Efecto de la adición de fibra y la temperatura sobre las propiedades reológicas de zumos de fruta

Abstract

La indústria alimentària cerca permanentment la innovació en el processament de les fruites i dels productes que s'obtenen d'elles per a satisfer als mercats que cada dia es tornen més exigents. La fibra dietètica s'ha convertit en un ingredient important en els productes alimentaris que busquen contribuir al millorament de la salut dels consumidors, ja que el seu consum regular està associat amb la reducció del risc d'unes certes malalties i la millora de les funcions gastrointestinals. Addicionalment, la fibra dietètica és utilitzada en els aliments per les seves propietats tecnològiques, ja que proveeix excel·lents característiques físiques per als productes. No obstant això, perquè pugui ser inclosa en uns certs aliments, la fibra agregada al producte ha de funcionar satisfactòriament durant la producció i durant la seva vida útil. La fibra dietètica obtinguda de fruites, s'ha agregat a diferents productes, sent la indústria dels sucs de fruita un mercat potencial per a la incorporació d'aquesta, no obstant això, l'addició de fibra ha provocat alteracions en les propietats físiques dels sucs, canviant la viscositat dels productes, per la qual cosa és de summa importància investigar com els diferents continguts de fibra i els paràmetres de temperatura durant els processos influiran en el canvi de les propietats físiques i com aquests canvis afectaran les propietats del producte final. Per tant, el principal objectiu d'aquesta recerca va ser avaluar la influència de la temperatura i addició de fibra dietètica de poma, llimona, taronja i mandarina en les propietats reològiques dels sucs de poma, llimona, taronja i mandarina, respectivament. Les mesures reològiques es van dur a terme en un reòmetre (Haake RS 600, Haake, Alemanya), utilitzant una geometria Couette (Cilindre concèntric; Haake Z40-ZIN) amb relació radio de copa i rotor de 1,0847 (radio rotor = 20 ± 0,004 mm). Les mesures reològiques que van presentar una major consistència viscosa van ser analitzades amb la geometria plat-plat (60 mm de diàmetre, Haake PP 60 Tu). En aquest estudi, es va investigar el comportament tixotròpic, el comportament al flux, la influència de la temperatura sobre la viscositat, l'efecte de la concentració sobre la viscositat, l'efecte de la temperatura i la concentració en la viscoelasticitat i la compensació cinètica i termodinàmica de l'addició de fibra en els sucs de poma, llimona, taronja i mandarina. Els sucs de poma, llimona i taronja a 12,5°Brix van mostrar comportaments tixòtrops una vegada van aconseguir un 10% cf, per al cas del suc de mandarina es va observar un caràcter tixotròpic quan la mostra va superar el 6% de fibra a temperatures menors de 30 °C. En l'estudi del comportament al flux, per al cas del suc de poma es va observar que el suc va seguir el flux del model Newtonià, Llei de la Potència i Herschel-Bulkley per als continguts de fibra de 0 a 8%, de 10 a 12% i 16%, respectivament. El suc de llimona va seguir un flux del model de Newton per als continguts de 0-12%, un flux pseudo-plàstic a partir de la concentració de 14% a temperatures menors de 30 °C, i un flux Herschel-Bulkley a partir de la concentració de 20% a temperatures menors de 45 °C. El suc de taronja va seguir un flux del model de Newton per als continguts de 0-8%, un fluid Llei de la potència per a les concentracions de 10 a 16% contingut de fibra, i un flux Herschel-Bulkley a partir de la concentració de 18%. El suc de mandarina va seguir el flux del model Newtonià per a la concentració de 0-4% (45 °C), un flux pseudo-plàstic a partir de la concentració de 4% per a les temperatures menors de 30 °C i un flux Herschel-Bulkley per a les concentracions per sobre de 6% a partir de les temperatures de 30 °C. Es va trobar que l'efecte de la temperatura pot descriure's amb l'equació de Arrhenius, que per al cas del suc de poma, llimona i taronja es mostren dues línies de compensació, una per a les mostres amb un contingut de fibra fins al 8% (poma), 16% (llimona), 8% (taronja) que van seguir el model de Newton, i un altre per als sucs que contenen més del 10% (poma), 18% (llimona), 10% (taronja) de fibra que van seguir els models no newtonians i una línia recta per al suc de mandarina de 2 a 10% contingut de fibra. Es va trobar que la compensació per als sucs no newtonians era real, concloent que el contingut de fibra va influir significativament en el coeficient de consistència i això no va canviar el mecanisme de flux per a aquest interval de valors (10-16% poma i taronja, 16-22% llimona), el control de la qual va ser entròpic a les temperatures de treball. Les propietats viscoelàstiques d'un suc de poma (14 i 16%), llimona (18, 20, 22%), taronja (16 i18%) i mandarina (8 i 10%) de fibra afegida es van avaluar a partir de mesuraments dinàmics a temperatures de 5, 15, 30, 45 i 60 °C. Tots els sucs amb fibra agregada estudiats en tots els percentatges citats van exhibir un comportament viscoelàstic, mostrant una G' major que G'' en tots els valors de freqüència. La temperatura va tenir un efecte significatiu en les propietats reològiques dinàmiques de totes mostres, disminuint les magnituds de G' i G'' a mesura que augmentava la temperatura per a tots els casos.

