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Dinámica de impregnación al vacío en apio (Apium graveolens L.) y pepino (Cucumis sativus L.)

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Objetivo. Evaluar la respuesta a la impregnación al vacio (IV) en apio y pepino, con soluciones isotónicas de NaCl. Materiales y métodos. Se determinaron variables de impregnación en troncos de apio y rodajas de pepino (3 posiciones diferentes a lo largo de su estructura), considerando, fracción y deformación volumétrica en la etapa de vacío (X1 y g1) y atmosférica (X y g), y la porosidad disponible (Ee) al proceso IV. Resultados. El apio y pepino no presentaron diferencias estadísticas por efecto de la posición. En las etapas de proceso se obtuvieron para el apio y el pepino valores de X1 (-14.32 ± 2.75 y -5.51±1.76%, g1 (-0.587±0.69 y -0.079±0.99%), X(13.49±2.32 y 6.72±2.72%), g (-1.40±1.042% y -2.33±1.26%) y Ee (15.73±2.31 y 9.35±2.57%), respectivamente. Estos resultados indicaron una salida de líquido nativo (X1<0) y una ligera contracción volumétrica de las estructuras (g y g1<0), lo cual se evidenció microestructuralmente. Conclusiones. La respuesta a la IV en apio y pepino, permite identificar estas matrices alimentarias, como aptas para la incorporación de componentes que le proporcionen un valor agregado a estos productos.
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Rev.MVZ Córdoba 16(2):2584-2592, 2011.2584 REVISTA MVZ CÓRDOBA • Volumen 16(2), Mayo - Agosto 2011
ORIGINAL
Dinámica de impregnación al vacío en apio (Apium
graveolens L.) y pepino (Cucumis sativus L.)
Vacuum impregnation dynamic on celery (Apium graveolens L.)
and cucumber ( L.)
1 1 1Yisell Martelo C, * M.Sc, Misael Cortés R, Ph.D, Diego Restrepo M, M.Sc.
1Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ciencias Agropecuarias, Departamento de Ingeniería
Agrícola y de Alimentos, Medellín, Colombia. *Correspondencia: mcortesro@unal.edu.co.
Recibido: Agosto de 2009; Aceptado: Enero de 2011.
RESUMEN
Objetivo. Evaluar la respuesta a la impregnación al vacio (IV) en apio y pepino, con
soluciones isotónicas de NaCl. Materiales y métodos. Se determinaron variables
de impregnación en troncos de apio y rodajas de pepino (3 posiciones diferentes
a lo largo de su estructura), considerando, fracción y deformación volumétrica en
la etapa de vacío (X y g1) y atmosférica (X y g), y la porosidad disponible (Ee) al
1
proceso IV. Resultados. El apio y pepino no presentaron diferencias estadísticas
por efecto de la posición. En las etapas de proceso se obtuvieron para el apio
y el pepino valores de X1 (-14.32 ± 2.75 y -5.51±1.76%, g1 (-0.587±0.69 y
-0.079±0.99%), X(13.49±2.32 y 6.72±2.72%), g (-1.40±1.042% y -2.33±1.26%)
y Ee (15.73±2.31 y 9.35±2.57%), respectivamente. Estos resultados indicaron
una salida de líquido nativo (X <0) y una ligera contracción volumétrica de las
1
estructuras (g y g1<0), lo cual se evidenció microestructuralmente. Conclusiones.
La respuesta a la IV en apio y pepino, permite identificar estas matrices alimentarias,
como aptas para la incorporación de componentes que le proporcionen un valor
agregado a estos productos.
Palabras clave: Apium graveolens, Cucumis sativus, hortalizas, procesamiento de
alimentos. (Fuente: AIMS).
2584Martelo - Dinámica de imprengnación al vacío en apio y pepino 2585
ABSTRACT
Objective. To evaluate the response to vacuum impregnation (IV) in celery and
cucumber, with isotonic NaCl. Materials and methods. Impregnation variables
were determined in celery sticks and cucumber slices (3 different positions along
their structure), considering, fraction and volumetric deformation in the vacuum
stage (X and g1) and atmospheric (X and g), and the available porosity to the
1
process IV (Ee). Results. Celery and cucumber were not statistically different
for effect of the position. In the stages process were obtained for the celery and
the cucumber values of X (-14.32±2.75 and -5.51±1.76%, g1 (-0.587±0.69
1
and -0.079±0.99%), X (13.49±2.32 and 6.72±2.72%), (-1.40±1.042% and
-2.33±1.26%) and Ee (15.73±2.31 and 9.35±2.57%), respectively. These results
indicated a native liquid output (X1<0) and a slight volumetric contraction of the
structures (g and g1<0), which was evidenced microstructurally. Conclusions. The
dynamics of IV in celery and cucumber, to identify those food matrices, as suitable
for the incorporation of components that provide a value added to these products.
