UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA Y METALURGIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL “EFECTO DE LOS RECUBRIMIENTOS A BASE DE QUITOSANO EN LA CALIDAD DEL MELÓN (Cucumis melo L.) MINIMAMENTE PROCESADO” Tesis para optar el Título de INGENIERO AGROINDUSTRIAL Presentado por: Bach. Frank SHERON RODRIGUEZ AYACUCHO – PERÚ 2017 ÍNDICE GENERAL Pág. I. INTRODUCCION 1 OBJETIVOS 3 II. REVISION DE LITERATURA 2.1 EL MELÓN 4 2.1.1 Generalidades 4 2.1.2 Taxonomía 5 2.1.3 Características del fruto 6 2.1.4 Composición Fisicoquímica 7 2.1.5 Variedades 9 2.1.6 Propiedades 13 2.2 CAROTENOIDES 14 2.2.1 Generalidades 14 2.2.2 Clasificación y nomenclatura 14 2.2.3 Estructura 15 2.2.4 Betacaroteno 17 2.2.5 Vitamina A 18 2.3 RECUBRIMIENTOS COMESTIBLES 19 2.3.1 Generalidades 19 2.3.2 Funciones de los recubrimientos comestibles 20 2.3.3 Requerimiento y ventajas de los recubrimientos comestibles 22 2.3.4 Principales componentes de los recubrimientos comestibles 23 2.3.5 Recubrimientos comestibles a base de proteínas 31 2.3.6 Recubrimientos comestibles a partir de mezclas biopolímeros 34 2.3.7 Aplicaciones de películas comestibles en alimentos 38 2.3.8 Películas de Quitosano 40 2.4 Calidad de un producto agroalimentario y vida útil 45 III. MATERIALES Y MÉTODOS 3.1 MATERIALES 47 3.1.1 Materia prima e insumos 47 3.1.2 Materiales de envase 49 3.1.3 Reactivos 49 3.1.4 Materiales de Laboratorio 49 3.1.5 Equipos e instrumentos 50 3.2 METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 50 3.2.1 Muestreo de la materia prima 50 3.2.2 Caracterización fisicoquímica de la materia prima y producto final 51 3.2.3 Evaluación sensorial 52 3.2.4 Flujo de procesamiento para la preparación de la solución de quitosano y elaboración de melón mínimamente procesado con recubiertas de quitosano. 53 3.2.5 Descripción del proceso de melones mínimamente procesados recubiertas con películas de quitosano 55 3.3 DISEÑO EXPERIMENTAL 59 3.3.1 Preparación de la película de quitosano utilizado en el melón 59 mínimamente procesado. 3.3.2 Evaluación del melón mínimamente procesado recubiertas con quitosano durante el almacenamiento en refrigeración 60 3.3.3 Evaluación de la vida útil del melón mínimamente procesado 60 3.4 DISEÑO ESTADÍSTICO 60 3.4.1 Optimización de los parámetros 62 IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 4.1 CARACTERIZACIÓN DEL MELÓN 64 4.1.1 Características físicas 64 4.1.2 Características fisicoquímicas 65 4.2 EVALUACIÓN DEL MELÓN MÍNIMAMENTE PROCESADO RECUBIERTO CON PELÍCULAS DE QUITOSANO. 67 4.2.1 Efecto del quitosano, ácido oleico y ácido cítrico sobre la retención de betacaroteno. 67 4.2.2 Efecto del quitosano, ácido oleico y ácido cítrico sobre la perdida de peso 82 4.3 DETERMINACIÓN DE LAS CONDICIONES ÓPTIMAS PARA EL MELÓN MÍNIMAMENTE PROCESADO. 97 4.4 EVALUACIÓN DEL MELÓN MÍNIMAMENTE PROCESADO Y RECUBIERTA CON QUITOSANO. 99 4.4.1 Evaluación de la pérdida de peso durante el almacenaje 99 4.4.2 Evaluación de la retención de betacaroteno durante el almacenamiento. 100 4.4.3 Evaluación del pH durante el almacenamiento 101 4.4.4 Evaluación de la acidez titulable durante el almacenamiento 102 4.4.5 Evaluación sensorial con respecto al tiempo de almacenamiento 103 4.4.6 Evaluación de la vida útil de melón mínimamente procesado con recubiertas de quitosano almacenada en refrigeración 107 V. CONCLUSIONES 108 VI. RECOMENDACIONES 110 VII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 111 ANEXOS 120 ÍNDICE DE FIGURAS Pág. Figura 1: Fruto del melón, variedad amarillo rugoso 6 Figura 2 : Estructura química del Isopreno 15 Figura 3: Estructura de los carotenoides 16 Figura 4: Vitamina A 19 Figura 5: Estructura de la N-acetilglucosamina 41 Figura 6: Estructura de la aminoglucosamina 41 Figura 7: Proceso de obtención de quitina y quitosano 43 Figura 8: Fruto de melón 48 Figura 9: Quitosano grado comercial en polvo 48 Figura 10: Flujograma para preparar solución de quitosano 53 Figura 11: Flujograma para obtener melón mínimamente procesado recubierto con películas de quitosano. 54 Figura 12: Selección de melones 55 Figura 13: Lavado y desinfección del melón 56 Figura 14: Pelado y despepitado del melón 56 Figura 15: Cortado en cubitos del melón 57 Figura 16: Inmersión del melón en quitosano 58 Figura 17: Secado del melón con quitosano 58 Figura 18: Pesado y envasado del melón acondicionado 59 Figura 19: Interacción de los factores quitosano – ácido oleico; ácido cítrico = 0,5% sobre la respuesta retención de β-caroteno. 72 Figura 20: Contorno de los factores quitosano – ácido oleico; ácido 72 cítrico = 0,5% sobre la respuesta retención de β-caroteno. Figura 21: Interacción de los factores quitosano – ácido oleico; ácido cítrico = 1,5% sobre la respuesta retención de β-caroteno. 74 Figura 22: Contorno de los factores quitosano – ácido oleico; ácido cítrico = 1,5% sobre la respuesta retención de β-caroteno. 74 Figura 23: Interacción de los factores quitosano – ácido cítrico; ácido oleico = 0,6% sobre la respuesta retención de β-caroteno. 76 Figura 24: Contorno de los factores quitosano – ácido cítrico; ácido oleico = 0,6% sobre la respuesta retención de β-caroteno. 76 Figura 25: Interacción de los factores quitosano – ácido cítrico; ácido oleico = 1,0% sobre la respuesta retención de β-caroteno. 78 Figura 26: Contorno de los factores quitosano – ácido cítrico; ácido oleico = 1,0% sobre la respuesta retención de β-caroteno. 78 Figura 27: Interacción de los factores ácido oleico – ácido cítrico; quitosano = 1,0% sobre la respuesta retención de β- caroteno. 79 Figura 28: Contorno de los factores ácido oleico – ácido cítrico; quitosano = 1,0% sobre la respuesta retención de β- caroteno. 80 Figura 29: Interacción de los factores ácido oleico – ácido cítrico; quitosano = 2,0% sobre la respuesta retención de β- caroteno. 81 Figura 30: Interacción de los factores ácido oleico – ácido cítrico; quitosano = 2,0% sobre la respuesta retención de β- 81 caroteno. Figura 31: Interacción de los factores quitosano - ácido oleico; ácido cítrico = 0,5% sobre la respuesta pérdida de peso. 87 Figura 32: Contorno de los factores quitosano - ácido oleico; ácido cítrico = 0,5% sobre la respuesta pérdida de peso. 88 Figura 33: Interacción de los factores quitosano - ácido oleico; ácido cítrico = 1,5% sobre la respuesta pérdida de peso. 89 Figura 34: Contorno de los factores quitosano - ácido oleico; ácido cítrico = 1,5% sobre la respuesta pérdida de peso. 89 Figura 35: Interacción de los factores quitosano - ácido cítrico; ácido oleico = 0,6% sobre la respuesta pérdida de peso. 90 Figura 36: Contorno de los factores quitosano - ácido oleico; ácido cítrico = 1,5% sobre la respuesta pérdida de peso. 91 Figura 37: Interacción de los factores quitosano - ácido cítrico; ácido oleico = 1,0% sobre la respuesta pérdida de peso. 92 Figura 38: Contorno de los factores quitosano - ácido oleico; ácido cítrico = 1,5% sobre la respuesta pérdida de peso 92 Figura 39: Interacción de los factores ácido oleico - ácido cítrico; quitosano = 1,0% sobre la respuesta pérdida de peso 92 Figura 40: Contorno de los factores ácido oleico - ácido cítrico; quitosano = 1,0% sobre la respuesta pérdida de peso 94 Figura 41: Interacción de los factores ácido oleico - ácido cítrico; quitosano = 2,0% sobre la respuesta pérdida de peso. 95 Figura 42: Contorno de los factores ácido oleico - ácido cítrico; 95 quitosano = 2,0% sobre la respuesta pérdida de peso. Figura 43: Pérdida de peso (%) para las muestras con quitosano y control con respecto al tiempo de almacenamiento. 100 Figura 44: Porcentaje de retención de β-caroteno con respecto al tiempo de almacenamiento. 101 Figura 45: Evaluación del pH con respecto al tiempo de almacenamiento. 102 Figura 46: Evaluación de la acidez titulable con respecto al tiempo de almacenamiento. 103 ÍNDICE DE TABLAS Pág. Tabla 1: Composición fisicoquímica del melón 8 Tabla 2: Requerimientos y ventajas del uso de recubrimientos comestibles. 28 Tabla 3: Características y composición de películas de polisacáridos. 30 Tabla 4: Características y composición de películas de proteínas. 35 Tabla 5: Aplicaciones de las películas comestibles en alimentos. 39 Tabla 6: Definiciones de variables y niveles del diseño D- optimal para la formación de películas de quitosano. 61 Tabla 7: Definiciones de las respuestas del diseño D- optimal para el melón mínimamente procesado. 61 Tabla 8: Características físicas de los frutos de melón 65 Tabla 9: Características fisicoquímicas de los frutos de melón 66 Tabla 10: Resultados de la retención de β-caroteno en melones mínimamente procesados recubiertas con películas de quitosano según el diseño D–óptimo, en el día 10. 68 Tabla 11: Análisis de la varianza para la respuesta de conservación de β-caroteno en el día 10. 70 Tabla 12: Coeficiente de regresión para el modelo matemático empírico ajustado para el día 10. 71 Tabla 13: Resultados de la pérdida de peso en melones mínimamente procesados recubiertas con películas de quitosano según el diseño D–óptimo, en el día 10. 83 Tabla 14: Análisis de la varianza para la respuesta de pérdida de peso de melones mínimamente procesado en el día 10. 85 Tabla 15: Coeficiente de regresión para el modelo matemático empírico ajustado para el día 10. 86 Tabla 16: Condiciones óptimas de tratamiento usando el software estadístico Design Expert 7.0 98 Tabla 17: Resultados de posibles combinaciones de los niveles de cada factor. 98 Tabla 18: Resultados de la evaluación sensorial para muestra recubierta de quitosano. 104 Tabla 19: Análisis para la Varianza para la muestra cubierta con quitosano. 104 ÍNDICE DE ANEXOS Anexo 1: Determinación del β-Caroteno del melón mínimamente procesado cubiertas con películas de quitosano. 120 Anexo1. 2: Determinación instrumental del color 122 Anexo 1.3: Determinación de acidez titulable 123 Anexo 2: Formato de evaluación sensorial 124 Anexo 3.1: Cálculos hallados para obtener la conservación de β- caroteno. 125 Anexo 3.2: Cálculos hallados para obtener la razón de pérdida de peso. 126 Anexo 4.1: Valores puntuales de la pérdida de peso en (g) y el porcentaje de pérdida para las muestras con quitosano y control con respecto al tiempo de almacenamiento. 127 Anexo 4.2: Retención de β-caroteno con respecto al tiempo de almacenamiento. 127 Anexo 4.3: Análisis del pH con respecto al tiempo de almacenamiento. 128 Anexo 4.4: Valores puntuales de Acidez Titulable. 128 1 I. INTRODUCION Los cambios socioculturales y el tipo de vida actual han incrementado el consumo de alimentos de consumo fácil y rápido, tales como frutas mínimamente procesadas, por ser muy saludables. El factor determinante del consumo es el creciente interés por alimentos sanos, seguros, libres de aditivos, es decir, productos frescos o con características similares a los frescos y obtenidos de forma respetuosa con el medio ambiente (Ahvenainen, 2000). Un problema que presenta este tipo de productos es su rápido deterioro debido a la alta actividad metabólica postcosecha que tienen por las condiciones de manejo, procesamiento y acción de los microorganismos. Los melones mínimamente procesados, son aquellos que serán seleccionados, lavados, pelados y empacados en potes de polietileno de alta densidad como productos listos para consumir. Si estos frutos no se les brindan condiciones a fin de evitar el contacto prolongado con el aire, podría alterar sus propiedades fisicoquímicas, lo cual reduciría enormemente la aceptación del consumidor. Los defectos que se podrían presentar son la perdida de coloración del fruto o degradación de vitamina C, esto sucedería después del pelado de los melones. Hoy en día éste tipo de situaciones pueden ser controladas gracias a las nuevas tecnologías de conservación efectivas y no muy costosas, que prolongan la vida útil de estos productos sin alterar considerablemente sus características organolépticas. 