Conservación de alimentos como concentrados de azúcar
1. Confituras
Conservar o preservar un alimento primario implica aumentar su vida útil y consecuentemente aumentar su período de disponibilidad en el mercado.
Existe una amplia gama de metodologías, procedimientos y tecnologías que pueden aplicarse con este fin, desde los más simples hasta los más complejos.
En este capítulo se comenzará a estudiar el efecto del agregado de azúcares, sobre la estabilidad de frutas y hortalizas.
Las frutas tienen un contenido acuoso elevado, alrededor de 80 – 90% y también una alta aw (recordemos que el concepto de aw está relacionado con la disponibilidad del H2O en el alimento, disponibilidad que se refiere a la participación de esa agua en reacciones de deterioro), con lo que se establece la relación entre aw y susceptibilidad al deterioro. Es decir a mayor aw, mayor probabilidad de ocurrencia de reacciones de deterioro y menor vida útil.
Así también se sabe que los microorganismos tienen mayores posibilidades de desarrollo en medios con altas aw. Los microorganismos son sensibles al estado del H2O del medio, existiendo valores límites por debajo de los cuales no pueden permanecer metabólicamente activos, es decir no pueden multiplicarse, esporular o producir metabolitos (por ejemplo metabolitos tóxicos).
De acuerdo a esto se puede afirmar que una forma de aumentar la vida útil de los alimentos es a través de la disminución de su aw.
¿Y cómo se logra esto?
Por ejemplo: a través del agregado de solutos que interaccionan con el agua disminuyendo su disponibilidad y por lo tanto su aw. El soluto más comúnmente usado en la industria alimentaria es la “sacarosa” (o azúcar común) también pueden usarse otros solutos glucosa, fructosa, jarabes de maíz y algunos otros no azúcares.
Los productos en base a frutas, con agregado de azúcares, de mayor consumo a nivel mundial son las jaleas, dulces y las mermeladas.
De acuerdo al “Código Alimentario Argentino”
Jalea
Art 813 (Dec. 112, 12.1.76) Se entiende la confitura elaborada por concentración en todo o en parte del proceso por medio del calor, de no menos de 35 partes de jugo filtrado de frutas (o su equivalente en jugo concentrado) o de extractos acuosos filtrados de frutas u hortalizas; con edulcorante (Art 807).
Condiciones
1) Consistencia semisólida, gelatinosa firme y limpia al corte.
2) Aspecto límpido, sin partículas visibles y translúcido.
3) Sabor y aroma propios.
Mermelada
Art. 810 (Capítulo X) con la denominación genérica de mermelada (Res 1027,22.10.81) se entiende la confitura elaborada por cocción de frutas u hortalizas (enteras, en trozos, pulpa tamizada y pulpa normal o concentrada) con uno o más de los edulcorantes mencionados en el art. 807.
Condiciones:
1) Tendrá consistencia untable y se presentará como una mezcla ínfima de componentes de frutas enteras o en trozos.
2) Sabor y aroma propios.
3)Proporción de Frutas u Hortalizas no inferior a 40% del producto terminado.
4)Puede admitir la presencia de piel o semillas (de acuerdo a la Materia Prima).
5)Deberá contener una cantidad de sólidos solubles no menor a 65%.
Dulce
Art. 811 (Dec. 112,12.1.76) con la denominación genérica de dulce se entiende la confitura elaborada por cocción de no menos de 45,0 partes de pulpa de frutas, tubérculos u hortalizas con el jugo que normalmente contienen, colada por una criba de malla no mayor de 2,0 mm, con edulcorantes (Art. 807)
Condiciones
1)Textura firme y consistencia uniforme a temperatura ambiente.
2) Sabor y aroma propios.
3) Sin piel ni semillas.
4) Deberá contener una cantidad de sólidos solubles no menor a 65%.
Confituras
Art. 807. Productos obtenidos por cocción de frutas, hortalizas, tubérculos, sus jugos y/ o pulpas con azúcares (sacarosa, dextrosa, azúcar-invertido, jarabe de glucosa o sus mezclas) los que podrán ser reemplazados total o parcialmente por miel.
