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Introducción
Los productos de IV gama o mínimamente procesados,son aquellos obtenidos a través de operaciones unitarias depreparación, tales como pelado, cortado, lavado, etc., quesi bien modifican su apariencia, se caracterizan por elmantenimiento de sus tejidos vivos. Estos productos sonademás sometidos a una serie de tratamientos de conservaciónentre los que se incluyen necesariamente la refrigeracióny la modificación de la atmósfera (Wiley, 1997). Elmantenimiento de la calidad organoléptica, nutricional y funcional,así como de la inocuidad microbiológica, es unatarea bastante compleja que involucra muchos aspectos,tanto en la etapa de elaboración propiamente dicha, comoen las etapas de campo y post-producción.
En cuanto a la etapa de elaboración, debe tenerse encuenta que las operaciones realizadas durante el procesoprovocan alteraciones significativas del metabolismo y generanun ambiente propicio para el desarrollo de microorganismospatógenos y causantes de deterioro (Gorny yKader, 1996). Más recientemente aparece un aspecto nuevoa considerar, y es el hecho de que un número cada vezmayor de consumidores prefieren alimentos reducidos olibres de aditivos químicos porque los consideran contaminantesambientales y/o nocivos para su salud. Esto obliga ala búsqueda de métodos alternativos a los tradicionalmenteutilizados para el mantenimiento de la calidad organoléptica,nutricional y funcional.
Las alteraciones (pérdida de calidad) en los productosde IV gama son consecuencia de las operaciones unitariasque se realizan durante el proceso de elaboración, sobretodo el pelado y corte. Entre ellas aparecen aumentos en larespiración y producción de etileno (C2H4), ablandamiento,pardeamiento enzimático, oxidación de lípidos, acumulaciónde metabolitos secundarios que provocan alteracionesen el sabor y/o aroma, y aumentos en la síntesis de ligninay suberina, entre otros (Gorny, Gil y Kader, 1998;Martín-Belloso, Soliva-Fortuny y Oms-Oliu, 2006; Toivoneny Brummell, 2008).
La reducción de las alteraciones se centra principalmenteen el manejo de los factores de pre-cosecha, dondese incluye la selección del material genético, manejo delas condiciones de cultivo, etc., y en la aplicación deaditivos químicos y/o métodos físicos para controlar elcrecimiento microbiano, el ablandamiento y el pardeamientoenzimático durante el proceso de elaboraciónpropiamente dicho. Estos dos últimos aspectos son losque se abordarán en este trabajo.
Pardeamiento enzimático
El pardeamiento enzimático se produce como resultadodel proceso de oxidación de los compuestos fenólicos ao-quinonas, compuestos altamente reactivos que polimerizanformando melaninas de coloración parda. Esta reacciónes catalizada por enzimas del tipo oxidasas, polifenoloxidasa (PPO) y peroxidasa (POD). En los productosenteros, los compuestos fenólicos (sustratos de la reacción)se encuentran en el citoplasma de la célula, separadosde las enzimas responsables del pardeamiento, quese encuentran unidas a la membrana tilacoide de los cloroplastosy las membranas mitocondriales. En esta situación,al no haber contacto entre enzimas y sustratos, elpardeamiento puede ocurrir ocasionalmente y estaría asociadoa los cambios en la permeabilidad de las membranascelulares que caracterizan el proceso de senescencia(Limbo y Piergiovanni, 2006). Sin embargo, en los productosde IV gama, la operación de corte provoca la pérdida dela compartimentalización celular con posterior contacto entresustratos y enzimas, que en presencia de O2 determina laocurrencia del pardeamiento, caracterizado por la presenciade pigmentos marrones o pardos que afectan la apariencia(Sugumaran, Nellaiappan y Valivittan, 2000). Porotro lado, el estrés generado por el procesamiento provocaun aumento en la producción de C2H4 que estimula el metabolismode los compuestos fenólicos, sustratos de la reacción,proceso mediado por la enzima fenilalanina amonio
liasa (PAL), como una respuesta fisiológica del tejidopara reducir la pérdida de agua y la prevención del ataquede patógenos.
Además de la condiciones antes mencionadas, necesariaspara que ocurra la reacción de pardeamiento (sustratos,enzimas, O2), en el caso de la PPO, metaloenzimaque presenta en su centro activo dos átomos de cobre(Cu), es necesario que estos se encuentren en estadoreducido para que la enzima tenga actividad (Mayer, 2006).
