Marrón de los alimentos

El pardeamiento es el proceso por el cual los alimentos se vuelven marrones debido a reacciones químicas internas. Este proceso es una de las reacciones químicas que tienen lugar en la química de los alimentos y representa un tema de investigación interesante en relación con la salud, la nutrición y la tecnología alimentaria . Si bien existen muchas maneras diferentes en que los alimentos cambian químicamente con el tiempo, el pardeamiento, en particular, se divide en dos categorías principales: procesos de pardeamiento enzimáticos y no enzimáticos.

El pardeamiento tiene muchas implicaciones importantes para la industria alimentaria en relación con la nutrición, la tecnología y el costo económico. ^{[ 1 ]} Los investigadores están especialmente interesados ​​en estudiar el control (inhibición) del pardeamiento y los diferentes métodos que se pueden emplear para maximizar esta inhibición y, en última instancia, prolongar la vida útil de los alimentos. ^{[ 2 ]}

El pardeamiento enzimático es una de las reacciones más importantes que tiene lugar en la mayoría de las frutas y verduras, así como en los mariscos. ^{[ 3 ]} Estos procesos afectan el sabor, el color y el valor de dichos alimentos. ^{[ 3 ]} Generalmente, es una reacción química que involucra a la polifenol oxidasa (PPO), la catecol oxidasa y otras enzimas que crean melaninas y benzoquinona a partir de fenoles naturales . El pardeamiento enzimático (también llamado oxidación de alimentos) requiere exposición al oxígeno . Comienza con la oxidación de fenoles por la polifenol oxidasa en quinonas , ^{[ 4 ]} cuyo fuerte estado electrófilo causa una alta susceptibilidad a un ataque nucleofílico de otras proteínas. ^{[ 4 ]} Estas quinonas se polimerizan luego en una serie de reacciones, lo que finalmente resulta en la formación de pigmentos marrones ( melanosis ) en la superficie del alimento. ^{[ 5 ]} La velocidad del pardeamiento enzimático se refleja en la cantidad de polifenol oxidasas activas presentes en el alimento. ^{[ 1 ]} Por lo tanto, la mayor parte de la investigación sobre métodos para prevenir el pardeamiento enzimático se ha dirigido a inhibir la actividad de la polifenol oxidasa. ^{[ 1 ]} Sin embargo, no todo el pardeamiento de los alimentos produce efectos negativos. ^{[ 1 ]}

Ejemplos de pardeamiento enzimático beneficioso:

• Desarrollar el color y el sabor en el café , los granos de cacao y el té . ^{[ 6 ]}
• Desarrollar el color y el sabor de frutas secas como los higos y las pasas .

Ejemplos de pardeamiento enzimático no beneficioso:

• Frutas y verduras frescas, incluyendo manzanas , patatas , plátanos y aguacates .
• La oxidación de los polifenoles es la principal causa de melanosis en crustáceos como el camarón. ^{[ 7 ]}

En el proceso de transformación de las uvas en pasas interviene una reacción enzimática de pardeamiento deseable.

En la formación de manchas marrones en la cáscara de los plátanos interviene una reacción enzimática de pardeamiento indeseable.

El control del pardeamiento enzimático siempre ha sido un desafío para la industria alimentaria. Se utilizan diversos enfoques para prevenir o ralentizar el pardeamiento enzimático de los alimentos, cada método dirigido a etapas específicas de la reacción química. Los diferentes tipos de control del pardeamiento enzimático se pueden clasificar en dos grandes grupos: físicos y químicos. Generalmente, se utilizan múltiples métodos. El uso de sulfitos (potentes agentes químicos antipardeamiento) se ha reconsiderado debido a los riesgos potenciales que causa junto con su actividad. ^{[ 8 ]} Se han realizado numerosas investigaciones sobre los tipos exactos de mecanismos de control que se producen al enfrentarse al proceso enzimático. Además de la prevención, el control del pardeamiento también incluye medidas destinadas a recuperar el color de los alimentos después de su pardeamiento. Por ejemplo, la filtración por intercambio iónico o la ultrafiltración se pueden utilizar en la elaboración del vino para eliminar los sedimentos de color marrón en la solución. ^{[ 9 ]}

