Artículo: Secado por aspersión de jugo de mango (Mangifera indica L.) (Versión imprimible). Reaxión, Revista de divulgación tecnológica.

Secado por aspersión de jugo de mango (Mangifera indica L.)

Spray drying of mango juice (Mangifera indica L.)
Consejo Estatal de Ciencia y Tecnología de Jalisco / Instituto Tecnológico José Mario Molina Pasquel y Henríquez / Centro de Bachillerato Tecnológico Agropecuario No. 127

Por: Salvador González Palomares, Luis Humberto Rivera Cambero, Samantha Julliana Trujillo Diaz y Luis Alberto Macedo González.

Resumen

Se realizó la microencapsulación de jugo de mango (Mangifera indica L.), mediante secado por aspersión. Las condiciones de operación del secado por aspersión fueron: temperatura entrada de la cámara de secado: 190 °C, se aplicó un flujo de alimentación de 21 ml/min, y temperatura de salida de la cámara de secado de 90 °C. Los tratamientos evaluados fueron el uso de encapsulantes con base en la retención de compuestos volátiles. Los tratamientos evaluados de agentes encapsulantes fueron maltodextrina al 0.5% (p/p), y goma arábiga al 0.5% (p/p). Se determinaron los compuestos volátiles en las muestras, antes y después del secado por aspersión, por microextracción en fase sólida (SPME), y cromatografía de gases – espectrometría de masas (GC-MS). Los tratamientos presentaron diferencias significativas (P<0.05); fue mejor el tratamiento donde se usó la mezcla de maltodextrina y goma arábiga al 0.5% (p/p), con base en la mayor conservación de compuestos volátiles del mango.

Palabras clave: microencapsulación, jugo de mango, secado por aspersión.

Abstract

Mango juice (Mangifera indica L.) was microencapsulated by spray drying. The spray drying operating conditions were: a drying chamber inlet temperature of 190 °C, a feed flow of 21 ml/min and a drying chamber outlet temperature of 90 °C. The evaluated treatments was the use of encapsulants based on the retention of volatile compounds. The evaluated treatments of encapsulating agents were maltodextrin 0.5% (w/w) and gum arabic 0.5% (w/w). The volatile compounds in the samples were determined, before and after spray drying, by solid phase microextraction (SPME) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The treatments showed significant differences (P <0.05) , and the best treatment was where the mixture of maltodextrin and gum arabic 0.5% (w/w) was used, based on the greater conservation of volatile compounds in mango.

Keywords: microencapsulation, mango juice, spray drying.

Introducción

La fruta de mango posee pulpa carnosa, sabor dulce y tiene diversos usos. El mango se usa como verdura y en ensaladas, así como en varios tipos de preservas y encurtidos, además de consumirse como fruta. El principal uso es en aguas frescas, diferentes bebidas y dulces. Es muy apreciado por su sabor característico, originado por diversos compuestos volátiles y no volátiles que contiene esta fruta^1,2. El aroma y sabor del mango, ya ha sido estudiado por otros autores y autoras, quienes han reportado mezclas de monoterpenos, sesquiterpenos y compuestos volátiles oxigenados (aldehídos, alcoholes, ésteres y cetonas)^2,3,4,5,6. La caracterización de los compuestos volátiles del mango puede variar con base en el lugar de producción, el manejo agronómico, y los métodos usados en la extracción e identificación de los componentes^5,6.

La microencapsulación es una forma de empacar, en la que un material en particular puede ser cubierto para protegerlo durante el secado por aspersión⁷. La microencapsulación requiere la incorporación de ingredientes alimenticios, enzimas, células u otros materiales en pequeñas cápsulas. La microencapsulación se usa en la industria farmacéutica y de alimentos para preservar y proteger numerosos ingredientes de interés^7,8. El material que es cubierto se llama fase interna y el material que recubre se denomina pared, y generalmente se conocen como agentes encapsulantes. La encapsulación es un proceso unitario mediante el cual algunas sustancias bioactivas (sabores, vitaminas o aceites esenciales), se introducen en una matriz con el objetivo de impedir su pérdida, para protegerlos de la reacción con otros compuestos presentes en el alimento o para impedir que sufran reacciones de oxidación debido a la luz o al oxígeno^9,10,11,12. Los encapsulantes más utilizados durante el secado por aspersión son: carbohidratos (almidón y derivados, maltodextrinas, jarabes de maíz, ciclodextrinas, carboximetilcelulosa y derivados); gomas (arábiga, mezquite, alginato de sodio); lípidos (ceras, parafinas, grasas), y proteínas (gelatina, proteína de soya, caseinatos, suero de leche)⁷.