La industria alimentaria busca permanentemente la innovación en el procesamiento de las frutas y de los productos que se obtienen de ellas para satisfacer a los mercados que cada día se vuelven más exigentes. La fibra dietética se ha convertido en un ingrediente importante en los productos alimentarios que buscan contribuir al mejoramiento de la salud de los consumidores, ya que su consumo regular está asociado con la reducción del riesgo de ciertas enfermedades y la mejora de las funciones gastrointestinales. Adicionalmente, la fibra dietética es utilizada en los alimentos por sus propiedades tecnológicas, ya que provee excelentes características físicas para los productos. Sin embargo, para que pueda ser incluida en ciertos alimentos, la fibra agregada al producto debe de funcionar satisfactoriamente durante la producción y durante su vida útil. La fibra dietética obtenida de frutas, se ha agregado a diferentes productos, siendo la industria de los zumos de fruta un mercado potencial para la incorporación de la misma, sin embargo, la adición de fibra ha provocado alteraciones en las propiedades físicas de los zumos, cambiando la viscosidad de los productos, por lo que es de suma importancia investigar cómo los diferentes contenidos de fibra y los parámetros de temperatura durante los procesos influirán en el cambio de las propiedades físicas y cómo estos cambios afectarán las propiedades del producto final. Por tanto, el principal objetivo de esta investigación fue evaluar la influencia de la temperatura y adición de fibra dietética de manzana, limón, naranja y mandarina en las propiedades reológicas de los zumos de manzana, limón, naranja y mandarina, respectivamente. Las mediciones reológicas se llevaron a cabo en un reómetro (Haake RS 600, Haake, Alemania), utilizando una geometría Couette (Cilindro concéntrico; Haake Z40-DIN) con relación radio de taza y rotor de 1,0847 (radio rotor = 20 ± 0,004 mm). Las mediciones reológicas que presentaron una mayor consistencia viscosa fueron analizadas con la geometría plato-plato (60 mm de diámetro, Haake PP 60 Ti). En este estudio, se investigó el comportamiento tixotrópico, el comportamiento al flujo, la influencia de la temperatura sobre la viscosidad, el efecto de la concentración sobre la viscosidad, el efecto de la temperatura y la concentración en la viscoelasticidad y la compensación cinética y termodinámica de la adición de fibra en los zumos de manzana, limón, naranja y mandarina. Los zumos de manzana, limón y naranja a 12,5º Brix mostraron comportamientos tixotrópicos una vez alcanzaron un 10% cf, para el caso de del zumo de mandarina se observó un carácter tixotrópico cuando la muestra superó el 6% de fibra a temperaturas menores de 30ºC. En el estudio del comportamiento al flujo, para el caso del zumo de manzana se observó que el zumo siguió el flujo del modelo Newtoniano, Ley de la Potencia y Herschel-Bulkley para los contenidos de fibra de 0 a 8%, de 10 a 12% y 16%, respectivamente. El zumo de limón siguió un flujo del modelo de Newton para los contenidos de 0-12%, un flujo pseudo-plástico a partir de la concentración de 14% a temperaturas menores de 30ºC, y un flujo Herschel-Bulkley a partir de la concentración de 20% a temperaturas menores de 45ºC. El zumo de naranja siguió un flujo del modelo de Newton para los contenidos de 0-8%, un fluido Ley de la potencia para las concentraciones de 10 a 16% contenido de fibra, y un flujo Herschel-Bulkley a partir de la concentración de 18%. El zumo de mandarina siguió el flujo del modelo Newtoniano para la concentración de 0-4% (45ºC), un flujo pseudo-plástico a partir de la concentración de 4% para las temperaturas menores de 30ºC y un flujo Herschel-Bulkley para las concentraciones por encima de 6% a partir de las temperaturas de 30ºC. Se encontró que el efecto de la temperatura puede describirse con la ecuación de Arrhenius, que para el caso del zumo de manzana, limón y naranja se muestran dos líneas de compensación, una para las muestras con un contenido de fibra hasta el 8% (manzana), 16% (limón), 8% (naranja) que siguieron el modelo de Newton, y otro para los zumos que contienen más del 10% (manzana), 18% (limón), 10% (naranja) de fibra que siguieron los modelos no newtonianos y una línea recta para el zumo de mandarina de 2 a 10% contenido de fibra. Se encontró que la compensación para los zumos no newtonianos era real, concluyendo que el contenido de fibra influyó significativamente en el coeficiente de consistencia y eso no cambió el mecanismo de flujo para este intervalo de valores (10-16% manzana y naranja, 16-22% limón), cuyo control fue entrópico a las temperaturas de trabajo. Las propiedades viscoelásticas de un zumo de manzana (14 y 16%), limón (18, 20, 22%), naranja (16 y18%) y mandarina (8 y 10%) de fibra añadida se evaluaron a partir de mediciones dinámicas a temperaturas de 5, 15, 30, 45 y 60 °C. Todos los zumos con fibra agregada estudiados en todos los porcentajes citados exhibieron un comportamiento viscoelástico, mostrando una G' mayor que G'' en todos los valores de frecuencia. La temperatura tuvo un efecto significativo en las propiedades reológicas dinámicas de todas muestras, disminuyendo las magnitudes de G' y G'' a medida que aumentaba la temperatura para todos los casos.

