Fabián Alberto Ortega Quintana1*; Everaldo Joaquín Montes Montes2
1 Doctorado en Ingeniería: sistemas energéticos. Facultad de Minas. Universidad Nacional de Colombia, sede de
Medellín. Carrera 80, No.65-223- Núcleo Robledo.
* faortegaqui@unal.edu.co; ingenierofabianortega@gmail.com
2 Programa de Ingeniería de Alimentos. Universidad de Córdoba, sede de Berástegui. Carrera 6, No.76-103.
Fecha Recepción: 12 de septiembre de 2014
Fecha Aceptación: 9 de enero de 2015
El objetivo de este trabajo fue determinar el efecto del tratamiento de escaldado y la temperatura de freído sobre el color y la textura de rodajas de yuca variedad ICA-costeña durante el freído por inmersión. Antes del freído, las rodajas de yuca (diámetro: 35mm, espesor: 1,31mm) fueron escaldadas en agua caliente a 80°C por 4min. Rodajas de yuca sin escaldar fueron usadas como control. El freído se realizó en aceite de palma a 140, 160 y 180°C hasta alcanzar una humedad final de aproximadamente 1,8g/100g (base húmeda). El color y la textura se midieron periódicamente durante el freído. El color se determinó por Visión Computacional y la fuerza máxima de fractura normalizada (usada para modelar los cambios de textura) fue medida en un analizador de Textura Shimadzu EZ Test®. La temperatura de freído afectó significativamente los cambios de color de la rodaja frita, aunque el escaldado no afectó dichos cambios. La temperatura de freído y el escaldado tuvieron un efecto significativo (nivel de significancia de 5%) sobre la textura final de la rodaja frita.
Palabras clave: escaldado, freído por inmersión, yuca, textura y color.
The aim of this study was to determine the effect of blanching and frying temperature on the color and texture of yucca slices ICA-costeña variety during deep-fat frying. Before frying, the yucca slices (diameter: 35mm, thickness: 1,31mm) were blanched in hot water at 80°C for 4min. Unblanched yucca slices were used as control. The frying was performed in palm oil at 140, 160 and 180°C to a final moisture content of 1,8g/100g (wet basis), approximately. The color and texture were measured periodically during frying. The color is determined by Computer Vision and normalized break maximum force (used to model the changes in texture) was measured in a texture analyzer Shimadzu EZ Test ®. The frying temperature had significant effect on changes the color slice of fried yucca, although the blanching did not affect these changes. The temperature frying and blanching had a significant effect (significance level of 5%) on the final texture of the fried slice.
Keywords: blanching, deep-fat frying, yucca, texture, color.
O objetivo deste estudo foi determinar o efeito do branqueamento e temperatura de fritura sobre a cor ea textura de fatias de mandioca variedade ICA-costeña durante a fritura por imersão. Antes de fritar, as fatias de mandioca (diâmetro: 35mm, espessura de 1,31mm) foram escaldados em água quente a 80°C por 4min. Fatias de mandioca unblanched foram utilizados como controle. A fritura foi realizada em óleo de palma a 140, 160 e 180°C até um teor de humidade final de cerca de 1,8g/100g (base húmida). A cor e textura foram medidos periodicamente durante a fritura. A cor é determinada pela Visão Computacional e força máxima de fratura normalizado (usado para modelar as mudanças de textura) foi medido em um analisador de textura Shimadzu EZ Test ®. A temperatura de fritura de forma significativa, muda a cor fatia de mandioca frito, embora estas modificações não afetam o branqueamento. A temperatura de fritura e branqueamento teve um efeito significativo (nível de significância de 5%) na textura final da fatia frito.
Palabras-chave: branqueamento, fritura por imersão, mandioca, textura, cor.
Cita: Ortega Quintana FA, Montes Montes EJ. Efecto del escaldado y la temperatura sobre el color y textura de rodajas de yuca en freído por inmersión. rev.ion. 2015;28(1):19-28.
