Microencapsulado y parámetros de concentración de zumo Citrus sinensis en la vitamina C

Revista Pakamuros

Universidad Nacional de Jaén, Perú

ISSN: 2306-9805

ISSN-e: 2522-3240

Periodicidad: Trimestral

vol. 11, núm. 1, 2023

pakamuros@unj.edu.pe

Recepción: 07 Diciembre 2022

Aprobación: 01 Marzo 2023

URL: http://portal.amelica.org/ameli/journal/688/6884342008/

DOI: https://doi.org/10.37787/pakamuros-unj.v11i1.361

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En la última década se evidenció que el 20% de las personas en el mundo consumen cantidades de vitamina C por debajo de lo requerido, muy marcados en partes de Asia y con menor importancia en los países de mayor ingreso (Beal, Massiot, Arsenault, Smith, & Hijmans, 2017). Entre los antioxidantes imprescindibles tenemos a la Vitamina C, que tiene como principales funciones la neutralización de los radicales libres, reducir el hierro, regenerar la vitamina E (Calabrese y otros, 2013) y actuar como cofactor de enzimas α-cetoglutarato dioxigenasas (Clemetson, 1989; Cimmino, Neel, & Aifantis, 2018). Estas enzimas participan en la síntesis de neurotransmisores, en la regulación de la expresión génica y en el entrecruzamiento de las fibras de colágeno, siendo un componente esencial de la matriz extracelular que debe hidroxilarse en residuos de lisina y prolina para formar una estructura de triple hélice (Villagrán, y otros, 2019). En términos generales, la escasez de la vitamina C y ciertos micronutrientes son asociados a una mal nutrición generalmente, se presenta en alcohólicos, indígenas, ancianos (Gan, Eintracht, & Hoffer, 2008). La reducida presencia de vitamina C en la ingesta de alimentos de la población de diabéticos generan altos niveles de riesgos, ya que la mayoría presentan niveles plasmáticos de Ácido ascórbico menores de 20 μM, generando un incremento de un problema asociado a mala cicatrización en estas personas (Christie-David & Gunton, 2017). La vitamina C mejora el incremento de tejidos conectivos, la biotransformación y absorción de vitaminas y lípidos (Calabrese, Masuelli, & Gazzolo, 2013). Es altamente sensible al procesamiento, al oxígeno, temperaturas media-altas y a la luz (Marsanasco, Márquez, Wagner, & Chiaramoni, 2011).

A nivel mundial, el 12% de la población canadiense tiene una ingesta por debajo del requerimiento diario, en Francia se presentó déficit del 12% y 6% en hombres y mujeres respectivamente (Gan, Eintracht, & Hoffer, 2008; Mosdol, Erens, & Brunner, 2008), en Estados Unidos el 7% de la población presenta un déficit en su ingesta diaria de vitamina C (Schleicher, Carroll, Ford, & Lacher, 2009), en Tailandia se determinó un déficit de vitamina C en niños de 6 meses a 9 años que se alimentaron con leche UHT durante la hospitalización, esto debido al calor utilizado en el proceso que logra inactivar la vitamina C (Ratanachu, Sukswai, Jeerathanyasakun, & Wongtapradit, 2003).

A nivel de Latinoamérica, aunque el déficit de vitamina C no supera el 37% en la población genera el desarrollo de escorbuto, incremento del deterioro de la función cognitiva, mayor cantidad de infecciones, cáncer y cierta enfermedad ocular (Granger & Eck, 2018).

A nivel nacional, se mostró que un 75% tuvo ingestas menores a 18 mg/día, y que el 90% mostró datos menores a 60 mg/día. La ingesta promedio para la región sierra rural fue 27.72 mg/día y una parte de la costa fue 18.98 mg/día (INS, 2021).

