Recibido: 11 diciembre 2022
Aceptado: 17 abril 2023
Disponible: 11 mayo 2023
Como parte de los estilos de vida actuales se genera una sensibilización acerca de la importancia de una alimentación saludable, en consecuencia, se da una promoción por el consumo de alimentos funcionales para no solo dar respuesta a una nutrición segura y completa, sino también que aporte a la prevención o tratamiento de procesos oxidativos, inflamatorios o infecciosos, los cuales son responsables de enfermedades que afectan una gran parte de la población. La impregnación al vacío (IV) es una herramienta que permite conservar en gran medida los ingredientes naturales de los alimentos, desarrollando así, de forma segura y efectiva, alimentos mínimamente procesados. Por esta razón el objetivo de este artículo consistió en realizar una revisión sistemática de los parámetros necesarios a controlar en la IV, para alcanzar un producto óptimo de acuerdo con las características requeridas del producto final de manera que sirva como guía para una futura implementación de la técnica o desarrollo de aplicaciones. La ruta metodológica propuesta consistió en la evaluación de una ecuación de búsqueda en la base referencial de Scopus, seguida de una descarga en bases de datos, como Science Direct, MDPI, Springer Link, Wiley y Taylor & Francis Online, para luego ser filtrado con Rayyan y acotado en Vosviewer. A partir del análisis de los principales parámetros de operación en la IV se encontró que el parámetro que más influye es la presión aplicada, seguido del tiempo transcurrido a esa presión, debido a que se pueden generar daños estructurales de la matriz vegetal y la salida innecesaria de fluidos nativos importantes, por lo que ocasiona cambios en la textura final y un porcentaje bajo de componentes bioactivos. La solución de impregnación debe ser de una concentración con aw similar al de la matriz, para evitar pérdida de la firmeza. De acuerdo con lo encontrado la morfología que predomina son las rodajas debido al área superficial expuesta y una mayor retención de los compuestos impregnados, segmentando la tipología de frutos estudiados, en los frutos rojos se encontró la particularidad de que se utiliza el tamaño estándar del fruto, posiblemente porque su corteza no es tan gruesa y permite que el proceso de IV se lleve a cabo normalmente. Los componentes impregnados son vitaminas, minerales, compuestos fenólico y flavonoides. La técnica de secado que mejor conserva propiedades físicas y químicas de la matriz es la liofilización.
Palabras clave: Alimentos funcionales, impregnación al vacío, matriz vegetal, mecanismo hidrodinámico.
Nowadays, lifestyles are constantly raising awareness about the importance of healthy eating, among which is the promotion of the consumption of functional foods not only to provide a safe and complete nutrition, but also to contribute to the prevention or treatment of oxidative, inflammatory, or infectious processes, among others responsible for diseases that affect a large part of the population. One of the main challenges in the safe and effective production of functional foods is matrix engineering, which presents tools to obtain minimally processed foods by means of vacuum impregnation (IV), preserving to a great extent the ingredients with properties. For this reason, the objective of this article was to perform a systematic review of the necessary parameters to control the IV, to achieve an optimal product according to the required characteristics of the final product in order to serve as a guide for a future implementation of the technique or development of applications. The proposed methodological route consisted of the evaluation of a search equation in the Scopus reference base, followed by a download in databases such as Science Direct, MDPI, Springer Link, Wiley and Taylor & Francis Online, to be filtered with Rayyan and narrowed Vosviewer. From the analysis of the main operating parameters in the IV, it was found that the most influential parameter is the pressure applied, followed by the time elapsed at that pressure, because it can generate structural damage to the plant matrix and the unnecessary outflow of important native fluids, causing changes in the final texture and a low percentage of bioactive components. The impregnation solution should have a concentration with a similar aw to that of the matrix, in order to avoid loss of firmness. According to the findings, the predominant morphology is slices due to the exposed surface area and greater retention of the impregnated compounds, segmenting the typology of the studied fruits. In the red fruits, the peculiarity was found that the standard size of the fruit is used, possibly because its skin is not as thick and allows the IV process to be carried out normally. The impregnated components are vitamins, minerals, phenolic compounds, and flavonoids. The drying technique that best preserves the physical and chemical properties of the matrix is lyophilization.
Keywords: Functional foods, vacuum impregnation, vegetable matrix, hydrodynamic mechanism.
