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EFECTO DEL SISTEMA DE DESHIDRATACIÓNSOBRE EL CONTENIDO DE CAROTENOIDESEXTRAÍDOS DE DOS VARIEDADES DEL

FRUTO DE Carica papaya

DEHIDRATATION SISTEM EFFECT ON THE CAROTENOIDS QUANTITY EXTRACTED OF TOW VARIETIES OF Carica papaya

Iván Tapia C.1, Mauro Muñoz1 & Tamara Fukalova F. 1

Recibido: 30 septiembre 2018 / Aceptado: 6 diciembre 2018

DOI: 10.26807/ia.v7i1.89

Palabras claves: Carotenoides totales, C. papaya, deshidratación, fitonutrientes, provitaminas A.

Key words: C. papaya fruit, dehydration, phytonutrient, provitamins A, total carotenoids.

RESUMEN

En Ecuador se ha incrementado la exportación de papaya debido a la demandainternacional por este producto, esto permite dar paso a un aprovechamientointegral de sus subproductos. La obtención de los carotenoides a partir de losfrutos de papaya es de gran importancia, pues el mercado de los colorantes na-turales ha crecido vertiginosamente. Se ha realizado esta investigación para

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1 Universidad Central del Ecuador (UCE), Quito, Ecuador ([email protected]; [email protected];[email protected])

INFOAN.qxp_Layout 1 14/1/19 10:58 Página 11

evaluar el efecto de dos sistemas de deshidratación, como tratamiento previopara la extracción de carotenoides y se ha trabajado con dos variedades de pa-paya de mayor cultivo en este país. Se determinaron los carotenoides obtenidospor espectrofotometría a 450 nm. La mayor cantidad extraída de b-carotenostotales (5,87 ± 0,62 mg b-caroteno/100 g muestra seca) se obtuvo luego de apli-car el método de liofilización para la variedad Sunrise Solo, mientras que parala variedad Tainung los valores son menores (4,62 ± 0,28 mg b-caroteno/100 gmuestra seca). El sistema de deshidratación por liofilización es el mejor métodode tratamiento previo para la extracción de carotenoides en la variedad SunriseSolo, mientras que el secado en bandeja es óptimo para la variedad Tainung.

ABSTRACT

In Ecuador the papaya export has increased due to international demand forthis product. This gives way to an advantage of its by-products. The obtentionof carotenoids from papaya fruits is of great importance, so the dyes market hasgrown vertiginous. This research has been carried out to evaluate two dehydra-tion systems effect, as a pretreatment for carotenoids extraction and we haveworked with two papaya varieties of greater cultivation in this country. The ob-tained carotenoids were determined by spectrophotometry at 450 nm. With ap-plying the lyophilization method the highest amount extracted of totalb-carotenes (5.87 ± 0.62 mg b-carotene/100 g dry sample) was obtained fromthe Sunrise Solo variety, while for the Tainung variety the values are minor (4.62± 0.28 mg b-carotene / 100 g dry sample). The dehydration system bylyophilization is the best pretreatment method for the extraction of carotenoidsin the Sunrise Solo variety, while the tray drying is optimal for the Tainung va-

riety.

infoANALÍTICA 7 (1) Enero 2019

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Los diferentes tipos de climas enEcuador permiten los cultivos de unaamplia variedad de los productoshortofrutícolas. El fruto de papaya(Carica papaya) es uno de ellos y sepuede encontrar durante todo el añoen los mercados. Es una de las frutasmás demandada dento y fuera delpaís.

La investigación se sustenta en la re-alidad de que Ecuador regionalmentees un gran productor de frutos de pa-paya. Esto puede dar paso a un apro-vechamiento integral agregado a lossubproductos elaborados.

Dentro de los subproductos de inte-rés se encuentran los carotenoides,que poseen bondades nutricionales,como son provitaminas A y antioxi-dantes, asi como ser colorantes deorigen natural (Melendez Martinez,2007). La cantidad de carotenoidesvaría considerablemente conformeprogresa la maduración vegetal y seproduce la pérdida de clorofila (Ma-relli da Sousa, 2008), acumulando lacantidad máxima en estado de ma-durez adecuado.