Materia Prima para la elaboración
Fruta
La calidad final de una confitura va a depender necesariamente de las características de sanidad, madurez y composición de las frutas que se empleen.
Las frutas destinadas a la elaboración de mermeladas deben estar sanas. Si se emplean frutas con principios de descomposición en las que sus características de color, aroma o sabor hayan cambiado, los productos obtenidos presentarán características alteradas. Estos cambios generalmente se producen por hallarse rotas, magulladas, o sobremaduras. Cualquiera de estos estados favorece el desarrollo de microorganismos. Estos últimos invaden las frutas, insertándose a través de las heridas causadas por maltratos o perforaciones de insectos. También debe evitarse procesar materia prima que haya sufrido ataques de plagas. Todo esto puede causar cambios en el gusto y sanidad de la mermelada.
Grado de Madurez
El grado de madurez de las frutas influye en las características fisicoquímicas y sensoriales del producto final. La fruta debe tener el grado de madurez justo, adecuado para el producto que se desea lograr. Si se utiliza una fruta verde, no tendrá las características aromáticas, sabor y color adecuados y posiblemente la cantidad y calidad de su pectina no sea adecuada.
La estructura química de las pectinas se va haciendo apropiada para la elaboración de confituras a medida que la fruta madura. Tanto si están verdes como sobremaduras las frutas poseen poca pectina en estado apropiado para contribuir a la gelificación. Por lo anterior se deben emplear frutas maduras y firmes.
Variedad
Es deseable conseguir frutas que posean características de color, aroma y sabor fuertes. Además que su contenido en pectina y el rendimiento en pulpa sean altos.
Las frutas destinadas a la elaboración de mermeladas deben ser preferiblemente frescas. Si esto no es posible se pueden preparar con frutas conservadas, como es el caso de frutas o pulpas enlatadas. Entre estas últimas están las pulpas congeladas, concentradas o sulfitadas.
Azúcares
Los azúcares o edulcorantes más comúnmente usados en la elaboración de confituras son la sacarosa, la glucosa, jarabe invertido y las mieles. Las mermeladas denominadas dietéticas emplean entre otros compuestos polialcoholes como el sorbitol.
El contenido en azúcar se expresa como porcentaje de sólidos solubles o grados Brix. Éstos se determinan directamente mediante lectura en refractómetro a 20º C y se asimilan a porcentaje de sacarosa.
Este edulcorante o cualquier otro que se emplee contribuye de forma definitiva para que se produzca la gelificación final de la mermelada. Esta gelificación ocurre luego de la cocción y concentración hasta un nivel determinado de ºBrix o concentración de sólidos solubles. Si este nivel se sobrepasa o no se alcanza es difícil lograr una adecuada gelificación.
Ciertas fábricas prefieren el empleo de más de un edulcorante. La mezcla de diferentes azúcares evita la cristalización, aporta menor sabor dulce y contribuye a resaltar el color, aroma y sabor de la fruta empleada. Estas mezclas de edulcorantes se recomiendan cuando las mermeladas se preparan al vacío y no se alcanza a producir cierto grado de “inversión” durante la cocción, es decir la hidrólisis de la sacarosa en glucosa y fructosa. Estas mezclas son más fáciles de manejar y dosificar como jarabes que, por lo general vienen en concentraciones de más de 70 ºBrix.
Pectinas
La pectina está presente en mayor o menor grado en todas las frutas, en algunas raíces como la remolacha y zanahoria, y en tubérculos como las batatas.
Hoy en día su uso está muy extendido en la industria transformadora de frutas debido a su propiedad funcional de gelificación en medio ácido azucarado.
Las propiedades más relevantes de la pectina son su capacidad de gelificación en medio ácido, su poder espesante y su capacidad de suspensión.
