Resumen: El plátano es uno de los productos más consumidos en el mundo, para el año 2019 se cosecharon 107.941.444 toneladas aproximadamente, producción en la cual Colombia aporta el 2,7%. A nivel nacional, el plátano es consumido en fresco y procesado industrialmente en la elaboración de snacks fritos, con contenidos de grasa de alrededor del 40% con base en su peso; productos catalogados dentro del grupo de alimentos no saludables. El uso combinado de tecnologías novedosas, como el tratamiento con biopelículas y fritura por inmersión al vacío genera una alternativa para producción de snacks con menos contenido de aceite acompañado de parámetros de calidad aceptables y características organolépticas agradables para los consumidores El objetivo del trabajo fue evaluar la fritura al vacío por inmersión de rodajas de plátano verde (con ºBrix de 4,9±0,7) recubiertas con goma guar (1,4% p/v) en distintas condiciones de proceso bajo el análisis de superficie de respuesta utilizando como metodología el diseño central compuesto rotable, considerando la presión (30-62) kPa, tiempo (180-360) s y temperatura (43-73) ºC. El óptimo alcanzado para minimizar el contenido de aceite fue: presión de 73kPa tiempo de 341 s y fuerza impulsora 43°C. Los resultados obtenidos como óptimo estadístico en el análisis sensorial del snack recubierto señalaron una aceptabilidad del 55% del producto obtenido.
Palabras clave: Agroindustria, dominico hartón, goma guar, superficie de respuesta, contenido de aceite.
Abstract: Banana is one of the most consumed products in the world, for the year 2019 approximately 107,941,444 tons were harvested, production in which Colombia contributes 2.7%. At the national level, the banana is consumed fresh and industrially processed in the preparation of fried snacks, with fat content of around 40% based on its weight; products cataloged within the group of unhealthy foods. The combined use of novel technologies, such as treatment with biofilms and vacuum immersion frying generates an alternative to produce snacks with less oil content accompanied by acceptable quality parameters and pleasant organoleptic characteristics for consumers. immersion vacuum frying of green banana slices (with ºBrix of 4.9 ± 0.7) coated with guar gum (1.4% w / v) in different process conditions under the response surface analysis using the design methodology rotatable composite center, considering pressure (30-62) kPa, time (180-360) s and temperature (43-73) ºC. The optimum reached to minimize the oil content was pressure of 73 kPa, time of 341 s and driving force 43 ° C. The results obtained as statistically optimal in the sensory analysis of the coated snack, indicated an acceptability of 55% of the product obtained.
Keywords: Agroindustry, dominico hartón, guar gum, response surface, oil content.
Artículo
Fritura por inmersión al vacío de rodajas de plátano verde con recubrimientos comestibles
Vacuum dip frying of green banana slices with edible coatings
Darío Fidel Martínez-Pantoja dfmartinez@sena.edu.co
Mateo Acosta-Castaño mateo.acosta39576@ucaldas.edu.co
Francisco Javier Castellanos-Galeano francisco.castellanos@ucaldas.edu.co
Recepción: 21 Febrero 2021
Aprobación: 22 Julio 2021
El plátano es una planta perenne de la familia de las musáceas (género Musa, especie paradisiaca L.) y representa uno de los cultivos más importantes en países tropicales de Asia, África y América Latina. Para el año 2019, los países con mayor producción fueron: India, China, Indonesia, Filipinas y Colombia, destacándose Colombia como quinto productor mundial, con 2.914.419 toneladas, 2.70% de la producción anual mundial de plátano 1.
En Colombia, el plátano se consume en estado de maduración verde o maduro y un gran segmento del consumo interno se destina a la transformación en productos fritos debido a la alta demanda, rapidez en la preparación, sabores y texturas característicos 2. Dentro de los principales productos del plátano sometido a fritura por inmersión, se encuentran: Tajadas de maduro (Porciones longitudinales de plátano maduro frito en aceite vegetal), patacones (Trozos de plátano verde sometidos a pre-fritura, posteriormente prensado para una fritura final) y snack (rebanadas transversales delgadas de plátano verde frito) 3.
