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ACTIVIDAD BIOLÓGICA DE LOS PRODUCTOS VEGETALES: EFECTO DEL PROCESADO

Concepción Sánchez-Moreno González

Departamento de Caracterización, Calidad y SeguridadInstituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición – ICTAN

Consejo Superior de Investigaciones Científicas – CSIC

Tel.: +34 915492300 – Fax: +34 915493627E-mail: [email protected]

Curso Internacional

ACTUALIZACIÓN EN POSCOSECHA Y PROCESAMIENTO

DE PRODUCTOS HORTIFRUTÍCOLAS

Consejo Superior de Investigaciones CientConsejo Superior de Investigaciones Cientííficas (CSIC)ficas (CSIC)

MULTIDISCIPLINARIEDADMULTIDISCIPLINARIEDAD

Humanidades y Ciencias Sociales

Biología y Biomedicina

Recursos Naturales

Ciencias Agrarias

Ciencia y Tecnologías Físicas

Ciencia y Tecnología de Materiales

Ciencia y Tecnología de Alimentos

Ciencia y Tecnologías Químicas

La Agencia Estatal Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) es la

mayor institución pública dedicada a la investigación en España

Cuenta con mas de 100 Centros e Institutos, con mas de 12000 trabajadores,

de los cuales 3000 son investigadores

ÁÁrea Cientrea Cientíífica de Ciencia y Tecnologfica de Ciencia y Tecnologíía de los Alimentos: CENTROSa de los Alimentos: CENTROS

Centro de Edafología y Biología aplicada del Segura (CEBAS)

Instituto de Agroquímica y Tecnología de los Alimentos (IATA)

Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición (ICTAN)

Instituto de Ciencia de la Vid y del Vino (ICVV)

Instituto de Investigaciones Marinas (IIM)

Instituto de Investigación en Ciencia de la Alimentación (CIAL)

Instituto de la Grasa (IG)

Instituto de Productos Lácteos de Asturias (IPLA)

Consejo Superior de Investigaciones CientConsejo Superior de Investigaciones Cientííficas (CSIC)ficas (CSIC) Instituto de Ciencia y TecnologInstituto de Ciencia y Tecnologíía de a de

Alimentos y NutriciAlimentos y Nutricióón (ICTAN)n (ICTAN)

Institute of Food Science, Technology and NutritionInstitute of Food Science, Technology and NutritionAntes: Instituto del Frío (IF) e Instituto de Fermentaciones Industriales (IFI)

SedeSede‐‐ComplutenseComplutenseJose Antonio Novais 10, 28040 Madrid

SedeSede--Juan de la CiervaJuan de la CiervaJuan de la Cierva 3, 28060 Madrid

Instituto de Ciencia y TecnologInstituto de Ciencia y Tecnologíía de a de Alimentos y NutriciAlimentos y Nutricióón (ICTAN)n (ICTAN)

Línea 2: Calidad, Seguridad y Valorización de Alimentos e Ingredientes Tradicionales y Funcionales

Línea 3: Nutrición en la Prevención de Enfermedades

Líneas de Investigación

Línea 1: Desarrollo y Aplicación de Procesos Tecnológicos

Instituto de Ciencia y TecnologInstituto de Ciencia y Tecnologíía de a de Alimentos y NutriciAlimentos y Nutricióón (ICTAN)n (ICTAN)

Departamentos

Departamento de Caracterización, Calidad y Seguridad (DCCS)

Departamento de Metabolismo y Nutrición (DMN)

Departamento de Procesos (DPRC)

Departamento de Productos (DPRD)

Aplicación de nuevas tecnologías de procesado y conservación para la obtención de alimentos e ingredientes más seguros y saludables

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SALUDABLESACTIVIDAD BIOLÓGICA

PROCESADOMÍNIMO

NUEVAS TENDENCIAS EN EL PROCESADO DE VEGETALESNUEVAS TENDENCIAS EN EL PROCESADO DE VEGETALES

SEGURIDADTRAZABILIDAD

Microorganismos patógenosToxinas

Residuos químicosCompuestos de degradación

AlergenosAditivos artificales

NATURALESFRESCOS

CARACTERÍSTICAS SENSORIALES

Color, Textura, Sabor, Aroma

ECONOMÍAPrecios competitivosPrecios aceptables

CONVENIENCIAFáciles de preparar (ready-to-eat)