De los carotenoides conocidos, soloalrededor de 10 % tienen la actividadcomo provitamina A, entre ellos es -tán a-caroteno, b-caroteno y b-cryp -toxantina (Badui, 2013). Al ser sustan-cias biológicamente activas, cumplenuna función de beneficio para lasalud, al igual que los nutrientesesenciales (Bruneton, 2001). Dentrode este grupo, el b-caroteno es el másactivo: una molécula de este carote-noide se convierte en el cuerpo hu-mano en dos moléculas de vitaminaA (Martínez, 2003), contribuyendo areducir las incidencias de ciertas en-fermedades crónicas y, por lo tanto,son necesarios para una vida saluda-ble (Redlich, 1999).

Asimismo, el mercado de los colo-rantes naturales ha crecido vertigino-samente y se espera que para el año2020, represente una suma de 2,5 bi-llones de dólares a nivel mundial(Wood, 2016). En los últimos años, elremplazo de los colorantes artificia-les o sintéticos por aquellos que sonnaturales, permite evidenciar un au-mento en su demanda, proveer ali-mentos con denominación GRAS, ybrindar una mayor confiabilidad a losconsumidores (U.S.FDA, 2016).

EFECTO DEL SISTEMA DE DESHIDRATACIÓN SOBRE EL CONTENIDODE CAROTENOIDES EXTRAÍDOS DE DOS VARIEDADES DEL FRUTO DE Carica papaya

Tapia et. al., 11-26

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INTRODUCCIÓN


Los carotenoides son una fuente decolorantes naturales (Bauerfeind,1981) y constituyen una familia for-mada por más de 700 compuestos,que presentan colores amarillo, na-ranja, rojo o púrpura. Dentro de estaamplia familia, los b-carotenos pre-sentes en los alimentos, se han rela-cionado con la actividad anticance-rígena, debido a su estructura de tipocis; además, el b-caroteno sintéticoes de tipo trans y posee las mismascaracterísticas que el natural, a dife-rencia que este aumenta el riesgo decáncer (Urango, 2009).

La papaya (Carica papaya L.) es unaplanta frutal genuina del trópico, per-tenece a la familia Caricáceae. Entrelos mayores exportadores de papaya,se encuentra Ecuador, ocupando ellugar séptimo a nivel mundial (TRA-DEMAP, 2014). Dentro del Ecuadorse produce en las provincias Guayas,Manabí, Los Ríos, Santo Domingo delos Tsáchilas y Santa Elena. Existen al-rededor de 3000 hectáreas cultiva-das. Según el estudio de mercadorealizado (Figura 1), las variedades demayor cultivo son Sunrise Solo (ha-waiana), Tainung (criolla, hibrido) yMaradol (nacional) (Pro-Ecuador,2015).

Se han reportado estudios acerca dela relación entre el estado de la ma-durez y el contenido de carotenoidesdel fruto de C. papaya de variedadMaradol, que es perceptible por unincremento del color amarillo .

Figura 1. Variación porcentual de los frutos de papaya cultivados en Ecuador

La papaya es de consumo popular yes un alimento con bondades nutri-cionales. Debido a la exigencia cadavez mayor de los consumidores porsostener una alimentación sana, asícomo el conocimineto de los benefi-cios aportados por los carotenoidesvegetales que son provitaminas A ysu alta deficiencia en la poblaciónecuatoriana, se planteó el presentetrabajo de investigación.

Igualmente, el alto contenido deagua en las frutas, cercano al 90%,


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hace que se deterioren con facilidad,por lo cual la deshidratación es unaforma de preservar las frutas, asícomo sus propiedades funcionales ysensoriales (Eitenmiller, 2008). Eneste estudio, se comparan dos méto-dos de deshidratación por liofiliza-ción y secado en bandeja, y la

influencia de los mismos en la canti-dad de carotenoides obtenidos. Estainvestigación se orienta al estudio delfruto de papaya, de dos variedades,Sunrise Solo y Tainung, como fuentesde pigmentos carotenoides y fitoali-mentos.