El freído por inmersión es un proceso complejo que
envuelve simultáneamente transferencia de calor y
masa resultando un contraflujo entre las burbujas de
vapor de agua y aceite en la superficie del alimento.
La transferencia de calor se da por convección
entre el aceite y la superficie del alimento, y por
conducción dentro del alimento. Adicionalmente,
el freído induce alteraciones bioquímicas de los
componentes mayoritarios del alimento y cambios
microestructurales significativos [1]. En efecto,
muchas de las características deseables de los
alimentos freídos son derivados de la formación de
una estructura compuesta: seca, porosa, crocante
y una capa externa o costra grasosa, con un
interior cocido o corazón húmedo. La corteza es el
resultado de diferentes alteraciones que ocurren
principalmente a nivel celular y se localizan en las
capas más externas del producto. Estos cambios
fisicoquímicos incluyen: gelatinización del almidón
y consecuente deshidratación, desnaturalización
de proteínas, ruptura celular, evaporación de agua
y deshidratación rápida del tejido y finalmente,
absorción de aceite [2-5].
Entre las diferentes propiedades físicas de un
alimento, el color es considerado el atributo visual
más importante en la percepción de la calidad
del producto. El aspecto y color de la superficie
del alimento es el primer parámetro de calidad
evaluado por el consumidor y es crítico en la
aceptación del producto, incluso antes de que
entre en la boca. Los consumidores tienden a
asociar el color con el aroma, seguridad, tiempo de
almacenamiento, nutrición y nivel de satisfacción
porque correlaciona bien con la evaluación física,
química y sensorial de la calidad del alimento [6,7].
El desarrollo del color en las frituras comienza
solamente si ha ocurrido una deshidratación en el
alimento, y depende de la velocidad de secado y
del coeficiente de transferencia de calor durante
las diferentes etapas del freído. Se espera que
las variables de proceso tales como tiempo,
temperatura de aceite, y tratamientos previos
de las materias primas afecten al color de los
productos fritos [8]. Los cambios del color en los
tubérculos fritos son el resultado de la reacción
de Maillard, que depende del contenido de los
azúcares reductores (principalmente D-glucosa) y
los aminoácidos o las proteínas en la superficie, la
temperatura superficial, el contenido de humedad
y tiempo de fritura [9-14]. Existen investigaciones
que explican las vías específicas de reacciones
químicas ocurridas durante el proceso de freído,
dentro de las cuales la reacción de Maillard ha sido
la más estudiada. Como resultado de esta reacción
se tienen efectos deseables como el desarrollo
característico de color y olor y efectos indeseables
como la pérdida de nutrientes, producción de
aldehídos, acrilamidas y trans-configuración de
compuestos que son perjudiciales para la calidad
de los alimentos fritos y la salud del consumidor
[5].
Por otro lado, la textura es una percepción sensorial,
la cual se cree que sólo los humanos pueden percibir,
describir y cuantificar. Es generalmente descrita
como un atributo multiparámetro, usualmente
asociada a parámetros acústicos, geométricos
y mecánicos. La definición aceptada de textura
fue propuesta por Szczesniak en 1963, donde "la
textura es manifestación sensorial y funcional de
las propiedades estructurales y mecánicas de los
alimentos, determinada por los sentidos de la vista,
oído, tacto y cinestésico". La textura es definida
por las propiedades estructurales del alimento.
Las interacciones entre la textura percibida y la
estructura física son complejas, particularmente
para frutas y verduras [8].
