ESTUDIO DE COMPOSICIÓN CENTESIMAL Y PROPIEDADES TERMO - FÍSICAS PARA LA PULPA DE AÇAÍ/STUDY OF COMPOSITION AND THERMO - PHYSICAL PROPERTIES FOR AÇAÍ PULP

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RESUMEN

Antecedentes: El açaí es una fruta brasilera de alto valor económico, nutritivo y sensorial, que se comercializa principalmente en forma de pulpa demandando en su procesamiento el uso de diferentes métodos de conservación. El conocimiento de sus propiedades termodinámicas y físicas contribuye a mantener un control eficaz de estas operaciones. Objetivos: Determinar la composición centesimal de la pulpa de açaí y evaluar teóricamente las propiedades termo-físicas del producto fresco. Materiales y métodos: Se caracterizó bromatológicamente la pulpa, empleando los métodos brasileros oficiales de análisis de alimentos; mientras que las propiedades térmicas y físicas se estimaron aplicando expresiones matemáticas basadas en la composición. Los resultados se organizaron en un diseño experimental completamente aleatorio con tres lotes de producto, interpretados mediante ANOVA y pruebas de comparación de medias, con un nivel de significancia del 5%. Los análisis estadísticos se realizaron con el programa SAS (Statistical Analysis System) versión 9.2. Resultados: La caracterización fisicoquímica arrojó en promedio los siguientes resultados: humedad 85,624%, proteínas 1,895%, lípidos 6,933%, cenizas 0,623% y carbohidratos 4,925%. La densidad determinada en laboratorio fue de 960,783 kg/m3. Para la pulpa, se calculó un calor específico de 3,807 KJ/kg.°C y 1,913 KJ/kg.°C, por encima y por debajo del punto de congelamiento respectivamente; una conductividad térmica de 0,526 W/m.°C y 2,128 W/m.°C antes y después de alcanzar congelación; y una difusividad térmica de 1,43 x 10-7 m2/s. Conclusiones. Los valores fueron similares a los reportados en otras investigaciones. Se recomienda finalmente el uso de modelos teóricos que involucren la totalidad de los nutrientes presentes en los alimentos, puesto que pueden afectar la magnitud de las propiedades térmicas y el desempeño de la matriz durante su conservación.

Palabras clave: açaí, bromatología, composición centesimal, propiedades termo-físicas.

ABSTRACT

Background: Açaí is a brazilian fruit of high economic, nutritional and sensory value, which is marketed primarily as pulp demanding different preservation methods. Knowledge of their thermodynamic and physical properties helps maintain an effective control of these operations. Objective: Determine the percentage composition of açaí pulp and evaluate theoretically the thermo-physical properties of the fresh product. Methods. Food analysis was conducted using the official brazilian methods; while thermal and physical properties were estimated using mathematical expressions based on composition. The results were organized in a randomized experimental design with three batches of product, performed by ANOVA and means comparison tests, with a significance level of 5%. Statistical analyzes were performed using SAS program (Statistical Analysis System) version 9.2. Results: The physicochemical characterization showed the following mean results: 85,624% moisture, 1,895% protein, 6,933% lipids, 0,623% ash and 4,925% carbohydrates. The determined density was 960,783 kg/m3. For the pulp, a specific heat of 3,807 KJ/kg.°C and 1,913 KJ/kg.°C was calculated above and below the freezing point respectively; thermal conductivity gives values of 0,526 W/m.°C and 2,128 W/m°C before and after reaching freezing point; and the thermal diffusivity results in 1.43 x 10-7 m2/s. Conclusions: The values were similar to those reported in other studies. It is recommended to use theoretical models involving all the nutrients in food, since they can affect the thermal properties and the performance of the matrix during storage.

Keywords: açaí, food science, percentage composition, thermo-physical properties.

INTRODUCCIÓN

El açaí es el fruto del açaizeiro (Euterpe olerácea), palmera típica brasilera que crece en los estados de Amazonas, Pará y Maranhão. Su pulpa presenta alto valor nutricional y calórico, siendo buena fuente de vitamina E, fibra, cobre, calcio, magnesio y potasio (1, 2, 3); y es calificada como alimento funcional gracias a su alto contenido de antocianinas, incluyendo efecto anti-cancerígeno y anti-inflamatorio (2). Además, el aceite del fruto contiene ácidos grasos de buena calidad, 60% mono insaturados y 13% poli insaturados (3). En el año 2011, el açaí presentó una producción en Brasil de 215.381 toneladas, movilizando cifras económicas de 304,5 millones de reales (4).

El derivado más común del açaí es su pulpa, que requiere del empleo de métodos de preservación por calentamiento o enfriamiento, con el fin de evitar reacciones de deterioro físico, oxidación y/o reducción del contenido de antocianinas (1).