Como se vio en clase, as pectinas son polímeros del ácido galacturónico. Cada anillo de la cadena posee un grupo carboxilo (-COOH). Este grupo puede estar esterificado con metanol produciendo grupos éster metílicos, (-OOCH3) o neutralizado por una base.
Según el grado de esterificación, las pectinas se clasifican como de alto o bajo metoxilo. Las pectinas de bajo metoxilo (LMP, Low Methoxyl Pectins) presentan esterificación menor del 50% y ayudan a la gelificación con la sola presencia de iones calcio. Este porcentaje significa que si la cadena de ácido galacturónico tiene por ejemplo 100 grupos carboxílicos y solamente 40 están esterificados se dirá que es de bajo metoxilo. Algunas veces aparecen grupos amidados en el lugar de los grupos metoxilados. Esta substitución se acentúa en los procesos industriales de metilación en medio amoniacal, dando lugar a pectinas amidadas. Las pectinas de alto metoxilo (HMP, High Moethoxyl Pectins) poseen grupos carboxilo esterificados en más del 50%.
Propiedades de las pectinas
Dispersabilidad - solubilidad
La disolución en agua de las pectinas en polvo tiene lugar en tres etapas: dispersión, hinchado y disolución.
Para la dispersión del polvo es necesaria una fuerte agitación a fin de separar bien los gránulos de pectina e impedir la formación de grumos que serían posteriormente insolubles. Una vez dispersada, la pectina necesita tiempo más o menos largo (función de la temperatura, de la concentración, de la dureza del agua, etc.) para hidratarse: es la etapa de hinchado. Por ejemplo para una pectina HM 150 ºSAG, se dispersa en una solución al 4% en agua fría o tibia. Finalmente cuando las moléculas han fijado una cantidad suficiente de agua, entre 15 y 25 veces su propio peso según las condiciones de trabajo, se obtiene una solución homogénea.
Propiedades de las disoluciones de pectinas
A temperatura ambiente y a su propio pH, (2,8-3,2) las pectinas son tanto más solubles en agua cuanto mayor es su grado de esterificación. Las disoluciones que se obtienen presentan un carácter aniónico que puede resultar incompatible en la formulación de algunos productos alimenticios.
La viscosidad de la solución depende de:
1) la concentración y la temperatura,
2) el peso molecular y el grado de esterificación de la pectina,
3) la presencia de electrolitos en el medio,
4) la dureza del agua, especialmente en las pectinas de bajo metoxilo.
El grado de esterificación determinará el comportamiento de las pectinas junto a los ingredientes necesarios para la gelificación. Es así que las pectinas con alto metoxilo necesitan para formar geles, contar con una concentración mínima de sólidos solubles y un valor de pH que oscila entre un rango relativamente estrecho.
El peso molecular de la pectina, que depende directamente de la longitud de la cadena molecular, influirá en la solidez del gel producido, es decir del poder gelificante de la pectina.
Este poder se ha convenido expresarlo en los grados SAG. Estos grados se definen como "el número de gramos de sacarosa que en una solución acuosa de 65 º Brix y un valor de pH 3,2 aproximadamente, son gelificados por un gramo de pectina, obteniéndose un gel de una consistencia determinada".
Los grados SAG de una determinada pectina extraída de una fruta como la manzana o cáscaras de cítricos, varían principalmente según el grado de madurez de la fruta, del proceso de extracción y condiciones de almacenamiento de la pectina obtenida.
Las pectinas de alto metoxilo (HM) pueden encontrarse en el mercado de tres tipos.
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Gelificación de la pectina |
Porcentaje esterificación |
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Lenta |
60 - 67 |
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Mediana |
68 - 70 |
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Rápida |
71 - 76 |
SAG = nº gramos de sacarosa gelificados (65º Bx pH 3.2)
1 gramo de pectina
Las pectinas de alto metoxilo se caracterizan por un diferente comportamiento respecto a la gelificación, entendiéndose por gelificación el inicio de la formación del gel que aparece cuando una vez completada la cocción, la masa se enfría y alcanza la temperatura crítica de gelificación. Esta temperatura es característica de cada pectina.