La fritura por inmersión es un proceso de cocción que consiste en sumergir un alimento en un fluido comestible a temperaturas mayores a la ebullición del agua, durante el proceso ocurren fenómenos de transferencia de calor (convección y conducción) y de manera simultánea fenómenos de transferencia de masa (difusión), debido a una evaporación total o parcial del agua y una absorción progresiva del fluido de inmersión al producto, que en algunos alimentos amiláceos puede ser cercana al 40% de la masa final 4. Para el caso de la fritura por inmersión al vacío, la presión operativa se encuentra por debajo de la atmosférica, hasta 3 kPa, lo que disminuye la temperatura de ebullición del agua y, por tanto, la temperatura del aceite. En consecuencia, se trabajan tiempos y temperaturas operativas más cortos y más bajas, respectivamente. De esta manera, se permite conservar aspectos de calidad en los alimentos como color y sabor, así como la degradación del aceite y la pérdida de fitoquímicos en los productos es menor 5.
El alto contenido de aceite de los productos fritos, la relación del consumo de grasas “trans” y saturadas junto con la incidencia de estos en diversas enfermedades de tipo cardiovascular, ha impulsado a los investigadores a desarrollar nuevos métodos y técnicas para disminuir el contenido de aceite y mejorar los aspectos nutricionales de los productos 6,7. Con base en lo anterior, se han explorado diferentes estrategias como la modificación de variables operativas en la fritura al vacío por inmersión, implementación de pretratamientos y alteración de la superficie del alimento 8,9.
Dentro de las características fisicoquímicas y estructurales de las matrices a freír, las propiedades superficiales son determinantes en la cantidad de aceite absorbido 10, razón por la cual muchas veces se modifica la superficie del alimento con el fin de disminuir el contenido de aceite en la matriz, los recubrimientos alimenticios destacan por su capacidad de reducción en la absorción de aceite relacionado con la creación de una barrera invisible en la superficie de la matriz y disminución de tensión superficial entre el alimento y el aceite 11. Algunos recubrimientos comestibles están basados en hidrocoloides, derivados de celulosa, gomas, almidones modificados y proteínas, destacándose la goma guar 11,12.
El objetivo de este estudio fue determinar el efecto de las variables del proceso de fritura por inmersión al vacío (presión, tiempo y fuerza impulsora) sobre el contenido de agua, contenido de aceite, cambio de color y textura de snacks de plátano recubiertos con goma guar. Por otra parte, se compararon los parámetros de calidad y aceptación sensorial.
Se usó plátano verde, variedad Dominico Hartón (Musa, genotipo AAB) 13, suministrado por la granja Montelindo de la Universidad de Caldas ubicada a 1050 msnm y 23ºC en promedio. La muestra de frutos examinados bajo la determinación fisicoquímica se tomó considerando la desviación estándar característica y el error tipo II, se llevaron a cabo pruebas fisicoquímicas por triplicado y conociendo su desviación estándar. Los parámetros fisicoquímicos evaluados fueron:
Sólidos solubles: Se siguió el método oficial 913.12 de la AOAC.
Acidez titulable: Se siguió el método oficial 942.15 de la AOAC. Con base en ácido málico.
Contenido de humedad: De acuerdo con el método oficial 930.15 de la AOAC.
Análisis de color: Se utilizó un colorímetro CM-5 Konica Minolta siguiendo la metodología propuesta por 8, donde a*, b* y L representan tonos de rojo-verde, tonos de amarillo-azul y luminosidad, respectivamente.
El plátano fue cortado en rodajas usando una tajadora industrial marca Omega considerando 3 ± 0,2 mm de espesor, posteriormente con la ayuda de un sacabocado se obtienen chips de 29,4 mm de diámetro, luego se realizó una inmersión en una solución antipardeante de metabisulfito de sodio de 30 ppm por 3 minutos 14.
Se prepararon soluciones acuosas de goma guar al 1,4% p/v y se usó glicerol a una concentración de 0,03 %p/v de solución. Las soluciones se calentaron a 60°C y se mantuvieron en agitación constante por 5 minutos con un ultra-turrax. Las muestras fueron recubiertas por inmersión en la solución durante 90 segundos, transcurrido el tiempo se les permitió escurrir con la ayuda de una malla metálica por un minuto (Solano Doblado et al. 16). Posteriormente se realizó un secado superficial en un secador de bandejas a 60°C por 20 minutos hasta alcanzar un contenido de humedad del 50%.