Key words: Apium graveolens, Cucumis sativus, food processing, vegetables. (Source: AIMS).
INTRODUCCIÓN
Actualmente existe una considerable IV han sido realizados en el campo de los
demanda en países desarrollados y alimentos (3-6), donde la mayoría de las
subdesarrollados, de productos vegetales publicaciones se relacionan principalmente
por el importante papel que estos con frutas (7-12) y pocas en hortalizas (13-
cumplen en la dieta humana. En este 17). El modelo matemático para el proceso
sentido vegetales y hortalizas troceadas, IV ha sido desarrollado en términos de la
empacadas y refrigeradas (productos respuesta del tejido de la planta al proceso
mínimamente procesados), podrían ofrecer IV: fracción y deformación volumétrica de
en el presente y futuro, una interesante impregnación, tanto en la etapa de vacío
3 3incursión de nuevas líneas de alimentos, (X :m de solución impregnada/m de
1
3modifcados en su estructura y composición, muestra inicial y g1 m de deformación en la
3adicionados con nutrientes, antioxidantes, a/m de muestra inicial), así como en
antimicrobianos, crioprotectores, entre el proceso global con el restablecimiento de
otros, con el objeto de mejorar su calidad la presión atmosférica (X, g) y la porosidad
3 3y extender su vida útil. efcaz o disponible (Ee: m de gas/m de
muestra), el cual describe el acoplamiento
La técnica de impregnación al vacío (IV) del mecanismo hidrodinámico (MHD) y el
hace posible la incorporación de sustancias fenómeno deformación-relajación (FDR)
disueltas, emulsifcadas o en suspensión de las matrices alimentarias porosas
directamente dentro de estructuras cuando son inmersas en líquidos al ser
porosas, de una forma controlada, sometidos a cambios de presión (18).
permitiendo la obtención de rápidos Estos parámetros de impregnación
cambios composicionales y estructurales en dependen de las condiciones del proceso,
las matrices que así lo permiten, como es el de propiedades mecánicas y estructurales
caso de frutas, hortalizas, tubérculos, entre del tejido, así como de la viscosidad del
otros, las cuales poseen características líquido de impregnación (1).
porosas en su estructura, permiten el
proceso de incorporación de componentes Desde el punto de vista de anatomía
mejoradores de textura, sabor, color o de microscópica el apio presenta en su
componentes fsiológicamente activos (CFA) mayoría células colenquimáticas con
(1,2). Diferentes aplicaciones de la técnica paredes celulares mucho más gruesas y 2586 REVISTA MVZ CÓRDOBA • Volumen 16(2), Mayo - Agosto 2011
normalmente largas y empaquetadas en al lado ápice. Las posiciones 1 y 3 se
fbras, a modo de cuerdas comunes en fjaron aproximadamente a 8.5 cm de los
regiones subepidérmicas de los tallos; extremos. La fgura 1 ilustra las formas
y el pepino es un fruto con numerosas correspondientes de cada hortaliza.
células parenquimatosas. Estos vegetales
son conocidos como los de menor valor
energético, ocupando el apio el segundo
lugar después del pepino, con un aporte de
14 y 20 kcal respectivamente. El apio es un
vegetal cuyas partes son todas comestibles,
con contenidos de vitamina C y vitamina A
de 32.0 y 0.207 mg/100 g respectivamente,
y rico en potasio (280.00 mg) (19). Para
pepinos frescos, el contenido de agua es muy
alto (96%), con un aporte de 4.7 mg de ácido
ascórbico, 14 mg calcio, 149 mg potasio, 17
mg de fósforo y 11 mg magnesio por 100 g
de producto fresco (20). Comparado con el
promedio de las hortalizas, el contenido en
vitamina C, A, tiamina y fbra es menor (19).
