Amarroneamiento de alimentos

El empardecimiento, amarroneamiento, oscurecimiento o dorado es el proceso por el cual los alimentos se vuelven marrones 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 maneras diferentes en que los alimentos cambian químicamente con el tiempo, el dorado en particular se divide en dos categorías principales: procesos de dorado enzimático versus no enzimático.

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

Pardeamiento enzimático

El pardeamiento enzimático es una de las reacciones más importantes que tienen lugar en la mayoría de las frutas y verduras, así como en los mariscos. Estos procesos afectan el sabor, el color y el valor de dichos alimentos. 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 los fenoles por la polifenol oxidasa a quinonas, cuyo fuerte estado electrofílico provoca una alta susceptibilidad al ataque nucleofílico de otras proteínas. Estas quinonas luego se polimerizan en una serie de reacciones, lo que finalmente da como resultado la formación de pigmentos marrones (melanosis) en la superficie de los alimentos.La tasa de pardeamiento enzimático se refleja en la cantidad de polifenol oxidasas activas presentes en el alimento. 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. Sin embargo, no todo el dorado de los alimentos produce efectos negativos.

Ejemplos de dorado enzimático beneficioso:

• Desarrollando color y sabor en café, granos de cacao y té.
• Desarrolla color y sabor en frutas secas como higos y pasas.

Ejemplos de pardeamiento enzimático no beneficioso:

• Frutas y verduras frescas, incluidas manzanas, patatas, plátanos y aguacates.
• La oxidación de polifenoles es la principal causa de melanosis en crustáceos como el camarón.

Control del pardeamiento enzimático

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 método apunta a etapas específicas 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 múltiples métodos. Se ha reconsiderado el uso de sulfitos (potentes productos químicos que evitan el oscurecimiento) debido a los peligros potenciales que provoca junto con su actividad.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 usar en la elaboración del vino para eliminar los sedimentos de color marrón en la solución.

Métodos físicos

• Tratamiento térmico: tratar los alimentos con calor, como escaldar o asar, desnaturaliza las enzimas y destruye los reactivos responsables del dorado. El escaldado se utiliza, por ejemplo, en la vinificación, el procesamiento del té, el almacenamiento de nueces y tocino, y la preparación de vegetales para su congelación. La carne a menudo se dora parcialmente a fuego alto antes de incorporarla a una preparación más grande para cocinarla a una temperatura más baja, lo que produce menos dorado.
• Tratamiento en frío: la refrigeración y la congelación son las formas más comunes de almacenar alimentos, evitando que se deterioren. La actividad de las enzimas de pardeamiento, es decir, la velocidad de reacción, desciende a bajas temperaturas. 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 venta al por menor de frutas y verduras.
• Eliminación de oxígeno: la presencia de oxígeno es crucial para el oscurecimiento enzimático, por lo que eliminar el oxígeno del ambiente ayuda a ralentizar la reacción de oscurecimiento. Retirar el aire o reemplazarlo con otros gases (p. ej., N ₂ o CO ₂) durante la conservación, como en el envasado al vacío o en atmósfera modificada, el embotellado de vino o jugo, el uso de películas impermeables o recubrimientos comestibles, la inmersión en soluciones de sal o azúcar, mantiene la comida lejos del contacto directo con el oxígeno.Las películas impermeables hechas 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 empaque impregnados con sustancias antioxidantes, antimicrobianas y antifúngicas, como butilhidroxitolueno (BHT) e butilhidroxianisol (BHA), tocoferoles, hinokitiol, lisozima, nisina, natamicina, quitosano y ε-polilisina. Los recubrimientos comestibles pueden estar hechos de polisacáridos, proteínas, lípidos, pieles vegetales, plantas u otros productos naturales.
• Irradiación: la irradiación de alimentos con UV-C, rayos gamma, rayos X y haces de electrones es otro método para prolongar la vida útil de los alimentos. Las radiaciones ionizantes inhiben la vitalidad de los microorganismos responsables del deterioro de los alimentos y retrasan la maduración y brotación de las verduras y frutas en conserva.