El concepto de alimentos funcionales fue inventado en Japón en 1984, por científicos que estudiaban la relación entre nutrición, satisfacción sensorial y “fortificación”, como elementos para favorecer aspectos específicos para la salud [
Las frutas y hortalizas tienen un tiempo de vida muy reducido en condiciones comunes por algunos compuestos que se degradan fácil, la cantidad de humedad presente en ellas hace que sea difícil conservar algunas propiedades bioquímicas y sensoriales a través del tiempo para consumo y almacenaje, por esto la impregnación al vacío nos permite la conservación de los alimentos por un mayor tiempo después de su cosecha y a su vez integrar componentes activos mediante un mecanismo hidrodinámico [
Se puede adquirir una serie de ventajas a la hora de utilizar esta técnica, como realizar un proceso más rápido en comparación a otras técnicas, la solución utilizada contiene además diferentes compuestos para realizar un intercambio de masa, confiriendo ciertas propiedades nutricionales, sin modificar de forma extrema su morfología y actividad sensorial, además hace parte de una serie de tratamientos para lograr alimentos mínimamente procesados, seguido del establecimiento de un método de secado y de almacenaje. Es por lo que el objetivo de este artículo consistió en realizar una revisión sistemática de los parámetros necesarios a controlar en la IV, para alcanzar un producto óptimo de acuerdo con las características requeridas del producto final de manera que sirva como guía para una futura implementación de la técnica o desarrollo de aplicaciones.
Para cumplir con el objetivo de esta revisión sistemática, se planteó la siguiente ecuación de búsqueda "vacuum impregnation" AND (extract OR "bioactive compound" OR antioxidant OR vitamins OR minerals) AND (fruits OR vegetable), la cual fue perfeccionada en la base referencial de Scopus, dando como resultado una primera compilación, de la que se seleccionaron los artículos originales delimitados para el período de publicación entre 2012 y 2023. Una vez perfeccionada la ecuación, los artículos fueron descargados de 30 revistas científicas asociadas a las bases de datos: Science Direct, MDPI, Springer Link, Wylie y Taylor & Francis Online. La gestión de la información se realizó mediante la aplicación web colaborativa y libre Rayyan (rayyan.qcri.org) [
Para la orientación de los principales subtemas a discutir se concretó de acuerdo con los resultados obtenidos de análisis vía clúster extraída del software VOSviewer 1.6.15 (Leiden University, Leiden, Netherlands) [
La evaluación de la ecuación de búsqueda permitió obtener de la base referencial de Scopus 106 artículos, a partir del cual se pudo extraer del análisis bibliométrico provisto en esta base referencial el análisis del direccionamiento que se le ha dado al empleo de la impregnación al vacío de matrices compuestos bioactivos con propiedades antioxidantes sobre matrices como frutas y vegetales, muestra como desde 2001 se identificó el primer reporte de publicaciones en revistas indexadas, siendo un tema que aún se encuentra en auge por su tendencia al crecimiento hasta la fecha, donde el máximo número de publicaciones se reporta en 2021, con un aporte principal por investigaciones realizadas en Colombia, Italia y España, principalmente, en las áreas de agricultura (35,2 %), ingeniería (13,4 %) y química (12,0 %) [
La co-evaluación realizada en Rayyan permitió llevar a una base de datos comprendida por 44 artículos, como resultado de la exclusión inicial de 20 publicaciones que no pertenecían a la ventana de observación de los últimos 10 años, seguido por cinco (5) artículos repetidos y 37 correspondiente a estudios enfocados en evaluar propiedades efectivas de microorganismos con propiedades diferentes a la capacidad antioxidante o estudios concentrados en evaluaciones in vivo que no profundizaron en los parámetros operativos o resultados de eficiencia de la impregnación al vacío, impidiendo realizar la identificación de aspectos técnicos que faciliten la planeación futura de este tipo de estudios o el análisis comparativos, del cual era objeto de estudio este trabajo.
La Tabla 1 reúne las características que distinguen las rutas metodológicas propuestas en las investigaciones del alcance de este trabajo, que va desde la matriz empleada, el principio activo impregnado, los parámetros operativos que se han identificado como más influyentes en la eficiencia de la IV.