Debido al gran consumo de estos alimentos
en la elaboración de ensaladas, se genera
Figura 1. Formas experimentales de pepino y un interés industrial por la facilidad de
apio para tratamiento IV con solución adaptación de estos al procesamiento IV
isotónica.(15,16). El objetivo de este trabajo fue
evaluar la respuesta a la aplicación de la
Análisis sicoquímicos. Se determinó el
técnica IV en apio y pepino, con soluciones
contenido de humedad (% p/p) a 105ºC
isotónicas de NaCl.
hasta peso constante según la norma
AOAC 7.003-84 (21); para el pH, se usó
un titulador automático por inmersión del
MATERIALES Y MÉTODOS electrodo en la muestra (Hanna Istruments
pH 211, Chula Vista, USA), previa
Materias primas. Se utilizaron apio calibración con soluciones tampón de pH
criollo (Apium graveolens L .var. dulce) 2, 4, 7 y 10 a 25ºC AOAC 981.12 (22);
y pepino cohombro (Cucumis sativus el contenido de sólidos solubles (ºBrix)
L.), obtenidos de un mercado local, sin por lectura refractométrica AOAC 932.12
defectos o daños causados por plagas, (22) en un refractómetro (Atago, Tokyo,
de coloración uniforme; los pepinos con Japón), a 20ºC; la acidez por titulación
longitudes entre 20 y 30 cm. Las formas con NaOH 0.1N, utilizando fenolftaleína
experimentales para el apio fueron de un como indicador; el valor de acidez se
grosor (J) entre 3-4 cm., espesor del tallo expresó en gramos de ácido cítrico por
(K) entre 1 y 1.5 cm. y altura (H) de 2 cm. 100 g de muestra según la norma AOAC
Se consideraron 3 posiciones a lo largo del 942.15 (22); la actividad de agua (a )
wpecíolo, posición 1: zona lado cercano a según la norma AOAC 978.19B (23), con
las hojas, 2: zona media, posición un higrómetro de punto de rocío a 25ºC
3: zona cercana al cuello de la raíz. Para el (Aqualab Decagón modelo CX3±0.03,
pepino las formas consistieron en rodajas Pullman, WA, USA); la densidad de las
cilíndricas del tejido del mesocarpio, sin disoluciones impregnación (ρdis) por el
semillas, de 1 cm de espesor (F) y diámetros método del picnómetro AOAC 945.06
interno (Φ )≈2.5–3.0 cm, y externo
int (23); la densidad aparente (ρ ) por la
apm(Φ )≈3-5 cm. Se consideraron 3 posiciones,
ext relación de masa de la muestra y volumen
posición 1: extremo lado ápice, posición 2: desplazado por la misma en una probeta.
zona media, posición 3: extremo contrario
fMartelo - Dinámica de imprengnación al vacío en apio y pepino 2587
Análisis microestructural. Se utilizó la Ee. La relación de los parámetros de IV
técnica de observación por microscopía se ilustra en la ecuación 1 (24), donde
electrónica de barrido (SEM) (JEOL JSM r representa la relación de compresión
5950 LV, Jeol Tokio, Japón), 25 Pa de (P /P ). La metodología y el cálculo de
2 1
vacío y 15 kv de corriente eléctrica, para los parámetros de impregnación, ha sido
observar los espacios intercelulares del descrito por algunos autores (18,24).
tejido de las hortalizas a impregnar, con el
objeto de analizar su potencial porosidad Ee (g-1) = (X - g)r + g1 (1)
para alojar la solución de impregnación
(SI). Una sección transversal y longitudinal Las SI utilizadas para apio y el pepino
de cada hortaliza fue tomada de la zona fueron de características isotónicas (aw
media de cada muestra y sometida a SI=aw vegetal), NaCl al 1.00% y 1.22%
proceso de lioflización para retirarle el p/p respectivamente.
97% de contenido de agua. Antes de
su observación por SEM, las muestras Análisis de datos. Los resultados
fueron sometidas a vacío y recubiertas fueron analizados a partir de ANOVA,
con una fna capa de oro para tener la utilizando el método LSD (mínimas
capacidad de refejar los electrones que diferencias signifcativas) como método
distribuyen la intensidad de las señales en de comparaciones múltiples, con un nivel
la observación. de confanza del 95% (α=0.05). El análisis
de varianza fue realizado con el paquete
Proceso de impregnación al vacio estadístico STATGRAPHICS PLUS versión 5.1.
(IV). Los experimentos de IV fueron
llevados a cabo en un equipo diseñado en
la Universidad Nacional de Colombia Sede RESULTADOS
Medellín, el cual consiste en una cámara
de vacío de acero inoxidable con un sistema Caracterización sicoquímica. La tabla
electromecánico en su interior para desplazar 1 presenta los valores medios más las
la muestra dentro y fuera del recipiente desviaciones estándar de las propiedades
que contiene la SI, además un sistema de fsicoquímicas del apio y pepino frescos.
vibración para eliminar la SI adherida en la
superfcie de las mismas (Figura 2).