Para el estudio de los métodos de conservación en alimentos, se requiere conocer sus propiedades térmicas y físicas. Se destacan la conductividad y la difusividad térmica, el calor específico y la densidad, las cuales pueden ser estimadas usando modelos predictivos dependientes de la temperatura y de la composición del producto (5). Los estudios de dichas propiedades se enfocan a las carnes, lácteos, frutas y vegetales (6); sin embargo, productos como el açaí, no presentan casi ninguna información ni revisión disponible (7).

El presente trabajo tuvo como objetivo determinar la composición centesimal de la pulpa de açaí, para emplear posteriormente modelos matemáticos que permitieran predecir sus propiedades termo-físicas. De esta manera, se dispuso de una información primordial para el estudio, diseño y evaluación de los procesos de conservación de frutas y vegetales.

MATERIALES Y MÉTODOS

Lugar de experimentación y materia prima

Los experimentos se desarrollaron en los Laboratorios de Calidad y Seguridad Alimentaria de la Universidad Federal de Viçosa, ubicada en Viçosa, Brasil. 3 lotes de pulpa de açaí se adquirieron en la ciudad de Belém, estado de Pará. El producto se mantuvo en congelación a -18 °C y, un día antes de los análisis, se descongeló bajo refrigeración a 7 °C. Posteriormente, se llevó a temperatura ambiente para los ensayos experimentales.

Análisis fisicoquímicos y cálculo de propiedades termo-físicas

Se analizó la composición centesimal de la pulpa de açaí, incluyendo determinación del contenido de agua, proteína, lípidos, cenizas y carbohidratos, este último por diferencia. Además, se realizaron análisis de pH, densidad y °Brix. Las metodologías experimentales utilizadas se describen en el manual de "Métodos físico-químicos para análise de alimentos" del Instituto Adolfo Lutz de Brasil (8). Los resultados se emplearon en el cálculo de las propiedades termofísicas de cada lote de producto.

Para el cálculo de propiedades térmicas se utilizaron las ecuaciones de la Tabla 1.

Diseño experimental

Todos los análisis se organizaron en un diseño experimental completamente aleatorio, con tres lotes de producto. Los ensayos bromatológicos se efectuaron por triplicado para cada lote. La determinación teórica de las propiedades del alimento se interpretó a través de un ANOVA, con significancia de 5%. Para comparar las medias de los parámetros ??, Cp, k y ?? se usó una prueba de Tukey. Los análisis estadísticos se realizaron con el programa SAS versión 9.2 (Statistical Analysis System; SAS Institute).

RESULTADOS

Los análisis bromatológicos para la pulpa de açaí se muestran en la Tabla 2, mientras que en las Tablas 3 y 4 se presentan los resultados de cálculo para sus propiedades termo-físicas, por encima y por debajo de su punto de congelación respectivamente.

Según el Ministerio de Agricultura y Abastecimiento de Brasil (9), las pulpas de açaí se clasifican como de porte especial, medio y fino. El producto evaluado, dado su contenido promedio de sólidos de 14,376%, se catalogó como grueso o especial.

Para las propiedades termo-físicas existió diferencia entre los tratamientos a un nivel de significancia del 5%, mostrando una influencia de la cantidad y tipo de variables fisicoquímicas utilizadas por cada uno de los modelos. Además, los atributos encontrados correspondieron a un valor medio, suposición que difiere de la realidad pues dichas propiedades dependen de la temperatura y varían durante el cambio de fase (6).

DISCUSIÓN

Caracterización bromatológica

Los valores de composición centesimal del alimento fueron semejantes a los reportados por EMBRAPA (3) y presentaron una baja desviación estándar entre las muestras, pudiéndose concluir que los lotes eran homogéneos. El contenido de agua y cenizas estuvo por encima del valor reportado, evidenciándose una mayor concentración de minerales, atribuida a las condiciones agroecológicas y de cultivo de la fruta (7).

Propiedades termo-físicas antes de la congelación

Densidad: el valor experimental difirió del arrojado por los modelos matemáticos. Esto se puede explicar por la alta concentración de agua en el alimento y la presencia en cantidades menores de macro nutrientes más densos que el agua, como carbohidratos y proteínas, que generan una disminución de este atributo (5).

Calor específico: se encontró una diferencia estadística entre los resultados de los modelos. La expresión de Singh y Heldman (12) incluye el aporte de los componentes individuales al calor específico, siendo un modelo más ajustado a las condiciones del alimento, en comparación con la propuesta de Okos (13). Ambos resultados se encontraron entre los valores reportados por Moura et al. (18) para jugo de açaí a 40 °C.

Se pudo concluir que existe una influencia de los carbohidratos, grasas, cenizas y proteínas sobre la capacidad calorífica del alimento, y que esta no puede ser depreciada. Una subestimación de esta propiedad puede dar lugar a tratamientos térmicos ineficientes, comprometiendo los estándares de calidad de los productos comercializados.

Conductividad térmica: la ecuación de Orrego (6) fue la única que arrojó resultados similares a los de otras investigaciones, demostrando la influencia de todos los macro nutrientes sobre las propiedades físicas de los alimentos.