2 El uso de películas comestibles es un método de conservación, que son recubiertas aplicados a la superficie de las frutas u hortalizas para sumarse o reemplazar su capa natural protectora (Krochta et al, 1994). Los vegetales mínimamente procesados se deben conservar a temperaturas bajas que minimizan el deterioro, inhibiendo el desarrollo de microorganismos, de manera que alargan el tiempo de vida útil preservando la calidad del producto, (Artés, 2000). 3 OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL  Evaluar el efecto de los recubrimientos comestibles a base de quitosano en la calidad del melón (Cucumis melo L.) mínimamente procesado OBJETIVOS ESPECIFICOS  Obtener melón mínimamente procesado con características fisicoquímicas aceptables.  Determinar lo niveles óptimos de quitosano, ácido oleico y ácido cítrico, para formular un recubrimiento comestible que mantenga la calidad fisicoquímica y sensorial del melón (Cucumis melo L.) mínimamente procesado.  Evaluar la calidad fisicoquímica (β-caroteno, variación de peso, pH, acidez titulable, sólidos solubles y humedad) y calidad sensorial (color, olor y sabor) de la materia prima y el producto final.  Evaluar la vida útil del melón (Cucumis melo L.) mínimamente procesado durante el almacenamiento. 4 CAPITULO II REVISION DE LITERATURA 2.1 EL MELÓN (Cucumis melón L.) 2.1.1 Generalidades Melón, nombre común de las numerosas variedades de frutos dulces de la familia de las Cucurbitáceas (Cucurbitaceae), que pertenecen a dos especies de enredaderas rastreras. Su forma, unas veces redonda y otras alargadas está relacionada con las distintas variedades que se comercializan. También el color de su piel varía, desde las distintas tonalidades del verde al amarillo intenso, dorado e incluso gris claro. El interior de su pulpa alberga una cavidad donde se encuentran multitud de semillas de color crema, agrupadas en torno a una masa gelatinosa y viscosa que se elimina fácilmente. En todo caso se trata de un fruto sumamente refrescante, dulce y muy jugoso, con un contenido en agua superior al 80% (www.redondofrutas.com). 5 Las características más resaltantes de un fruto enviado al mercado para consumo son el grosor del epicarpo, grosor de la parte comestible (mesocarpo) y los grados de dulzura del fruto (sólidos soluble totales), por supuesto, junto con otros caracteres adicionales como son el color, textura del epicarpo y mesocarpo y aromáticos (olor y sabor). Los frutos con epicarpo mejor desarrollado, por lo general, soportan un mal manejo postcosecha y alargan la vida del fruto. El mesocarpo del melón está formado por 85 a 90% de agua y el resto por azúcares, sales minerales y vitaminas. En general, todos los melones muestran un patrón similar de acumulación de azúcar, con una rápida acumulación de azúcares cuando el fruto alcanza su máximo tamaño (Montaño y Méndez, 2009). 2.1.2. Taxonomía El melón presenta la siguiente clasificación taxonómica: Reino : Plantae División : Spermatophyta Subdivisión : Angiospermae Clase : Dicotyledoneae Subclase : Metachlamideae Orden : Cucurbitales Familia : Cucurbitaceae Género : Cucumis Especie : Cucumis melo L. Fuente: es.wikipedia.org/wiki/Cucumis_melo 6 Figura 1. Fruto del melón, variedad amarillo rugoso 2.1.3. Características del fruto La forma del fruto va desde esférica hasta elipsoidal. En los llamados melones plátano existen ondulaciones que los hacen parecer una calabaza. Su tamaño es dependiente de la variedad y de las condiciones de cultivo. De este modo, hay melones pequeños que pesan alrededor de 400 g y otros muy grandes que pueden pesar 2 kg o más. El tallo es cilíndrico, de 1 a 3 m de longitud, con una inflorescencia terminal en forma de espiga compuesta por flores bisexuales. El grano es una cariópside de alrededor de 4 mm de diámetro. Tiene inflorescencias en panojas y semillas de 3 mm, esféricas y oblongas, de color negro, rojizo y amarillento. Tiene un sistema radicular que puede llegar en terrenos permeables a 2 m de profundidad. Las flores tienen estambres y pistilos. En las variedades más usadas, habitualmente los pesos fluctúan entre más de medio kilo y menos de cinco. El color de la epidermis y de la pulpa es variable según el grupo. La epidermis puede ser blanca, gris, verdosa o amarilla y de textura lisa, rugosa http://es.wikipedia.org/wiki/Fruto http://es.wikipedia.org/wiki/Calabaza http://es.wikipedia.org/wiki/Fruticultura 7 o reticulada. La pulpa es aromática, con textura suave y diferentes colores: amarillo, verde, rosado y tonos intermedios. En el centro hay cavidad que contiene muchas semillas recubiertas de una sustancia pegajosa. (es.wikipedia.org/wiki/Cucumis_melo) 2.1.4. Composición fisicoquímica El 80% de la composición de esta fruta es agua, y las escasas calorías que aporta se debe a su contenido moderado de azúcares. La cantidad de beta- caroteno, de acción antioxidante, depende de la intensidad del pigmento anaranjado en la pulpa. Los minerales que aporta en mayor cantidad son el potasio, el magnesio y el calcio, este último de peor aprovechamiento que el que procede de los lácteos u otros alimentos que son buena fuente de dicho mineral. La vitamina C tiene acción antioxidante, al igual que el beta- caroteno. Dicha vitamina interviene en la formación de colágeno, huesos y dientes, glóbulos rojos y favorece la absorción del hierro de los alimentos y la resistencia a las infecciones. El betacaroteno se transforma en vitamina A en nuestro organismo conforme éste lo necesita. Dicha vitamina es esencial para la visión, el buen estado de la piel, el cabello, las mucosas, los huesos y para el buen funcionamiento del sistema inmunológico. El potasio es necesario para la transmisión y generación del impulso nervioso, para la actividad muscular normal e interviene en el equilibrio de agua dentro y fuera de la célula. El magnesio se relaciona con el funcionamiento de intestino, nervios y músculos, forma parte de huesos y dientes, mejora la inmunidad y posee un suave efecto laxante. 8 Los melones reticulados se diferencian del resto en que son una fuente excelente de provitamina A (beta-caroteno), vitamina C e hidratos de carbono (principalmente sacarosa o sucrosa). Son una de las frutas frescas más ricas en sodio (10 miligramos/100 gramos de producto, frente a los 4 miligramos/ 100 gramos de media del resto de frutas). (frutas.consumer.es/documentos/frescas/melón/php) Tabla 1: Composición fisicoquímica de melón (En 100 g de parte comestible) COMPONENTE CANTIDAD Humedad 92,9 % Proteína 0,5 % Grasa 0,1 % Fibra 0,2 % Ceniza 0,7 % Carbohidratos 5,8 % Hierro (mg) 0,5 Niacina (vitamina B5) (mg) 0,64 Vitamina C (ácido ascórbico) (mg) 23,0 Fuente: Collazos (1996). 9 2.1.5. Variedades Se pueden distinguir varios tipos comerciales de melón según las características de la corteza, el color de la pulpa, la forma, etc. Pueden considerarse en una clasificación comercial las siguientes variedades:  Melón Amarillo. Es de origen español. Se caracteriza por tener la corteza amarilla y la pulpa de color blanco cremoso.  Amarillo Rugoso. Es de forma oval o elíptica y tamaño grande.  Amarillo Redondo Liso. Son variedades nuevas de melón adaptadas al mercado de exportación. Son melones redondos lisos de aproximadamente un kg y con mayor grados Brix que los anteriores.  Melón Verde Español. De origen español, aunque se piensa que lo introdujeron los árabes de Oriente. Color verde más o menos oscuro, a veces con manchas, de forma alargada y gran tamaño, puede pesar desde 1,5 hasta 3 kg.  Rochet. Este grupo de melones es el más precoz entre los melones verdes españoles. La pulpa es verde, de consistencia mantecosa y aromática.  Piel de Sapo. Melón bastante alargado, en ocasiones con piel rugosa y con cierto grado de escriturado. Pulpa de color verde y consistencia crujiente. También existen variedades redondeadas y con peso de alrededor de un kg.  Tendral‟ (Green Spanish, Verde español). Variedades tardías. Piel muy rugosa y dura de color verde. Pulpa también verde. 10  Melones de larga duración. Alto contenido en azúcar, mayor tiempo de conservación (mínimo 12 días a temperatura ambiente) y excelente calidad de pulpa. Se adaptan bien al transporte, ya que su piel es menos susceptible a daños.  Melón Cantaloup. De origen americano. Es el más producido en el mundo. Melones de forma esférica y reticulado grueso en toda la superficie. Pulpa de color salmón y aromático.  Melón Casaba. Melón de forma oval o redondeada. Cáscara rugosa, amarilla o naranja, adquiere un tono verde cerca del tallo. Pulpa blanquecina cremosa, aunque menos aromática que la de otros melones.  Cucumis melo‟ var. „sacharinus‟ „Marina‟. Híbrido de origen español. Melón de forma redondeada, superficie algo acostillada, corteza más bien delgada, de color verde oscuro con punteado claro. Pulpa blanca, algo aromático y sabor dulce.  Biga. Híbrido de origen español. Melón de forma abultada, ligeramente elíptica, superficie lisa, color de fondo verde oscuro y punteado claro, con escriturado aunque no muy abundante. Pulpa blanca, de buena consistencia y sabor dulce, corteza de grosor medio-fino y cavidad central regular.  Galia. De origen israelí. Melón de forma redondeada, corteza de color verde que pasa a amarillo en madurez y que presenta un reticulado fino. Pulpa blanco verdosa de consistencia mantecosa. El peso es de 0,7-1,3kg. Algunas variedades son de pulpa blanca. 11  Bola de Oro. Variedad española. Melones de tamaño mediano, un peso entre 1-1,7 kg. Forma redondeada o ligeramente oval abultada y superficie lisa. Corteza de color amarillo intenso cuando está maduro, fina y cavidad central mediana. Pulpa de color blanco anaranjado, blanda y jugosa, de sabor dulce agradable. Es apreciado en el mercado español.  Tendral Verde Temprano. Variedad española. Fruto mediano, de 1,5-2kg. Forma alargada, elíptico, corteza de grosor medio (más que la variedad Bola de Oro), con superficie ligeramente asurcada, de color verde medio, con un leve punteado más claro. Pulpa de color crema, sabor muy dulce y una cavidad central grande.  Tendral Tardío Negro. Son sinónimos los nombres de „Tendral Tardío de Elche‟ y „Tendral Valenciano Tardío‟. Frutos de buen tamaño, del orden de 2 a 2,5 kg o algo más. Forma algo alargada en conjunto pero corta y abultada, por lo que resulta entre alargado y redondeado. Corteza bastante rugosa, asurcada y sin escriturado, de color verde muy oscuro, dura y muy gruesa. La pulpa es verde claro y muy dulce, de gran calidad.  Cucumis melo‟ var. „inodorus‟ „Crenshaw‟. Los melones de esta variedad pueden alcanzar hasta 4kg. La forma es peculiar siendo redondeado en el extremo y tiende a formar una punta hacia la inserción con el pedúnculo. La corteza amarilla o amarillo verdosa y manchada cuando madura, es relativamente lisa, sólo tiene unos surcos superficiales. La pulpa es de color rosado a naranja pálido, de textura suave, jugosa, dulce y con aroma delicado. 12  Honey Dew de Carne Verde. Variedad norteamericana. Se consideran sinónimas las denominaciones Honey Dew, Guernsey Conqueror, Tom Dew, Westlandia Sugar y Wstlanse Suiker. Tamaño medio, de unos 20 cm de diámetro y que alcanza un peso de 2 a 2,5 kg o algo más. Melón redondeado, de cáscara lisa y consistente, de color verde pálido o amarillo crema una vez maduro. Pulpa verde y muy dulce.  