Dorado de alimentos

El dorado es el proceso en el que la comida se vuelve marrón debido a las reacciones químicas que tienen lugar en su interior. El proceso de pardeamiento es una de las reacciones químicas que tienen lugar en la química de los alimentos y representa un tema de investigación interesante en relación con la salud, la nutrición y la tecnología de los alimentos. Aunque hay muchas formas diferentes en que los alimentos cambian químicamente con el tiempo, el dorado en particular se divide en 2 categorías principales: procesos de dorado enzimáticos versus no enzimáticos.

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Manzana Browning Fuji - 32 minutos en 16 segundos (video)

El dorado tiene muchas implicaciones importantes en la industria alimentaria relacionadas con la nutrición, la tecnología y el costo económico. [1] Los investigadores están especialmente interesados ​​en estudiar el control (inhibición) del pardeamiento y los diferentes métodos que pueden emplearse para maximizar esta inhibición y, en última instancia, prolongar la vida útil de los alimentos. [2]

Ejemplo de una reacción general de polifenoles por polifenol oxidasa (PPO) que cataliza el pardeamiento enzimático. La producción de quinonas sufre más reacciones que eventualmente forman pigmentos marrones en la superficie de los alimentos.

El pardeamiento enzimático es una de las reacciones más importantes que tiene lugar en la mayoría de las frutas y verduras, así como en los mariscos. [3] Estos procesos afectan el sabor, el color y el valor de dichos alimentos. [3] Generalmente, es una reacción química que involucra polifenol oxidasa (PPO), catecol oxidasa y otras enzimas que crean melaninas y benzoquinona a partir de fenoles naturales . El pardeamiento enzimático (también llamado oxidación de los alimentos) requiere exposición al oxígeno . Comienza con la oxidación de fenoles por la polifenol oxidasa en quinonas , [4] cuyo fuerte estado electrófilo causa una alta susceptibilidad a un ataque nucleófilo de otras proteínas. [4] Estas quinonas luego se polimerizan en una serie de reacciones, que eventualmente resultan en la formación de pigmentos marrones ( melanosis ) en la superficie de los alimentos. [5] La tasa de pardeamiento enzimático se refleja en la cantidad de polifenol oxidasas activas presentes en el alimento. [1] Por lo tanto, la mayoría de las investigaciones que investigan métodos para inhibir el pardeamiento enzimático se han centrado en obstaculizar la actividad de la polifenol oxidasa. [1] Sin embargo, no todo el dorado de los alimentos produce efectos negativos. [1]

Ejemplos de pardeamiento enzimático beneficioso:

Ejemplos de pardeamiento enzimático no beneficioso:

  • Frutas y verduras frescas, incluidas manzanas , patatas , plátanos y aguacates .
  • Las polifenoles oxidasas son la principal reacción en la formación de melanosis en crustáceos como el camarón. [7]

A non-desirable enzymatic browning reaction is involved in the formation of brown spots on the peel of bananas.
Una reacción de pardeamiento enzimático no deseable está involucrada en la formación de manchas marrones en la cáscara de los plátanos.
Guayaba irradiada

El control del pardeamiento enzimático siempre ha sido un desafío para la industria alimentaria. Se utilizan una variedad de enfoques para prevenir o ralentizar el pardeamiento enzimático de los alimentos, cada uno de los cuales tiene como objetivo apuntar a pasos específicos de la reacción química. Los diferentes tipos de control enzimático del pardeamiento se pueden clasificar en dos grandes grupos: físicos y químicos. Por lo general, se utilizan varios métodos. Se ha reconsiderado el uso de sulfitos (poderosos químicos anti-oscurecimiento) debido a los peligros potenciales que ocasiona junto con su actividad. [8] Se han realizado muchas investigaciones sobre los tipos exactos de mecanismos de control que tienen lugar cuando se enfrentan al proceso enzimático. Además de la prevención, el control del pardeamiento también incluye medidas destinadas a recuperar el color de los alimentos después de su pardeamiento. Por ejemplo, la filtración de intercambio iónico o la ultrafiltración se pueden utilizar en la elaboración del vino para eliminar los sedimentos de color marrón en la solución. [9]

