Estudian películas comestibles que funcionan como filtros solares para frutas.

Autor: Nicté Luna
22/02/2021

El color vivo y brillante de una fruta madura la hace apetecible a la vista. Los colores que caracterizan a las frutas tienen su origen en los pigmentos que contienen en su estructura celular, por ejemplo, las fresas, moras y arándanos deben su color rojo, morado y azul a los pigmentos conocidos como antocianinas. Sin embargo, cuando sometemos la fruta a un proceso de deshidratación solar con la finalidad de conservarla por más tiempo, el color pierde su encanto y se vuelve oscuro, esto es porque las condiciones del proceso degradan sus pigmentos. Dado que el color es un factor determinante para que el consumidor decida ingerirlas, es importante cuidar que la coloración de la fruta deshidratada no se aleje tanto de su color en fresco cuando ya está en la madurez aceptable para el consumidor.

Aunque se sabe que la luz deteriora los pigmentos de las frutas, al inicio de sus investigaciones en deshidratación solar de bayas, la Dra. Anabel Ortiz, investigadora del Instituto de Energías Renovables de la UNAM (IER-UNAM), observó que durante el proceso de secado había incrementos en los pigmentos que dan coloración, aunque al término del proceso la degradación de color era evidente. Tras repetir varias veces sus experimentos, junto con su equipo de trabajo confirmó que definitivamente había un incremento y se dieron a la tarea de explicar a qué se debía. Una primera idea surgió de lo observado en el proceso de maduración de las frutas, donde se sugiere que los pigmentos siguen una ruta metabólica.

“Al momento de leer en la literatura vimos que hay enzimas responsables de este incremento en la concentración de los pigmentos responsables del color, en el grupo de las bayas [fresa, zarzamora, arándanos] sucede exactamente lo mismo, hay una formación de estos pigmentos durante el proceso de maduración. Ahí nos dimos cuenta que hay factores de estrés en el secado que provocan que el fruto active esas enzimas como mecanismo de defensa y éstas empiezan a interactuar para formar las antocianinas”, comentó.

De acuerdo con la investigadora del IER-UNAM, dichas enzimas se activan ante factores de estrés como calor, luz, oxígeno, ácidos o bases y metales. En el proceso de secado solar tenemos tres de estos: calor, oxígeno y luz.

Buscando una respuesta a la degradación de antocianinas

Para entender el proceso de degradación debido a la temperatura de las moléculas de antocianinas presentes en las fresas durante el secado solar, el grupo de investigación del Dr. Jesús Muñiz, realizó simulaciones computacionales basadas en la mecánica cuántica aplicando la Teoría de Funcionales de Densidad (DFT, por sus siglas en inglés). Para estas simulaciones estudiaron dos antocianinas que se encuentran presentes en las fresas: la cianidina-3-glucósido y la pelargonidina-3-glucósido.

La primera parte de las simulaciones consistió en analizar las dos antocianinas en un ambiente ideal en donde no interactúan con nada. “Lo que hicimos fue estudiar la molécula en fragmentos de segundos a nivel cuántico, cuando se analizan esos fragmentos de tiempo de manera continua, parece que las moléculas se estudiaronsin tener una segmentación, para tener una visión más realista de lo que pasa con ese sistema”, comentó el Dr. Muñiz.

De esta manera, ampliaron el modelo simplista que tenían en un principio, consideraron a las molécula contenidas en una caja con moléculas de agua con la finalidad de simular un ambiente en el que las antocianinas están cubiertas de agua, como ocurre en la fresa. “Lo que hicimos con este sistema dentro de esta caja que simula un poco más la realidad fue someterlo a un gradiente de temperatura. Variamos las temperaturas, desde una temperatura ambiente hasta llegar a un poco más de los 60 grados Celsius. Con eso fuimos explorando de qué manera la antocianina se va modificando, qué efectos se van generando en ésta una vez que van experimentando el efecto térmico sobre ella”, detalló.

Posteriormente, fueron desmenuzando cada uno de los procesos que sufrieron la cianidina-3-glucósido y la pelargonidina-3-glucósido durante el aumento de la temperatura, y encontraron que a medida que ésta aumenta, las geometría original de estas moléculas se empieza a distorsionar. Para estudiar esa transformación, utilizaron el cálculo de aromaticidad conocido como índice NICS, esta medida permite calcular cómo se cambia el campo magnético que se produce en moléculas cuya geometría forma anillos de carbono, tales como las antocianidinas, y así determinar la estabilidad de este tipo de moléculas.