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MATERIALES Y MÉTODOS

Preparación de las muestras

Los frutos de papaya fueron obteni-dos de dos granjas productoras agrí-colas de la provincia de SantoDomingo de los Tsáchilas, Ecuador,en el mes de junio de 2017. Se estu-diaron dos variedades: 1) VariedadSunrise Solo, TERRASOLCORP S.A,registro de cosecha Nº 12302, y 2)Variedad Tainung, GREEN GARDEN,con registro de cosecha Nº A1-7 (Fi-gura 2). Una vez recibidos los frutoscosechados, se almacenaron a unatemperatura entre 14-16 °C durante15 días para su evolución completa,hasta alcanzar el estado de madurez.Se registró un cambio de coloracióndel epicarpio y un ablandamiento dela pulpa, que fue acompañado con laaparición de aroma propio de los fru-tos de C. papaya. Fueron analizadoscuatro frutos de cada variedad, en el

estado de maduración óptima para elconsumo.

Se realizó la medición de la firmezacon un penetrómetro, Fruit PressureTester FACCHINI, modelo FT-327(Italia), con una punta de prueba deacero inoxidable de 8 mm de diáme-tro en varias zonas de cada unidadexperimental. La fuerza máxima (N)fue registrada con 3 mm de penetra-ción.

(a) (b)Figura 2. Unidades experimentales:frutos de C. papaya, (a) variedad

Sunrise Solo y (b) variedad Tainung


Análisis físicos y químicos

En cada unidad experimental troce-ada se determinó la humedad total yla acidez titulable. El contenido de lahumedad total se determinó según elmétodo oficial internacional (AOAC,1990), se pesaron aproximadamente2 g de muestra y se secó a 105 °Chas a obtener el peso constante. Laacidez titulable fue calculada comogramos de ácido cítrico/100 gramosde muestra (% p/p) según el métodooficial (NOM-128-SFC-1998).

Procesos de deshidratación

La fruta de cada variedad fue lavadacon agua clorada. Una vez peladacon cuchillo de acero inoxidable, secortó en dos mitades diametralmentey cada pieza a su vez, en cuatro cor-tes longitudinales, con el resultadode 8 piezas simétricas por cada uni-dad experimental. Luego, cada piezafue cortada en trozos de 1,00 ± 0,01cm de espesor.

Se tomaron 100 gramos de pulpa defrutos troceados y se sometieron a lossiguientes procesos de deshidrata-ción: 1) Criocongelación a -80 °C por24 horas con posterior liofilización

en equipo Liofilizador TESTAR Lyo-ALFA 10-85; y 2) Secado en la estufaeléctrica WSU modelo 400 con co-rriente de aire circulante, a una tem-peratura de 35 ± 1 °C durante 24horas. Estos métodos se compararoncon los procesos de determinaciónhabituales (Garcia Martinez, 2002).

Extracción de carotenoides totales

La masa obtenida de producto deshi-dratado fue triturada y tamizada porla malla nº 30 ASTM, de esta se pesócon exactitud 2 g y se transfirió a unequipo Soxhlet, para extracción delos carotenoides, con 150 mL de he-xano a temperatura de 55 °C. Se ve-rificó la extracción completa cuandodio resultado negativo a su presenciacon la prueba de Carr-Price. La con-centración de los extractos se realizóen un rotavapor SELECTA, modelo RS3000-V a una temperatura de 30 ± 2°C, a presión reducida, durante 15minutos.

Análisis de carotenoides

Se preparó la disolución de 500 mg/Lb-caroteno (SIGMA-ALDRICH®) enhexano, a partir de esta se prepararonvarias diluciones sucesivas, en un


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rango de 10 a 60 mg/L y se construyóla curva de calibración.