Cucumis melo‟ var. „reticulatus‟„Verde Oloroso Escriturado‟. Variedad española. Fruto reticulado con marcado aroma. Tamaño más bien pequeño, de 0,5 a 1 kg. Forma prácticamente esférica, superficie típicamente escriturada, con una disposición reticulada que tiene cierto relieve. Color de fondo de la corteza verde y escriturado blanquecino. Piel delgada y blanda. Pulpa no muy compacta, acuosa, color crema, sabor dulce y cavidad central mediana.  Cucumis melo‟ var. „cantalupensis‟ „Athos‟. Híbrido de origen francés que corresponde al tipo Charentais. Peso alrededor de los 0,8 kg.  Vedrantais. Selección bastante precoz de „Charentais‟, también de origen francés. De color algo más oscuro y con la superficie ligeramente escriturada.  De Bellegarde. Se cultiva desde antiguo en Francia. Frutos de tamaño mediano, forma esférica, con los surcos bastante marcados y por tanto apreciándose bien los gajos característicos. Color de la corteza verde pálido con manchas oscuras, que en la madurez se convierte en un fondo blanquecino con las manchas amarillentas; en 13 la zona del asurcado es de color verde más oscuro formando una veta estrecha. Corteza dura y fina. Pulpa anaranjada, aromática y de sabor dulzón. (www.fruitveg.com/sp/fichafrutamelon) 2.1.6. Propiedades El fruto del melón es diurético, estomacal, eupéptico, demulcente, nutritivo. Las semillas y raíces tienen efecto emético. Una ración de 100 g. proporciona más de la mitad de la dosis diaria recomendada de vitamina C. Su contenido en beta carotenos, que se convierten en vitamina A, ambos antioxidantes, hace que sea un eficaz aliado contra el cáncer y padecimientos cardíacos. Es excelente depurativo y rehidratante. Tiene un alto contenido de agua. Aporta muchos carbohidratos, como sacarosa, pero por su bajo contenido en energía resulta ideal para perder peso. Contiene calcio, magnesio, potasio y fósforo son otras de sus virtudes para el organismo. (es.wikipedia.org/wiki/Cucumis_melo). http://es.wikipedia.org/wiki/Fruto http://es.wikipedia.org/wiki/Diur%C3%A9tico http://es.wikipedia.org/wiki/Estomacal http://es.wikipedia.org/wiki/Eup%C3%A9ptico http://es.wikipedia.org/wiki/Demulcente http://es.wikipedia.org/wiki/Nutritivo http://es.wikipedia.org/wiki/Semilla http://es.wikipedia.org/wiki/Em%C3%A9tico 14 2.2 CAROTENOIDES 2.2.1 Generalidades Los carotenoides forman un grupo de más de 600 compuestos que se encuentran de forma natural en las plantas y les proporcionan diferentes coloraciones. Los carotenoides o tetraterpenoides son una clase de pigmentos terpenoides con 40 átomos de carbono derivados biosintéticamente a partir de dos unidades de geranil-geranilpirofosfato, en su mayoría son solubles en solventes apolares y de coloraciones que oscilan entre el amarillo (por ejemplo el ß-caroteno) y el rojo (por ejemplo el licopeno). Los carotenoides son los pigmentos responsables de la mayoría de los colores amarillos, anaranjados y rojos de frutos y verduras, debido a la presencia en su molécula de un cromóforo consistente total o principalmente en una cadena de dobles enlaces conjugados. Están presentes en todos los tejidos fotosintéticos, junto con las clorofilas, así como en tejido vegetales no fotosintéticos, como componentes de cromoplastos, que pueden ser considerados como cloroplastos degenerados (Vilaplana, 2007). 2.2.2 Clasificación y nomenclatura Los carotenoides se clasifican en dos grupos: carotenos y xantofilas. Los carotenos solo contienen carbono e hidrógeno, mientras que las xantofilas contienen además oxígeno (por ejemplo, la luteína). A los carotenoides generalmente se les denomina con nombres comunes que incluyen las variaciones estructurales de los anillos laterales, en especial la posición del enlace doble. Es denominado beta-caroteno, para indicar que los dos anillos 15 de los extremos tienen el enlace doble en la misma posición relativa. En general para los carotenos se usa el sufijo caroteno y para la xantofila el sufijo ina. En los carotenoides naturales sólo se encuentran tres elementos: C, H y O. El oxígeno puede estar presente como grupo hidroxilo, metoxilo, epoxi, carboxilo o carbonilo. Dentro de los carotenoides podemos distinguir dos grupos: los carotenos, que son hidrocarburos (por ejemplo el ß-caroteno, el licopeno, etc.), y las xantofilas, que poseen oxígeno en su molécula (Vilaplana, 2007) 2.2.3 Estructura Todos los carotenoides pertenecen a la clase de los “polienos” o sea que son largas cadenas con dobles ligaduras conjugadas. La presencia de estas ligaduras explican el porqué del color intenso de los carotenoides que van desde el amarillo al rojo y al púrpura. Otra consideración a tenerse en cuenta es que todas las estructuras de los carotenoides son de naturaleza isoprénica; ya que al igual que otros grupos de sustancia biológicas están construidos en base a unidades de isopreno (Braverman, 1996). Figura 2: Estructura química del Isopreno Fuente: Braverman (1996) 16 Los carotenos tienen la característica de poseer un esqueleto bilateralmente simétrico de 40 átomos de carbono: cada mitad puede ser considerada desde un punto de vista estructural, formal, como constituida por 4 unidades isoprénica unidas cabeza a cola, de tal modo que los grupos metilo que sobresales de la cadena asumen una relación 1:5. Estas dos mitades de C20, sin embrago, se hallan unidas cola a cola, de modo tal que los dos metilos centrales de la molécula se encuentran en una relación 1:6. En la figura 2.3 se muestra las siguientes son las fórmulas estructurales de los diferentes carotenos (Braverman, 1996). Figura 3: Estructura de los carotenoides (Braverman, 1996). 17 2.2.4 Betacaroteno El carotenoide más conocido es el betacaroteno, pigmento natural, soluble en grasas, producido por las plantas y organismos fotosintéticos y esenciales en la síntesos de vitamina A. Esta capacidad de convertirse en vitamina A es exclusiva de algunos carotenos y no posee una relación directa con su potencial antioxidante. Los betacarotenos actúan atrapando radicales libres y moléculas de oxígeno libre; de ahí su efecto protector. Diferentes estudios han intentado demostrar su capacidad preventiva contra el cáncer de pulmón, por su efecto protector en la defensa sobre la pared epitelial. Algunos autores confirman incluso su efecto de reversión sobre células ya sensibilizadas a tumores, es decir, que los betacarotenos pueden conseguir que los tumores disminuyan de tamaño (Ruiz Vidal & Orasma, 2012). 2.2.4.1 Propiedades funcionales y nutritivas del betacaroteno El betacaroteno es un compuesto químico que se encuentra presente en los vegetales (frutas y hortalizas), brindan el color naranja o rojo típico de algunas de ellas, las naranjas, la remolacha o el tomate entre otros. Se ha demostrado que este pigmento se convierte en vitamina A y además es un poderoso antioxidante de las células y por tanto retrasa el envejecimiento de éstas. La propiedad funcional más importante del betacaroteno es su acción antioxidante capaz de neutralizar la acción negativa de la oxidación de las células; la oxidación hace que se formen en las células radicales libres, responsables del envejecimiento celular, actúan destruyendo esos radicales libres, al contrario de la vitamina E que lo que hace es actuar previniendo su aparición. Pero es fundamental tanto una acción como la otra, así que el 18 betacaroteno ayuda de una forma muy eficaz a la acción de la vitamina E presente por otra parte también en los vegetales (Braverman, 1996). El betacaroteno se emplea mucho como colorante alimentario. Al ser insoluble en agua, no es fácil de utilizar, por ejemplo, para colorear bebidas refrescantes, una de sus principales aplicaciones. En este caso, se utiliza en forma de polvo extremadamente fino, en partículas de alrededor de 0,4 micras de diámetro, que se puede dispersar en el agua, con la ayuda de un polisacárido como la goma arábiga. (Braverman, 1996). 2.2.5 Vitamina A La vitamina A sólo está presente como tal en los alimentos de origen animal, mientras que en los vegetales se encuentra como provitamina A, en forma de carotenos. Pertenece al grupo de las vitaminas liposolubles (soluble en grasa) es esencial para el organismo. El betacaroteno es una forma química requerida por el cuerpo para la formación de la vitamina A. Aproximadamente el 80 y 90 % de los ésteres de Retinol se absorben mientras que los beta carotenos lo hacen entre un 40 a 60 %. La mayor parte de la vitamina A, casi el 90% se almacena en el hígado, siendo el resto depositado en los pulmones, riñones y grasa corporal (Vilaplana, 2007). La relación con los carotenoides se da en que el - caroteno (que son carotenoides) se transforma en vitamina A mediante la ayuda de enzimas presentes en la mucosa intestinal de los animales, de allí el nombre de provitamina A qué se le asigna al  - caroteno (Braverman, 1996). http://www.zonadiet.com/nutricion/liposol.htm 19 Figura 4: Vitamina A (Vilaplana, 2007). 2.3 RECUBRIMIENTOS COMESTIBLES 2.3.1 Generalidades La aplicación de los recubrimientos comestibles (RC), para la protección de los alimentos con el fin de prolongar su vida de anaquel no es nada nuevo, menciona que desde los siglos XII y XIII en china se utilizaban ceras para recubrir a los cítricos retardando su desecación. En el siglo XVI, sucedía que el recubrimiento de las frutas se llevaba a cabo con parafinas previniendo la perdida de humedad del alimento. A partir del año 1950 hay reportes en la literatura de películas hechas a base de polisacáridos, proteínas, lípidos y mezclas, las más exitosas fueron las películas hechas a base de lípidos (monogleceridos aceltilados, ceras y surfactantes) y se usaron para bloquear la transferencia de humedad, reducir la abrasión superficial durante el manipuleo y controlar el escaldado en 20 manzanas; así también, para productos congelados y procesados (Ceron, 2010). Los recubrimientos comestibles forman una atmósfera modificada pasiva que puede influenciar diferentes cambios en productos frescos y mínimamente procesados en aspectos tales como actividad antioxidante, color, firmeza, calidad sensorial, inhibición del crecimiento microbiano, producción de etileno y compuestos volátiles como resultado de anaerobiosis (Oms-Oliu et al., 2008). La efectividad de un recubrimiento comestible para proteger frutas y vegetales depende del control de la humectabilidad, de la capacidad de la película para mantener compuestos de diversa funcionalidad (plastificantes, antimicrobianos, antioxidantes, sabores, olores) dentro de dicha matriz, ya que la pérdida de dichas soluciones afecta el espesor de la película, y de la solubilidad en agua, ya que es indispensable evadir la disolución del RC (Cerqueira et al., 2009). 