Métodos químicos

• Acidificación : Las enzimas de pardeamiento, al igual que otras enzimas, son activas en un rango específico de pH . Por ejemplo, la PPO muestra una actividad óptima a pH 5-7 y se inhibe por debajo de pH 3. ^{[ 16 ]} Los agentes acidificantes y los reguladores de acidez se utilizan ampliamente como aditivos alimentarios para mantener el pH deseado en los productos alimenticios. Los acidulantes , como el ácido cítrico , el ácido ascórbico y el glutatión , se utilizan como agentes antipardeamiento. Muchos de estos agentes también muestran otros efectos antipardeamiento, como actividades quelantes y antioxidantes.

• Antioxidantes : Muchos antioxidantes se utilizan en la industria alimentaria como aditivos. Estos compuestos reaccionan con el oxígeno y suprimen el inicio del proceso de pardeamiento. ^{[ 16 ]} Además, interfieren con los productos intermedios de las siguientes reacciones e inhiben la formación de melanina . El ácido ascórbico , la N-acetilcisteína , la L-cisteína , el 4-hexilresorcinol , el ácido eritórbico , el clorhidrato de cisteína y el glutatión son ejemplos de antioxidantes que se han estudiado por sus propiedades antipardeamiento.

• Agentes quelantes − La polifenol oxidasa requiere cobre como cofactor para su funcionalidad, por lo que los agentes quelantes de cobre inhiben la actividad de esta enzima. Muchos agentes que poseen actividad quelante han sido estudiados y utilizados en diferentes campos de la industria alimentaria, como ácido cítrico , ácido sórbico , polifosfatos , hinokitiol , ácido kójico , EDTA , porfirinas , ácidos policarboxílicos, diferentes proteínas. ^{[ 16 ] [ 18 ]} Algunos de estos compuestos también tienen otros efectos anti-pardeamiento, como acidificantes o antioxidantes. El hinokitiol se utiliza en materiales de recubrimiento para envases de alimentos .

El segundo tipo de pardeamiento, el pardeamiento no enzimático, es un proceso que también produce la pigmentación marrón en los alimentos, pero sin la acción de las enzimas. Las dos formas principales de pardeamiento no enzimático son la caramelización y la reacción de Maillard . Ambas varían en su velocidad de reacción en función de la actividad del agua (en química de los alimentos, el estado estándar de actividad del agua se define generalmente como la presión parcial de vapor del agua pura a la misma temperatura).

La caramelización es un proceso que implica la pirólisis del azúcar . Se utiliza ampliamente en la cocina para obtener el sabor a nuez y el color marrón deseados. Durante el proceso, se liberan compuestos volátiles que producen el característico sabor a caramelo .

La otra reacción no enzimática es la reacción de Maillard . Esta reacción es responsable de la producción del sabor cuando los alimentos se cocinan. Ejemplos de alimentos que experimentan la reacción de Maillard incluyen panes, filetes y papas. Es una reacción química que tiene lugar entre el grupo amino de un aminoácido libre y el grupo carbonilo de un azúcar reductor , ^{[ 1 ]} generalmente con la adición de calor. El azúcar interactúa con el aminoácido, produciendo una variedad de olores y sabores. La reacción de Maillard es la base para producir sabores artificiales para alimentos procesados ​​en la industria de los saborizantes ^{[ 23 ]} ya que el tipo de aminoácido involucrado determina el sabor resultante.