Métodos químicos

• Acidificación: las enzimas de pardeamiento, como otras enzimas, son activas en un rango específico de pH. Por ejemplo, la PPO muestra una actividad óptima a un pH de 5 a 7 y se inhibe por debajo de un pH de 3. Los agentes acidificantes y los 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 antipardeamiento. Muchos de estos agentes también muestran otros efectos anti-oscurecimiento, como actividades quelantes y antioxidantes.
• Antioxidantes: muchos antioxidantes se utilizan en la industria alimentaria como aditivos alimentarios. Estos compuestos reaccionan con el oxígeno y suprimen la iniciación del proceso de pardeamiento. Además, interfieren con los productos intermedios de las siguientes reacciones e inhiben la formación de melanina. El ácido ascórbico, la N-acetilcisteína, la L-cisteína, el 4-hexilresorcinol, el ácido eritórbico, el clorhidrato de cisteína y el glutatión son ejemplos de antioxidantes que se han estudiado por sus propiedades anti-oscurecimiento.
• Agentes quelantes: la polifenol oxidasa requiere cobre como cofactor para su funcionalidad, por lo que los agentes quelantes de cobre inhiben la actividad de esta enzima. Muchos agentes que poseen actividad quelante han sido estudiados y utilizados en diferentes campos de la industria alimentaria, tales como ácido cítrico, ácido sórbico, polifosfatos, hinokitiol, ácido kójico, EDTA, porfirinas, ácidos policarboxílicos, diferentes proteínas. Algunos de estos compuestos también tienen otros efectos anti-pardeamiento, como acidificantes o antioxidantes. El hinokitiol se utiliza en materiales de revestimiento para el 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 retardan el dorado de algunos productos. 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-oscurecimiento en manzanas y plátanos. El jugo de limón se usa para hacer masas para que los productos de pastelería se vean más brillantes. Este efecto posiblemente se explica por las propiedades anti-oscurecimiento 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 la manzana.

Pardeamiento no enzimático

El segundo tipo de pardeamiento, el pardeamiento no enzimático, es un proceso que también produce la pigmentación parda 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 suele definirse como la presión de vapor parcial del agua pura a la misma temperatura).

La caramelización es un proceso que implica 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.

La otra reacción no enzimática es la reacción de Maillard. Esta reacción es responsable de la producción del sabor cuando se cocinan los alimentos. Los ejemplos de alimentos que experimentan la reacción de Maillard incluyen panes, bistecs y papas. Es una reacción química que tiene lugar entre el grupo amino de un aminoácido libre y el grupo carbonilo de un azúcar reductor, 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 sabores artificiales para alimentos procesados ​​en la industria de los saborizantes, ya que el tipo de aminoácido involucrado determina el sabor 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 suelen estar presentes en los alimentos que han sufrido algún tipo de dorado no enzimático, como las maltas 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, lo que requiere tratamiento para evitar la contaminación alrededor de la salida de estas refinerías.

Dorado de las uvas durante la vinificación

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. El proceso general de vinificación se inicia con la oxidación enzimática de compuestos fenólicos por polifenol oxidasas. El contacto entre los compuestos fenólicos de la vacuola de la célula de la uva y la enzima polifenol oxidasa (situada en el citoplasma) desencadena la oxidación de la uva. Así, el pardeamiento inicial de la uva se produce como consecuencia de la "modificación de la compartimentación" en las células de la uva.

Implicaciones en la industria y tecnología alimentaria

El pardeamiento enzimático afecta el color, el sabor y el valor nutricional de los alimentos, lo que provoca una enorme pérdida económica cuando no se vende a los consumidores a tiempo. Se estima que más del 50% del producto se pierde como resultado del pardeamiento enzimático.El aumento de la población humana y el consiguiente agotamiento de los recursos naturales ha llevado a muchos bioquímicos e ingenieros alimentarios a encontrar técnicas nuevas o mejoradas para conservar los alimentos y durante más tiempo utilizando métodos para inhibir la reacción de pardeamiento. Esto aumenta efectivamente la vida útil de los alimentos, resolviendo esta parte del problema de los desechos. Una mejor comprensión de los mecanismos de pardeamiento enzimático, específicamente, la comprensión de las propiedades de las enzimas y los sustratos que están involucrados en la reacción puede ayudar a los tecnólogos de alimentos a controlar ciertas etapas del mecanismo y, en última instancia, aplicar ese conocimiento para inhibir el pardeamiento.

Las manzanas son frutas comúnmente estudiadas por los investigadores debido a su alto contenido fenólico, lo que las hace altamente susceptibles al pardeamiento enzimático. De acuerdo con otros hallazgos relacionados con las manzanas y la actividad de pardeamiento, se ha encontrado una correlación entre cantidades más altas de fenoles y una mayor actividad enzimática en las manzanas. Esto proporciona un objetivo potencial y, por lo tanto, una esperanza para las industrias alimentarias que desean 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 de alimentos es la producción de manzanas árticas. Estas manzanas, diseñadas por Okanagan Specialty Fruits Inc, son el resultado de la aplicación de empalme de genes, una técnica de laboratorio que ha permitido la reducción de la polifenol oxidasa.

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