Métodos físicos

  • Tratamiento térmico : tratar los alimentos con calor, como escaldarlos o asarlos , desnaturaliza las enzimas y destruye los reactivos responsables del dorado. El escaldado se utiliza, por ejemplo, en la elaboración del vino , [10] procesamiento de té , almacenamiento de nueces y tocino , preparación de verduras para su conservación por congelación . [11] [12] [13] La carne a menudo se dora parcialmente a fuego alto antes de incorporarse a una preparación más grande para cocinarla a una temperatura más baja, lo que produce menos dorado.
  • Tratamiento de frío : la refrigeración y la congelación son las formas más comunes de almacenar alimentos, evitando que se descompongan. La actividad de las enzimas de pardeamiento, es decir, la velocidad de reacción , cae a bajas temperaturas. [14] Por lo tanto, la refrigeración ayuda a mantener el aspecto, el color y el sabor iniciales de las frutas y verduras frescas. La refrigeración también se utiliza durante la distribución y el rebobinado de frutas y verduras.
  • Eliminación de oxígeno : la presencia de oxígeno es crucial para el pardeamiento enzimático, por lo tanto, eliminar el oxígeno del medio ambiente ayuda a ralentizar la reacción de pardeamiento. Extraer aire o reemplazarlo con otros gases (por ejemplo, N 2 o CO 2 ) durante la conservación, como en el envasado al vacío o en atmósfera modificada , [14] embotellado de vino o jugo, [15] utilizando películas impermeables o revestimientos comestibles , sumergiendo en soluciones de sal o azúcar, mantiene los alimentos alejados del contacto directo con el oxígeno. [16] Las películas impermeables de plástico u otros materiales evitan que los alimentos se expongan al oxígeno del aire y evitan la pérdida de humedad. Existe una creciente actividad en el desarrollo de materiales de envasado impregnados con antioxidantes , sustancias antimicrobianas y antifúngicas , como hidroxitolueno butilado (BHT) e hidroxianisol butilado (BHA), tocoferoles , hinokitiol , lisozima , nisina , natamicina , quitosano y ε-polilisina . [17] [18] Los recubrimientos comestibles pueden estar hechos de polisacáridos , proteínas , lípidos , pieles vegetales , plantas u otros productos naturales. [19]
  • La irradiación - La irradiación de alimentos utilizando UV-C , rayos gamma , rayos X y haces de electrones es otro método para extender la comida vida útil . La radiación ionizante inhibe la vitalidad de los microorganismos responsables del deterioro de los alimentos y retrasa la maduración y la germinación de las verduras y frutas en conserva. [16] [20]

Metodos quimicos

  • Acidificación : las enzimas de pardeamiento, como otras enzimas, son activas en un rango específico de pH . Por ejemplo, PPO muestra una actividad óptima a pH 5-7 y se inhibe por debajo de pH 3. [16] Los agentes acidificantes y reguladores de la acidez se utilizan ampliamente como aditivos alimentarios para mantener el pH deseado en los productos alimenticios. Los acidulantes , como el ácido cítrico , el ácido ascórbico y el glutatión , se utilizan como agentes anti-pardeamiento. Muchos de estos agentes también muestran otros efectos anti-pardeamiento, como actividades quelantes y antioxidantes.
Edad vino blanco con el color marrón
  • Antioxidantes : muchos antioxidantes se utilizan en la industria alimentaria como aditivos alimentarios. Estos compuestos reaccionan con el oxígeno y suprimen el inicio del proceso de pardeamiento. [16] Además, interfieren con los productos intermedios de las siguientes reacciones e inhiben la formación de melanina . El ácido ascórbico , N-acetilcisteína , L-cisteína , 4-hexilresorcinol , ácido eritórbico , clorhidrato de cisteína , glutatión son ejemplos de antioxidantes que se han estudiado por sus propiedades anti-pardeamiento.
  • Agentes quelantes : la polifenol oxidasa requiere cobre como cofactor para su funcionalidad, por lo que los agentes quelantes del cobre inhiben la actividad de esta enzima. Se han estudiado y utilizado muchos agentes que poseen actividad quelante en diferentes campos de la industria alimentaria, tales como ácido cítrico , ácido sórbico , polifosfatos , hinokitiol , ácido kójico , EDTA , porfirinas , ácidos policarboxílicos, diferentes proteínas. [16] [18] Algunos de estos compuestos también tienen otros efectos anti-pardeamiento, como acidificantes o antioxidantes. El hinokitiol se utiliza en materiales de revestimiento para envasado de alimentos .

Otros metodos

  • Agentes naturales : se sabe que diferentes productos naturales y sus extractos, como la cebolla , la piña , el limón y el vino blanco , inhiben o ralentizan el pardeamiento de algunos productos. [16] La cebolla y su extracto exhiben potentes propiedades anti-pardeamiento al inhibir la actividad de la PPO. Se ha demostrado que el jugo de piña posee un efecto anti-pardeamiento en manzanas y plátanos. El jugo de limón se usa para hacer masas para que los productos de pastelería luzcan más brillantes. Este efecto posiblemente se explique por las propiedades anti-pardeamiento de los ácidos cítrico y ascórbico en el jugo de limón.
  • Modificación genética : las manzanas árticas se han modificado genéticamente para silenciar la expresión de PPO , lo que retrasa el efecto de pardeamiento y mejora la calidad de consumo de las manzanas. [21] [22]

La corteza del pan brioche , que es de color dorado debido a la reacción de Maillard.

El segundo tipo de pardeamiento, el pardeamiento no enzimático, es un proceso que también produce la pigmentación marrón en los alimentos, pero sin la actividad de las enzimas. Las dos formas principales de pardeamiento no enzimático son la caramelización y la reacción de Maillard . Ambos varían en la velocidad de reacción en función de la actividad del agua (en la química de los alimentos, el estado estándar de la actividad del agua se define con mayor frecuencia como la presión de vapor parcial del agua pura a la misma temperatura).

