Estudio calorimétrico de las transiciones de fase y de estado en función del contenido de humedad en sistemas modelo y jugos naturales

Abstract

Las frutas o jugos tienen gran demanda en la industria alimentaria por ser excelentes fuentes de macro y micronutrientes como agua, azúcares, vitaminas, minerales, fitoquímicos, etc. y porque son utilizados como materia prima para la producción de subproductos de bajo, intermedio y alto contenido de humedad. Por lo tanto, métodos de conservación basados tanto en la disminución del contenido de humedad o de la temperatura son utilizados en la industria. Sin embargo, durante la implementación de estos procesos se presentan algunos fenómenos físicos con efectos perjudiciales sobre los alimentos. Un diagrama de estado puede ser de gran ayuda para predecir los diferentes estados físicos de un alimento, así como para seleccionar las condiciones adecuadas de procesamiento y almacenamiento de productos con agua congelable y no congelable. Por lo tanto, en este trabajo se determinaron y analizaron las transiciones de fase y estado de sistemas modelo elaborados con solutos característicos de las frutas a diferentes contenidos de humedad y sus correspondientes diagramas de estado fueron desarrollados. Un diseño experimental centroide simplex fue utilizado para establecer la proporción de los solutos de once sistemas modelo anhidros. Estos últimos fueron después preparados a diferentes contenidos de humedad y los puntos de congelación (Tm, Tm’) y transición vítrea (Tg, Tg’) mediante calorimetría diferencial de barrido (DSC) fueron determinados. La disminución de la Tg debido al efecto plastificante del agua y la disminución de Tm en función del aumento de la concentración de sólidos fueron adecuadamente ajustados (R2>0.902) con los modelos de Gordon-Taylor y Chen, respectivamente. Los resultados mostraron que los diagramas de estado fueron afectados significativamente (p<0.05) por la composición química de los sistemas modelo. Adicionalmente, los jugos liofilizados de cinco frutas naturales con composición química conocida fueron preparados a diferentes contenidos de humedad y analizados térmicamente con DSC. Diagramas de estados con comportamientos similares a los encontrados con los sistemas modelos fueron desarrollados para los jugos naturales. Con base a un análisis estadístico de t-Student (p<0.05), fue encontrado que los sistemas modelo considerados en este estudio, son adecuados para estudiar el comportamiento térmico de sistemas reales con composición química variable como son los jugos de frutas.

Fruits and juice have a high demand in food industry, because they are a good source of macro and micronutrients such as water, sugars, vitamins, minerals, phytochemicals, etc. and also because they are used as raw materials in the production of low, intermediate and high moisture content subproducts. Therefore, conservation methods based both in moisture content and temperature decreasing, are used in industry. However, while this processes are being applied, some physical phenomenon with detrimental effect on food products are present. A state diagram can be a great help to predict the different physical states of a food product, as well as to select the best conditions for processing and storage of products with freezable and non-freezable water. In this context, phase and state transitions were determined of model systems, elaborated with characteristic solutes of fruits at different moisture content and their corresponding state diagrams were developed. An experimental central centroid design was used to stablish the proportion of solutes of eleven anhydrous model systems. Samples of the model systems were conditioned to different moisture content and the fusion points (Tm, Tm’), vitreous transition (Tg, Tg’) through differential scanning calorimetry (DSC) were determined. The decrease of Tg due to the plasticizer effect of water and the depression of Tm in function of the increase of solid concentration were adequately fitted (R2>0.800) with Gordon-Taylor and Chen models, respectively. The results showed that the state diagrams were significantly affected (p<0.05) by the chemical composition of model systems. Additionally, freeze-dried juices of five natural fruits with known chemical composition were prepared at different moisture content and terminally analyzed with DSC. State diagrams with similar behavior to those found with model systems were developed for natural juices. Based in a statistical analysis of a tpaired test (p<0.05), it was found that model systems used in this study, are suitable to study thermal behavior of real systems with variable chemical composition, as fruit juice.