Con los extractos reconstituidos enhexano se realizaron las lecturas es-pectrofotométricas con un equipo Va-rianCary 50 BioUV-VIS, a 350-550nm de longitud de onda y 23 °C detemperatura. La concentración en-contrada se expresó como carotenoi-des totales por cada 100 g de muestraseca. El contenido de equivalentes deretinol (ER) en extractos apolares, secuantificó según el método AOAC974.29 (45.1.02).

Se preparó la disolución 500 mg/Lpatrón secundario b-caroteno (SIG -MA- ALDRICH®) en cloroformo. Apartir de esta disolución se prepara-ron varias diluciones sucesivas, en unrango de 5 a 45 mg/L y se construyóla curva de calibración.

Con los extractos reconstituidos encloroformo se realizaron las lecturas,a 550-650 nm de longitud de onda y

la misma temperatura (1 ER = 6mg deb-caroteno).

Análisis estadístico

En una primera fase, se caracterizó lamuestra determinando su peso, fir-meza, humedad de la fruta y acideztitulable. Se compararon los trata-mientos mediante la prueba t. Luegose estableció un diseño factorial A xB, con cuatro réplicas (n=4) para elestudio de los procesos de deshidra-tación propuestos con cada variedad,estos fueron comparados con el mé-todo oficial AOAC para determina-ción de humedad. En una segundafase, se aplicó un diseño factorial detres factores (A x B x C), en donde elfactor A corresponde al método dedeshidratación, el factor B, constituyela variedad de C. papaya, y el factorC representa las diferentes unidadesexperimentales (frutos). Todo el aná-lisis estadístico fue realizado usandoIBM SPSS Statistic, versión 20.



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RESULTADOS

Caracterización de las unidades ex-perimentales

En la Tabla 1 se observa que la varie-

dad Sunrise Solo presenta el pesopromedio 1611,1 ± 30,1 g, mientrasque la variedad Tainung, para cuatrodeterminaciones, tiene un peso pro-


medio 6131,0 ± 73,5g (t = 12,26).Esta variedad también muestra unaacidez titulable de 0,123 ± 0,014 gde ácido cítrico/100 g de muestra,que comparada con la acidez de Tai-nung, cuyo valor promedio es 0,026± 0,004 g de ácido cítrico/100 g demuestra (t = 13,48), presenta una di-ferencia altamente significativa paraambos parámetros determinados.

En cuanto a la firmeza del fruto de lasdos variedades, no existe diferenciasignificativa entre ambas (t = 2,11).La variedad Sunrise Solo tiene prome-dio 23,2 ± 0,4 (N), mientras que va-riedad Tainung muestra un valor de24,5 ± 0,9 (N).


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Tabla 1. Caracterización de las unidades experimentales

Unidades Masa (g) Acidez titulable Firmeza (N)experimentales (%) *

S. Solo Tainung S. Solo Tainung S. Solo Tainung

1 1609,1 5586,4 0,130 0,028 23,2 25,5

2 1572,6 6193,3 0,139 0,030 22,6 24,2

3 1645,6 5594,2 0,108 0,021 23,5 23,0

4 1617,1 7150,2 0,116 0,025 23,5 25,2

PROMEDIOS 1611,1 6131,0 0,123 0,026 23,2 24,2

DESVIACIÓN 30,1 73,5 0,014 0,004 0,4 1,1

* Expresado como g Ácido cítrico /100 g muestra

Procesos de deshidratación de lamuestra

El sistema de deshidratación, comorefleja la Tabla 2, tiene un efecto sig-nificativo en la cantidad de agua ex-traída. El método de liofilizaciónarro ja valores de 82,97 ± 0,38 % y83,36 ± 0,95 % para las variedadesSunrise Solo y Tainung respectiva-

mente; además, con el método de se-cado en bandeja se obtuvieron por-centajes de 88,50 ± 0,49 % y 88,55± 0,32 %. De estos resultados, el mé-todo de secado en bandeja propor-ciona valores más cercanos al métodooficial AOAC, para determina- ciónde humedad total. Asimismo, la Tabla3 permite observar que el sistema dedeshidratación tiene un efec to alta-


mente significativo, a diferencia de lavariedad de fruto.