Las disoluciones de pectina son estables en medio ácido (pH: 2,5 a 4,5) incluso a temperatura elevada; por el contrario sufren una rápida degradación en medio alcalino.
Gelificación con pectinas de alto metoxilo
El proceso de gelificación con este tipo de pectinas requiere la presencia de cuatro ingredientes;
PECTINA - AGUA - AZÚCAR - ÁCIDO
Cuando la pectina entra en solución acuosa, sus grupos carboxilo se disocian parcialmente para formar iones carboxilo con carga negativa (R-COO -) provocando así el aumento de la carga negativa de las moléculas y la recíproca repulsión entre ellas. Esto favorece la disociación de la pectina.
La adición de azúcar y de ácido modifica completamente este cuadro. El azúcar desarrolla una acción deshidratante sobre la pectina y la lleva al límite de la solubilidad; el ácido, liberando iones hidrogeno positivos, neutraliza la acción de los iones carboxilos negativos, reduce al mínimo el aumento de la carga eléctrica y la disociación de la pectina, y favorece las uniones físicas de sus moléculas.
De la acción mutua entre el azúcar y el ácido sobre la pectina en solución, a temperatura suficiente para facilitar la solubilización y las uniones físicas de los componentes, nace la típica estructura reticular que, enfriándose, se solidifica en forma de gel.
La elección de la pectina a emplear, depende de las características del producto que se desea obtener y del proceso de elaboración seguido.
En muchas industrias utilizan diferentes tipos de pectinas en forma simultánea. En el caso de mermeladas pueded usarse una mezcla de pectinas de rápido y lento grado de gelificación para producir un gel que bloquee a altas temperaturas las partículas de fruta suspendidas y además para permitir la gelificación final a más baja temperatura.
En la clase virtual pueden ver la Figura que presenta los intervalos de temperatura y pH a los cuales gelifican las pectinas de alto metoxilo y de diferente velocidad de gelificación.
La dosificación de la pectina es fácilmente calculable, en forma teórica, conociendo su graduación o grados SAG y el contenido de azúcar de la masa a gelificar: la relación entre el peso total de los azúcares y la graduación de la pectina permite obtener la cantidad de pectina necesaria para la gelificación.
En la práctica esta dosificación, válida para un jarabe con 65 ºBrix y para un determinado pH, cambia con la variación de su pH y el valor de los sólidos solubles.
La cantidad de pectina requerida para obtener un gel de determinada consistencia está en relación inversa a la concentración de azúcar de la masa a gelificar, tal como se vio en clase (Figura ºSAG vs ºBrix).
A una mayor cantidad de azúcar presente corresponde una menor cantidad de líquidos, o sea una menor densidad de la estructura para retenerla (y por lo tanto menos pectina) y viceversa, una menor concentración de azúcar requiere una estructura reticular más densa (o sea más pectina) para retener la mayor cantidad de líquidos presentes.
Considerando el comportamiento del pH óptimo de gelificación respecto a la concentración de azúcar existe una interdependencia de los tres componentes azúcar-ácido-pectina para alcanzar una adecuada gelificación, tal como fue visto en clase.
En la práctica industrial otros factores intervienen para modificar las dosis teóricas de pectina; estos son debido a la fruta, por el aporte de poder gelificante de las sustancias pécticas naturales; por la presencia de sales solubles y de fibras insolubles, que contribuyen a la consistencia del producto final.
Teniendo en cuenta la dificultad de evaluar todos los factores que modifican los valores teóricos, la exacta dosificación para cada partida de fruta o de jugos se obtiene efectuando una pequeña prueba, partiendo de la dosis teórica y modificándola en base a los resultados obtenidos. Una vez obtenida la dosis óptima, ésta valdrá para toda la partida.
Un último factor, ajeno a la naturaleza de los componentes del producto y que influye sobre la dosificación de la pectina, es el tamaño de los recipientes de empaque. Los frascos de grandes dimensiones requieren una mayor consistencia del producto que los recipientes pequeños, y las dosis de pectina varían en consecuencia. Así por ejemplo, recipientes de 1 kg necesitarían aumentar en un 2% la cantidad de pectina prevista. Uno de 10 kg se aumentará en un 20% (valores empíricamente estimados).