Las melanoidinas son polímeros heterogéneos de alto peso molecular y color marrón que se forman cuando los azúcares y los aminoácidos se combinan mediante la reacción de Maillard a altas temperaturas y baja actividad de agua. Las melanoidinas se encuentran comúnmente en alimentos que han sufrido algún tipo de pardeamiento no enzimático, como las maltas de cebada (Viena y Múnich), la corteza del pan, los productos de panadería y el café. También están presentes en las aguas residuales de las refinerías de azúcar, por lo que requieren tratamiento para evitar la contaminación en las zonas de descarga de estas refinerías.

Como la mayoría de las frutas, las uvas varían en la cantidad de compuestos fenólicos que contienen. Esta característica se utiliza como parámetro para evaluar la calidad del vino. ^{[ 4 ]} El proceso general de vinificación se inicia con la oxidación enzimática de los compuestos fenólicos por las polifenol oxidasas. ^{[ 4 ]} El contacto entre los compuestos fenólicos en la vacuola de la célula de la uva y la enzima polifenol oxidasa (ubicada en el citoplasma ) desencadena la oxidación de la uva. Por lo tanto, el pardeamiento inicial de las uvas ocurre como resultado de una "modificación de compartimentalización" en las células de la uva. ^{[ 4 ]}

El pardeamiento enzimático afecta el color, el sabor y el valor nutricional de los alimentos, causando enormes pérdidas económicas cuando no se venden a los consumidores a tiempo. ^{[ 1 ]} Se estima que más del 50% de los productos agrícolas se pierde como resultado del pardeamiento enzimático. ^{[ 2 ]} El aumento de la población humana y el consiguiente agotamiento de los recursos naturales ha impulsado a muchos bioquímicos e ingenieros de alimentos a encontrar técnicas nuevas o mejoradas para conservar los alimentos durante más tiempo mediante métodos que inhiban la reacción de pardeamiento. Esto aumenta eficazmente la vida útil de los alimentos, resolviendo esta parte del problema del desperdicio. Una mejor comprensión de los mecanismos del pardeamiento enzimático, específicamente, la comprensión de las propiedades de las enzimas y los sustratos que participan en la reacción, puede ayudar a los tecnólogos de alimentos a controlar ciertas etapas del mecanismo y, en última instancia, aplicar ese conocimiento para inhibir el pardeamiento.

Las manzanas son frutas comúnmente estudiadas por los investigadores debido a su alto contenido fenólico, que las hace altamente susceptibles al pardeamiento enzimático. ^{[ 3 ]} De acuerdo con otros hallazgos sobre las manzanas y la actividad de pardeamiento, se ha encontrado una correlación entre mayores cantidades de fenoles y mayor actividad enzimática en las manzanas. ^{[ 3 ]} Esto proporciona un objetivo potencial y por lo tanto esperanza para las industrias alimentarias que desean modificar genéticamente los alimentos para disminuir la actividad de la polifenol oxidasa y, por lo tanto, disminuir el pardeamiento. Un ejemplo de tales logros en ingeniería de alimentos es la producción de manzanas árticas . Estas manzanas, modificadas genéticamente por Okanagan Specialty Fruits Inc., son el resultado de la aplicación de empalme genético , una técnica de laboratorio que ha permitido la reducción de la polifenol oxidasa.

Otro tipo de problema que se estudia detenidamente es el oscurecimiento de los mariscos. ^{[ 7 ]} Los mariscos , en particular los camarones, son un alimento básico consumido por personas de todo el mundo. El oscurecimiento de los camarones, que en realidad se denomina melanosis , genera gran preocupación entre los manipuladores de alimentos y los consumidores. La melanosis ocurre principalmente durante la manipulación post mortem y el almacenamiento refrigerado. ^{[ 7 ]} Estudios recientes han encontrado un extracto vegetal que actúa como un inhibidor de la polifenol oxidasa antimelatonina que cumple la misma función que los sulfitos pero sin los riesgos para la salud. ^{[ 7 ]}

• Descomposición
• Salsa
• Actividad del agua