por los métodos de DPPH (a) y ABTS (b)
Figura 3. Determinación del contenido de antocianinas en el jugo de zarzamora termoultrasonicado (TUS), pasteurizado (PAS) y fresco (CNT)
Figura 4. Determinación de la actividad enzimática residual (%AR) de la pectin metilesterasa (a) y la polifenol oxidasa (b) del jugo de zarzamora termoultrasonicado (TUS) y pasteurizado (PAS)
Conclusiones
La metodología de superficie de respuesta permitió definir las condiciones óptimas de termoultrasonido para procesar el jugo de zarzamora, conservando las propiedades antioxidantes y el contenido de antocianinas
Esta metodología permite además obtener un producto de buena calidad al permitir la inactivación de las enzimas PME y PPO.
El termoultrasonido ha demostrado ser una tecnología adecuada para el procesamiento del jugo de zarzamora comparado con la tecnología convencional (Pasteurización), ya que se logró una reducción considerable de la actividad enzimática y un aumento de sus propiedades antioxidantes, superiores a las logradas con la pasteurización por sí sola.
Referencias
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Correo de Correspondencia: elizarraras.alice@yahoo.com.mx
[a] Instituto de Ciencias Agropecuarias, Área Académica de Ingeniería Agroindustrial, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, México.
[b] Licenciatura en Nutrición, Área Académica de Nutrición, Instituto de Ciencias de la Salud de la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, México.