La velocidad del proceso es función de la concentracióny actividad enzimática, la cantidad y naturaleza de los compuestosfenólicos, pH, temperatura, actividad de agua ycantidad de O2 disponible, por lo que controlando estosfactores se puede regular el proceso. Por lo tanto, la ocurrenciade pardeamiento enzimático se puede controlar através de la inactivación de la enzima, exclusión o eliminaciónde los sustratos y/o por el cambio de las condicionesambientales, especialmente el pH (Altunkaya y Gökmen,2009). Teniendo en cuenta que la decisión de comprade los productos de IV gama está determinada por suapariencia, el control del pardeamiento enzimático se convierteen un factor de fundamental importancia.
Pérdida de la firmeza
Junto al pardeamiento enzimático, otro de los procesosimportantes que ocurren en los productos de IV gama es lapérdida de firmeza, que es consecuencia de cambios anivel de los polímeros que forman la pared celular y lalaminilla media, tales como el aumento de la hidratación y ladisminución de la cohesión entre pectinas, lo que hace quelas células se puedan separar con mayor facilidad (Jarvis,1984). Las pectinas son solubilizadas y/o despolimerizadasdebido a la hidrólisis de los poliurónidos que con eltranscurso de la maduración se vuelven más solubles(Brummell y Labavitch, 1997; Chun y Huber, 2000). Ladespolimerización de pectinas y la pérdida de galactosa yarabinosa en las cadenas laterales (Gross y Sams, 1984)incrementan la porosidad de las paredes, facilitando el accesode las enzimas hidrolíticas a sus sustratos (Baron-Epel, Gharyal y Schindler, 1988). La degradación de lasparedes celulares se produce por la acción de una serie deenzimas, siendo las principales la poligalacturonasa (PG)y la pectin metil esterasa (PME) y en menor extensión laspectato liasas (Jiménez Bermúdez et al., 2002; Brummell,2006). Además de estas enzimas, se encuentran otras comoβ-galactosidasa, endo-β-1,4-D-glucanasa,β-xilosidasa,pectato liasa, arabinofuranosidasa, endo-1,4-β-mananasa,xiloglucano endotransglicosilasa. Más específicamente, lasendoglucanasas, xyloglucanasas y endotransglicosidasascontribuyen a la despolimerización de los xyloglicanos(Brummell y Harpster, 2001) mientras que la acción secuencialde las xylanasas y xylosidasas degrada los xylanos(Cleepmut et al., 1997). En este proceso también participanun grupo de proteínas denominadas expansinas, sin actividadenzimática detectable, pero que contribuyen alablandamiento al causar una separación reversible de lospuentes de hidrógeno que se encuentran entre las microfibrillasde celulosa y los xyloglicanos (Brummell yHarpster, 2001).
Métodos físicos empleados para el control delpardeamiento y la pérdida de firmeza
Entre los métodos empleados para el control del pardeamientoy la pérdida de firmeza aparecen los tratamientosfísicos, tales como los tratamientos térmicos, radiaciónionizante, radiación no ionizante (UV-C, microondas, ultrasonido),bajas temperaturas y manejo de la composiciónde la atmósfera, ya sea mediante el uso de envasadoen atmósfera modificada o recubrimientos comestibles. Lostratamientos térmicos y uso de radiación producen la inactivaciónde carácter reversible o irreversible de las enzimasresponsables de los procesos.
A continuación se presentan algunos ejemplos de aplicaciónde los métodos antes mencionados. El uso de rayosγ con una intensidad de 0,5; 1 y 1,5 kGy, a una dosis de0,5 kGy/h y a 15 °C), fue efectivo en el control del pardeamientoenzimático al ocasionar una inactivación reversiblede la actividad de la PPO en lechuga de IV gama despuésde tres días de almacenamiento (Zhang et al., 2006). Conrelación al uso de radiación no ionizante, el tratamiento delechuga Lollo Rosso con UV-C (2,44, 4,07 y 8,14 kJ m-2)retardó la ocurrencia del pardeamiento enzimático posibilitandoque el producto alcanzara una vida útil de 10 días a5 °C (Allende y Artés, 2003). Por otra parte, los tratamientostérmicos también han resultado efectivos actuando a nivelde las enzimas. En pecíolos de acelga tratados con calor(50 °C durante 90 s) ocurrió una reducción significativa enla actividad de la PAL inducida por el corte que determinóuna reducción del pardeamiento (Loaiza-Velerde et al., 2007).Por otra parte, un tratamiento de choque térmico leve(50 °C durante 2 min) aplicado a rodajas de rábano permitióreducir el pardeamiento enzimático (Goyeneche et al., 2014).