Fáciles de transportarFáciles de almacenar

SOSTENIBILIDADTecnologías no contaminantes

Bajo consumo energéticoEnvases biodegradables

VALOR NUTRITIVO FUNCIONALIDAD

Se transmite de forma instantánea y homogéneaNo depende ni del tamaño, ni de la geometría del alimento

Calor adiabático: incremento de la temperatura como consecuencia de la compresión de 3‐9 ºC/100 MPa

Inactivación de microorganismos y enzimas

(Hoover et al., 1989; Patterson et al., 2006)

Conserva o retiene las características del producto

fresco: propiedades sensoriales y nutricionales (nutrientes y compuestos bioactivos)

(Rastogi et al., 2007; Barba et al., 2012)

ALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA


Creación Sociedad Japonesa de Alta Presión

Hite, 1899 LecheHite et al., 1914 Frutas y hortalizasBridgham, 1914 Desarrollo de un equipo de altas presionesHayashi, 1989 Investigación exhaustiva del procesado de alimentos por alta

presión hidrostática1990 Comercialización de los primeros alimentos tratados por alta presión:

mermeladas de fresa, frambuesa, kiwi y manzana (Meidi‐Ya Food Co)

ANTECEDENTES HISTÓRICOS

En la década de los 80 es cuando realmente se empieza a investigar de forma exhaustiva el procesado de alimentos por alta presión hidrostática. A partir de los 90 empieza a tener gran repercusión en la literatura científica internacional


• La tecnología consiste en la aplicación de elevados niveles de presión hidrostática (100‐1000 MPa) de forma continua durante tiempos relativamente cortos (de segundos a pocos minutos) en refrigeración o temperatura ambiente

• El efecto de la APH sobre los alimentos es casi instantáneo y uniforme, además de ser independiente de la forma y tamaño del producto

• La presión puede aplicarse directamente al alimento o éstos pueden estar envasados en recipientes flexibles. La forma del producto permanece invariable

DEFINICIÓN DEL PROCESO


PRINCIPIO DE PASCAL PRINCIPIO DE LE CHÂTELIER

PRINCIPIOS FÍSICOSPRINCIPIOS FÍSICOS

MEDIO DE PRESURIZACIÓNMEDIO DE PRESURIZACIÓN

Agua, Etilenglicol, etc.

PRESIÓN TRANSMITIDA A LA MUESTRAPRESIÓN TRANSMITIDA A LA MUESTRA

Por contacto directoAlimento líquido bombeado

en un cilindro de aceroSistema Semicontinuo

Por contacto indirectoAlimento envasado en un recipiente FLEXIBLE y

TERMOSELLADOSistema Discontinuo


CONCEPTOS BÁSICOS

PROCEDIMIENTO DE PRESURIZACIÓNPROCEDIMIENTO DE PRESURIZACIÓN

Independiente del volumen de muestra tratada

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ESQUEMA DE UN CICLO DE PRESIÓN


CALOR ADIABÁTICO – INCREMENTO DE LA TEMPERATURA: 3‐9 ºC / 100 MPa


• PRESIÓN• TIEMPO DE TRATAMIENTO • VELOCIDAD DE PRESURIZACIÓN• VELOCIDAD DE DESCOMPRESIÓN• TEMPERATURA DE TRATAMIENTO• PROPIEDADES INTRÍNSECAS DEL ALIMENTO

‐ Composición (contenido en agua, grasa, etc.)‐ pH

• Tipo y Recuento Inicial de Microorganismos• Medio de Presurización• Tipo de Envasado• Integridad del Envasado

FACTORES CRÍTICOS DEL PROCESADO CON APH


EFECTO SOBRE PROTEÍNAS, ENZIMAS Y MICROORGANISMOSEFECTO SOBRE PROTEÍNAS, ENZIMAS Y MICROORGANISMOS

EFECTOSPRESIÓN

1000 MPa Inactivación de Esporas

500 MPaInactivación Irreversible de EnzimasGelatinización del AlmidónDesnaturalización de Proteínas

400 MPa Inactivación de Microorganismos

300 MPa Inactivación Reversible de Enzimas

200 MPa Disociación de Subunidades de Proteínas

100 MPaDesintegración de CélulasEfecto en la Cinética de las Enzimas


Relacionadas con la calidad sensorial y nutricionalde alimentos vegetales

• Activación(presiones <100 MPa)