Se realizó una freidora al vacío ubicada en la Universidad de Caldas, con una capacidad de 7 litros de aceite, equipado con tres termocuplas para el producto, una para el aceite, un tablero de control automatizado para fijar las variables de proceso (temperatura, tiempo y presión) y una bomba de vacío 15. Se trabajó con una relación de 18 g de producto / litro de aceite. Se utilizó una mezcla de aceites vegetales de oleína de palma y aceite de soya con antioxidante TBHQ.
Se compararon variables respuesta en la fritura por inmersión de las rodajas de plátano bajo la condición de operación teórica respecto a las condiciones experimentales de las rodajas con y sin recubrimiento. Posteriormente, se realizó un análisis de varianza para establecer diferencias significativas, con un nivel de significancia del 5%.
Para la optimización del proceso se consideró el valor del coeficiente de determinación mayor al 50%, con el objetivo de minimizar el contenido de aceite, contenido de humedad y el parámetro de color a*; así como maximizar la textura y parámetros de color L* y b*.
Contenido de humedad: Según metodología planteada anteriormente.
Contenido de aceite: Se siguió el método 920.39 de la AOAC.
Análisis de color: Según metodología planteada anteriormente.
Análisis de textura: Se usó un analizador de textura SHIDMAZU EZ-S con el Software TRAPEZIUM2 y una celda de carga de 500N y se siguió la metodología establecida por 16.
Análisis microestructural: Se usó un microscopio electrónico de barrido, FEI QUANTA 250. Se analizaron cortes transversales con el objetivo de evaluar la integridad de la película. Todas las muestras se analizaron sobre soportes de bronce para permitir la observación superficial y la sección transversal, mediante un voltaje de aceleración de 10kV y usando un detector ambiental que permite la observación de muestras no conductoras sin tratamiento previo. Se realizaron observaciones con aumentos de 200x, 500x, 1000x y 2000x.
Evaluación sensorial: Se realizó análisis de aceptabilidad con 100 consumidores no entrenados con un total de 2 muestras (muestra control y muestra recubiertas con goma guar 1,4% y glicerol 0,03 %p/v en el punto óptimo), utilizando una escala hedónica de X puntos. Las muestras fueron presentadas en recipientes de plástico, en cubículos individuales de forma aleatorizada, balanceada y codificadas con números de tres cifras. Los resultados se evaluaron con la prueba de Kruskall-Wallis, según lo planteado por la NTC 3925 del ICONTEC.
Se planteó la metodología de superficie de respuesta con diseño central compuesto rotable en 20 tratamientos. Los límites de cada factor (-1, +1) se muestran en la Tabla 116.
La función respuesta se divide en componentes lineales, cuadráticos y de interacción. Como se muestra en la Ec.3.
Donde Y es la respuesta; A, B y C, son variables de entrada (fuerza impulsadora-ΔT, Presión-P y tiempo-t); β0 es el intercepto; 𝛽𝑖 son los coeficientes lineales; 𝛽𝑖𝑖 son los coeficientes cuadráticas y 𝛽𝑖𝑗 son los coeficientes de interacción.
El plátano verde (Musa, genotipo AAB) empleado presentó un contenido de solidos solubles de 4,9 ± 0,7 ºBrix, un porcentaje de acidez de 0,217 ± 0,063 y un contenido de humedad promedio de 60,4 ± 0,9% 17.
Los resultados obtenidos del diseño experimental aplicado se presentan en la Tabla 2. El contenido de humedad y el contenido de aceite en snacks de plátano verde frito recubiertos con goma guar variaron entre (0,07 - 11,26) % y (14,77 - 31,09) %, respectivamente. En el Tabla 3 se encuentran los términos significativos de las variables operativas en función de las respuestas trabajadas en este estudio.
En cuanto a los resultados obtenidos sobre la textura y cambio de color del snack recubierto reportados por 18, se observa una relación directa entre la presión y la temperatura del sistema en fuerza máxima de ruptura del snack; al igual lo reporta 19 en su trabajo con papa nativa roja establece que los cambios sobre textura debido a la presión se basan en menores cambios estructurales y menor expansión de los poros del producto, sin embargo, existen trabajos como los reportados por 20 donde resalta la temperatura y el tiempo de inmersión como variables influyentes sobre la crocancia del snack de papa, esto es consecuencia de la formación de costra debido a procesos de deshidratación del producto.