2.3.2 Funciones de los recubrimientos comestibles (RC) El uso de un RC en aplicaciones agroalimentarias y en especial en productos altamente perecederos, como los pertenecientes a la cadena hortofrutícola, se basa en ciertas características tales como costo, disponibilidad, atributos funcionales, propiedades mecánicas (tensión y flexibilidad), propiedades ópticas (brillo y opacidad), su efecto barrera frente al flujo de gases, resistencia estructural al agua, a microorganismos y su aceptabilidad sensorial. Estas características son influenciadas por parámetros como el tipo de material implementado como matriz estructural 21 (conformación, masa molecular, distribución de cargas), las condiciones bajo las cuales se preforman las películas (tipo de solvente, pH, concentración de componentes, temperatura, entre otras), y el tipo y concentración de los aditivos (plastificantes, agentes entrecruzantes, antimicrobianos, antioxidantes, emulsificantes, etc.) (Rojas-Graü et al., 2009). Los RC no están diseñadas para reemplazar los materiales de empaques sintéticos ni las películas no comestibles, la importancia recae en la capacidad de actuar como un conjunto para mejorar la calidad del alimento en general, extender el tiempo de vida en anaquel y mejorar la eficiencia económica de los materiales para empaquetamiento, entre las propiedades y funciones se detallan a continuación:  Reducir la pérdida de humedad  Reducir el transporte de gases (O2 y CO2)  Reducir la migración de grasa y aceites  Reducir el transporte de solutos  Mejorar las propiedades mecánicas de los alimentos  Proveer una mayor integridad a los alimentos  Retener compuestos volátiles  Contener aditivos (Cerón, 2010). Las películas comestibles pueden afectar la velocidad de respiración y la pérdida de agua en los vegetales. Algunas de las ceras recientes han demostrado reducir la permeabilidad al oxígeno y dióxido de carbono, resultando en una disminución interna de oxígeno y un aumento interno de dióxido de carbono. La alta respiración, producción de etileno y pérdida de 22 humedad que resultan del procesamiento pueden ser reducidas teóricamente mediante la aplicación de una membrana semipermeable como lo son las cubiertas comestibles (Baldwin et al., 1995) 2.3.3 Requerimientos y ventajas de los recubrimientos comestibles A los recubrimientos comestibles en la mayoría de las veces se les denomina aditivos ya que no proveen un valor nutricional significativo al producto, por otro lado, si de alguna forma incrementan el valor nutricional del alimento pueden ser calificadas como ingredientes (Puschmann et al., 2006), comentan las películas deben de tener tan poco sabor como sea posible o de lo contrario deben de tener un sabor compatible con el producto al cual se está recubriendo. Debido a que estas películas son componentes del alimento, así como empaques del mismo y deben reunir ciertos requisitos. En la tabla 2.2, se mencionan algunos. 23 Tabla 2: Requerimientos y ventajas del uso de recubrimientos comestibles Fuente: (Puschmann et al., 2006) 2.3.4 Principales componentes de los recubrimientos comestibles Para obtener un recubrimiento comestible en primer lugar se necesita de una solución que pueda constituir una matriz estructural con suficiente cohesión (Debeaufort et al., 1998). Si se combinan lípidos, proteínas y polisacáridos que pueden interactuar física y/o químicamente, se pueden obtener recubrimientos con excelentes propiedades. Sin embargo, la compatibilidad de los componentes es un punto importante a considerar cuando se trata de una mezcla de Requerimientos Ventajas - Buenas cualidades sensoriales. - Alta eficiencia mecánica y de barrera. - Suficiente estabilidad bioquímica, fisicoquímica y microbiana. - No tóxicas. - Tecnología simple. - No contaminantes. - Bajos costos de materiales y procesos. - Pueden ser ingeridas por el consumidor. - Su costo es generalmente bajo. - - Su uso reduce los desechos y la contaminación ambiental. - Pueden mejorar las propiedades organolépticas, mecánicas y nutricionales de los alimentos. - Proporciona protección individual a pequeñas piezas o porciones de alimento. -Pueden ser usadas en alimentos heterogéneos como barrera entre los componentes. 24 biopolímeros, ya que se puede alterar drásticamente el funcionamiento de los compuestos del recubrimiento. Con el fin de mejorar el intercambio de gases, la adherencia, y las propiedades de permeabilidad a la humedad, generalmente se combinan dos o más materiales (Baldwin et al., 1995). Dichas mezclas suelen realizarse mediante emulsión de uno de los componentes, generalmente un lípido, en el resto de los componentes, o mediante un recubrimiento multicapa, donde el recubrimiento se aplica mediante una técnica de laminación, en la cual se hace la inmersión de la fruta en una primera solución, generalmente la matriz, seguida por una inmersión en otro tipo de solución, ya sea de naturaleza lipídica o cálcica, entre otras. Además del componente de naturaleza polimérica y de alto peso molecular (matriz), otro componente importante de los RC son los plastificantes. Estos son moléculas pequeñas de bajo peso molecular, de baja volatilidad y con una naturaleza química similar a la del polímero formador de recubrimiento. Se usan para mejorar la flexibilidad y la funcionalidad de los recubrimientos. Dentro de los agentes plastificantes utilizados más frecuentemente se encuentran: glicerol, polietilénglicol, sorbitol, aceites, ácidos grasos, ceras, etc., siendo el glicerol uno de los más utilizados. Stuchell y Krotcha (1994), demostraron que los recubrimientos a base de proteína de soja sólo podían manipularse si se agregaba como mínimo 17g de glicerol por 100 g de materia seca. Generalmente se requieren plastificantes como el glicerol en las formulaciones a base de polisacáridos y de proteínas, para aumentar la flexibilidad de los recubrimientos, al aumentar el volumen libre o la movilidad molecular de los polímeros, reduciendo los 25 enlaces de hidrógeno internos entre las cadenas de polímeros y aumentando el espacio intermolecular. Los plastificantes afectan la capacidad de atracción de agua del sistema y generalmente suelen aumentar la permeabilidad al oxigeno de los RC (McHugh y Krochta, 1994; Sothornvit y Krochta, 2000). 2.3.4.1 Recubrimientos comestibles a base de carbohidratos Los carbohidratos son ampliamente usados en la agroindustria alimentaria como estabilizantes, espesantes y gelificantes. Además, y gracias a sus propiedades filmógenas, estos compuestos también pueden utilizarse en la elaboración de envolventes o películas comestibles (Guilbert y Biquet, 1996). En general, los carbohidratos producen películas con buenas propiedades mecánicas y son barreras eficientes contra compuestos de baja polaridad. Sin embargo, su naturaleza hidrofílica hace que presenten una baja resistencia a la pérdida de agua (Parra et al, 2004). a) Celulosa y derivados La celulosa, y sobre todo sus formas esterificadas tales como la carboximetilcelulosa (CMC), metilcelulosa (MC), hidroxipropil metilcelulosa (HPMC), hidroxi propilcelulosa (HPC) e hidroxi etilcelulosa (HEC) son consideradas como buenos agentes formadores de películas, ya que son capaces de formar redes continuas en soluciones acuosas. La HPC es el único polímero hidrófilo realmente termoplástico, por lo que puede ser extruído, colado o moldeado para formar películas. Generalmente, las películas formadas a partir de estos ésteres son sólidas, claras y resistentes a los aceites y a la mayoría de solventes orgánicos no polares. 26 Este tipo de cubiertas se emplea para controlar la difusión de oxígeno y dióxido de carbono, con el fin de retrasar los procesos de maduración de frutos y vegetales. Aunque las propiedades de barrera a la humedad, de las películas a partir de celulosa, no son muy buenas, éstas pueden mejorarse con la adición de sustancias hidrofóbicas (Guilbert y Biquet, 1996). b) Goma gelán Este carbohidrato es cada vez más usado en la industria alimentaria como texturizante y agente gelificante. Yang y Paulson (2000) señalan que la goma gelán aparenta tener un potencial excelente como agente formador de películas, ya que puede producir recubrimientos biodegradables con buena claridez y excelentes propiedades mecánicas, lo que permitiría extender la vida útil de ciertos alimentos y reducir la contaminación ambiental. c) Quitosán o quitosano El quitosán es un polisacárido catiónico (derivado de la quitina) de alto peso molecular, el cual presenta propiedades antifúngicas (Lazaridou y Biliaderis, 2002). Las películas elaboradas con este polisacárido son claras, resistentes, flexibles y presentan buenas barreras al oxígeno. El uso de este material en recubrimientos puede proteger a los alimentos contra ataques microbianos y modificar la atmósfera de frutas frescas (Krochta y de Mulder- Johnston, 1997). El Ghaouth et al., (1992) recubrieron fresas con películas a base de quitosán. Además de preservar las características organolépticas de las frutas por más tiempo, el porcentaje de fresas infectadas por hongos, al final del experimento, fue mucho menor en las recubiertas con respecto a las frutas sin película. 27 d) Pululán El pululán es un polisacárido extracelular, producido por el microorganismo Aureobasidium pullulans, comercialmente utilizado (Diab et al., 2001). Este biopolimero es capaz de producir películas muy estables, transparentes, sólidas y resistentes a bajas temperaturas. Sus barreras contra las grasas y aceites, así como contra el oxígeno, son excelentes. Las películas de pululán pueden utilizarse para el acondicionamiento o la protección por recubrimiento de diversos alimentos congelados, deshidratados o de humedad intermedia (Guilbert y Biquet, 1996). Además, los recubrimientos elaborados a partir de éste polisacárido han sido utilizados para extender la vida de anaquel de frutos no climatéricos (Diab et al., 2001). e) Alginato Los alginatos en solución acuosa forman películas tras la adición de agentes formadores de puentes salinos, el secado y/o la precipitación en presencia de un alcohol (Guilbert y Biquet, 1996). Aunque este tipo de películas presenta buenas barreras contra el oxígeno, aceites y grasas, su permeabilidad a la humedad es alta (Krochta y De Mulder-Johnston, 1997). Las propiedades filmógenas de los alginatos han sido aprovechadas para la obtención de envolturas para salchichas, para la protección por recubrimiento de partículas de café liofilizado y para la protección contra la oxidación y la deshidratación superficial de carnes y pescados frescos o congelados (Guilbert y Biquet, 1996). 28 f) Carragenanos, pectinas y agar-agar Los carragenanos, las pectinas desmetoxiladas y el agar-agar, se emplean también como materiales filmógenos o como recubrimientos. Al igual que los alginatos, las películas obtenidas son transparentes, inodoras y ligeramente saladas en el caso de habérseles añadido sales de calcio. Sus propiedades mecánicas y protectoras son deficientes, y sus aplicaciones se reducen a la mejora del aspecto, a la limitación del fenómeno de pegado y a la protección frente al enranciamiento de los productos secos, como por ejemplo los frutos (Guilbert y Biquet, 1996). g) Almidón El almidón ha sido parte fundamental de la dieta del hombre desde los tiempos prehistóricos, además de que se le ha dado un gran número de usos industriales. Después de la celulosa, es probablemente el polisacárido más abundante e importante desde el punto de vista comercial. El almidón se encuentra en los cereales, los tubérculos y en algunas frutas como polisacárido de reserva energética (Badui, 2006). Químicamente, el almidón está conformado por polímeros de glucosa unidos por enlaces glucosídicos α (1-4) y α (1-6), dando lugar a dos fracciones básicas, la amlosa y la amilopectina. La amilosa está formada exclusivamente por cadenas lineales de glucosa, conteniendo aproximadamente 1500 moléculas de éste monosacárido. Por su parte, la amilopectina está conformada por cadenas de glucosa unidas por enlaces glucosídicos α (1-4), así como por ramificaciones que ocurren cuando el 29 enlace es α (1-6). En la mayoría de los cereales, el almidón contiene aproximadamente 75% de amilopectina y 25% de amilosa (Serna, 1996). Debido a su abundancia y bajo costo de producción, existe un gran interés en la utilización de almidón como componente de películas comestibles y recubrimientos biodegradables. Las películas elaboradas a partir de este carbohidrato son claras, flexibles, transparentes y presentan excelentes barreras al oxígeno. Sin embargo, sus propiedades de barrera contra la humedad, no son tan buenas (Krochta y De Mulder-Johnston, 1997). Además, sus propiedades mecánicas son generalmente inferiores a las de películas sintéticas. En películas a base de almidón, la matriz o red es normalmente formada durante el secado de una dispersión gelatinizada debido a los puentes de hidrógeno que se establecen entre los grupos hidroxilo (Tapia-Blácido et al., 2005). Tapia-Blácido et al. (2005) elaboraron biopelículas con harina de amaranto, las cuales presentaron buena flexibilidad y poca resistencia a la tensión. Sin embargo, sus permeabilidades al agua y al oxígeno fueron menores que aquellas presentadas en películas de otros polisacáridos y proteínas. Según García et al. (1999), la amilosa es la responsable de la capacidad formadora de película que tienen los almidones. La preponderancia de la amilosa (>70%) en almidones de amilomaíz otorga mayor fuerza y más flexibilidad a películas elaboradas con este tipo de materiales. La estructura ramificada de la amilopectina generalmente conlleva a películas con pobres propiedades mecánicas, es decir, la fuerza de tensión y elongación son bajas (Tharanathan, 2003). 