La deshidratación y secado de alimentos son procesos unitarios para extraer por evaporación o sublimación casi toda el agua normalmente presente en el producto alimenticio, a través de aplicación de calor y en condiciones controladas. El secado por aspersión es el método más usado para encapsular ingredientes alimenticios, el más económico y se ha utilizado en la protección de diversos materiales alimenticios¹³.

Objetivo

El objetivo de esta investigación fue secar jugo de mango por aspersión, con base en la conservación de compuestos volátiles, utilizando los agentes encapsulantes de maltodextrina y goma arábiga.

Metodología

Preparación del jugo de mango

Se usaron mangos de la variedad Tommy Atkins procedentes de un campo de producción de Tomatlán, Jalisco, México (Figura 1). Los mangos maduros se lavaron y desinfectaron con base a las recomendaciones del Codex alimentarius¹⁴.

Figura 1. Mangos de la variedad Tommy Atkins utilizados en este proyecto.

Las frutas se cortaron en cubos de aproximadamente 1 cm³ y se licuaron en una licuadora, obteniendo un jugo de mango (Figura 2). En el jugo de mango se determinaron los °brix en un refractómetro Atago, y pH (pHmetro IQ Scientific modelo IQ-240). Los análisis se realizaron con cinco repeticiones^2,5.

Figura 2. Lavado, cortado y licuado de los mangos para extraer el jugo.

Microextracción en fase sólida (SPME)

Se usó una fibra de extracción de carbowax/divinilbenceno (CW/DVB, 65 μm). La fibra se acondicionó considerando las instrucciones del fabricante: 30 minutos a 250 ºC (Compañía Supelco, Bellefonte, PA, USA). Las muestras de mango se homogeneizaron a temperatura ambiente durante 20 segundos. Los compuestos volátiles de las muestras homogenizadas fueron extraídos por el método de SPME¹⁵, con modificaciones propias. El vial se incubó a 70 ºC en un termobaño con agitación durante 30 minutos. Una vez transcurrido ese tiempo, se insertó la fibra para SPME en el espacio de cabeza del vial, manteniéndose la temperatura y la agitación durante 40 minutos. La incubación con temperatura y agitación sirvió para promover el equilibrio entre los analitos en el espacio de cabeza del vial, la muestra y el polímero de la fibra, y así obtener una mayor concentración de compuestos volátiles en la fibra. Al terminar el tiempo de extracción, se retiró del vial la fibra con los compuestos volátiles adsorbidos y se insertó en el puerto de inyección de un cromatógrafo de gases con un tiempo de desorción de 5 minutos. Se realizaron cinco repeticiones en las mismas condiciones en las muestras de jugo de mango.

Cromatografía de Gases – Espectrometría de Masas (GC-MS)

Los compuestos volátiles del mango se analizaron en un cromatógrafo de gases acoplado a un espectrómetro de masas (GC-MS), Hewlett-Packard 6890/5973 (Agilent Technologies, Palo Alto, CA, USA), equipado con una columna capilar polar Supelcowax-10 (Supelco, Bellefonte, PA, USA) de 30 m de largo x 0,25 μm de diámetro interno y con fase estacionaria de polietilenglicol. Las condiciones durante el análisis de las muestras fueron: temperatura del inyector y del detector de 190 °C y 240 ºC, respectivamente. Se estableció una temperatura inicial del horno de 40 ºC, mantenida por 5 minutos hasta llegar a una temperatura final de 250 ºC con incrementos de 5 ºC por minuto. El gas acarreador fue helio grado cromatográfico (INFRA S.A.), con un flujo de 0.8 ml/min¹⁶. La identificación y cuantificación de compuestos volátiles del jugo de mango fue mediante comparación espectral de los picos del cromatograma de iones totales de las muestras con los compuestos de referencia de la biblioteca Wiley 275L instalada en el GC-MS. La cuantificación se realizó con base en el porcentaje de área de cada pico del cromatograma correspondiente a cada compuesto volátil del mango^2,5.