Sobre el cambio de color se logra evidenciar una relación inversa entre el ΔT y la presión del sistema sobre el parámetro de luminosidad L* mientras que sobre el parámetro a* que relaciona cambios de colores debido a reacción de Maillard (generación de marrones) tiene una relación directa con las dos variables operativas mencionadas anteriormente 21. Por otro lado, el parámetro b* que indica cambios en el color amarillo ninguna de las variables del proceso produjo cambios considerables con respecto a la muestra fresca 22.
Se observa un cambio en el contenido de humedad de los snacks de plátano de acuerdo con las condiciones operativas empleadas, en donde es más drástica la pérdida de humedad con altas temperaturas del aceite y fuerzas impulsoras mayores; esto se puede evidenciar también de acuerdo al análisis de los perfiles de temperatura en el centro de muestras de papa realizados por 23, las muestras recubiertas tardan mayor tiempo en ganar temperatura y en consecuencia exhiben una relación directa con las concentraciones de goma guar, por tanto se tiene una disminución en la tasa de evaporación del agua superficial en las primeras etapas del proceso de fritura por inmersión.
En un estado posterior se da una intensa formación de burbujas de agua que es mayor en productos recubiertos estableciendo una reducción del coeficiente de transferencia de calor comparado con muestras sin recubrimiento, en esta fase hay daño celular y rompimiento del recubrimiento respectivo. Finalmente se da la formación de la costra que para este caso es más gruesa debida al uso del recubrimiento, que evita considerablemente el movimiento de las burbujas de vapor.
En la Figura 1 se observa que hay condiciones de proceso donde el producto presenta contenidos de humedad bajos (esperado para un producto tipo snack), estos valores se presentan en tiempos superiores a 210 segundos y ΔT mayores a 62°C, obteniendo valores de humedad inferiores al 1,5 %, punto en donde se genera crocancia en productos tipo snack 24. Asimismo, en el Tabla 3 se observa que ambos factores (ΔT y t) ejercen una relación inversa en la variable de respuesta, de esta manera a medida que la fuerza impulsora y el tiempo de operación aumentan el contenido de agua en el snack disminuye, resultado también reportado en fritura por inmersión según 8 en mango, 25 en taro, 19 en papa nativa (Botella roja) y 26 en papaya.
Por otra parte, en chips de plátano 16 encontraron que a tiempos superiores de 550 segundos, ΔT entre 40 y 80°C, y a tiempos entre 200 y 500 segundos, se encuentra los contenidos de humedad más bajos (0,25%). Este mismo comportamiento se presentó en los snacks de plátano recubiertos con goma guar.
Los resultados en términos de absorción de aceite en este trabajo están relacionados con los hallazgos de 27 en fritura de papa con goma guar, donde se concluye que la película formada modifica la superficie del producto reduciendo la permeabilidad y el coeficiente de transferencia de calor durante el proceso de fritura por inmersión, así como una menor formación de poros y capilares por tanto, menores contenidos de aceite en el snack.
En la Figura 2 se observan condiciones de proceso donde el producto presenta contenidos de aceite de (20 - 27) % en base seca. En la Tabla 2 se aprecia que el contenido de aceite tiene una relación directa con ΔT y el tiempo, de esta manera se tendría que al aumentar la fuerza impulsora y el tiempo de inmersión en el proceso de fritura de snacks de plátano, el contenido de aceite de estos aumenta.
El comportamiento de las variables de ΔT y tiempo se encuentra asociado a la remoción de humedad de las muestras y la ganancia de aceite de las mismas, este comportamiento se ve favorecido por la ruptura de algunas partes del recubrimiento de goma guar difundiéndose a través de los agrietamientos de las muestras 28. Asimismo, el efecto de ΔT en la ganancia de aceite se encuentra relacionado con el daño estructural del recubrimiento de goma guar durante el proceso de fritura por inmersión 29.
En la Figura 3a se observa una red continua de gránulos de almidones separados y diferenciables entre sí. El rango de longitud de los gránulos varía entre (13,32 - 40,34)μm, en su mayoría con formas ovaladas y alargadas característicos del plátano y similares a las reportadas por 30 quienes reportan que los gránulos de almidón del plátano son más alargados que redondeados.
Al realizar la inmersión de las muestras de plátano en la solución de recubrimiento, se observa en la Figura 3b, como la película se adhiere a la superficie de la rodaja de plátano formando el recubrimiento, la distancia entre el recubrimiento y la superficie del plátano oscila entre (23 - 24) μm.