30 Tabla 3: Características y composición de películas de polisacáridos Fuente: Guilbert y Biquet (1996) Composición Solubilidad en agua Barrera contra agua Características de la película 1° Etapa 2° Etapa Fría Caliente Carboximetilcelulos a 1-3%, agua + - Suficiente Flexible, suave, transparente, sin olor Maltodextrina (3) 3-10%, agua + + Pobre Flexible, sin olor, sin color suave, transparente, Alginato de sodio 2%,glicerol 20%, agua CaCl2 4%, agua - Pobre Flexible, sin olor, sin color suave, transparente Alginato de sodio 2%,glicerol 20%, agua CaCl2 5%, agua - Buena Flexible, suave, transparente, inodora y de sabor aceptable Alginato 2%,gucosal 41%, agua CaCl2 6%, agua - Buena Flexible, suave, transparente, inodora, dulce Goma arabica 20- 30%, Glicerol 5- 10%,agua + + Pobre Flexible, sin olor, sin color suave, transparente Películas multicomponente: A (20%) en B (80%) A: cera de carnuba 20%, acido esteárico y palmico 40%, etanol 40%. B : Caseina 10%, NaOH (pH 8), glicerol 5-7%, agua O; gelatina 20%, glicerol 5-7%, agua + + Bueno Poco flexible, suave,opaca,co lor amarillo palido,olor y sabor y sabor a cera 31 2.3.5 Recubrimientos comestibles a base de proteínas Los materiales a base de proteínas consisten de redes macromoleculares continuas, de baja humedad y más o menos ordenadas. Las interacciones entre proteínas necesitan ser numerosas y uniformes. La probabilidad de formación de enlaces intermoleculares depende de la forma de la proteína y de las condiciones de proceso. Proteínas de altos pesos moleculares (glutenina) y proteínas fibrosas (colágeno) generalmente forman películas con buenas propiedades mecánicas. Mientras que las proteínas globulares y pseudoglobulares (gliadina, caseína y glicinina) usualmente necesitan desdoblarse antes de la formación de la red. La formación de una red macromolecular proteica requiere tres pasos: 1) la ruptura de enlaces intermoleculares de baja energía que estabilizan a los polímeros en su estado nativo, 2) reordenamiento y orientación de las cadenas poliméricas, y 3) la formación de una estructura tridimensional estabilizada por nuevas interacciones y enlaces después de la remoción del solvente (Cuq et al., 1998). a) Proteína de soya Entre las proteínas formadoras de películas, las de la soya han sido estudiadas por su excelente capacidad para formar películas y sus buenas propiedades de barrera al oxígeno y a los lípidos, en bajas humedades relativas. Los enlaces disulfuro intermoleculares, las interacciones hidrofóbicas y los puentes de hidrógeno son, en orden de importancia, las 32 principales fuerzas asociativas involucradas en la formación de películas de proteínas de soya (Gennadios et al., 1993). La fuerza iónica o el pH pueden ser manipulados para reducir las repulsiones electrostáticas entre cadenas proteicas, permitiendo así el acercamiento entre dichas cadenas, y por lo tanto favoreciendo la formación de puentes de hidrógeno inter e intramoleculares (Arvanitoyannis et al., 1998). En este sentido, Gennadios et al. (1993) reportaron la formación de películas de proteína de soya, homogéneas y desprendibles dentro de intervalos de pH de 1 a 3 y de 6 a 12. Por lo contrario, no hubo formación de películas entre 4 y 5 de pH, ya que en esta región la proteína de soya tiene su punto isoeléctrico (4.5). A pH‟s arriba del punto isoeléctrico, observaron menores permeabilidades al vapor de agua. El punto isoeléctrico es definido como el pH en el cual las proteínas presentan el mismo número de cargas positivas que negativas, y cuya carga neta es cero (Badui, 2006). b) Proteínas de la leche Las características únicas de las proteínas de la leche hacen de ellas excelentes candidatas para incorporarlas en películas y recubrimientos, y controlar así, la transferencia de masa en sistemas alimenticios. Las proteínas de la leche, además de poseer un excelente valor nutrimental, tienen numerosas propiedades funcionales. Su solubilidad en agua y su capacidad para actuar como emulsificantes son dos de sus propiedades importantes en la formación de películas (McHugh y Krochta, 1994). La leche contiene aproximadamente 27g/L de caseínas, lo que representa el 80% del total de las proteínas de la leche (McHugh y Krochta, 1994). Las 33 soluciones acuosas de caseína pueden formar películas transparentes, flexibles e insípidas. Según Maynes y Krochta (1994), estos compuestos no requieren de la desnaturalización, ni de la presencia de plastificantes para formar películas. Estos autores afirman también que las películas a base de caseinatos tienden a presentar permeabilidades más bajas que las películas elaboradas con proteína de suero de leche. La proteína del suero de leche está formada por diferentes fracciones: β- lactoglobulina, α-lactoalbumina, seroalbumina bovina y algunas inmunoglobulinas. c) Gluten de trigo Las películas comestibles elaboradas a partir de gluten de trigo tienen muy buenas propiedades mecánicas y ópticas, y presentan buenas barreras al O2 y al CO2; mas sin embargo sus propiedades contra la transferencia al vapor de agua son relativamente pobres (Pérez y Báez, 2003). Las películas de gluten de trigo han sido utilizadas para encapsular aditivos, mejorar la calidad de los productos derivados de cereales y mantener aditivos antimicrobianos o antioxidantes sobre la superficie de los alimentos (Cuq et al., 1998). 34 d) Gelatina La gelatina es una de las proteínas de origen animal más ampliamente utilizada como ingrediente en la elaboración de un gran número de productos, incluyendo muchos que no son alimentos. Esta proteína se obtiene a partir del colágeno, mediante hidrólisis ácida o alcalina. El colágeno es la mayor proteína estructural de muchos tejidos conectivos, tales como piel, tendón y hueso. Las características más remarcables de la gelatina son su solubilidad en agua y la habilidad que tiene para formar geles termorreversibles (Sobral y Habitante, 2001). Películas de gelatina son comúnmente usadas en la industria farmacéutica para fabricar tabletas y cápsulas. La gelatina es también usada como materia prima para películas fotográficas y para microencapsular aromas, vitaminas y endulzantes (Cuq et al., 1998). En cuanto a los recubrimientos comestibles, se ha observado que las películas de gelatina reducen la permeabilidad al oxígeno, la difusión del vapor de agua y la migración de las grasas (Krochta y De Mulder-Johnston, 1997). 2.3.6 Recubrimientos comestibles a partir de mezclas entre biopolímeros El objetivo de emplear mezclas entre biopolímeros para la elaboración de películas comestibles y recubrimientos biodegradables, es contrarrestar las deficiencias propias de cada componente y así poder mejorar las propiedades y características del material resultante (Tharanathan, 2003). 35 Tabla 4: Características y composición de películas de proteínas Fuente: Guilbert y Biquet (1996) Composición Solubilidad en agua Barrera contra agua Características de la película 1° Etapa 2° Etapa Fría Caliente Gelatina 20%, glicerol 0 -10%, agua - + Pobre Flexible, suave, transparente, sin olor y sin sabor CaCl2 20%, - + Pobre Flexible, suave, transparente, ligero sabor a sal y amargo. Acido Láctico 50% - + Suficiente Flexible, suave, transparente, ligero sabor a acido. Acido Tanico 20% - + Suficiente Suave, transparente, color café, resabio astringente Caseina 10%, NaOH (pH 8), glicerol 5-10%, agua + + Pobre Flexible, suave, transparente, ligero sabor a leche CaCl2 20%, + + Pobre Flexible, suave, transparente, poco amarga Acido Láctico 30% - - Suficiente Flexible, opaca, resabios amargos ligeramente rugosa Acido Tanico 20% + + Suficiente Suave, transparente, color café, resabio astringente Ovoalbu -mina 10%, NaOH ( pH 8) + - Pobre Flexible, suave, transparente, CaCl2 20%, + - Pobre Flexible, suave, transparente, de color amarillo Acido Láctico 30% - - Buena Flexible, suave, transparente, de color amarillo Zeina 1-2%, etanol 55-80%, agua - - Buena Flexible, superficie granulenta, opaca, amarilla Aislado de soya 10%, glicerol 5%, agua - + Pobre Flexible, suave, transparente, clara 36 Unas de las propiedades que se buscan mejorar, son las propiedades mecánicas. Las propiedades mecánicas de películas comestibles dependen del tipo de material utilizado y especialmente de su cohesión estructural. La cohesión es el resultado de la habilidad del polímero para formar fuertes y/o numerosos enlaces moleculares entre cadenas poliméricas, dificultando así su separación (Guilbert et al., 1996). De acuerdo con Lee et al. (2004), la presencia de goma gelán, en geles de gelatina, produce un incremento sinergístico en la fuerza del gel, así como un mejoramiento de la firmeza de éste. Además, concluyen que las propiedades mecánicas de películas a base de gelatina y goma gelán, dependen significativamente de las concentraciones de los dos componentes, sugiriendo el uso de este tipo de películas como materiales de empaque y recubrimientos. Por su parte, Mariniello et al. (2003) proponen el uso de la enzima transglutaminasa en la elaboración de películas utilizando pectinas y harina de soya como materiales. En su estudio, ellos encontraron que películas con la presencia de esta enzima presentan superficies más lisas, mayor homogeneidad y mayor resistencia que aquellas elaboradas sin la presencia de la misma. Lo anterior lo atribuyen a que la transglutaminasa produce enlaces isopéptidos entre las cadenas poliméricas de la harina de soya, lo que se deriva en estructuras más compactas y resistentes. Gennadios et al. (1993) estudiaron el efecto de la temperatura en la permeabilidad al oxígeno en películas comestibles hechas a partir de 37 mezclas de proteína de soya y gluten de trigo. La permeabilidad al oxígeno se incrementó con la temperatura debido al aumento en la movilidad de los segmentos poliméricos y al incremento en los niveles de energía de las moléculas de O2. No obstante, los valores de permeabilidad fueron menores que aquellas películas elaboradas solamente con gluten de trigo, proteína de maíz y películas plásticas comerciales. La posibilidad de formación de enlaces de hidrógeno entre gelatina y almidón dentro de mezclas es favorecida por la introducción de moléculas pequeñas, tales como las del agua y polioles. Por su parte Lazaridou y Biliaderis (2002), elaboraron películas comestibles a partir de quitosán y mezclas de éste, con almidón y pululán. El análisis termofísico no mostró separaciones de transiciones de fase, ya que una sola Tg fue observada para las películas elaboradas con las mezclas de los biopolímeros. Sin embargo, ellos atribuyeron dicho comportamiento a la cercanía o proximidad de las temperaturas de transición vítrea de los componentes individuales, más que a una miscibilidad entre el quitosán- almidón y quitosán-pululán,. Lo evidente fue que las películas elaboradas con quitosán-pululán presentaron Tg‟s más bajas comparadas con aquellas hechas con mezclas de quitosán y almidón, mientras que las películas de quitosán como único componente presentaron las Tg‟s más elevadas. Esto lo atribuyeron al grado de sensibilidad a la plastificación con agua que cada componente tiene. 