Al observar la Tabla 4, se puede evi-denciar que al usar el método de lio-filización, como tratamiento previo ala extracción, se obtienen mayorescantidades de carotenoides totales(5,87 mg de b-caroteno/100 g de

muestra seca) que con el método desecado en bandeja para la variedadSunrise Solo (4,12 mg de b-caro-teno/100 g de muestra seca), mien-tras que para la variedad Tainung losresultados son contrarios. Esta mismatendencia se observa en el caso deequivalentes de retinol (ER).



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Tabla 2. Influencia de los sistemas de deshidratación sobre la cantidad de agua extraída (%)

FACTOR A (metodo de deshidratación)

FACTOR BLiofilización

SecadoHumedad Totalvariedad en bandeja

Sunrise Solo 82,49 88,01 89,39

83,02 88,14 88,56

83,41 88,88 90,34

82,95 88,97 89,99

Media 82,97 88,50 89,57Desviación 0,38 0,49 0,78

Tainung 84,32 88,41 89,88

83,84 88,99 90,21

82,14 88,23 89,07

83,14 88,58 88,94

Media 83,36 88,55 89,53Desviación 0,95 0,32 0,62


Tabla 3. ANOVA de los resultados de evaluación de influencia de sistemas de deshidratación sobre la cantidad de agua

Fuente de variaciónSuma de

glMedia

F Sig.cuadrados cuadrática

A: Variedad 0,10666 1 0,10666 0,26915 0,61

B: Sistema de 188,137 2 94,0688 237,366 <0,00deshidratación

AB: Interación 0,21100 2 0,10550 0,26622 0,77

Error 7,13345 18 0,39630

Total 195,58878 23


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Tabla 4. Contenido de carotenoides totales y equivalentes de retinol (RE)

SISTEMA SISTEMA DE DESHIDRATACIÓN DE DESHIDRATACIÓN

VARIEDADUE *: FRUTOS

Concentración media Concentración media

MADUROS(mg b-caroteno/100g (RE/100g muestra seca)

muestra seca)

LiofilizaciónSecado

LiofilizaciónSecado

en Bandeja en Bandeja

Solo sunrise S1 5,81 4,28 551,52 421,04S2 6,60 3,15 670,15 446,57S3 5,10 4,69 809,16 449,34S4 5,98 4,35 897,70 691,28

Media 5,87 4,12 732,13 502,07Desviación Estándar 0,62 0,67 152,54 126,79

T1 4,80 5,24 490,98 534,83Tainung T2 4,61 4,73 519,11 697,38

T3 4,23 4,362 461,34 533,63T4 4,83 6,20 535,30 858,40

Media 4,62 5,13 501,68 656,06Desviación Estándar 0,28 0,80 32,54 155,29

* UE: unidad experimental


La Figura 3 representa el comporta-miento de los valores medios de lacuantificación de equivalentes de re-tinol (ER) en función de la variedad

de fruto y sistema de deshidratación,se observa que el factor con mayorinfluencia es el método de deshidra-tación.



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DISCUSIÓN

Los cuatro frutos de dos variedadesde papaya obtenidos directamente delos PyMes (pequeños y medianosproductores) ecuatorianos, mostraronvariaciones de dimensiones. Entreestas variedades, Sunrise Solo tieneun tamaño mucho menor que Tai-nung, por lo que presenta un pesomenor. Esta diferencia corresponde ala filogenia propia que se encuentra

dentro del rango característico paracada variedad (Esteves, 2005).

En la caracterización de las unidadesexperimentales en estado fresco, laacidez titulable es representada porlos ácidos orgánicos, que influyen enel sabor, color y estabilidad de losfrutos y coinciden para la variedadSunrise Solo con los obtenidos por

Figura 3. Barras de error de los valores medios para la combinación de los factores A y B


otros autores como (Fonseca, et.al.,2003). Cabe indicar que los ácidos,presentes en los frutos, pueden mos-trar la existencia de una mayor omenor actividad de antioxidante(Umana, 2011).