Microencapsulación y secado por aspersión de jugo de mango

Se preparó un jugo de mango con 12 °brix en las mismas condiciones explicadas anteriormente. El tratamiento 1 (T₁), consistió en jugo de mango sin encapsulantes. El tratamiento 2 (T₂), se aplicó una mezcla de maltodextrina y goma arábiga 1:1, al 0.5 % (p/p). Por su parte, en el tratamiento 3 (T₃), se aplicó goma arábiga al 0.5 % (p/p). Cada muestra fue de siete litros de jugo de mango¹².

El secado por aspersión se realizó en un secador por aspersión (modelo B-290, Büchi, Flawil, Suiza), en las siguientes condiciones: la temperatura de entrada fue de 190 °C, un flujo de alimentación 21 ml/min, y una temperatura de salida de la cámara de secado de 90 °C. Las muestras obtenidas en polvo secado por aspersión se pesaron en una balanza analítica, y se envasaron en frascos de vidrio, etiquetando con los nombres de las muestras. Se analizaron otra vez los compuestos volátiles en las muestras secadas por aspersión, se usó polvo de cada muestra, añadiendo agua destilada, hasta obtener la misma concentración de 12 °brix, que existía en el jugo original (antes del secado por aspersión). Se aplicaron los mismos procesos y condiciones como se realizó antes del secado por aspersión: microextracción en fase sólida, y cromatografía de gases – espectrometría de masas^12,13.

Análisis estadístico

Se aplicó un análisis de varianza ANOVA (p < 0.05) y se realizaron las comparaciones de medias de Diferencia Mínima Significativa (DMS de Duncan con p < 0.05), mediante el Sistema de Análisis Estadístico (SAS). Este análisis estadístico se usó para evaluar los tratamientos de los encapsulantes durante el secado por aspersión del jugo de mango. La evaluación fue con base en la conservación de compuestos volátiles durante el proceso de secado por aspersión del jugo de mango¹³.

Resultados y discusión

El extracto de mango tuvo un pH de 3.7 y 12 °brix. Se identificaron 26 compuestos volátiles relacionados con el aroma y sabor del mango (Tabla 1). El compuesto más abundante en el jugo de mango fue el limoneno, mismo que no tuvo diferencia significativa (p < 0.05), con el tratamiento donde se usó la mezcla de maltodextrina y goma arábiga al 0.5 % (p/p), durante el secado por aspersión. El limoneno es uno de los compuestos volátiles más representativos en el aroma y sabor de la fruta de mango⁵.

La identificación de los compuestos volátiles se llevó a cabo en el jugo de mango (antes del secado por aspersión), y también en las muestras secadas por aspersión, de acuerdo a la metodología explicada anteriormente. De esta manera se evaluaron los encapsulantes de maltodextrina y goma arábiga con base en la conservación de compuestos volátiles en el producto en polvo (Tabla 1).

Tabla 1. Compuestos volátiles del jugo de mango (jugo de mango original, y secado por aspersión). Fuente: elaboración propia.