38 2.3.7 Aplicaciones de películas comestibles en alimentos La mayoría de las películas no pueden ser utilizadas en productos con Aw > 0,94, debido a que se degradan o disuelven con el contacto de humedad y pueden perder sus propiedades de barrera, al menos que la utilización de la película sea para una protección de corto tiempo o el alimento se congele inmediatamente (Guilbert y Biuqet,1996). Las ceras se utilizaron ampliamente para películas en frutas especialmente cítricos. Estas son barreras contra el agua y previenen la pérdida de peso. El deterioro puede ser retardado cuando se incorporan agentes antimicrobianos en la película, como por ejemplo las películas de quitosano producen la enzima quitinasa que actúa como un agente antifúngico natural (El Ghaouth et al, 1992). En la tabla 4 se presenta un resumen de diferentes aplicaciones de alimentos recubiertos con películas comestibles. 39 Tabla 5: Aplicaciones de las películas comestibles en alimentos PROPOSITO APLICACION Proteger contra humedad y oxígeno. Pescado fresco, queso, carne, productos cárnicos, alimentos de humedad intermedia, alimentos secos, botanas, nueces. Retardar el crecimiento microbiano externo. Alimentos de humedad intermedia. Controlar el balance de humedad en un alimento heterogéneo. Alimentos heterogéneos como pastel, sandwiches, alimentos heterogéneos congelados. Evitar la penetración de salmueras. Alimentos en salmuera congelados (camarón, cangrejo). Mejorar las propiedades mecánicas de un alimento para su posterior procesamiento Camarón, cangrejo, cacahuates, botanas. Mejorar la integridad estructural. Alimentos liofilizados, carne reestructurada, carne, pescado. Disminuir la migración de humedad. Alimentos batidos, horneados y congelados, frutas de humedad intermedia, botanas, nueces. Proteger las piezas de un alimento empacado en bolsa. Queso o cubos de queso, alimentos congelados, frutas, helado. Mejorar la apariencia. Productos de confitería, nueces, botanas, frutas de humedad intermedia, productos horneados. Impartir o mejorar color, sabor y Alimentos varios Preservar sabores. Frutas de humedad intermedia, alimentos secos. Contener porciones para dispersar en alimentos. Nutrientes para alimentos enriquecidos, aditivos, enzimas, aceites o grasas para panificación. Fuente: Guilbert y Biquet (1996) 40 2.3.8 PELÍCULAS DE QUITOSANO 2.3.8.1 Generalidades de la quitina y el quitosano La quitina fue reportada por primera vez en 1811 por el profesor Henri Braconnot en hongos. En 1830 se aisló en insectos y se le dio el nombre de quitina. El descubrimiento del quitosano en 1859 por C. Rouget supuso el inicio de una investigación intensiva sobre estos compuestos (Castro, 2000). La quitina es un polímero de la N-acetilglucosamina y residuos de glucosamina que se encuentran ampliamente distribuidos en la naturaleza de tal forma que constituye el segundo polímero más abundante después de la celulosa (Guzmán, 2003). La figura 5 muestra la estructura tridimensional de la N-acetilglucosamina, polímero del cual está compuesta la quitina. La quitina es un polisacárido no tóxico y biodegradable que forma una sustancia córnea y es el principal constituyente del exoesqueleto de insectos, crustáceos y arácnidos. Los residuos del procesado de mariscos contienen en general un 14-35% de quitina asociada con proteínas (30-40%), lípidos, pigmentos y depósitos de calcio (30-50%), estimándose por tanto una producción mundial anual de quitina en los residuos de unas 120 000 toneladas (Castro,2000). 41 Figura 5: Estructura de la N-acetilglucosamina Fuente: Han (2002) Por otro lado, el quitosano es la forma N-desacetilada de la quitina que se obtiene tras sustituir los grupos acetamido por grupos amino. Forma parte de la pared corporal de la mayoría de hongos, levaduras y mohos. Se biodegrada en el hombre por la acción de la lisozima (Peral y Gartzia, 2002). La figura 6 muestra la estructura tridimensional de la aminoglucosamina. Figura 6: Estructura de la aminoglucosamina Fuente: Han (2002) 42 2.3.8.2 Obtención del quitosano Para el proceso de obtención del quitosano, Sánchez (1998) menciona, que consiste en una serie de lavados alcalinos o ácidos con suficiente agua. Existen dos factores principales que determinan la calidad del quitosano: el grado de desacetilación, el cual está determinado por el número de pasos involucrados en la hidrólisis. La primera hidrólisis proporciona una desacetilación cerca del 80%, la segunda cerca del 95% y una tercera cerca del 98%. Entre mayor es la desacetilación mejor es la calidad. El segundo factor es la viscosidad estándar. La cual refleja el peso molecular (Guzmán, 2003). La Figura 7 muestra la obtención del quitosano desde los residuos de los crustáceos. 2.3.8.3 Función de las películas de quitosano Algunas funciones de las películas de quitosano en la industria son las siguientes (Shahidi et al., 1999)  Controlar la transferencia de humedad entre el alimento y el medio circundante  Controlar la liberación de sustancias antimicrobianas  Controlar la liberación de antioxidantes  Controlar la liberación de nutrimentos, sabores y drogas  Reducir la presión parcial de oxígeno  Controlar la velocidad de respiración  Controlar el oscurecimiento enzimático en frutas  Membranas de ósmosis inversa  Floculación 43 Figura 7: Proceso de obtención de quitina y quitosano Fuente: Han (2002) 2.3.8.4 Aplicaciones del quitosano Las aplicaciones de la quitina y el quitosano son muy amplias y con gran éxito en campos como el farmacéutico, médico, la industria de alimentos, la agricultura etc. (Peral y Gartzia, 2002). Tratamientos de aguas: Actúan como removedores de iones metálicos, como quelantes de metales de transición y contaminantes ambientales, como 44 floculantes, coagulantes y precipitantes de proteínas, aminoácidos, tintes, colorantes, algas, aceites, metales radioactivos, partículas en suspensión y pesticidas. Industria alimentaria. Aditivos en los alimentos. Tienen propiedades de espesantes, gelificantes y emulsificantes, se utilizan para mejorar la textura ya que fijan agua y grasa, también como estabilizantes del color, como agente que previene la precipitación del vinagre, aditivos con características nutricionales, aditivo para la alimentación animal, principalmente. Envoltura y recubrimiento protector de alimentos. Las películas de quitosano son resistentes, duraderas y flexibles, con propiedades mecánicas similares a polímeros comerciales de fuerzas medias. Estas películas se emplean, junto con otros elementos, en recubrimientos para frutas, retrasando el envejecimiento, disminuyendo la oxidación, las pérdidas por transpiración y protegiendo frente al ataque de hongos. Las películas de quitosano presentan acción antimicrobiana mediante la privación de iones vitales a los microorganismos, destrucción de membrana, filtración de constituyentes intracelulares y formación de complejos polielectrolíticos como polímeros ácidos y células de superficie. Procesos industriales. Actúan como agente purificador de azúcar, clarificador en industrias de bebidas, finalizador en jugos, coagulación del queso, retardador del oscurecimiento enzimático de jugos de manzana y pera. Medicina. Por sus propiedades antimicrobianas, capacidad de retención de humedad y liberación controlada de sustancias. 45 Biotecnología. Actuando en la inmovilización de enzimas, separación de proteínas, inmovilización celular, reacción con aldehídos, captación de células y enzimas. Agricultura. Actúan como bioestimulante de plantas en tratamientos de semillas, raíces y hojas y, en tratamientos postcosecha de frutas y verduras con el fin de aumentar su conservación (Castro, 2000). Recubrimientos de semillas, conservación de frutas, protección frente a plagas y hongos, virucida y estimulante del crecimiento. Cosméticos. Por sus propiedades humectantes, abrasivas y no producen alergias. Industria papelera. En la elaboración de papel, aumenta el rendimiento de la pulpa, la capacidad de retención de agua. Tecnologías de membrana. Se utiliza para la separación de componentes, absorbentes de encapsulación, control de permeabilidad, ósmosis inversa. Industria textil. Evita el encogimiento de los tejidos y fija el color. Sirven como componentes de fibras que se utilizan en la mejora de lanas y en la impermeabilización de algodones y linos (Castro, 2000). 2.4 CALIDAD DE UN PRODUCTO AGROALIMENTARIO Y VIDA ÚTIL Para Abbott (2009), el término calidad implica el grado de excelencia de un producto o su conveniencia para un uso particular. La calidad de un producto agroalimentario abarca propiedades sensoriales (apariencia, textura, sabor y aroma) y nutritivas (vitaminas A y C, minerales y fibra dietética). (Watada, 1999) refiere que la apariencia presenta propiedades como frescura, color, defectos y deterioro, en las propiedades texturales exige que 46 el producto sea crujiente, turgente, firme y que posea dureza e integridad en el tejido. A éstas incorpora seguridad alimentaria, es decir, ausencia de residuos químicos y una óptima calidad microbiana. Los criterios microbiológicos son normalmente descritos en términos de requerimientos legales, pero son estándares mínimos; en muchos casos los recuentos bacterianos tienen poca o ninguna relación con la calidad del producto o su vida útil ya que la proliferación de microorganismos es una primera causa del final de la vida comercial. El término vida útil (“shelf life”- “vida en el anaquel”) comprende el periodo de tiempo que se puede esperar de un producto manteniendo un predeterminado nivel de calidad bajo unas específicas condiciones de almacenamiento (Shewfelt, 1986). La vida de anaquel de un alimento puede ser definida como el periodo de tiempo dentro de lo cual el alimento es seguro para el consumo y o/presenta calidad aceptable para los consumidores. La vida de anaquel de un alimento es el tiempo en que él puede ser conservado en determinadas condiciones de temperatura, humedad relativa, luz, etc., sufriendo pequeñas, pero bien establecidas alteraciones que son, hasta cierto punto, consideradas aceptables por el fabricante, por el consumidor y por la legislación alimentaria vigente (Vitali y Texeira Neto, 2002). 47 CAPITULO III MATERIALES Y MÉTODOS El presente trabajo de investigación fue realizado en el Laboratorio de Biotecnología Agroindustrial, Laboratorio de Proceso Agroindustriales y Planta Piloto de Jugos y Néctares de la Facultad de Ingeniería Química y Metalurgia de la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga. El trabajo se realizó desde noviembre del 2016 a mayo del 2017. 3.1 MATERIALES 3.1.1 Materia prima e insumos La materia prima utilizada fue el melón (Cucumis melo L.), variedad amarillo rugoso, procedente del VRAEM (Valle de los ríos Apurímac, Ene y Mantaro), adquirida en el mercado de abastos Nery García Zárate. 