La Vitamina C que es conocido como ácido L-ascórbico, pertenece al grupo de moléculas orgánicas tipo ceto-lactona de 6C (Hediger, 2002; Levine, 1986), puede absorberse como ácido ascórbico y como ácido dehidroascorbico a nivel de mucosa bucal, estómago y yeyuno (intestino delgado), luego es transportada vía vena porta hacia el hígado para luego ser conducida a los tejidos que la requieran (Ganem, Aguilar, Dorsant, & Viel, 2012). El contenido se reduce significativamente en el procesamiento de frutas y hortalizas, por exposición a temperaturas, a la luz, al oxígeno, a variaciones de depresión, a pH diversos, entre otros (García, y otros, 2006). La naranja es uno de los cítricos más utilizados por los consumidores para ingerir en forma de jugo natural (Schvab, Ferreyra, Gerard, & Davies, 2013). Su zumo es un producto complejo formado agua, azúcares, ácidos orgánicos, sales minerales, vitaminas y pigmentos, además de una serie de componentes orgánicos volátiles e inestables responsables de su sabor y aroma (Correa & Faria, 1999). Sus cualidades están influenciadas básicamente por factores microbiológicos, enzimáticos, químicos y físicos que comprometen sus características sensoriales (aroma, sabor, color, viscosidad y estabilidad) y nutricionales (Arena y otros, 2001). Ahora, la concentración del zumo por medio de la evaporación permite realizar la concentración de una mezcla conformada en principio un soluto volatil y un disolvente volatil, este proceso está determinado por el equilibrio liquido-vapor (McCabe & Smith, 1991). Para Singh y Hieldman (2009) es una operación básica usada para eliminar agua de alimentos en estado líquidos y así generar un producto más concentrado, con mayor estabilidad microbiológica y con costos reducidos de almacenamiento y transporte. Así también, Rojero et al (2008), afirma que se obtienen menores temperaturas de evaporación operando a una presión por debajo de la atmosférica. Y la encapsulación como la técnica en donde partículas en estado líquido, sólido o gaseoso, son cubiertas con una película de un polímero poroso que contiene una sustancia activa (Araneda & Valenzuela, 2009); ésta cubierta que generalmente se hace de componentes que forman cadenas se usa para construir una pared con propiedades entre ellas: una hidrofóbica y/o hidrofílica (Fuchs, y otros, 2006). La microencapsulación es aplicada principalmente en las industrias farmacéuticas, médicas, textiles, alimentaria (Dutta y otros, 2009; Rai y otros, 2009). Esta permite que el producto alimenticio resista condiciones de procesamiento, envasado y almacenado además de mejorar la apariencia, valor nutritivo, estabilidad, el sabor y aroma de sus productos (Montes y otros, 2007).

Según lo expuesto se formuló el problema general: ¿Cuál es el efecto del Microencapsulado y los parámetros de concentración de zumo de naranja (Citrus sinensis) por medio de un evaporador rotativo en la vitamina C?

El objetivo general de la investigación fue determinar el efecto del Microencapsulado y los parámetros de concentración de zumo de naranja (Citrus sinensis) por medio de un evaporador rotativo en la cantidad de vitamina C.

La metodología para obtener el zumo de naranja concentrado se muestra en la Figura 1. Para el proceso se realizan las siguientes etapas:

Figura 1.
Diagrama para el concentrado de zumo de naranja

Determinación del contenido de ácido ascórbico:

Se determinó por el método espectrofotométrico (Ciancaglini, 2001) que se basa en la reducción del colorante 2-6-diclorofenolindofenol, por efecto del ácido ascórbico en solución. Primero calculamos la absorbancia de L1, para ello se ajustó la absorbancia a cero con agua destilada, a una longitud de onda de 520 nm, luego se lee la absorbancia de un tubo con un contenido de 1 ml de ácido oxálico al 0.4% + 9 ml. de solución coloreada (2,6-diclorofenolindofenol), determinando L1. Segundo calculamos L2, colocamos un 1 ml de filtrado + 9 ml. de agua destilada en un tubo y ajustamos la absorbancia. En un tubo adicional se colocó 1 ml. de filtrado + 9 ml. de solución coloreada, y tomo la absorbancia (L2) después de 15 segundos. Luego calculamos la diferencia de L2-L1 para curva patrón.