Los cambios de textura durante el proceso de
freído son el resultado de muchos cambios físicos,
químicos y estructurales producidos en el tejido
el cual también incluye transferencia de calor y
de masa con reacciones químicas. En productos
con contenido de almidón relativamente alto, tales
como la papa y la yuca frita, la mayor influencia
sobre la textura la da la gelatinización del almidón
durante el calentamiento [8,15]. La evolución de
la textura de tejidos vegetales durante el freído
muestra una etapa inicial en la cual el tejido se
ablanda y comienza a cocinarse, y una etapa
posterior en la cual la formación de la corteza
inicia y progresivamente endurece. Un modelo
con la suma de dos términos ha sido propuesto:
el primero para el ablandamiento con cinética de
primer orden y el segundo para el endurecimiento
con comportamiento lineal o cuadrático [10,15-19].
Durante el freído de la yuca, las reacciones
químicas causan un oscurecimiento del producto
y simultáneamente la deshidratación produce un
endurecimiento excesivo de la corteza, pero los
consumidores prefieren productos de color claro
uniforme y de textura crujiente y suave. El pre-tratamiento
de materiales alimenticios antes del
procesamiento ha sido reportado para mejorar la
calidad del producto. Durante el pre-tratamiento,
se producen cambios en las membranas celulares,
que desempeñan un papel clave en los cambios
que se producen dentro del tejido durante el
procesamiento posterior. Estos cambios afectan el
estado de la permeabilización de las membranas
celulares. Se ha reportado que es casi imposible
hacer frituras de color claro deseadas por los
consumidores sin algún tratamiento de la materia
prima [11,12,18,19].
El escaldado ha sido reportado como un
tratamiento térmico aplicado a frutas y hortalizas
antes de algún tratamiento como congelamiento,
enlatado, deshidratado o freído. Los objetivos del
escaldado dependen del tratamiento subsecuente
que reciba. En la industria de frituras se utiliza
para eliminar aire ocluido en los tejidos, reducir
la concentración de azúcares reductores a fin de
controlar las reacciones de Maillard y disminuir
la formación de acrilamida durante la posterior
fritura, por lo que el escaldado mejora el color y
la textura de los productos fritos. El escaldado
produce cambios estructurales y bioquímicos en
el tejido de la yuca que afectarán los fenómenos
de transporte durante la fritura, tales como la
gelatinización del almidón, ruptura y separación
celular, que favorecen la salida de agua del tejido
y modifican la textura [11,12,15,16,18,19].
El proceso de fritura industrial de la yuca en
Colombia es reciente y en su gran parte no está
ampliamente tecnificado, controlado u optimizado,
lo cual ocasiona millonarias pérdidas por
devoluciones del producto. Los productos ingeridos
por el consumidor poseen el riesgo de ocasionar
enfermedades terminales, como el cáncer, debido
a la formación en los procesos de sustancia
químicas como aldehídos, cetonas, amidas, entre
otras como consecuencia de la falta de controles
y el adecuado uso de parámetros de calidad [20].
Con los datos reportados en este trabajo se tendrá
información que servirá para mejorar los procesos
y asegurar la calidad del producto final.
El objetivo de esta investigación fue estudiar el
efecto del escaldado y la temperatura de freído
sobre la cinética de los cambios de color y la
cinética de textura desarrollada de rodajas de
yuca variedad ICA-costeña durante el freído por
inmersión.
Materia prima
La yuca variedad ICA-costeña se obtuvo del banco
de germoplasma suministrado por CORPOICA
(Montería, Colombia). El tubérculo se lavó, peló y
cortó en rodajas con diámetros de 3,5 ±0,03cm y
1,308 ±0,05mm de espesor.
Escaldado de la materia prima
Las muestras fueron sumergidas en baño de agua
controlado termostáticamente (modelo TECTRON-BIO-
20, INSTRUMENTACIÓN CIENTÍFICA
TÉCNICA, S.L.) mantenido a 80°C por 4min. El
exceso de agua sobre la superficie del producto
fue removido con papel absorbente [21].