La caramelización es un proceso que involucra la pirólisis del azúcar . Se usa ampliamente en la cocina para obtener el sabor a nuez deseado y el color marrón. A medida que ocurre el proceso, se liberan sustancias químicas volátiles que producen el característico sabor a caramelo .

Ejemplo de caramelización de azúcar de mesa (sacarosa) caramelizado a una sustancia de sabor a nuez marrón (furano y maltol)
Descripción general del mecanismo de la reacción de Maillard no enzimática en los alimentos. La base de Schiff pierde una molécula de CO2 y se agrega al agua. Observe la interacción entre el grupo amina del aminoácido (asparagina aquí) y el carbono carbonilo del azúcar (glucosa). El producto final es acrilamida . Para obtener más información, visite Reacción de Maillard .

La otra reacción no enzimática es la reacción de Maillard . Esta reacción es responsable de la producción del sabor cuando se cocinan los alimentos. Ejemplos de alimentos que experimentan la reacción de Maillard incluyen panes, bistecs y papas. Es una reacción química que tiene lugar entre el grupo amina de un aminoácido libre y el grupo carbonilo de un azúcar reductor , [1] generalmente con la adición de calor. El azúcar interactúa con el aminoácido, produciendo una variedad de olores y sabores. La reacción de Maillard es la base para producir aromas artificiales para alimentos procesados ​​en la industria de los aromas, [23] ya que el tipo de aminoácido involucrado determina el aroma resultante.

Las melanoidinas son polímeros heterogéneos marrones de alto peso molecular que se forman cuando los azúcares y los aminoácidos se combinan a través de la reacción de Maillard a altas temperaturas y baja actividad del agua. Las melanoidinas están comúnmente presentes en alimentos que han sufrido alguna forma de oscurecimiento no enzimático, como la malta de cebada (Viena y Munich), la corteza del pan, los productos de panadería y el café. También están presentes en las aguas residuales de las refinerías de azúcar, por lo que necesitan un tratamiento para evitar la contaminación alrededor de la salida de estas refinerías.

Como la mayoría de las frutas, las uvas varían en la cantidad de compuestos fenólicos que tienen. Esta característica se utiliza como parámetro para juzgar la calidad del vino. [4] El proceso general de elaboración del vino se inicia mediante la oxidación enzimática de compuestos fenólicos por las polifenoles oxidasas. [4] El contacto entre los compuestos fenólicos en la vacuola de la célula de la uva y la enzima polifenol oxidasa (ubicada en el citoplasma) desencadena la oxidación de la uva. Por tanto, el pardeamiento inicial de las uvas se produce como resultado de una "modificación de la compartimentación" en las células de la uva. [4]

El pardeamiento enzimático afecta el color, el sabor y el valor nutricional de los alimentos, provocando una gran pérdida económica cuando no se vende a los consumidores a tiempo. [1] Se estima que más del 50% del producto se pierde como resultado del pardeamiento enzimático. [2] El aumento de la población humana y el consiguiente agotamiento de nuestros recursos naturales ha llevado a muchos bioquímicos e ingenieros alimentarios a encontrar técnicas nuevas y mejoradas para conservar los alimentos por más tiempo, mediante el uso de métodos para inhibir la reacción de pardeamiento y aumentar efectivamente la vida útil de alimentos. Una mejor comprensión de los mecanismos de pardeamiento enzimático, específicamente, la comprensión de las propiedades de las enzimas y sustratos que están involucrados en la reacción, puede ayudar a los tecnólogos de alimentos a controlar ciertas etapas del mecanismo e inhibir el pardeamiento.

Las manzanas son frutas comúnmente estudiadas por los investigadores debido a su alto contenido fenólico, que las hace altamente susceptibles al pardeamiento enzimático. [3] De acuerdo con otros hallazgos con respecto a las manzanas y la actividad de pardeamiento, se ha encontrado una correlación entre la alta cantidad de fenoles y la actividad enzimática de las manzanas. [3] Esto proporciona una esperanza para las industrias alimentarias en un esfuerzo por modificar genéticamente los alimentos para disminuir la actividad de la polifenol oxidasa y, por lo tanto, disminuir el pardeamiento. Un ejemplo de tales logros en la ingeniería alimentaria es la producción de manzanas árticas . Estas manzanas, diseñadas por Okanagan Specialty Fruits Inc, son el resultado del empalme de genes , una técnica que ha permitido la reducción de la polifenol oxidasa.

Otro tipo de problema que se estudia de cerca es el dorado de los mariscos. [7] Los mariscos , en particular los camarones, son un manjar que consumen personas de todo el mundo. El dorado de los camarones, que en realidad se conoce como melanosis , crea una gran preocupación para los manipuladores de alimentos y los consumidores. La melanosis ocurre principalmente durante la manipulación post mortem y el almacenamiento refrigerado. [7] Estudios recientes han encontrado un extracto de planta que actúa como un inhibidor de la polifenol oxidasa anti-melatonina y cumple la misma función que los sulfitos pero sin riesgos para la salud. [7]

  • Dorar (cocción parcial)
  • Descomposición
  • Salsa
  • Actividad acuática

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