EFECTO SOBRE ENZIMASEFECTO SOBRE ENZIMAS

• pH• Concentración del Sustrato• Tipo de Enzima• Presión• Temperatura• Tiempo

FACTORES Poligalacturonidasa‐GalactosidasaPectinmetilesterasaPeroxidasaPolifenoloxidasaLipasaLipoxigenasaFosfatasas

ENZIMAS

Total Parcial Reversible Irreversible

• Inactivación(presiones máselevadas)


EFECTO SOBRE MICROORGANISMOSEFECTO SOBRE MICROORGANISMOS

CÉLULAS VEGETATIVAS

Inactivación 200‐600 MPa

ESPORAS BACTERIANAS

Inactivación > 1200 MPa

Antes 250 MPa 600 MPa Después

Parásitos > Bacterias Gram (-) > Levaduras-Mohos > Bacterias Gram (+) > Ascosporas >Esporas Bacterianas-Virus (orden decreciente de sensibilidad)

SensibilidadSensibilidad MicrobiolMicrobiolóógicagica haciahacia APHAPH

Más sensible Menos sensible

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PROLONGAR LA VIDA ÚTIL DE

LOS ALIMENTOS SIN MODIFICAR

LAS CARACTERÍSTICAS

SENSORIALES, NUTRICIONALES O

PROPIEDADES BENEFICIOSAS

PARA LA SALUD

PREPARAR PRODUCTOS INNOVADORES

1. Desnaturalización de proteínas: productos con nuevas texturas

2. Gelificación de polisacáridos (sin

aditivos)

APLICACIONES


INACTIVA O REDUCE LA ACTIVIDAD DE LAS ENZIMAS CAUSANTES DE LA PÉRDIDA DE CALIDAD DE LOS ALIMENTOS

REDUCE DRÁSTICAMENTE LA FLORA MICROBIOLÓGICA CONTAMINANTE Y PATÓGENOS (Listeria, Salmonella, Escherichia

coli, etc.) MEJORANDO LA SEGURIDAD DEL ALIMENTO

EFECTOS


SISTEMAS SEMICONTINUOSAlimento líquido bombeado en un cilindro de acero

Envasado posteriormente


SISTEMAS SEMICONTINUOSAlimento líquido bombeado en un cilindro de acero

Envasado posteriormente

Aumento del número de cilindros o cámaras de tratamiento – Incrementar el rendimiento

MÉTODOS FÍSICOS DE HIGIENIZACIÓNALTA PRESIÓN HIDROSTÁTICA

SISTEMAS DISCONTINUOS (Batch)Alimento envasado


SISTEMAS DISCONTINUOS - EQUIPAMIENTOS

Unidad móvil discontinua de ABBAutoclave Systems

10-500 L

AVURE TECHNOLOGIES

600 MPa (87.000 psi)

Capacidad del Cilindro 215 L

Puede procesar 130 kg por ciclo dependiendo del tamaño y envasado del producto

Tiempo del ciclo, excluyendo

holding time, es de 4.5 min

ALSTOMENGINEERING PRESSURE SYSTEMS Inc. RESATOSTANSTED FLUID POWER


ELMHURST RESEARCH Inc.New York, USA

AVURE/FLOW INTERNATIONAL100-600 MPa4 ºC – 35 ºC

MITSUBISHI Japan680 MPa / 90 s -20 ºC – 80 ºC

SISTEMAS DISCONTINUOS - EQUIPAMIENTOS

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HIPERBARIC 55 L HIPERBARIC 120 L HIPERBARIC 135 L

HIPERBARIC 300 L HIPERBARIC 420 L HIPERBARIC 525 L

HIPERBARIC ESPAÑA – HIPERBARIC USA

600 MPa (87.000 psi) - 5 ºC – 30 ºC

SISTEMAS DISCONTINUOS - EQUIPAMIENTOS PRODUCTOS CÁRNICOS (jamón

loncheado, cortes de pavo y pollo)