En el proceso de gelificación, la formación de la estructura reticular del gel tiene lugar durante la fase de enfriamiento que sigue a la cocción de la mezcla de los ingredientes, y más precisamente comienza cuando se alcanza la temperatura crítica de gelificación de la pectina empleada. En la práctica, los valores teóricos de esta temperatura son superados en unos pocos grados por la presencia de sales naturales de las frutas.
La cocción prolongada provoca además de un exceso de inversión y caramelización de la sacarosa, un inconveniente más grave sobre la pectina, y es su degradación y daño irreparable. Mantener la masa a temperaturas superiores a los 100 ºC afecta rápidamente las cualidades gelificantes de la pectina al producir su hidrólisis.
Es por esto muy importante, para utilizar todo el poder gelificante de la pectina, reducir al mínimo el tiempo durante el cual la pectina participa en la cocción y acelerar el enfriamiento del producto terminado.
Pectinas de bajo metoxilo
Al contrario de las pectinas de alto metoxilo las pectinas de bajo metoxilo (LMp) forman geles termo-reversibles por interacción con el calcio presente en el medio; el pH y la concentración de sólidos son factores secundarios que influyen en la velocidad y la temperatura de gelificación y además en la textura final del gel.
En efecto estas pectinas tienen la propiedad de formar gel cuyo soporte está constituido por una estructura reticular de pectinatos de calcio, mientras su contenido de sólidos solubles puede bajar hasta 2%, y el valor de pH acercarse a la neutralidad. Para la gelificación, por esto, la sola presencia de la pectina y de las sales de calcio es necesaria y suficiente.
El comportamiento de las pectinas de bajo metoxilo está, como para las otras pectinas, influenciado por varios factores, entre los cuales se consideran el azúcar y el ácido que, si bien no son necesarios, condicionan las dosis de los componentes para la óptima gelificación.
Entre estos factores se tiene:
1) El grado de esterificación de la pectina.
2) El peso molecular de la pectina.
3) Los ºBrix del producto.
4) El valor del pH del producto.
5) La cantidad de sales de calcio presente en los componentes.
Las pectinas que se pudieran conseguir en el mercado (internacional) varían en su grado de esterificación y en algunos casos ya llevan incorporadas cantidades de sales de calcio para ser utilizadas con valores de pH y sólidos solubles precisos. La extensión del campo de empleo, desde pH = 2,5 a 6,5 y Brix = 0-80%, permite obtener una amplísima gama de productos interesantes para la industria de alimentos (dulces), cosmética, farmacéutica, etc.
La dosis de pectina, que generalmente se determina por pruebas con pequeñas cantidades de materias primas disponibles, está normalmente comprendida entre 0,3 y 2% del peso final del producto. Las modalidades de empleo práctico no difieren de las empleadas con pectinas de alto metoxilo, y como para éstas, hay que tener un máximo cuidado en su perfecta disolución para la completa utilización del poder gelificante.
Estas pectinas también tienen un amplio rango de temperaturas para la gelificación el cual oscila entre 38 y 100 ºC.
Ácido
El fenómeno de la gelificación está estrechamente ligado a la acidez activa, expresada como pH, que tiene significado y valores distintos de la acidez titulable o total.
Algunas sales contenidas en la fruta, llamadas sales tampones o buffers, tienen poder estabilizante sobre los iones ácidos y básicos de una solución y reducen el efecto de la acidez total. En una solución de alto contenido de ácido, la presencia de sales tampones disminuye la acidez activa e influye negativamente sobre el proceso de gelificación, que requiere el ajuste del pH a valores bien delimitados.