48 Para los experimentos, las frutas se seleccionaron de tamaño adecuado y uniforme, libres de daños mecánicos y/o fitopatológicos. Figura 8: Fruto de melón (Cucumis melo L.)  Quitosano grado comercial (Desacetilación mayor al 87%) adquirido de CINSA SRL - Ayacucho. Figura 9: Quitosano grado comercial en polvo 49  Ácido Cítrico adquirido en CINSA SRL - Ayacucho  Ácido Oleico adquirido en CINSA SRL - Ayacucho  Hipoclorito de sodio 3.1.2 Materiales de envase  Polietileno en bandejas de 500 gramos de capacidad 3.1.3 Reactivos  n-Hexano (C6H14)  Hidróxido de potasio q.p.(KOH)  Alcohol etílico grado 96° (C2H5OH)  Hidróxido de sodio q.p. (NaOH)  Sulfato de cobre II q.p. (CuSO4)  Hidróxido de bario (Ba(OH)2)  Éter de petróleo Na2SO4 3.1.4 Materiales de laboratorio  Vasos de precipitado de100; 250 y 500 ml.  Pipetas de 1; 5 y 10 mL  Fiola de 250; 100; 500 mL  Matraz de 250 ml.  Bureta de 50 mL  Probeta graduada de 100 mL  Tubos de ensayo con gradilla  Mortero y pilón https://es.wikipedia.org/wiki/Cobre https://es.wikipedia.org/wiki/Cobre 50  Termómetro.  Bombilla de succión  Soporte universal  Papel filtro.  Cuchillo  Papel toalla. 3.1.5 Equipos e instrumentos  Balanza Analítica, Marca AND HR 200, precisión ± 10 mg  Espectrofotómetro UV-VISIBLE, Marca: LABOMED.  Colorímetro SPECTROSCAN  pH - Metro: Marca: QUIMIS  Refractómetro de ABBE  Mufla, marca RELES modelo ML/U5L  Estufa marca HOT AIR OVEN, modelo YCO-010  Balanza digital, marca ADAM  Cámara frigorífica  3.2 METODOLOGÍA EXPERIMENTAL 3.2.1 Muestreo de la materia prima Se utilizó un plan de muestreo completamente aleatorizado de frutos de melón variedad amarillo rugoso, cada muestra estuvo conformada por 10 unidades, la que sirvió para su caracterización fisicoquímica por tres repeticiones. Para conformar este plan de muestreo, previamente se realizó 51 un proceso de selección a partir de la adquisición de un lote de melones, con la finalidad de obtener una muestra homogénea, basada en el criterio del descarte de frutos con daños por insectos, plagas, físicos y con daños por hongos o bacterias (pudriciones). 3.2.2 Caracterización fisicoquímica de la materia prima y producto final Las determinaciones analíticas realizadas fueron los siguientes:  Potencial de hidrógeno (pH) Se determinó directamente con un pH-metro, tomando una muestra de 25 g de melón, previamente machacada con un mortero, al cual se le añade 200 ml de agua destilada, se hierve el conjunto durante 15 minutos. Con agua destilada se completa hasta un volumen de 250 ml, esta mezcla se filtra con un papel filtro, del cual se toman 50 ml, es decir la quinta parte y se le agrega 50 ml de agua destilada, la cual se coloca en un vaso precipitado para la lectura con el electrodo del aparato a 20 °C.  Acidez titulable Se realizó mediante una valoración con hidróxido de sodio hasta viraje rosado en la muestra que se está valorando, utilizando fenolftaleína como indicador. El resultado se expresa en gramos de ácido cítrico por cada 100 mL de pulpa (AOAC, 2015). La metodología se detalla en el anexo 1.3  Determinación de β-caroteno Se determinó el contenido de β-caroteno, empleando el método descrito por Gross (1987), durante el proceso y en almacenaje. La metodología se detalla en el anexo 1.1 52  Contenido de humedad La humedad del melón se determinó por secado y diferencia de pesos (Desecación por estufa) de acuerdo con el método de la AOAC (2015).  Parámetros colorimétricos Para la determinación del color se utilizó el colorímetro SPECTROSCAN (Minolta, 2012). La metodología se muestra en el anexo 1.2 3.2.3 Evaluación sensorial Esta evaluación se realizó mediante las pruebas de medición del grado de satisfacción, para obtener una mayor información acerca del producto, para manejar objetivamente datos tan subjetivos como son las respuestas de los jueces acerca de en qué dimensión les gusta o les disgusta un producto nuevo. Para llevar a cabo estas pruebas utilizaremos las escalas hedónicas, para evaluar las sensaciones agradables o desagradables producidas por un producto alimenticio a través de jueces o panelistas. Para este caso empleamos la prueba de comparación múltiple durante la etapa de almacenamiento (Anexo 2). El horario para la evaluación sensorial no deberá hacerse a horas muy cercanas al de las comidas, recomendamos como horario adecuado entre las 10 a.m. y 11:30 a.m. suministrando a cada uno de nuestros panelistas la muestra acondicionada a ser evaluada. 3.2.4 Flujo de procesamiento para la preparación de la solución de quitosano y elaboración de melón mínimamente procesado con recubiertas de quitosano 53 3.2.4.1 Preparación de solución de quitosano En la figura 10 se muestra el flujograma para obtener solución de quitosano para las recubiertas según el diseño planteado. Quitosano (1-2%) H2O - Ácido oleico (0,6-1%) - Ácido cítrico (0,5-1,5% T= 45°C . Fruta cortada t = 45 min Figura 10: Flujograma para preparar solución de quitosano 3.2.4.2 Elaboración de melón mínimamente procesado recubiertas con películas de quitosano En la figura 11 se muestra el flujograma para obtener melón mínimamente procesado con recubiertas de solución de quitosano. MEZCLADO DISOLUCIÓN HOMOGENIZADO SOLUCIÓN DE QUITOSANO 54 MELÓN NaClO a 50 ppm Agua a chorro Agua de lavado t = 5min Cascaras y pepas NaClO a 5 ppm Agua de lavado Agua a chorro t = 2 min t= 45 seg % = 1-2 t = 5 min T= ± 5°C Figura 11: Flujograma para obtener melón mínimamente procesado recubiertas con películas de quitosano SELECCIÓN LAVADO Y DESINFECCIÓN 1 PELADO Y DESPIPETADO CORTADO LAVADO Y DESINFECCIÓN 2 INMERSIÓN EN SOLUCIÓN DE QUITOSANO OREADO PESADO ENVASADO ALMACENADO 55 3.2.5 Descripción del proceso de melones mínimamente procesados recubiertas con películas de quitosano La fruta (melones) fueron llevados a los laboratorios experimentales, procedentes del Mercado de abastos Nery García Zárate. El criterio que se tuvo en cuenta es que las muestras debieron estar libre de insectos, restos de cosecha, libre de deterioro, entre otros. 3.2.5.1 Selección y clasificación En esta etapa de selección se separaron los melones que no eran frescos, que estuvieran deteriorados y con daños mecánicos. Para luego ser clasificado tomando los siguientes parámetros:  Forma circular  Color amarillo-cremoso  Pesos similares La importancia de esta etapa es para que las características físicas del melón sean lo más parecidas posibles, y así favorecer los posteriores procesos. Figura 12: Selección y clasificación de los melones 56 3.2.5.2 Lavado y desinfección 1 El lavado se realizó por inmersión de la fruta en agua potable de suministro, con cambios continuos para evitar posibles contaminaciones por estancamiento de agua. Este proceso se realizó dentro de uno de los lavaderos de acero inoxidable. Para desinfectar la fruta se adicionó hipoclorito de Sodio al 5% (comercial) 7,5 ml por 10 litro de agua y dejo reposar por 5 minutos, luego se enjuagó con agua corriente. Figura 13: Lavado y desinfección del melón 3.2.5.3 Pelado y despepitado Estas operaciones se realizaron con materiales de acero inoxidable, para evitar contaminantes. La operación del pelado se realizó de forma manual utilizando cuchillos; luego se procedió a retirar las pepas de la fruta con la ayuda de cucharas, para luego ser colocadas en tinas de plástico. 57 Figura 14: Pelado y despepitado del melón 3.2.5.4 Cortado El cortado del melón se realizó con cuchillos de acero inoxidable, en forma de cubitos de aproximadamente 2 cm de espesor. Figura 15: Cortado en cubitos del melón 3.2.5.5 Lavado y desinfección 2 El lavado de la fruta cortada se realizó por inmersión de la fruta en agua potable. Este proceso se realizó en tinas de plástico de 10 litros. Para desinfectar la fruta cortada se adicionó hipoclorito de sodio al 5% comercial y se dejó en reposo por 2 minutos, luego se enjuagó con agua corriente teniendo cuidado de no dañar el tejido de la fruta. 58 3.2.5.6 Inmersión en solución de quitosano. Las frutas de melón cortada en cubitos se sumergieron en la solución de quitosano (1-2%) por un tiempo de 45 segundos. Figura 16: Inmersión del melón en quitosano 3.2.5.7 Oreado Las frutas acondicionadas con solución de quitosano (1-2%) se dejaron orear por un tiempo de 5 minutos, esta etapa se realizó con papel absorbente. Figura 17: Oreado del melón recubierto con quitosano 59 3.2.5.8 Pesado y envasado Las muestras acondicionadas y secadas fueron colocadas en los envases de polietileno en forma de bandejas con tapa, con un peso de aproximadamente 500 g. Figura 18: Pesado y envasado del melón acondicionado 3.2.5.9 Almacenado El almacenaje del melón acondicionado se realizó en temperaturas de refrigeración (± 5°C), para ello se avaluó las características fisicoquímicas de las muestras cada 2 días. 3.3. DISEÑO EXPERIMENTAL 3.3.1 Preparación de la película de quitosano utilizado en el melón mínimamente procesado Una vez que se cortó en cubitos el melón con cuchillos de acero inoxidable, se sumergió las muestras en soluciones de quitosano según el diseño planteado (Tabla 8), luego se dejó orear con la ayuda de papel absorbente por un tiempo de 5 minutos, se envasó en bandejas de polietileno (aprox. 60 500 g), finalmente se almacenó las muestras en temperatura de refrigeración (±5°C)., evaluándose sus características de calidad cada 2 días durante el tiempo de almacenaje. 3.3.2 Evaluación del melón mínimamente procesado recubiertas con quitosano durante el almacenamiento en refrigeración Una vez que se seleccionó la formulación optima (quitosano:1%; ácido cítrico: 1,5% y ácido oleico: 0,6%) de solución de quitosano que cubrirán los melones mínimamente procesados, se prepararon muestras cubiertas con películas de quitosano y muestras sin recubrir y se evaluó: Características fisicoquímicas (pH, humedad, beta caroteno y acidez titulable) estos análisis se realizaron cada dos días y evaluación sensorial (Prueba de comparación múltiple) del control con A (6 días), B (10 días) y C (14 días) hasta que los jueces determinen hasta que día las muestras son aceptables. 3.3.3 Evaluación de la vida útil del melón mínimamente procesado. La vida útil del melón mínimamente procesado se determinó en base a las muestras que presentaron mayor conservación de las características de calidad (% de betacaroteno, pérdida de peso, evaluación sensorial y fisicoquímica), la cual se comprobó con el análisis durante el almacenamiento. 3.4. DISEÑO ESTADÍSTICO El diseño estadístico empleado para optimizar la formulación de la película de quitosano utilizado para incrementar la vida útil de los melones 61 mínimamente procesadas a temperatura de refrigeración se muestra en la tabla 6. Se utilizó el diseño D – Optimo del programa Design expert 7.0 para el desarrollo del experimento planteado. Teniendo como variables independientes las siguientes: Tabla 6: Definiciones de variables y niveles del diseño D-optimal para la formación de películas de quitosano VARIABLE NIVEL BAJO (-) NIVEL ALTO (+) A: Concentración de quitosano (%) 1 2 B: Concentración de ácido oleico (%) 0,6 1,0 C: Concentración de ácido cítrico (%) 0,5 1,5 Tabla 7: Definiciones de las respuestas del diseño D-optimal para el melón mínimamente procesado VARIABLE UNIDAD β 12: Concentración de β - Caroteno Porcentaje (%) P12: Razón de pérdida de peso (Pt/P0) Adimensional Se asume que la función que vincula las respuestas con las variables independientes se puede aproximar con un polinomio de segundo orden, que tiene la siguiente forma: 2 222 2 1113223311321123322110 xxxxxxxxxxxy   Donde 62 1 = Quitosano 2 = Ácido oleico 3 = Ácido cítrico Teniendo concentraciones de quitosano de 1 a 2%, ácido oleico de 0,6 a 1,0%, y ácido cítrico de 0,5 a 1,5%. Los β0, β1, β2, β3, β12, β13, β23, β11, β22, son los coeficientes de regresión. Los diseños D-Óptimos son una forma de diseño proporcionada por un algoritmo de la computadora. Para esto se hace uso del software Design expert 7.0 en el cual los resultados se ajustarán a una ecuación cuadrática. En la tabla 8 se muestras los valores codificados y reales del planteamiento de esta investigación, según el diseño central compuesto rotable en respuesta del software Design expert 7.0. 