En caso de la firmeza, los resultadosobtenidos concuerdan con los resul-tados logrados por otros autores, quereportan la relación entre la firmezade la pulpa y la madurez de la fruta,resaltando que las propiedades orga-nolépticas más acentuadas se presen-tan con los valores de firmeza inferio-res a los 40 newtones (Santamaría Ba-surto, 2009).

Según Lado (2015), los colores roji-zos o anaranjados de la pulpa se atri-buyen a los mayores niveles decarotenoides totales de estructura cí-clica, y especialmente licopeno quees acíclico. En cambio, las coloracio-nes amarillas indican la acumulaciónde las xantofilas (Lado, 2015).

Al ser ambas variedades del estudiode tonos rojizos, se ha evidenciadocon el análisis de los carotenoidesequivalentes a retinol, que la varie-dad Sunrise Solo muestra la mayorpresencia del grupo de carotenoidesprovitaminas A.

En relación con el contenido de lahumedad, entre dos sistemas de des-hidratación se observa que el métodode secado en bandeja elimina mayorcantidad de agua que el método deliofilización. Los estudios realizadosal respecto demuestran que la tempe-ratura y la velocidad de flujo de aireinfluyen favorablemente sobre el ren-dimiento de la cantidad de agua ex-traída (Barbosa Canovas, 2000). Almismo tiempo, en los estudios reali-zados por Anguelova (2000), se de-muestra que la liofilización, porefectuarse a temperaturas y presionesbajas, favorece la estabilidad químicade los pigmentos carotenoides.

Ambos sistemas de deshidratación tienen influencia sobre la concentraciónde carotenoides a extraer y puedenaplicarse satisfactoriamente para con -seguir productos de alto valor comer-cial, como colorantes naturales yfitonutrientes con su actividad deprovitamina A. Junto a esta función,se describe la capacidad antioxidantecomo más representativa de los caro-tenoides acíclicos y derivados oxige-nados (Mínguez Mosquera, 2005), loque debería tomarse en cuenta paramejorar los hábitos alimenticios, in-cluyendo el fruto de papaya en la die-ta diaria (Rodríguez-amaya, 1999).


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La importancia de los carotenoidesva más allá de su rol como funciónde proporcionar un color atractivo,adecuado, o reconocible como natu-ral a un alimento.

Por tanto, cubriendo la dosis diaria(550 mg ER/día) de este componentebioactivo con la ingesta de los caro-tenoides naturales, disminuiría efec-tivamente las enfermedades crónicas(Rao & Rao, 2007).



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CONCLUSIONES

Las dos variedades de fruto de C. pa-paya son significativamente diferen-tes en peso y en contenido de acideztotal, lo que está directamente rela-cionado con la cinética de caroteno-génesis a lo largo de la maduracióndel fruto. La acumulación de carote-noides se incrementa al alcanzar lamadurez fisiológica y madurez deconsumo.

Además, el sistema de deshidrataciónpor liofilización es el mejor métodode tratamiento previo para la extrac-ción de carotenoides en la variedadSunrise Solo, mientras que el secadoen bandeja es óptimo para la varie-dad Tainung.

Los análisis de la cuantificación decarotenoides extraídos del fruto de C.

papaya procesados por dos métodosde deshidratación, indican que la va-riedad Sunrise Solo tiene mayor pro-porción del grupo de carotenoidesprecursores de vitamina A que la va-riedad Tainung. Los valores indica-dos, junto con los valores de carotenoides totales, muestran que las dosvariedades del fruto de C. papaya sonuna fuente potencial de carotenoidesnaturales. Estos pueden ser una alter-nativa a los colorantes sintéticos encosmética e industria farmacéutica,así como aditivos alimenticios, puesaportan la actividad provitaminas Aen la dieta humana actuando comofitonutrientes y fitoalimentos.


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