Determinación de acidez

Se determinó con el método 935.05 de Official methods of Analysis - AOAC (2000). Los resultados se expresaron con los porcentajes de ácido cítrico y se calcularon mediante la ecuación (1):

Donde:

B = ml. de NaOH

N= Normalidad de NaOH

E= Peso mili equivalente del ácido cítrico V= Volumen de la muestra en ml

Determinación de pH

El pH se determinó con un potenciómetro digital (Marca: Hanna Instrument), por inmersión del electrodo en el zumo de naranja previas calibraciones con soluciones buffers a pH 4, 7 y 10.

Determinación de grados ºBrix

Se determinó la cantidad de sólidos totales solubles con un refractómetro ABBE (marca: Hand.Held Atago).

Análisis de datos

Para el análisis estadístico se utilizó un Diseño Factorial 3x3 con 3 repeticiones, las variables analizadas fueron: 03 temperaturas (30, 40 y 50°C), 03 presiones de vacío (100, 200 y 300 mbar) y 03 concentraciones de Microencapsulante (5%, 10% y 15% de maltodextrina) durante la concentración, con la intensión de evaluar el efecto de esas variables sobre la cantidad de vitamina C durante la concentración del zumo de naranja. Para el procesamiento de datos se usó el programa estadístico SPSS versión 25, donde se aplicó el Análisis de varianza para determinar las variables independientes con efecto significativo en la variable respuesta utilizando un valor P<0.05

Tabla 1.
Definiciones de variables y niveles del Diseño Factorial

Tabla 2.
Variable respuesta del Diseño Factorial

Supuesto de normalidad

La prueba de normalidad aplicada a los datos experimentales según el test de Shapiro Wilk indicado en la Tabla 3 nos muestra un valor de 0.971, el cual es mayor al p-Valor de 0.05, confirmando que los datos experimentales están distribuidos siguiendo una distribución normal.

Tabla 3.
Prueba de normalidad

Prueba de varianza

Según el test de Levene indicado en la Tabla 4, podemos decir que las varianzas son homogéneas según el p-valor = 0.54 el cual es mayor a 0.05, lo cual nos permite aceptar la hipótesis nula.

Tabla 4.
Prueba de Igualdad de Levene de la variable dependiente: Vitamina C

Cumpliéndose los supuestos de normalidad y varianza, confirmamos la aplicación de una prueba paramétrico de los datos, como es el ANOVA.

Características fisicoquímicas del zumo de naranja (Citrus sinensis)

En la Tabla 5 se observan los resultados en la caracterización fisicoquímica del jugo de naranja de variedad Valencia (Citrus sinensis), donde encontramos que tiene una humedad de 89.2%, los sólidos totales se encuentran en 11.2 °Brix, la acidez se encuentraen 0.97% p/p, g a.c/100g muestra, el pH está en 3.61 y la concentración de vitamina C se encuentra en 50.2 mg a.a/100ml de jugo.

Tabla 5.
Características fisicoquímicas de la naranja (Citrus sinensis)

Efecto del microencapsulante y los parámetros de operación durante el proceso de concentrado del zumo de naranja (Citrus sinensis) en un evaporador rotatorio en el contenido de vitamina C

Se utilizó una descripción cuantitativa en función a los efectos generados por cada variable en el contenido de vitamina C. Estas variables independientes fueron; concentración de microencapsulante, presión de vacío y temperatura de la operación unitaria de evaporación; cuya variable respuesta fue la cantidad de la Vitamina C en el zumo de naranja, como indica la Tabla 6.