3.4.1 Optimización de los Parámetros Para la optimización en el gráfico de contorno de la respuesta se usó la metodología D-optimal que es un conjunto de técnicas estadísticas útiles para modelar y analizar problemas en los cuales una respuesta de interés es influida por varias variables, y el objetivo es optimizar la respuesta. El D-optimal es una técnica secuencial. A menudo, cuando se considera un punto en el gráfico de contorno alejada del óptimo, que podrían ser las condiciones actuales, el polinomio de primer grado es aproximadamente apropiado si existe poca curvatura en el sistema. En este caso, el objetivo consiste en guiar al experimentador rápido y eficientemente a la cercanía 63 general del punto óptimo usando el método de máxima pendiente en ascenso o máxima pendiente en descenso. Una vez que se ha determinado la región del punto óptimo, puede emplearse un modelo más elaborado, como por ejemplo un gráfico de contorno de segundo grado, y hacer un análisis para localizar el óptimo el cual consiste en calcular los puntos estacionario y caracterizar la superficie de respuesta, es decir, si los puntos estacionales son mínimos, máximos o puntos de silla en un gráfico de superficie respuesta. Tabla 8: Valores codificados y valores reales del Diseño Central Compuesto Rotacional 32 RUN CONCENTRACION DE QUITOSANO CONCENTRACION DE ACIDO OLEICO CONCENTRACION DE ACIDO CITRICO RETENCIÓN DE β- CAROTENO (%) PÉRDIDA DE PESO (Pt/Po) 1 1,30 1,00 1,50 2 1,00 0,85 1,50 3 2,00 0,60 1,14 4 1,35 0,60 0,50 5 2,00 0,86 1,11 6 1,00 0,60 1,50 7 1,37 0,85 0,50 8 2,00 0,86 0,50 9 1,00 1,00 1,50 10 1,60 0,76 1,50 11 1,59 1,00 0,91 12 1,00 0,70 0,50 13 1,00 0,76 0,90 14 2,00 1,00 1,50 15 1,00 1,00 0,50 16 2,00 0,60 0,50 17 1,61 0,75 0,89 64 CAPITULO IV RESULTADOS Y DISCUSIÓN 4.1. CARACTERIZACIÓN DEL MELÓN (Cucumis melo L.) La caracterización de la materia prima (Melón, variedad amarillo rugoso) se hizo en base a sus características físicas y fisicoquímicas la cual presentó forma cilíndrica, firmes y uniformes. Se tomaron 10 muestras para determinar sus características físicas y fisicoquímicas, las que estuvieron libres de partículas extrañas, no presentaron picaduras, golpes, manchas u otra característica que afecte la calidad de la fruta. 4.1.1. Características físicas Los frutos cosechados debidamente seleccionados en base a tamaño, forma, color y grado de madurez; presentaron características físicas homogéneas, demostrado mediante rangos cortos de pesos, pesos específicos y diámetros las que se muestran en la tabla 9. 65 Tabla 9: Características físicas de los frutos de melón Característica Media Rango Peso (g) 1684,41 1606,16 – 1759,37 Diámetro polar (cm) 15,44 14,5 – 16,1 Diámetro ecuatorial (cm) 14,08 13,6 – 14,7 Color L* 66,23 63,88 – 68,05 a* 20,74 19,39 – 22,44 b* 51,62 49,91 – 52,73 Fracción de pulpa (%) 78,49 76,19 – 79,47 El rango de variación de los pesos promedios fue de 1606,16 a 1759,37 g; con respecto a sus diámetros polares y ecuatoriales promedio fue de 15,44 y 14,08 cm respectivamente, con un color amarillo-anaranjado representado por valores promedio de luminosidad L* de 66,23, el valor a* con 20,74 y el valor de b* de 51,62. 4.1.2. Características fisicoquímicas Con relación a las características fisicoquímicas (Tabla 10) se encontró que el contenido de sólidos solubles (10,9) y acidez titulable (0,33), indicativo de un fruto ligeramente ácido - dulce, lo cual representa su principal característica del fruto para darle valor agregado. 66 Tabla 10: Características fisicoquímicas de los frutos de melón El índice de madurez de 33,03 es considerado como oportuno para definir el momento de la cosecha, por coincidir con el aroma, sabor y color típico del producto (Potter y Hotchkiss, 1999).. Por otro lado, el valor de pH (6,44) le hace característico a esta fruta, precisando que corresponde a su grado de madurez respectivo. De acuerdo a las cualidades fisicoquímicas y al promedio de la fracción de la pulpa (parte comestible) de 78,49% (Tabla 9), el fruto se consideró ideal para la obtención de pulpa a nivel agroindustrial. Estas características determinaron la calidad global del melón, variedad amarillo rugoso (Potter y Hotchkiss, 1999).. Debido a que estas frutas son ricas en agua y carbohidratos y por tener valores bajos de pH es muy común su contaminación por mohos y levaduras los cuáles son capaces de desdoblar los azúcares formando alcohol y CO2 durante la fermentación (Potter y Hotchkiss, 1999). Característica fisicoquímica Valor Humedad (%) 82,35 Sólidos solubles (°Brix) 10,9 Acidez titulable (ácido cítrico) (%) 0,33 Índice de madurez 33,03 pH 6,44 67 4.2. EVALUACIÓN DEL MELÓN MINIMAMENTE PROCESADO RECUBIERTAS CON PELICULAS DE QUITOSANO Según las condiciones especificadas se obtuvieron los 17 experimentos en la matriz del diseño D-optimal para cada variable independiente se tuvo los siguientes resultados en función de retención de betacaroteno, pérdida de peso y color (L*, a* y b*). Los experimentos se realizaron aleatoriamente para prevenir tendencias sistemáticas por variables no controladas. 4.2.1. Efecto del quitosano, ácido oleico y ácido cítrico sobre la retención de betacaroteno. Los valores cuantitativos obtenidos de la retención de β-caroteno fueron reportados mediante un modelo empírico como se muestra en la tabla 11, y mediante un modelo matemático se realizaron gráficos de interacción y contorno de respuesta. Donde las variables independientes fueron; concentración de quitosano, ácido oleico y ácido cítrico, cuya variable respuesta fue la retención de β-caroteno (Anexo 3). 68 Tabla 11: Resultados de la retención de β-caroteno en melones mínimamente procesados recubiertas con películas de quitosano según el diseño D–óptimo, en el día 10. RUN CONCENTRACION DE QUITOSANO CONCENTRACION DE ACIDO OLEICO CONCENTRACION DE ACIDO CITRICO RETENCIÓN DE β- CAROTENO (%) DIA 10 1 1,30 1,00 1,50 84,72 2 1,00 0,85 1,50 89,83 3 2,00 0,60 1,14 82,44 4 1,35 0,60 0,50 78,91 5 2,00 0,86 1,11 78,34 6 1,00 0,60 1,50 91,22 7 1,37 0,85 0,50 73,56 8 2,00 0,86 0,50 63,48 9 1,00 1,00 1,50 84,87 10 1,60 0,76 1,50 79,67 11 1,59 1,00 0,91 73,28 12 1,00 0,70 0,50 79,27 13 1,00 0,76 0,90 86,19 14 2,00 1,00 1,50 88,41 15 1,00 1,00 0,50 72,64 16 2,00 0,60 0,50 67,80 17 1,61 0,75 0,89 73,36 Estos resultados se analizaron mediante el análisis de la varianza (ANVA) para el plan experimental usado. La ecuación de regresión obtenida después del análisis de la varianza da los niveles de conservación de β-caroteno en 69 melones mínimamente procesados como una función de las diferentes variables en estudio, se muestran a continuación:  Análisis de varianza de la respuesta: retención de β-caroteno En la tabla 12, se muestra el análisis de la varianza (ANVA) para la respuesta: retención de β-caroteno de melones mínimamente procesados en el día 10 (β10), indicando que la fuente de variabilidad “modelo” se ha subdividido en varios componentes. Los componentes “A”, “A2”, “B”, “B2”, “C”, “C2”, representan los efectos lineales y/o cuadráticos de la concentración de quitosano, ácido oleico y ácido cítrico; los cuales son factores cuantitativos con 2 niveles cada uno. Los términos AB, AC y BC son las interacciones lineales del factor concentración de quitosano con la concentración de ácido oleico; concentración de quitosano con la concentración del ácido cítrico y la concentración del ácido oleico con el ácido cítrico respectivamente. Se observa que la significancia de cada efecto fue determinado usando el valor p- valor (P < 0,05), donde el valor p _ valor más pequeño indica la alta significancia del coeficiente, para este caso los valores p indican que todos los términos A, B, C, AB, BC, AC, A2, B2, C2 ; son significativos, los cuales tienen un efecto notable sobre la retención de β-caroteno. 70 Tabla 12: Análisis de la varianza para la respuesta de conservación de β- caroteno en el día 10 Variable Suma de Cuadrados Grados de Libertad Cuadrados Medios Valor F Valor P Signif. Modelo 1049,02 9 116,56 17,82 0,0002 Si A: Quitosano 150,25 1 150,25 22,97 0,0014 Si B:Acido Oleico 56,27 1 56,27 8,60 0,0189 Si C: Acido Citrico 413,51 1 413,51 63,22 0,0001 Si AB 39,16 1 39,16 5,99 0,0401 Si AC 78,34 1 78,34 11,98 0,0086 Si BC 27,80 1 27,80 4,25 0,0732 No A2 28,48 1 28,48 4,35 0,0704 No B2 14,60 1 14,60 2,23 0,1735 No C2 9,63 1 9,63 1,47 0,2596 No Residual 52,33 8 6,54 R2 = 0,9608 El ajuste del modelo fue expresado por el coeficiente de regresión R2 el cuál fue de 0,9608. El estadístico R2 indica que el 96,08% de la variabilidad en la respuesta puede ser explicada por el modelo. El valor también indica que sólo el 3,92% de la variación total no se explica por el modelo. La siguiente sección del programa también incluye los coeficientes de regresión de cada término y el error estándar del modelo como se podrá apreciar en la tabla 13 y un modelo conveniente para describir la respuesta del experimento que indica el porcentaje de retención de β-caroteno. 71 Tabla 13: Coeficiente de regresión para el modelo matemático empírico ajustado para el día 10 Factor Coeficiente de estimacion Grados de libertad Error Estandar Intercepto 76,71 1 1.58 A: [ ] Quitosano -3,75 1 0,79 B: [ ] Acido Oleico -2,52 1 0,83 C: [ ] Acido Citrico 6,88 1 0,82 AB 2,39 1 0,98 AC 3,20 1 0,95 BC 1,96 1 0,94 A2 3,18 1 1,56 B2 2,36 1 1,61 C2 -1,97 1 1,65 Los gráficos de interacción y de contorno ayudan a evaluar el efecto de las variables significativas en combinación con el porcentaje de la tasa de conservación de β-Caroteno. Así pues, se obtiene los efectos concentración de quitosano-concentración de ácido oleico; concentración de quitosano– concentración de ácido cítrico; concentración de ácido oleico–concentración de ácido cítrico; sobre la respuesta. A continuación, se representa las de interacciones y las gráficas de contorno correspondientes a la variable respuesta, en función de las tres variables independientes. Dichas graficas se muestran a continuación. 72 Figura 19: Interacción de los factores quitosano – ácido oleico; ácido cítrico = 0,5% sobre la respuesta retención de β-caroteno. Figura 20: Contorno de los factores quitosano – ácido oleico; ácido cítrico = 0,5% sobre la respuesta retención de β-caroteno. 73 En las figura 19 y 20, se muestran la Interacción y curvas de contorno de los factores concentración de quitosano – concentración de ácido oleico sobre la respuesta retención de β-caroteno, (como factor actual la concentración de ácido cítrico de 0,5%), estos gráficos nos muestran que cuando se experimentó en sus niveles de concentración de ácido oleico de 0,6% a 1,0%; concentración de quitosano de 1,0% el porcentaje de retención de β- caroteno fue de 87,49% a 74,58%, Esto quiere decir que hay un considerable descenso de la conservación de β-caroteno. En la figura 20 a concentración de quitosano de 2,00% el porcentaje de retención de β- caroteno para la concentración de ácido cítrico de 0,5% fue de 68,65% a 64,53%. Se puede precisar que hay una disminución de la retención de β- caroteno, debido a que en altas concentraciones de quitosano no dilu