“Fuimos observando que los anillos de la cianidina y la pelargonidina cambian radicalmente a medida que aumenta la temperatura, van cambiando de naturaleza aromática a anti-aromatica y a medida que aumenta la temperatura y nuevamente regresan a ser aromáticos a temperaturas altas. Como consecuencia lo que sufre la molécula es una desestabilización que va cambiando a mientras aumenta la temperatura en el sistema”, precisó.

De acuerdo con el Dr. Muñiz, estos resultados dan a entender que es esa desestabilización energética lo que genera que se pierda su señal en el momento en que se miden las antocianinas durante el experimento de secado solar. “Cuando se miden las antocianinas sino son lo suficientemente estables el equipo no es capaz de medirlas entonces lo que se genera es una pérdida de ellas, las moléculas siguen estando ahí, pero ya no son las mismas”, afirmó.

Estas simulaciones permiten controlar a qué temperatura es factible detener el secado para evitar que se pierdan las antocianinas y no perder el color rojo de la fresa.

Películas comestibles como filtros solares

Del interés por preservar el color de las frutas, la Dra. Anable Ortíz comenzó a estudiar diferentes materiales comestibles que podrían funcionar como filtro solar para recubrir los productos deshidratados y evitar la pérdida del color al exponerlos al sol. Para ello, junto con su grupo de trabajo, ha probado algunos polisacáridos naturales (el mucílago de nopal y fenogreco) y gomas (guar, xantana y arábiga) que han sido reportados en la literatura como productos que funcionan en tratamientos térmicos de los alimentos para prevenir la pérdida de humedad y que además forman una barrera para prevenir el contacto con el oxígeno.

“El reto era saber si esas películas [el mucílago de nopal, el fenogreco y las gomas guar, xantana y arábiga] podrían funcionar -por sus cualidades de reflectancia, absortancia y transmitancia- como una barrera o un filtro solar”, comentó la especialista en deshidratación solar de alimentos del IER-UNAM.

Para evaluar su experimento, deshidrataron rodajas de fresa con y sin recubrimiento expuestas a un proceso de secado solar. Para conocer el comportamiento de las películas analizaron cómo interactúa la radiación solar con éstas, principalmente para ver su capacidad de reflejar la luz UV y de esta forma conservar la pigmentación.

En los resultados de este trabajo destaca que las rebanadas de fresa con estos recubrimientos conservaron mejor sus pigmentos bajo el secado solar. De acuerdo con la Dra. López Ortiz, encontraron que la mejor película, de los cinco materiales que se han probado hasta el momento, es el mucílago de nopal. En cuanto a las gomas se refiere, la que mostró mejores resultados fue la goma guar.

“Con [goma] guar y el mucílago de nopal tuvimos un paso parcial de luz UV, un 60% aproximadamente, y un 80% de la luz visible”, afirmó la investigadora del IER-UNAM, es decir que estos materiales funcionan como un filtro solar comestible para las fresas.

La aplicación de películas comestibles como filtros solares es una idea novedosa en el área de deshidratación solar de alimentos. Las investigaciones que lidera la Dra. López Ortiz son un inicio en el universo de frutas y materiales que quedan por probar para encontrar los recubrimientos ideales que permitan mantener el color de las frutas al someterlas a la deshidratación solar.

Artículos científicos relacionados

A. López-Ortiz, L.L. Méndez-Lagunas, Cornelio Delesma, Adriana Longoria, Jorge Escobar, Jesús Muñiz. Understanding the drying kinetics of phenolic compounds in strawberries: An experimental and density functional theory study. Innovative Food Science & Emerging Technologies. Volume 60, 102283, 2020.

Lopez-Ortiz, A., Pacheco Pineda, I.Y., Mendez-Lagunas, L.L., Balbuena Ortega, A.,Guerrero Martínez, Laura, Perez-Orozco, J.P., del Río, J.A., and Nair P. K. Optical and Thermal Properties of Edible Coatings for Application in Solar Drying. Available from: https://www.researchgate.net/publication/347806594_Optical_and_Thermal_Properties_of_Edible_Coatings_for_Application_in_Solar_Drying> [accessed Jan 19 2021]. Preprint.

Contacto:

e-mail: dir@ier.unam.mx
Tels. (52) 777 362 0090 (ext. 29744) y (52) 555 622 9744
Priv. Xochicalco S/N Temixco, Morelos 62580 México. (Mapa)

Aviso de Privacidad: IER-UNAM

webmaster: web@ier.unam.mx