Tabla 6.
Resultados del contenido de la vitamina C del zumo de naranja concentrado

Análisis de varianza - ANOVA

Podemos observar que la Tabla 7 presenta el ANOVA para la respuesta en relación al contenido de vitamina C en el zumo de naranja, conociendo que la fuente que genera variación del modelo se subdivide en ciertos componentes, Presion de vacío (A), temperatura (B) y concentración de microencapsulado (C), estos componentes son factores cuantitativos que cuentan con 3 niveles.

Tabla 7.
Prueba de efecto del microencapsulante y parámetros de concentración en vitamina C

En la Tabla 7, se observa que el microencapsulante y los parámetros de operación en la concentración de zumo de naranja (Citrus sinensis) en un evaporador rotativo luego de la aplicación del ANOVA muestra valores de significancia de 0.000<0.05 indicando que las concentraciones de microencapsulado y los parámetros operativos de temperatura y Presion de vacío son significativos en la cantidad de la vitamina C del zumo de naranja. Se determinó aceptar la hipótesis alternativa. Además, el coeficiente de determinación R2 fue 0.983, el cual indica que el 98.3% de las respuestas serán explicadas por el modelo y que el 1.7% no será explicado.

Entre las características fisicoquímicas del jugo de naranja (Citrus sinensis), se tiene a la humedad con 89.4%, similar a lo determinado por Leiton y otros (2016) que obtuvieron una humedad de 90.52% en jugo de naranja fresca, así mismo Mosquera, Ayala, & Ochoa (2012), reporta una humedad de 95.52%, además Romero (2020) indicó que la humedad estuvo en 92.5%. Además, los sólidos totales se encuentra en 11.1 °Brix, siendo similar a la investigación de Leiton, Mosquera, Ayala, & Ochoa (2016) quien obtuvo 8 °Brix, así mismo Mosquera, Ayala, & Ochoa (2012), reporta un 8 °Brix, también Ariza, y otros (2014) determinó que los sólidos solubles (SST) están entre 7.7 y 9.6 ºBrix, además Romero (2020) determinó que los sólidos torales era 8.22 °Brix. En tanto, la acidez titulable estuvo en 0.97% p/p, g a.c/100g muestra, similar a lo indicado por Ariza, y otros (2014) indicaron valores de acidez titulable (AT) de 0.66 y 1% de ácido cítrico, además Romero (2020) determinó una acidez de 0.95 p/p, g a.c/100g muestra de zumo de naranja, también para Avalo, Pérez, & Tovar (2009) la acidez titulable 1.47 p/p, g a.c/100g muestra de zumo. Como otra característica analizada, tenemos al pH con 3.62, que se asemeja a lo determinado por Romero (2020) indicando un pH de 3.37, además para Avalo, Pérez, & Tovar (2009) el pH determinado fue de 3.63. Por último, el contenido de vitamina C estuvo en 50.1 mg a.a/100ml de zumo de naranja, muy cercano a lo indicado por Romero (2020) con un contenido de 51.12 mg a.a/100ml de zumo, como también por Avalo, Pérez, & Tovar (2009) que determinó un contenido de vitamina C en 50.05 mg a.a/100ml de zumo.

Según la Tabla 6, se observa que la reducción del contenido de vitamina C: a 5% de maltodextrina, 30°C y 100 mbar disminuyó 73.7%; a 5% de maltodextrina, 50°C y 100 mbar disminuyó 87.7%; a 5% de maltodextrina, 30°C y 200 mbar disminuyó 56.8%; a 5% de maltodextrina, 50°C y 200 mbar disminuyó 77.2%; a 5% de maltodextrina, 30°C y 300 mbar disminuyó 38.2%; a 5% de maltodextrina, 50°C y 300