Nombre del compuesto volátil identificado:	T₀: jugo de mango original.	Muestras secadas por aspersión:
Nombre del compuesto volátil identificado:	T₀: jugo de mango original.	T₁: Extracto sin encapsulantes.	T₂: Mezcla de maltodextrina y goma arábiga al 0.5% (p/p).	T₃:Goma arábiga al 0.5% (p/p).
Acetaldehído	0.10ª	0.00^b	0.10^a	0.08^a
Acetato de etilo	0.12ª	0.01^c	0.09^a	0.05^b
Isobutanol	0.09ª	0.02^b	0.07^a	0.07^a
3-pentanona	0.13ª	0.06^b	0.10^a	0.08^ab
2-etilfurano^e	0.11ª	0.03^b	0.09^a	0.04^b
Propanoato de etilo	0.13ª	0.04^b	0.12^a	0.07^b
Butanoato de metilo	0.16ª	0.07^b	0.15^a	0.14^a
(E)-2-pentenal	0.14ª	0.04^b	0.13^a	0.12^a
2,4-pentanodiona	0.05ª	0.02^b	0.05^a	0.05^a
Ácido butanoico	0.06ª	0.01^b	0.04^a	0.04^a
Hexanal	1.10ª	0.50^b	1.03^a	0.95^a
Butanoato de etilo	0.30ª	0.10^c	0.28^a	0.15^b
Acetato de butilo	0.26ª	0.02^c	0.21^a	0.10^b
(E)-2-hexenal	0.21ª	0.10^c	0.20^a	015^b
(Z)-3-hexenol	0.50ª	0.20^c	0.48^a	0.30^b
2-heptanona	0.29ª	0.11^c	0.27^a	0.20b^c
Heptanal	0.32ª	0.15^b	0.31^a	0.27^a
Hexanoato de metilo	1.00^a	0.29^c	0.99^a	0.59^b
Canfeno	0.60ª	0.11^c	0.56^a	0.28^bb
Benzaldehído	1.11ª	0.21^c	1.08^a	0.49^b
Sabineno	0.44ª	0.10^c	0.42^a	0.29^b
β-pineno	2.00^a	0.21^c	1.99^a	1.55^b
Mirceno	2.10ª	0.22^c	2.08^a	1.00^b
α-terpineno	2.02ª	0.19^c	2.00^a	1.10^b
p-cimeno	1.89ª	0.10^c	1.80^a	0.69^b
Limoneno	2.99ª	0.11^c	2.89^a	1.10^b
Nota: Las letras en superíndice indican la diferencia significativa de acuerdo a comparaciones de medias de Diferencia Mínima Significativa (DMS de Duncan con p <0.05), observado en reglón. ^a = mayor cantidad de compuestos volátiles. Las demás letras (superíndices), ordenadas de acuerdo al alfabeto, indican que va disminuyendo la cantidad de compuestos volátiles durante el secado por aspersión de las muestras. Los datos corresponden a los valores promedios de las cinco repeticiones (n = 5).

Hubo diferencia significativa (p < 0.05), entre los tratamientos evaluados (Tabla 1), y fue mejor el tratamiento T₂ correspondiente al uso de la mezcla de maltodextrina y goma arábiga al 0.5 % (p/p), con base en la mayor conservación de los compuestos volátiles durante el secado por aspersión del jugo de mango. Es decir, al mezclar ambos encapsulantes, tuvieron mayor efectividad de conservación de los compuestos volátiles, formando infinidad de películas viscoelásticas que envolvieron las micropartículas durante el secado por aspersión del jugo de mango —protegiéndolo de la degradación de compuestos volátiles por efecto de la temperatura—.

El rendimiento del producto en polvo obtenido mediante el secado por aspersión del jugo de mango fue de 80 gramos por cada muestra del tratamiento T₁ (extracto sin encapsulantes). Por su parte, en los tratamientos donde se usaron encapsulantes (T₂ y T₃), en cada una de estas muestras, el rendimiento del producto en polvo generado por secado por aspersión fue de 130 gramos. Estos rendimientos del producto en polvo son similares a los encontrados por González y su equipo de investigación¹², en el producto en polvo obtenido por secado por aspersión de extracto de guanábana, y también con González y sus colaboradores13, en el polvo alcanzado por secado por aspersión de sandía, respectivamente.

Para finalizar con este capítulo de los resultados obtenidos en este proyecto, se observó también que el producto en polvo obtenido durante el secado por aspersión del jugo de mango es de color amarillo, y el polvo se aprecia fino y fácil de diluir en agua para sus posteriores usos en la industria alimentaria.

Conclusiones

Los agentes encapsulantes resultan benéficos para ayudar a la conservación de los compuestos volátiles durante el secado por aspersión del jugo de mango, siendo mejor el tratamiento donde se usó la mezcla de maltodextrina y goma arábiga al 0.5 % (p/p).

Se recomienda seguir realizando investigaciones del secado por aspersión de jugo de mango, ya que se sugiere estudiar la vida de anaquel del producto en polvo, y la incorporación y usos potenciales en la industria alimentaria.

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Fecha de recepción	Fecha de aceptación	Fecha de publicación
24/04/2021	16/09/2021	31/01/2022
Año 9, Número 2. Enero - Abril, 2022.