Difusividad térmica: se destacó el valor proveniente de la definición de difusividad térmica puesto que se acercó más al valor reportado por Moura et al. (18), y tomó en cuenta indirectamente la composición centesimal del producto.

Propiedades termo-físicas por debajo del punto de congelación

No se dispuso de reportes para las propiedades de interés, lo que imposibilitó la comparación de los modelos matemáticos con datos experimentales. No hubo diferencia significativa entre las dos ecuaciones utilizadas para la determinación del calor específico, permitiendo obtener un valor teórico medio para la fruta congelada. Por su parte, el valor de la conductividad térmica presentó un aumento, lo que correspondió a la conversión del agua en hielo, el cual posee una conductividad 80 veces mayor que la del líquido (6, 12, 15).

CONCLUSIONES

El análisis de las propiedades de la pulpa de açaí, utilizando modelos teóricos propuestos por diversos autores, permite obtener valores similares a los reportados en algunas investigaciones. Dichas propiedades tienen una influencia considerable en la descripción de los procesos de conservación y en las operaciones que involucran intercambio de calor, pues son función de la temperatura y no se mantienen constantes durante el calentamiento o enfriamiento de los alimentos.

En productos alimenticios que poseen alto contenido de agua, se pueden conocer la mayoría de sus propiedades en función de este componente. Sin embargo, es recomendable el uso de modelos de predicción que consideren todos sus nutrientes, debido a que afectan directamente el valor de las propiedades y el desempeño de la matriz en su conservación.

AGRADECIMIENTOS

A la Universidad Federal de Viçosa, Brasil, y a la Universidad de Caldas, Colombia, quienes apoyaron el presente trabajo de investigación.

References

REFERENCIAS

1. Oliveira PA, Da Silva IG, De Souza ML, Furtado C, Da Silva R. In natura açaí beverage: quality, pasteurization and acidification. Ciência e tecnología de alimentos. 2011; 31(2): 502-507.

2. Menezes E, Torres A, Srur A. Valor nutricional da polpa de açaí (Euterpe olerácea) liofilizada. ACTA amazônica. 2008; 38(2): 311- 316.

3. EMBRAPA. Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuaria, Amazonia Oriental. Sistema de produção do açaí - Sistemas de produção, No. 4. Belém, Brasil: EMBRAPA; 2006.

4. CONAB. Companhia Nacional de Abastecimento do Brasil. Conjuntura mensal: açaí (fruto). São Paulo, Brasil: CONAB; 2012.

5. Bryan RB, Brian AF. Food thermophysical property models. International Journal of Heat and Mass Transfer. 1999; 26(5): 627-636.

6. Orrego CE. Procesamiento de alimentos. Manizales, Colombia: Universidad Nacional de Colombia, Sede Manizales; 2003. 321 p.

7. Rogez H. Açaí: Preparo, composição e melhoramento da conservação. Belém, Brasil: EDUFPA; 2000. 313 p.

8. Instituto Adolfo Lutz de Brasil. Métodos fisico-químicos para análise de alimentos. São Paulo, Brasil: Instituto Adolfo Lutz; 2008.

9. Ministerio de Agricultura y Abastecimiento de Brasil. Instrução normativa numero 1 de 7 de Janeiro de 2000. Diario oficial da união. Rio de Janeiro, Brasil; 2000.

10. Araújo J, Queiroz AJ, Figueirêdo RM. Massa específica da polpa de cupuaçu (Theobroma grandiflorum schum) sob diferentes temperaturas. Revista Brasileira de produtos agroindustriais. 2002; 4(2): 127-134.

11. Pereira EA, Queiroz AJ, Figueirêdo RM. Massa específica da polpa de açaí em função do teor de sólidos totais e da temperatura. Revista Brasileira de engenharia agrícola e ambiental. 2002; 6(3): 526-530.

12. Singh RP, Heldman DR. Introduction to food engineering. California, EE.UU: Academic press; 2009. 864 p.

13. Okos MR. Physical and chemical properties of foods. New York, EE.UU: ASAE - American Society of Agricultural Engineers; 1986. 407 p.

14. Siebel E. Specific heats of various products. Ice and refrigeration. 1982; 2(1). 256 p.

15. Barreiro JA, Sandoval AJ. Operaciones de conservación de alimentos por bajas temperaturas. Caracas, Venezuela: Equinoccio; 2006. 365 p.

16. Riedel L. Measurement of thermal diffusivity of foodstuffs rich in water. Kaltetechnick - Klimatisierung. 1969; 21(11): 315-316.

17. Muniz M, Queiroz AJ, Figueirêdo RM, Duarte ME. Caracterização termofísica de polpas de Bacurí. Ciência e tecnologia de alimentos. 2006; 26(2): 360-368.

18. Moura SC, França V, Leal AM. Propriedades termofísicas de soluções modelos similares a sucos - Parte II. Ciência e tecnología de alimentos. 2005; 25(3): 454-459.