Para cada tipo de pectina y para cada valor de concentración de azúcar existe un valor de pH al cual corresponde el óptimo de gelificación, como se discutió en clase. Este valor óptimo está comprendido entre límites estrechos, que van, para pectinas de alto metoxilo entre pH= 2,8 a 3,7. Para valores superiores a 3,7 (o sea para una acidez activa más débil) la gelificación no tiene lugar, mientras que para valores inferiores a 2,8 (acidez activa más fuerte) se produce la sinéresis.
El fenómeno de la sinéresis se manifiesta por una exudación de jarabe y es debido al endurecimiento excesivo de las fibras de pectina, que pierden la elasticidad necesaria para retener los líquidos del gel.
La exacta valoración del pH es extremadamente importante, ya que una mínima diferencia en la zona del óptimo de gelificación influye definitivamente sobre la rigidez, consistencia y grado de sinéresis de un gel.
La acidez activa necesaria para obtener la gelificación se consigue en cada caso añadiendo ácido y mientras la cantidad de azúcar es un dato obtenible con un simple cálculo sobre la base del valor preestablecido de los sólidos solubles del producto final, la dosificación del ácido no es fácilmente calculable a priori, ni se puede referir a experiencias anteriores, dada la variabilidad de las características de la fruta.
El modo más práctico para dosificar el ácido es efectuar una pequeña prueba tentativa; de una determinada cantidad de la pulpa o jugo a elaborar, se mide el pH y se lo lleva, con adecuada adición de ácido, a un valor de 0,1 más bajo del pH considerado para el producto terminado. Por ejemplo si se desea obtener una mermelada de pH 3.2, se calcula la cantidad de ácido que se debe agregar a una muestra de peso conocido para ajustarle el pH a 3.1. De la cantidad de ácido adicionado es fácil deducir, con una simple proporción, la cantidad a emplear en la fabricación de todo un lote.
El ácido cítrico generalmente es usado en solución al 30% peso-volumen (500g. de ácido seco en un litro de solución), que permite un fácil control de la dosificación.
El ácido debe ser introducido al final de la cocción ya que con esto se crean las condiciones necesarias para la gelificación y se inicia el proceso. Su adición anticipada provocaría fenómenos de pre-gelificación que dañarían el resultado final de la elaboración. Los ácidos más usados son el cítrico, el tartárico y más raramente el láctico y el fosfórico. El ácido cítrico es considerado generalmente más satisfactorio por su agradable sabor; el ácido tartárico es más fuerte, pero tiene un sabor menos ácido.
Cocción y llenado
Para la elaboración de dulces, jaleas y mermeladas es necesario cierto grado de evaporación para transformar la mezcla en producto.
Tradicionalmente se lleva a cabo en recipientes / tanques abiertos “pailas” a presión atmosférica, de acero inoxidable; poseen una camisa de calefacción por la que se introduce aceite o vapor a alta presión, por lo que el calentamiento se produce, en parte por condensación de este vapor. Se puede aumentar la superficie de calefacción incorporando serpentines.
Estas pailas pueden vaciarse por el fondo a través de una válvula y caño de salida, también se puede efectuar evaporación al vacío y combinados.
Terminada la evaporación y antes del llenado, las confituras suelen mantenerse en un recipiente / depósito mientras se efectúa el control de calidad.
Se pueden envasar en frascos de vidrio, utilizando llenadoras volumétricas de pistón, generalmente del tipo pistón multicabeza rotatorio.
Pueden cerrarse bajo chorro de vapor, para esterilizar la tapa. Resulta necesario asegurar que el producto que se está envasando posea una calidad adecuada, por lo tanto teniendo en cuenta que el tratamiento térmico realizado, juntamente con la baja aw y bajo pH del producto, son suficientes para inhibir el crecimiento microbiano, deberán tomarse las precauciones necesarias para evitar todo tipo de contaminación posterior, esto es, deberá asegurarse la higiene de los equipos utilizados para el envasado y cierre de envases y por supuesto la higiene y sanidad de los mismos frascos.
Se pueden someter a una corta pasteurización final (aproximadamente 72º C) y posterior enfriado rápidamente. Luego se almacenan.