AGUACATE Y GUACAMOLE PLATOS

PREPARADOS

PESCADOS Y MARISCOS

ZUMOS

PROCESADOS DE FRUTAS

ENSALADILLAS Y RELLENOS

SALSAS Y DIPS

LÁCTEOS

PRODUCTOS COMERCIALES(Hiperbaric)



Alta PresiAlta Presióón Hidrostn Hidrostááticatica‐‐UsoUso‐‐AplicacionesAplicaciones‐‐CosteCoste Eficaz en la inactivación de células vegetativas Alta resistencia de esporas bacterianas Alta resistencia de algunas enzimas Conserva las características sensoriales y nutricionales Puede producir la modificación de la textura y de las propiedades reológicas Prolonga la vida útil Elevado coste de inversión Dificultad en el desarrollo de equipos continuos Tecnología respetuosa con el medioambiente Herramienta útil para la obtención de alimentos funcionales o nuevos alimentos

La principal aplicación de la APH en el procesado de ALIMENTOS VEGETALES se ha centrado en alimentos líquidos, como “smoothies”, bebidas mixtas de leche y fruta, ZUMOS DE FRUTAS Y VEGETALES, purés de frutas y vegetales y sopas de vegetales (Cilla et al., 2012; Keenan et al., 2012; Espina et al., 2013; Chen et al., 2015)

Steinmetz y Potter, 1996

FRUTAS Y HORTALIZASPROPIEDADES SALUDABLES

“HEALTH-PROMOTING CHARACTERISTICS”

Existen importantes EVIDENCIAS CIENTExisten importantes EVIDENCIAS CIENTÍÍFICAS que indican que el FICAS que indican que el consumo de una dieta rica en frutas y hortalizas se asocia con uconsumo de una dieta rica en frutas y hortalizas se asocia con una na

disminucidisminucióón del riesgo de padecer enfermedades cardiovasculares y n del riesgo de padecer enfermedades cardiovasculares y ccááncer debido a su contenido enncer debido a su contenido en

COMPUESTOS BIOACTIVOS O FITOQUCOMPUESTOS BIOACTIVOS O FITOQUÍÍMICOSMICOS

Bazzano y col., 2002

Constituyentes “extranutricionales” que se encuentran de forma natural y en pequeñas cantidades en alimentos de origen vegetal

Compuestos no nutrientes que se encuentran en concentraciones muy bajas en los alimentos, que intervienen en el metabolismo secundario de los vegetales, y que pueden tener un impacto significativo en la salud

COMPUESTO BIOACTIVO – DEFINICIÓN

Kitts, 1994

Kris‐Etherton y col., 2002

COMPUESTOS BIOACTIVOSFITOQUÍMICOS

► COMPUESTOS FENÓLICOS (FLAVONOIDES y NO-FLAVONOIDES)

► FITOESTRÓGENOS

► TERPENOIDES (hemi-, mono-, sesqui-, di-, tri- (fitosteroles,saponinas), tetra- (CAROTENOIDES) y politerpenoides)

► Compuestos que contienen azufre (GLUCOSINOLATOS, ISOTIOCIANATOS, ORGANOSULFURADOS)

► Vitaminas Antioxidantes: VITAMINAS C y E

► Proteínas y Péptidos Bioactivos

► Bacterias Lácticas (Lactobacilos, Bífidobacterias) PROBIÓTICOS

COMPUESTOS BIOACTIVOS – CLASIFICACIÓN

COMPUESTOS BIOACTIVOSFITOQUÍMICOS

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Por tanto, la ACTIVIDAD BIOLÓGICA de los compuestos bioactivos o fitoquímicos se verá incrementada si se mejora su bioaccesibilidad (por ejemplo mediante el procesado por

Alta Presión Hidrostática) La bioaccesibilidad y biodsponibilidad de los compuestos

bioactivos van a depender de múltiples FACTORES

ACTIVIDAD BIOLÓGICA DE COMPUESTOS BIOACTIVOS

ESPECIEVARIEDAD VEGETAL

CONSERVACIÓNPOSTCOSECHA

EFECTO DE LA MATRIZ

FACTORES DEL INDIVIDUOFRECUENCIA DE CONSUMO

INTERFERENCIA CON OTROS CONSTITUYENTES DE LA DIETA

(efectos sinérgicos o antagónicos)MICROBIOTA INDIVIDUAL

ESTRUCTURA QUÍMICA DEL COMPUESTO

BIOACTIVO

PROCESADO

TECNOLOGÍAS DE PROCESADO EFECTO SOBRE COMPUESTOS BIOACTIVOS

Numerosos estudios sugieren que las TECNOLOGÍAS DE PROCESADO pueden contribuir a mejorar la extracción de nutrientes y compuestos bioactivos, y en

consecuencia incrementar sus propiedades beneficiosas para la salud

TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS TOMATES DURANTE EL PROCESADO