The food industry is constantly seeking innovation in fruit processing and in the products obtained from them, in order to satisfy the markets that are becoming more demanding every day. Dietary fiber has become an important ingredient in food products that seek to contribute to the improvement of consumers' health since its regular consumption is associated with the reduction of the risk of certain diseases and the improvement of gastrointestinal functions. Additionally, dietary fiber is used in foods for its technological properties, as it provides excellent physical characteristics for products. However, in order to be included in certain foods, the fiber added to the product must function satisfactorily during production and during its shelf life. Dietary fiber obtained from fruits has been added to different products, being the fruit juice industry a potential market for the incorporation of the same, however, the addition of fiber causes alterations in the physical properties of the juices, changing the viscosity of the products, so it is of utmost importance to investigate how different fiber contents and temperature parameters during the processes will influence the change in physical properties and how these changes will affect the properties of the final product. Therefore, the main objective of this research was to evaluate the influence of temperature and addition of apple, lemon, orange, and tangerine dietary fiber on the rheological properties of apple, lemon, orange, and tangerine juices, respectively. Rheological measurements were carried out in a rheometer (Haake RS 600, Haake, Germany), using a Couette geometry (concentric cylinder; Haake Z40-DIN) with a cup-rotor radius ratio of 1.0847 (rotor radius = 20 ± 0.004 mm). Rheological measurements that exhibited higher viscous consistency were analyzed with the dish-plate geometry (60 mm diameter, Haake PP 60 Ti). In this study, thixotropic behavior, flow behavior, the influence of temperature on viscosity, the effect of concentration on viscosity, the effect of temperature and concentration on viscoelasticity, and the kinetic and thermodynamic compensation of fiber addition in apple, lemon, orange, and tangerine juices were investigated. Apple, lemon, and orange juices at 12.5º Brix showed thixotropic behavior once they reached 10% cf; in the case of mandarin juice, a thixotropic behavior was observed when the sample exceeded 6% fiber content at temperatures below 30ºC. In the study of flow behavior, in the case of apple juice, it was observed that the juice followed the flow of the Newtonian model, Power Law, and Herschel-Bulkley for fiber contents of 0 to 8%, 10 to 12%, and 16%, respectively. Lemon juice followed Newtonian model flow for contents from 0-12%, pseudo-plastic flow from the 14% concentration at temperatures below 30°C, and Herschel-Bulkley flow from the 20% concentration at temperatures below 45°C. Orange juice followed a Newton model flow for contents from 0-8%, a Power Law fluid for concentrations from 10 to 16% fiber content, and a Herschel-Bulkley flow from the 18% concentration. Mandarin juice followed the Newtonian model flow for the 0-4% concentration (45°C), a pseudo-plastic flow from the 4% concentration for temperatures below 30°C, and a Herschel-Bulkley flow for concentrations above 6% from temperatures of 30°C. It was found that the effect of temperature can be described by the Arrhenius equation, which for the case of apple, lemon, and orange juice shows two compensation lines, one for samples with fiber content up to 8% (apple), 16% (lemon), 8% (orange) which followed the Newtonian model, and another for juices containing more than 10% (apple), 18% (lemon), 10% (orange) fiber which followed the non-Newtonian models and a straight line for tangerine juice from 2 to 10% fiber content. The compensation for the non-Newtonian juices was found to be real, concluding that the fiber content significantly influenced the consistency coefficient and that did not change the flow mechanism for this range of values (10-16% apple and orange, 16-22% lemon), the control of which was entropic at the working temperatures. The viscoelastic properties of an apple (14 and 16%), lemon (18, 20, 22%), orange (16 and18%), and tangerine (8 and 10%) juice with added fiber were evaluated from dynamic measurements at temperatures of 5, 15, 30, 30, 45 and 60 °C. All the juices with added fiber studied at all the above percentages exhibited viscoelastic behavior, showing a G' greater than G'' at all frequency values. The temperature had a significant effect on the dynamic rheological properties of all samples, with the magnitudes of G' and G'' decreasing as temperature increased for all cases.