Proceso de freído por inmersión
Las muestras fueron sometidas a freído por
inmersión en aceite comercial de palma marca
CARIBE® (producido por FAMAR, industria
colombiana) a temperaturas de 140, 160 y 180°C,
en una freidora por inmersión comercial marca
DUPREÉ® (con controlador de temperatura de
±1°C) de 2L de capacidad y la relación kg muestra
por litro de aceite fue de 0,005. Las rodajas fueron
freídas a diferentes intervalos de tiempo hasta un
contenido final de humedad de 1% (en base seca).
Para cada instante de muestreo, las rodajas fritas fueron drenadas en papel por 2min seguido de atemperado hasta la temperatura ambiente (30°C) antes que fueran realizados los análisis de color y textura.
Medida del color
Se realizó según la metodología de técnica de
visión computacional descrita por Mery [22] con
los siguientes detalles de procedimiento:
Adquisición de imagen. Las muestras fueron iluminadas usando 4 lámparas fluorescentes de 60cm longitud, temperatura de color de 6500K (marca Philips, luz del día natural, potencia de 18W) y un índice de representación de color (Ra) cercano al 95%. Las cuatro lámparas se usaron en arreglo cuadrado a 35cm de distancia vertical de la muestra y en un ángulo de 45° con respecto al plano de la muestra para dar una intensidad de luz uniforme sobre ésta. Se colocó una Cámara Digital (marca Canon®, serie PowerShot A430, Tokio, Japón, con 4.0 Mega Pixeles de resolución) a una distancia vertical de 22,5cm por encima de la muestra. El ángulo entre el eje de la lente de la cámara y las lámparas fue de 45°. Las lámparas y la cámara digital estaban dentro de una caja de madera con las paredes internas pintadas de negro para reducir al mínimo la reflexión de la luz. Las imágenes fueron capturadas con la cámara digital en su máxima resolución (pixeles: 2272 x 1704) y se almacenaron en un PC (Pentium Dual- Core, 3200MHz, RAM de 2GB, 250GB de disco duro). La cámara digital se configuró así: modo de operación: manual, velocidad ISO: 100, balance de blanco: Fluorescente H, distancia focal: 20,7mm, zoom: 9, flash: off, apertura AV: f/8.0, exposición TV: 1/15s, calidad: raw, y macro: on.
Procesamiento de Imagen. La cuantificación del color se realizó en el espacio CIELAB 1976 y se utilizó el software Adobe Photoshop CS5® (Adobe Systems inc.). A partir de la imagen de la rodaja capturada en formato TIFF no comprimido se obtuvo el valor de la media y desviación estándar para cada uno de los valores L, a y b. Los valores L, a y b obtenidos se convirtieron a valores L*, a* y b* utilizando las transformaciones lineales propuestas por Yam [23], donde: L* es la claridad, a* es la posición entre rojo y verde y b* es la posición entre amarillo y azul.
Cálculos de diferencia de color. Con los valores L*, a* y b* de cada muestra se calcularon las diferencias de color utilizando la distancia euclidiana (ΔE*), existente entre dos puntos en un espacio tridimensional [12,24]. Esta distancia se puede calcular mediante la Ecuación 4:
Donde, ΔL* = L*1 - L*2, Δa* y Δb* se definen de manera similar.
Cinética del color en el freído. Para obtener los parámetros cinéticos de cambio de color se utilizó el modelo cinético de primer orden descrito en la Ecuación 5, [11,21,24-26]:
Donde ΔE es el valor del color con respecto al punto de referencia en la escala CIELAB, ΔEe es el valor del color en el equilibrio con respecto al punto de referencia en la escala CIELAB, KE es la constante de velocidad del color, t es el tiempo de freído (s). Al tiempo cero el color tiene un valor inicial ΔE0, por tanto la Ecuación 5 queda como lo expresa la Ecuación 6:
La relación entre KE con la temperatura de freído (T) fue descrita usando una relación tipo Arrhenius.