INCREMENTO DE LA BIODISPONIBILIDAD DEL LICOPENO

ISOMERIZACIÓN DE LOS ISÓMEROS TRANS A CIS MÁS BIODISPONIBLES

NUEVAS TECNOLOGÍAS DE PROCESADO EFECTO SOBRE COMPUESTOS BIOACTIVOS

Efecto de la Alta Presión Hidrostática en la inactivación enzimática en Fresa, Naranja y Tomate –Cano et al, 1997, J Food Sci, 62: 85-88, Hernández y Cano, 1998, J Agric Food Chem, 46: 266-270

Efecto de la Alta Presión Hidrostática en la composición de compuestos carotenoides y la actividad secuestrante de radicales en Caquis – De Ancos et al, 2000, J Agric Food Chem, 48: 3542-3548

Efecto de la Alta Presión Hidrostática en la composición de compuestos carotenoides y la actividad secuestrante de radicales en Zumo de Naranja – De Ancos et al, 2002, J Sci Food Agric, 82: 790-796

Efecto de la Alta Presión Hidrostática en la composición de vitamina C, carotenoides y flavanonas, y en la actividad secuestrante de radicales en Zumo de Naranja, durante conservación a 4ºC –Sánchez-Moreno et al, 2003, Eur Food Res Technol, 216: 18-22; Sánchez-Moreno et al, 2003, J AgricFood Chem, 51: 647-653

Efecto de la Alta Presión Hidrostática y los Aditivos Naturales sobre la extracción de carotenoides y actividad antioxidante de Puré de Tomate – Sánchez-Moreno et al, 2004, Eur Food Res Technol, 219: 151-160

Numerosos estudios sobre el efecto de las NUEVAS TECNOLOGÍAS DE PROCESADO sobre nutrientes, compuestos bioactivos, y propiedades antioxidantes

EFECTO DE LAS NUEVAS TECNOLOGÍAS DE PROCESADO Y CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS VEGETALES SOBRE

COMPUESTOS BIOACTIVOS (propiedades sensoriales, nutricionales, compuestos bioactivos,biodisponibilidad y efecto en salud)

BIODISPONIBILIDAD DE COMPUESTOS BIOACTIVOS EN ALIMENTOS VEGETALES

PROCESADOS MEDIANTE NUEVAS TECNOLOGÍAS-ALTA PRESIÓN

HIDROSTÁTICA: IMPACTO EN ÍNDICES ASOCIADOS CON LA SALUD EN HUMANOS

?

NUEVAS TECNOLOGÍAS DE PROCESADO EFECTO SOBRE BIODISPONIBILIDAD Y EFECTO EN SALUD



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Los subproductos de cebolla mostraron un efecto prebiótico puesto en evidencia por la disminución del pH y el incremento en la producción de ácido butírico del contenido cecal de

las ratas


Los subproductos de cebolla mostraron un efecto prebiótico puesto en evidencia por la alteración de la actividad enzimática del contenido cecal de las ratas: se produjo un

incremento de la actividad β‐glucosidasa (BLG) y β‐glucuronidasa (GUS) Principales glicosidasas producidas por la microbiota intestinal


La ingesta por las ratas de los diferentes subproductos de cebolla no tuvo efecto en la excreción de ácidos biliares primarios y secundarios


Concepción Sánchez-Moreno González

Departamento de Caracterización, Calidad y SeguridadInstituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos y Nutrición – ICTAN

Consejo Superior de Investigaciones Científicas – CSIC

Tel.: 91 5492300 – Fax: 91 5493627E-mail: [email protected]

de alimentos y nutrición (ictan) - hortyfresco.cl biológica de los... · • tipo de...

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