En el caso de la pérdida de firmeza, tratamientos deinmersión en agua caliente (60 °C) durante 90 y 120 s enmelón Galia de IV gama determinaron una mayor retenciónde la misma después de 10 días de almacenamiento a5 °C, con un ablandamiento de tan solo del 10 al 14 % enrelación con el valor inicial (Silveira et al., 2011b). Tambiénla radiación UV-C (4,4 kJ m-2) permitió mantener la firmezade tomate durante 35 días de almacenamiento a 18 °C,como resultado de la reducción de la actividad de la PG yde la PME (Bu et al., 2013).
Uso de aditivos para el control del pardeamiento
El uso de aditivos químicos es la técnica más empleadapara la reducción del pardeamiento enzimático. Estos productospueden actuar sobre la enzima, el sustrato o losproductos de la reacción, por ejemplo, mediante la reducciónde las o-quinonas formadas. Dentro de los compuestosque actúan a nivel de las enzimas aparecen los quemodifican el pH y los agentes quelantes. Puesto que la PPOtiene una actividad óptima a valores de pH entre 5 y 7, laacidificación del medio, a través de la utilización de ácidosorgánicos tipo GRAS (cítrico, ascórbico, málico, etc.) a valoresde pH por debajo de 4, determina un control del pardeamiento.En el caso de los agentes quelantes actúaneliminando los iones cobre del sitio activo de la enzima(Du, Dou y Wu, 2012).
Entre los agentes quelantes aparecen el ácido kójico y elácido etilendiaminotetracético (EDTA). Otro potente inhibidorde la actividad de la PPO es el 4-hexilresorcinol queinteractúa con la PPO formando un complejo inactivo incapazde catalizar la reacción de pardeamiento (Jiménez yGarcía-Carmona, 1997). Por otra parte los agentes complejantestales como hexametafosfato y la ciclodextrina reducenla actividad de la PPO al formar un complejo con elsustrato de la enzima (Ghidelli et al., 2013).
El pardeamiento enzimático también puede ser controladoa través del uso de agentes antioxidantes y complejantes,capaces de formar complejos con los sustratos de laPPO, o de interaccionar con los productos de la reacción.La principal acción de los antioxidantes químicos es evitar elpardeamiento mediante la reducción de las o-quinonas asus o-difenoles precursores. Los principales antioxidantesdescritos en la literatura son el ácido ascórbico, ácido eritórbico,ácido elágico, N-acetil cisteína, clorhidrato de cisteína,y glutatión (Arias et al., 2007). El ácido ascórbico es elagente reductor más comúnmente utilizado. En lechuga(Lactuca sativa var. capitata), el uso de ácido ascórbicoredujo la actividad PPO en alrededor de 90 % (Landi et al.,2013). Si bien es efectivo para el control del pardeamiento,la desventaja de su utilización radica en el hecho de que seconsume en la reacción, por lo que, una vez que se oxidacompletamente, ya no es capaz de controlar el pardeamiento.Por otra parte, en berenjena de IV gama la actividadde la PPO fue fuertemente inhibida por el uso de ácidocítrico, tartárico y acético (Todaro et al., 2011).
Es importante señalar que algunos acidulantes tambiénpueden funcionar como antioxidantes y viceversa. Otros delos agentes que reducen el pardeamiento actúan a nivel delas enzimas. En este grupo aparecen la cisteína, compuestoque al oxidarse atrapa las o-quinonas formando productosno coloreados, los cuales son inhibidores competitivosde la PPO (Richard-Forget, Goupy y Nicolas, 1992).
El uso de L-cisteína ha tenido buenos resultados. Se haevitado o reducido el pardeamiento en lechugas y coles(Gómez-López et al., 2009) y alcachofas (Cabeza-Serrano,Amodio y Colelli, 2013; Ghidelli et al., 2013) entre otrashortalizas. También en este grupo aparece el 4-hexyl resorcinol(4HR), compuesto que reacciona con la PPO imposibilitandoque esta catalice la reacción de pardeamiento.