Tabla 1. Caracterización fsicoquímica de apio y
pepino fresco.
Característica Apio Pepino
Humedad (%) 94.1±1.7 96.8±0.3
pH 5.3±0.6 5.7±0.3
º Brix 4.4±1.1 3.4±0.5
Acidez (%) 0.06±0.02 0.05±0.02
a 0.996±0.011 0.997±0.019
w
3ρ (kg/m ) 0.951±0.039 0.962±0.025apm
3ρ (kg/m ) 1.022±0.006 1.012±0.001dis
Figura 2. Muestras de apio y pepino durante el Caracterización del proceso de
proceso IV. impregnación al vacío. La fgura 3
presenta el comportamiento de las
El vacío aplicado fue de 5.9" Hg, verifcado variables de respuesta a la IV en las
en un vacuómetro (0–30" Hg), el tiempo posiciones 1, 2 y 3 para los vegetales en
de cada etapa de proceso fue de 5 estudio.
minutos, donde se determinó la evolución
del peso y volumen de la muestra y de Caracterización microestructural del
la SI en cada etapa. La respuesta a la IV apio y pepino. La fgura 4, presenta
se expresó en términos de X1, g1, X, g y micrografías tomadas por SEM de los
f2588 REVISTA MVZ CÓRDOBA • Volumen 16(2), Mayo - Agosto 2011
Apio Pepino
APIO PEPINO
0 0,7
0,4
-0,5
0,1
-0,2
-1
-0,5
-1,5 -0,8
1 2 3 1 PEPI 2NO 3APIO
Posición Posición -3-11
-4
-12,5
-5
-14
-6
-15,5 -7
-17 -8
1 2 3 PEPINOAPIO 1 2 3
Posición 0 -0,5 Posición
-1-0,5
-1,5-1
-2
-1,5
-2,5
-2
-3
-2,5 -3,5
1 API 2O 3 PEPINO1 2 3
Posición16 9,5 Posición
15 8,5
14 7,5
13 6,5
12 5,5
11 4,5
PEPINO1 API 2O 3 1 2 3
18 Posición 12,5 Posición
17 11,5
16
10,5
15
9,5
14
8,513
12 7,5
1 2 3 1 2 3
Posición Posición

Figura. 3. Valores medios con intervalos LSD (95%) de los parámetros de impregnación en apio y pepino en
función de la posición.
(a) (Apio fresco) (b) (Apio IV) (c) (Pepino fresco) (d) (Pepino IV)
Figura. 4. Imágenes por SEM de los tejidos de apio y pepino en estado fresco (a) y (c) e impregnados
(b) y (d) respectivamente.
X1 (%)
X ( %)
Ee (%) g (%)
g1 (%)
X1 (%)
Ee y (%) y1 (%)
X ( %)Martelo - Dinámica de imprengnación al vacío en apio y pepino 2589
tejidos de apio y pepino en estado fresco volumétrica se asocia al acoplamiento del
e impregnados, entre 1000 y 5000 MHD y al FDR que producen la contracción
aumentos. en la estructura del tejido vegetal (3, 13,
12), siendo baja para ambas estructuras.
Para el apio se observó una ligera
deformación hasta un 1% en la etapa de DISCUSIÓN
vacío (g1), causado por la salida de líquido
nativo que induce a un colapso estructural Caracterización fsicoquímica. Los
(contracción volumétrica); mientras que el resultados obtenidos para las propiedades
restablecimiento de la presión atmosférica fsicoquímicas concuerdan con valores
contribuye a incrementar la deformación los reportados por otros autores para las
volumétrica global (g) (-1.41±1.03%), dos matrices alimenticias (16,19,20,25),
donde las células alargadas poligonales con presentando coefcientes de variabilidad
paredes de espesor irregular pertenecientes aceptables.