Se observa en la Figura 3 que al comparar el espesor de la costra, en 3b (Taceite de 107,86ºC) y 3d (Taceite de 158,86ºC) a presión y tiempo constantes, el espesor aumenta a medida que lo hace la temperatura de aceite; lo que está directamente relacionado con el grado de avance de la gelatinización del almidón de plátano 31. El aumento de la temperatura del aceite se relaciona con la fuerza impulsora y la presión del sistema, lo que conlleva a una tendencia de daño de los gránulos de almidón. El aumento de la presión en el sistema igualmente afecta la morfología del granulo de almidón de plátano observándose degradado como se puede apreciar en las Figuras 3b y 3d; y 3c y 3d.
La goma guar también se ve afectada a condiciones operativas más fuertes, como se logra evidenciar en la Figura 3c, que al compararla con las demás presenta una disminución en el espesor, tendiendo a fusionarse con los gránulos de almidón gelatinizados.
El proceso de optimización dio como resultado las siguientes condiciones operativas: ΔT de 44,3ºC, P de 72,9 kPa y t de 349 s y una aceptabilidad del 63%.
Se puede observar en la Tabla 4, que al comparar el valor óptimo que relaciona el contenido de humedad, es estadísticamente significativo respecto a los valores obtenidos para snacks recubierto con goma guar y al snack no recubierto, parámetro deseable para lograr atributos de textura característicos y sensorialmente similares a los reportados por 16, además el contenido de humedad fue mayor en snacks con recubrimiento, relacionado con la capacidad de retención de agua de la goma guar y el glicerol, comportamiento que se ha observado en estudios con metilcelulosa 32. Igual comportamiento presento el parámetro contenido de aceite, catalogando al snack recubierto con goma guar como un producto bajo en grasa, de acuerdo a la resolución 333 de 2011 de Colombia. Se evidencia que con el uso de recubrimientos de goma guar se logró una reducción en la absorción de aceite de un 60,73 % comparado con los snacks sin recubrimiento, esto se debe a las diferencias microestructurales entre un snack y otro 33.
En referente a la coordenada de color luminosidad (L*), se puede observar, en la Tabla 4, que existe significancia estadística entre el óptimo con los snacks recubiertos con goma guar y los snacks sin recubrimiento, comportamiento relacionado con el menor contenido de aceite y el débil pardeamiento no enzimático en productos recubiertos; resaltando un mayor valor de éste parámetro en snacks recubiertos con goma guar 34. Para las coordenadas de color a* y b*, los resultados mostrados en la Tabla 4, no exponen una significancia estadística 15.
De acuerdo con los resultados de las pruebas de aceptabilidad de snacks de plátano recubierto con goma guar y snacks no recubiertos producido bajo las condiciones óptimas y analizadas mediante el procedimiento estadístico de Kruskall-Wallis se concluye que las muestras son estadísticamente significativas. Asimismo, al observar la Figura 4 se evidencia que los 100 panelistas calificaron las muestras correspondientes al snack recubierto con goma guar en la categoría de “me gusta” con un 55% de aceptación, por otro lado, los snacks sin recubrimiento obtuvieron un 84% de aceptación. Se genera una alternativa de explotación comercial de snacks de plátano recubierto con goma guar, evidenciando la posibilidad de abarcar un espacio en el mercado de los pasabocas fritos 35,36.
Las condiciones del proceso de fritura por inmersión al vacío afectan de manera significativa la mayoría de los parámetros de calidad. Se logró optimizar las condiciones de operación (ΔT: 43°C, P 73 kPa y t 341 s) y de esta manera se logró una reducción de contenido de aceite del 60,73 %, en comparación con el snack sin recubrimiento, catalogándolo como “pasabocas reducidos en grasa” de acuerdo a la resolución 333 de 2011 del ministerio de protección social; asimismo se visualiza una buena aceptación sensorial por parte de los panelistas.
Agradecimiento al Fondo de Ciencia, Tecnología e Innovación del sistema general de regalías por el apoyo económico brindando para realizar la investigación, bajo en el marco del proyecto “Implementación de estrategias para el fortalecimiento tecnológico de la actividad agrícola y de transformación de plátano en el bajo occidente Caldense”, identificado con BPIN 2013000100128