Medición de la fuerza máxima de fractura (F*MAX)
La fuerza máxima de fractura fue medida según
la metodología de Test de punción descrito por
Pedreschi F [10]. Se utilizó un equipo analizador
de Textura marca Shimadzu EZ Test ® (Shimadzu
Corporation, Tokio, Japón) en un ambiente a
25°C. El valor de la fuerza máxima de fractura fue
obtenido de las curvas Fuerza versus distancia
usando el software RheoMeter® Versión 2.0.4.
Las curvas Fuerza versus distancia fueron
obtenidas con el Test de punción a diferentes
tiempos de freído montando la muestra sobre dos
puntos soportes separados 0,03m y utilizando un
diámetro de vástago de ruptura de 0,002m.
Modelamiento de la fuerza de fractura normalizada. Pedreschi [10] modelaron los cambios de textura en rodajas de papa durante el freído usando el parámetro de fuerza máxima de fractura normalizada, MF*, (valor de fuerza máxima de fractura, F*MAX, en un tiempo t dividido por el valor de fuerza máxima de fractura al tiempo cero, F0*MAX). La MF* describe el ablandamiento de los tejidos y el proceso de desarrollo de la corteza que el alimento sufre durante la fritura y representa la fuerza necesaria para romper la muestra. La Ecuación 7 fue utilizada para describir la variación de MF* con el tiempo de freído:
Donde:
MF*: fuerza máxima de fractura normalizada; ks:
constante cinética de ablandamiento del tejido del
alimento durante el freído (s-1); kh: constante cinética
para el proceso de endurecimiento de la corteza
durante el freído (s-2) y t tiempo de freído (s).
Las constantes cinéticas del modelo fueron
relacionadas con la temperatura de freído (T)
usando una relación tipo Arrhenius.
Análisis estadístico
Se realizaron análisis de varianzas, test de
diferencias de medias (Tukey) y ajuste de
regresiones lineales y no lineales con niveles de
significancia del 5%. Para estos análisis se utilizó
el paquete estadístico Statgraphics Centurion XV
(Statistical Graphics Corporation, Rockville, USA).
Cinética de cambio de color
En la Figura 1, se observa que el parámetro de
claridad (L*) disminuye con el incremento de la
temperatura y el tiempo de freído debido a que la
rodaja de yuca se oscurece (este comportamiento
es semejante en las muestras escaldadas). La
yuca variedad ICA-costeña tiene componentes con
el grupo amino (proteínas) y azúcares reductores
los cuales son los responsables de los cambios
de color como producto de la reacción de Maillard
[26]. Las temperaturas más altas provocan mayor
oscurecimiento de la rodaja debido a que las
reacciones de pardeamiento no enzimático son
altamente dependientes de la temperatura [12]. La
disminución del parámetro L* durante el freído por
inmersión es un cambio típico y ha sido reportado
por otras investigaciones [3,8,26-29].
En las Figuras 2 y 3, se observa que los valores
de los componentes cromáticos del color, a* y b*,
incrementan con el tiempo de freído y la temperatura
del aceite. El incremento es mayor cuando la
temperatura del aceite aumenta, debido a la formación
de compuestos de la reacción no enzimática de
Maillard y la caramelización de carbohidratos en
la superficie, las cuales son más influyente en la
muestra sometida a temperatura de freído de 180°C.
Estos resultados sugieren que las rodajas de yuca
durante el freído tienden hacia el enrojecimiento y el
color amarillo en su superficie. Este comportamiento
presentado es semejante a lo que sucede en las
muestras escaldadas [3,8,26-30].
Las Figuras 4 y 5 muestran comportamientos propios de cinética de primer orden, desde luego, al ajustar estos datos experimentales al modelo cinético de primer orden se encontraron altos coeficientes de determinación y una buena distribución de los residuos. Por otro lado, se observa que los cambios de color final son mayores cuando la temperatura del aceite de freído es más alta, debido a que las altas temperaturas aumentan la velocidad de las reacciones de Maillard y caramelización de carbohidratos [3,8,26-30].
