Study of effects of cooking methods on physical properties and bioactive compounds in selected potato cultivars (Solanum tuberosum L)

Abstract

La patata es una fuente de carbohidratos, de versátil preparación y presentación. Dependiendo del proceso de cocción y de las características morfológicas y nutricionales de la patata estos efectos pueden ser positivos o negativos, especialmente en los compuestos bioactivos. La formación de acrilamida en la fritura es otro problema sin resolver, por ello la investigación de cómo prevenir y/o reducir su contenido es un objetivo para la industria alimentaria. Sin embargo, no existen límites legales para este contaminante, especialmente en productos de patata fritos. Por otra parte, un mayor conocimiento del efecto de la cocción en los compuestos bioactivos de la patata permitiría mejorar sus niveles en los productos procesados. El objetivo de esta tesis ha sido estudiar el efecto de la cocción: hervido, horneado, fritura y cocción en microondas en las propiedades físicas y químicas en patatas de consumo. Se han caracterizado ocho cultivares y se han establecido las relaciones entre sus propiedades para determinar su aptitud al procesado. Se ha evaluado el efecto de la temperatura y el tiempo de procesado sobre las propiedades físicas y químicas de diferentes cultivares comerciales. Por último, se ha estudiado, la influencia de las condiciones de fritura sobre la formación de acrilamida y la relación entre niveles de acrilamida y factores potencialmente implicados en su formación. Ciertas propiedades físicas y determinados parámetros nutricionales nos corroboran el potencial de los cultivares para ser clasificados de acuerdo con su aptitud culinaria. Patatas con mayor dureza y materia seca y menor contenido de azúcares reductores serian aptas para freír mientras que valores altos de elasticidad, cohesividad y masticabilidad serian más adecuados para los otros métodos de cocción. La clasificación obtenida en este estudio sirve para reforzar la propuesta por "European Cultivated Potato database" para estos cultivares. La evolución de la temperatura corazón durante el procesado determina los principales cambios en las propiedades de la patata. El hervido ha obtenido las mayores pérdidas de peso, pero el ablandamiento de la patata depende del cultivar. Las pérdidas de color fueron independientes de la intensidad del tratamiento. El contenido de almidón resistente fue superior en las patatas horneadas y con cocción en microondas que en las hervidas; mientras que, la máxima retención de compuestos bioactivos se obtuvo con temperaturas corazón inferiores en la ebullición, temperatura más alta y menor tiempo de horneado y menor potencia y mayor tiempo de cocción en microondas. Se han encontrado relaciones significativas entre las propiedades instrumentales y las propiedades funcionales en las patatas cocidas. El aumento de temperatura desde 150 hasta 190 ºC utilizados en la fritura comporta patatas fritas con mayor contenido de acrilamida, baja absorción de aceite, mayor contenido de humedad, color más oscuro, y una mayor dureza. Se han observado correlaciones positivas entre el nivel de acrilamida y la asparagina, azúcares reductores y sacarosa, b*, Croma y firmeza y correlaciones negativas con la absorción de aceite y L*. Además, la absorción de aceite presentó correlaciones positiva con L* y H. Sin embargo, estas relaciones fueron diferentes entre los cultivares utilizados, no obteniéndose ninguna correlación entre los factores estudiados para Agria. En conclusión, la determinación de las propiedades físicas de la patata ha permitido una evaluación rápida y eficaz de los efectos de los procesos de cocción en las diferentes variedades estudiadas. Además, se ha observado que las propiedades físicas evaluadas pueden ser útiles para predecir la formación acrilamida en patatas fritas. El control de la temperatura corazón durante el procesado es esencial para mantener la calidad sensorial instrumental y los valores nutricionales de las patatas cocidas.

Potato is a carbohydrate-rich, versatile vegetable prepared and served in a variety of ways word-wide. The potato tubers are commonly cooked before being consumed. Positive and negative effects have been reported depending on differences in process conditions and morphological and nutritional characteristic of potato samples, especially for the bioactive compounds. In addition, the acrylamide formation could not be neglected for frying potato products. Researches and industry need to find the solutions to reduce or prevent acrylamide formation, but no legal limits have been established for this contaminant in foods, especially in the frying potato products. Moreover, further knowledge on the effect of the processing techniques on the content of bioactive compound of potato tubers will be of interest to improve their content of processed products. The purpose of this thesis was to study the effect of processing: boiling, baking, microwaving and frying on the physical and chemical properties of potato tubers consumed worldwide. Eight potato cultivars were characterized and the relationships between their properties were used to determine their processing aptitude. The effect of temperature and time of cooking processing on the nutritional components and physical properties of commercial potato tubers were assessed. And finally, the influence of frying conditions on acrylamide formation was studied and the relationship between acrylamide levels and the factors potentially involved in the formation of acrylamide were assessed. Certain nutritional and physical parameters indicated the potential of the cultivars for being classified according to their cooking aptitude. Potato cultivars with higher hardness and dry matter and lower reducing sugar content are suitable for frying whereas higher values of springiness, cohesiveness and chewiness are suitable for the other processing methods. The obtained classification reinforces the cooking types of the cultivars proposed by the "European Cultivated Potato" database. The evolution of the core temperature during processing determines the principal changes on potato properties. The higher weigh losses were obtained for baking, but the potato softening was depending on the cultivar. Color losses were independent of the intensity of the treatment. The resistant starch retention of baking and microwaving was higher than that of boiling and the maximum retention of bioactive compounds was obtained with the lower core temperature during boiling, the higher temperature and shorter time of baking and the lower power and higher time of microwaving. Significant relationships were found between the instrumental and functional properties of cooked potatoes. The fried potato strips exhibited more acrylamide content, lower oil uptake, higher moisture content, darker colour, and greater hardness when the frying temperature was increased from 150 to 190 ºC. Significant positive relationships were observed between the acrylamide level and the asparagine, reducing sugar and sucrose contents, b*, Chroma and Shear force and negative correlations with the oil uptake and L* in fried potato strips. In addition, the oil uptake presented significant and positive correlations with L* and H in French fries. However, these relationships were different between individual cultivars, especially for the Agria cultivar, which exhibited no correlation between the studied factors. In conclusion, the determination of potato physical properties has enabled a quick and effective evaluation of the effect of the cooking processes on potato cultivars. In addition, physical properties of potato can be used for predicting the acrylamida formation in French fries. The control of core temperature during processing is essential for maintain the nutritional and instrumental sensorial quality of cooked potatoes.