mbar disminuyó 63.5%; a 15% de maltodextrina, 30°C y 100 mbar disminuyó 49.2%; a 15% de maltodextrina, 50°C y 100 mbar disminuyó 69.6%; a 15% de maltodextrina, 30°C y 200 mbar disminuyó de 36.9%; a 15% de maltodextrina, 50°C y 200 mbar disminuyó 61.6%; 15% de maltodextrina, 30°C, 300 mbar disminuyó 19.1%; y 15% de maltodextrina, 50°C y 300 mbar disminuyó 43.8%, con una gran variación entre extremos de 68.6% indicando las diferencias producto a las tres variables. Y según la Tabla 7, el microencapsulante y los parámetros de operación en la concentración de zumo de naranja (Citrus sinensis) en un evaporador rotativo luego de la aplicación del ANOVA muestra valores de significancia de 0.000<0.05 indicando que las concentraciones de microencapsulado y los parámetros operativos de temperatura y Presion de vacío son significativos en la cantidad de la vitamina C del zumo de naranja. Se determinó aceptar la hipótesis alternativa. Lo cual fue respaldado por Munyaka y otros, (2010) que determinó que la presencia de la vitamina C se ve afectada de forma significativa mientras se genera el desarrollo de las etapas de procesamiento en frutas y hortalizas por causa de los factores como la variación de pH, la interacción de los iones metálicos, la Presion de vacío en el equipo, la exposición al oxígeno y las altas temperaturas. Además, según Nagy (1980) y Manso, Oliveira, Oliveira, & Frias (2001) determinaron que los parámetros de procesamiento térmico como temperatura y Presion afectan los productos generados a partir de frutas, siendo la más afectada la vitamina C. También Ordoñez y Yoshioka (2012) indican que el procesamiento y el tiempo del almacenamiento afectan el contenido de vitamina C. Según Ibarz y Barbosa (2005) el coeficiente de transferencia de calor se reduce en función del tiempo de intercambio de calor debido a la adhesión de partículas a las paredes del intercambiador. Para Singh & Heldman (2009) y Ibarz y Barbosa (2005) esto ocurre debido al aumento ebulloscópico generado por el aumento de solutos en la solución en proceso de concentración. Las microcápsulas, ayudan a que los materiales alimenticios empleados resistan las condiciones de procesamiento y empacado mejorando sabor, aroma, estabilidad, valor nutritivo y apariencia de sus productos (Montes, Ortega, & De-Paula, 2007). Además, para Loksuwan (2007), el almidón nativo y modificado de tapioca, y maltodextrina han sido investigados por su habilidad de ser utilizado como material de pared para la encapsulación de β-caroteno; así mismo, Riveros (2015) concluyo que la Goma Arábiga al 50% (2178.13 mg/100g) y la Maltodextrina al 50% (2168.44 mg/100g) siendo la muestra atomizada presentaron menor degradación de ácido ascórbico durante el periodo de almacenamiento. Además, Lastrada y Vivanco (2015) en su investigación indicaron que el proceso de atomizado con el tratamiento a 140°C de temperatura de secado y 10% de maltodextrina presentó las mejores características dando un 14.66% de higroscopicidad, 5.1% de humedad, 2.73 de pH, 2.88% de acidez (Ácido cítrico) y 976.2 mg de vitamina C/100 g de polvo. Siendo respaldado por Montes y otros, (2007), la microencapsulación ayuda a que los materiales alimenticios empleados resistan las condiciones de procesamiento y empacado mejorando sabor, aroma, estabilidad, valor nutritivo y apariencia de sus productos.

Las características fisicoquímicas del zumo de naranja (Citrus sinensis), en la cual encontramos que tiene una humedad de 89.4%, los sólidos totales se encuentran en 11.1 °Brix, la acidez se encuentra en 0.97% p/g, a.c/100g muestra, el PH está en 3.62 y el contenido de vitamina C se encuentra en 50.1 mg a.a/100ml de zumo de limón.

El microencapsulante y los parámetros de operación en la concentración de zumo de naranja (Citrus sinensis) en un evaporador rotativo luego de la aplicación del ANOVA muestra valores de significancia de 0.000<0.05 indicando que las concentraciones de microencapsulado y los parámetros operativos de temperatura y presión de vacío son significativos en la cantidad de la vitamina C del zumo de naranja.