La Tabla 1 muestra la dependencia que tienen los
valores de KE con respecto de la temperatura de
freído, donde a mayor temperatura de freído la
constante de velocidad de reacción del color, KE,
es mayor. Por otro lado, pese a que se muestra
una diferencia numérica entre la muestra control
y la muestra escaldada, con respecto a los
valores de KE, el análisis de varianza mostró que
no existía diferencia significativa en los cambios
de color entre estos tratamientos (Tabla 2).
La Tabla 3 muestra las energías de activación
para la constante cinética del modelo de primer
orden de cambio de color, las cuales fueron más
bajas que los valores típicos reportados de las
reacciones de pardeamiento no enzimático que
ocurren en alimentos y que están en el rango
de 105 a 209kJ/mol [25,31], las diferencias
son debido a los productos y reacciones que
se presentan, ya que los mecanismos de estas
reacciones son múltiples y complejos que no han
podido explicarse completamente [3,8,11,26-30,32-34].
Cinética de la fuerza máxima de fractura
normalizada (FM*)
El análisis de varianza muestra que el escaldado
de la yuca, la temperatura de freído, el tiempo
de freído y la interacción escaldado-temperatura
ejercen un efecto significativo sobre la fuerza
máxima de fractura normalizada (Tabla 4).
Las Figuras 6 y 7 muestran la fuerza máxima de
fractura normalizada versus el tiempo de freído.
Se observa que en los primeros instantes de
freído se presenta disminución en los valores de
FM*, esto se debe a la gelificación del almidón
contenido en la muestra y a la solubilización del
tejido celular (principalmente de los carbohidratos),
tiempo posterior el valor crece debido al desarrollo
progresivo y endurecimiento de la costra o corteza
de la rodaja [10,19,24,28,35].
En efecto, las Figuras 6 y 7 muestran que las rodajas
presentaron ablandamiento y endurecimiento
más rápido del tejido a las temperaturas de freído
más altas (180 y 160°C). Estos comportamientos
también fueron reportados en investigaciones
sobre el freído en rodajas de papas, papas a
la francesa y zanahorias [10,19,24,28,35] y se
debe a la velocidad con que ocurre la pérdida
de humedad, siendo más rápida a temperaturas
altas.
En la Tabla 5 se muestran los valores de los parámetros cinéticos del modelo utilizado para ajustar los datos experimentales de la FM*. Los valores de ks y kh aumentan con la temperatura y son más grandes en las muestras con tratamiento de escaldado, esto se debe a la gelatinización del almidón la cual produce una corteza o barrera previa a la fritura en la rodaja tanto en los primeros intervalos de tiempo como al final del proceso de fritura. En cuanto a la energía de activación, la muestra control posee los valores más altos (ver Tabla 6), esto indica que es más difícil la iniciación de los procesos de ablandamiento y endurecimiento de la corteza y se debe a que el tejido celular no ha sido modificado lo cual si ocurre en la muestra escaldada [10,17].
El escaldado no tuvo efecto sobre los cambios
de color, pero si tuvo efecto significativo sobre la
fuerza máxima normalizada de la rodaja de yuca
frita, siendo los valores más altos para la muestra
control que los valores para la muestra escaldada.
Esto indica que, el efecto del escaldado sobre los
cambios de color y de textura fue positivo en esta
variedad de yuca utilizada.
La temperatura de freído tuvo un efecto significativo
sobre los cambios de color y la fuerza máxima
normalizada de la rodaja de yuca frita. Los cambios
de color final son mayores cuando la temperatura
del aceite de freído es más alta, por otro lado, a
temperaturas de freído más altas, las rodajas
presentaron ablandamiento y endurecimiento más
rápido del tejido y un valor más alto de la fuerza
máxima normalizada.
Los modelos propuestos ajustan correctamente
los datos experimentales de los cambios de color
y de textura durante la fritura de rodajas de yuca
de la variedad estudiada.
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