En cuanto al mantenimiento de la firmeza, y por el hechode que el ablandamiento es proporcional al nivel de calcioen los tejidos (Fallahi et al., 1997), también es posible retardarloagregando calcio, ya sea por inmersión con o sinaumento de la temperatura, o por infiltración al vacío, siendoque los tratamientos de inmersión en agua caliente son losmás comunes. El tratamiento de inmersión en agua caliente(60 °C) con las sales cloruro, lactato y ascorbato decalcio (0,15 g/g) durante 1 min, seguido de un enfriado enuna solución de peróxido de hidrógeno (H2O2), permitió elmantenimiento de la firmeza por 10 días a 5 °C (Silveira etal., 2011a). En un trabajo más reciente también se encontróun efecto positivo de los tratamientos con cloruro, lactato ypropionato de calcio (250 mM) en el mantenimiento de lafirmeza de espinacas baby de IV gama almacenadas durante7 días a 5 °C (Oliveira et al., 2016).
Combinación de técnicas
En general los métodos empleados para preservar lacalidad de los productos de IV gama tienen una efectividadlimitada, por lo que se hace necesario combinarlos paraobtener mejores beneficios. La combinación de métodosse conoce también como tecnologías de obstáculos; procesoscombinados o conservación multiblanco, entreotros, y se basa en el hecho de que la sinergia entre losfactores de estrés permite asegurar la estabilidad, inocuidady mantenimiento de la calidad al vencer respuestashomeostáticas microbianas pero al mismo tiemporeteniendo las características nutricionales y sensorialesdeseadas (Leitsner, 2000).
Los aditivos químicos usados para prevenir o controlarel pardeamiento enzimático se aplican en soluciones, frecuentementecomo formulaciones que contienen uno o máscompuestos. Mezclas de agentes antipardeantes tales comoel ácido ascórbico y el ácido cítrico se emplean comúnmentey tienen un efecto sinérgico. Por ejemplo, la combinaciónde sulfato ácido de sodio al 1 % con ácido cítrico yácido ascórbico a la misma concentración fue efectiva paracontrolar el pardeamiento en papas de IV gama (Calder etal., 2011). También en papa la combinación de eritorbato desodio con ácido cítrico fue efectiva en reducir el pardeamiento(Mosneaguta, Alvarez y Barringer, 2012). Arilos degranada tratados con UV-C (4,54 kJ m-2) y agua caliente(55 °C durante 30 s) en combinación o no con alta atmósferade O2 mostraron una menor actividad de las enzimasresponsables del pardeamiento (PPO y POD) alcanzandouna vida útil de 14 días a 5 °C (Maghoumi et al., 2013).
En cuanto al mantenimiento de la firmeza, la aplicaciónde citrato y ascorbato de calcio combinados con agua caliente(60 °C durante 1 min) permitió reducir la actividad delas enzimas PG y PME responsable del ablandamiento asícomo de la PPO en berenjenas de IV gama (Barbagallo,Chisaril y Caputa, 2012).
Otro ejemplo de la combinación de métodos fue reportadopor Maghoumi et al. (2013) quienes trataron arilosde granada con UV-C (4,54 kJ m-2), agua caliente(55 °C durante 30 s), combinada o no con almacenamientoen atmósfera de alto O2 (90 kPa). Estos tratamientosse aplicaron solos o combinados y afectaron alas enzimas responsables del pardeamiento (PPO, PDOentre otros) de manera diferencial. Mientras que el aguacaliente suprimió la PPO y aumentó la actividad de POD,por lo que no hubo una reducción significativa del pardeamiento.Sin embargo, la radiación UV-C combinadacon el almacenamiento en atmósfera de alto O2 fue efectivaen reducir la actividad de ambas enzimas lo que setradujo en una reducción del pardeamiento.
Conclusiones
Con relación a la necesidad de preservar la calidadde los productos de IV gama, teniendo en cuenta lasexigencias cada vez mayores de los consumidores, quedemandan productos reducidos o libres de aditivos químicos,los trabajos experimentales en diferentes productos,demuestran que existen alternativas que permitenalcanzar ambos objetivos.