al colénquima de la estructura, a pesar de
verse rígidas presentan cierta fexibilidad Caracterización del proceso de
en los amplios espacios intercelulares (29). impregnación al vacío. Para el apio y el
pepino, el ANOVA no mostró diferencias
El pepino no presentó cambios volumétricos signifcativas (p>0.05) en ninguna de las
apreciables en la etapa de vacío (g1), variables de impregnación con respecto
pero la presión positiva inducida por al factor posición. Se observan valores
el líquido de impregnación en la etapa promedios negativos para el parámetro X1
atmosférica, incide sobre la células en el apio (-14.32±2.75%) y en el pepino
parenquimatosas densamente empacadas, (-5.51±1.76%), lo cual representa una
sufriendo una mayor deformación global pérdida de líquido nativo desde el interior
(g) (-2.33±1.26%) que el apio, debido a de la estructura durante la etapa de vacío,
la menor rigidez de sus paredes celulares. atribuido principalmente al tiempo y
Un fenómeno similar ha sido observado en presión de vacío aplicado, que hace que el
plátano verde (Musa paradisiaca) (27). alto contenido de humedad en los espacios
intercelulares migre hacía el líquido de
Las fracción volumétrica de impregnación impregnación. En el apio, la posición 3
(X), muestra al apio como una estructura presenta una tendencia de menor pérdida
de mayor capacidad de de líquido nativo, lo cual podría asociarse a
(X = 13.49±2.32%) debido a la mayor que esta zona es más cercana al punto de
porosidad disponible para el proceso disposición fnal del agua que es conducida
IV (15.35±3.40%). Para el pepino, la hacia las hojas por el sistema vascular del
estructura a pesar de presentar menores tallo; para el caso del pepino este fenómeno
valores de X (6.72±2.72%) y menor fue más uniforme. La salida de líquido al proceso IV nativo como respuesta al proceso IV en
(9.35±2.57%) que el apio, se considera estructuras vegetales, ha sido reportado
igualmente una estructura adecuada en zanahoria, berenjena y remolacha (13),
para incorporar a través de la SI, CFA, en uchuva impregnada con soluciones
mejoradores de textura y componentes de microorganismos probióticos (26),
que modifquen el perfl sensorial de sabor en plátano impregnado con soluciones
u otros atributos de calidad. antipardeantes (27), en hongos Pleurotus
ostreatus impregnados con soluciones
Caracterización microestructural del conservantes (28), entre otros.
apio y pepino. La fgura 4(a) presenta las
células colenquimáticas del tejido vascular La deformación volumétrica (g1 y g)
del apio, formando cordones discretos presentó bajos coefcientes de variabilidad
que circunscriben cavidades continuas en en ambas estructuras, dentro de un rango
formas elípticas por debajo de la epidermis, similar de valores; y no se observaron
de tamaño irregular que oscila entre (20 x diferencias signifcativas con respecto
40µm) y (10 x 15μm), optimas para alojar a la posición (p>0.05). La deformación 2590 REVISTA MVZ CÓRDOBA • Volumen 16(2), Mayo - Agosto 2011
la SI, en compañía de la fase líquida original mayor grado de aglomeración, debido a una
presente del tejido fresco. En la fgura 4(b) mayor contracción volumétrica (superior
se observa el tejido de apio sometido al al apio), alcanzada en la etapa fnal, con
proceso IV, donde las cavidades denotan valores de g = -2.33±1.26%.
una estructura ligeramente diferente al
tejido fresco, debido a una contracción En conclusión, la aplicación de la técnica
volumétrica de la estructura durante la de IV en apio y pepino, permitió identifcar
etapas del proceso, siendo coherente con los estas estructuras como adecuadas para la
valores negativos de g1 y g; esta situación incorporación de un líquido de impregnación
resulta como se comentó anteriormente a la de carácter isotónico al interior del tejido,
salida de líquido nativo en la etapa de vacío lo cual es relevante por sus posibles
y la contracción por efecto de la restauración aplicaciones futuras en la incorporación
de la presión atmosférica en la etapa fnal. de otros componentes que permitirían
mejorar sus atributos de calidad, ampliar su
Para el pepino fresco, la fgura 4(c), vida útil y además proporcionar un mayor
permite apreciar las células del colénquima valor agregado, por ejemplo componentes
densamente empacadas debajo del corte con actividad fsiológica, como vitaminas,
transversal de la rodaja, siendo éstas, la minerales, probióticos, prebióticos,
estructura sostén que le confere un carácter entre otros. El proceso IV, confere
elástico y la propiedad de hinchar su pared cambios microestructurales en los tejidos
celular al momento de hidratarse (30). El (contracción volumétrica), presentando
tejido impregnado, ilustrado en la fgura una mayor aglomeración de las células
4(d), permite apreciar las células con un colenquimáticas.
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