Ref. | Matriz de soporte para impregnación | Solución y principio activo de impregnación | Parámetros operativos de impregnación al vacío | Secado | Rendimiento de impregnación | ||||||
Clase | Forma | Solución isotónica | Componente activo impregnado | Proporción matriz/sln. (p/p) | Presión de vacío (kPa) | Tiempo de presión de vacío (min) | Tiempo de recuperación (min) | Técnica | Condiciones | ||
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Manzana | Cubo | M0: solución de miel de 30°Brix | Ácido ascórbico (AA) Contenido total de polifenoles (TPC) | 1:10 | 6,77* | 14 | 7,5 | N.R | N.R | SG = 2,6 %; TPC = 16,8 % |
M0.5: HS + 0,5 % CA + 0,5 % AA | SG = 2,5 %; TPC = 13,7 % | ||||||||||
M1: HS + 1 % CA + 1 % AA | SG = 3,3 %; TPC = 27,3 % | ||||||||||
[ |
Frambuesas rojas | Tamaño estándar del fruto | Pectina de bajo metoxilo (LMP) + cloruro de calcio + agua desionizada | Calcio | N.R | 50,8 | 7 | 5 | Aire Caliente | TBS: 60 °C y 65 °C Velocidad del aire: 1,5 m/s | TSS fresco = 9,06 Brix; TSS IV = 30,12 Brix |
[ |
Lulo | Rodajas | Sacarosa (aw=0,994) | Contenido de flavonoides y compuestos fenólicos | N.R | 5 | 10 | 10 | N.R. | N.R | X= 1-5 % etapa de vacío; X= 8,6-16 % proceso final total |
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Manzana | Cubos | Jugo concentrado de uva a 40, 50 y 60 Brix | Sólidos solubles totales, compuestos fenólicos | 1: 10 | 13,33* | 10 | 5 | NR | NR | TPC (500 mmHg) = 697,62 mgGAE/ 100 g d,b SST (500 mmHg) = 16,6 Brix; AA = 905,18 mg TE/ 100 gd,b |
66,66* | 30 | ||||||||||
[ |
Calabaza | Cilindros | Gluconato Ferroso + Bio Ferroso AAs + ácido ascórbico | Hierro | 1:10 | 80* | 25 | 25 | Cocción | 30 min a 80 °C y 600 mbar | Hierro= 17 y 20 mg de Fe 2+/100 g VCPD |
Gluconato Ferroso + Bio Ferroso AAs | |||||||||||
β-ciclodextrina + gluconato Ferroso | |||||||||||
β-ciclodextrina + gluconato Ferroso + ácido ascórbico | |||||||||||
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Mango | Rodajas | Sacarosa 50% | Carotenoides, compuestos fenólicos, ácido ascórbico (AA) | 1:20 | 20-30 | 15 | 15 | Secador de lecho fijo | Velocidad de aire constante de 2,0 m/s, a 60 ◦C, | Carotenoides = 4,79 µg/gbs; TPC= 1,55 mg GAE/g bs; Ácido ascórbico= 5,49 mg/100 gbs |
[ |
Arándanos | Mitades y enteras | Ácido ascórbico (2 %), ácido cítrico (0,5 %) y sacarosa 8 % | Cantidad de Compuestos fenólicos y de antocianinas | 1: 5 | 5* | 5 | 5 | NR | NR | AA= 665 mg/100 g; TPC= 8,5 mg/gbs |
30 | 30 | ||||||||||
30* | 5 | 5 | AA= 509 mg/100 g; TPC= 9,0 mg/gbs | ||||||||
30 | 30 | ||||||||||
[ |
Manzanas | Discos | Jugo de arándanos (control) | Antocianinas | N.R | 20* | 10 | 10 | Secado al aire | A 50 ◦C durante 8 h, La velocidad del aire era de 2 m/s (con renovación del 50%) | D50 Antocianinas = 9,7 %; D100 Antocianinas = 27 % |
D50 = jugo de arándanos + trehalosa (50 g/kg) | |||||||||||
D100 = jugo de arándanos + trehalosa (100 g/kg) | |||||||||||
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Papas escaldadas | Rodajas | Emulsión (vitamina E, vitamina C, lactato de calcio, tensoactiva tween 80 y span 60) + NaCl | Vitamina E y Vitamina C | N.R | 77,3 | 3 | 4 | Microondas al vacío | Potencia de salida del secador 0,6 kW Temperatura constante (60 ± 2 °C) x 15 min | Vitamina E= 36,97 mg VitE/100 g (ds); Vitamina C= 289,10 mg VitC/100 g (ds) ; Ca= Ca/100 g (ds) |
[ |
Calabacín (120 g) | Rodajas | NaCl 3 % | Quercetina, clorofila y carotenoides | N.R | 6 | 2 | 20 | Liofilización (L), Vacío (V) Convectivo (C) | Vacío (V): 45 °C, convectivo (C): 50, 60 y 70 °C | Quercetina= (L (O) = 41,84 μg/g d,m ; C (70O)= 50,94 μg/g d,m; V (O)= 11,80 μg/g d,m); Clorofila= C (K60) 85,96 μg/g b,s; Carotenoides = reducción en comparación al fruto fresco |
[ |
Manzana | Cilindros | NR | Color Perfil bromatológico | 1: 3 | 15-65* | 1 a 7 | 3 a 13 | N.R | N.R | Calcio 150mbar= 630 mg/kgb,s; Magnesio150mbar= 350 mg/kgb,s |
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Zanahoria | Rodaja | Agua escaldada | Polifenoles, Carotenoides | 1:15 | 5* | 10 | 10 | N.R | N.R | Carotenoides= 1,07 mg/gbs; TPC= 8,81 mg GAE/gbs |
Carotenoides =0,95 mg/gbs; TPC= 9,46 mg GAE gbs | |||||||||||
Trealosa + Extracto de té verde 0,25 % | Carotenoides = 1,10 mg/gbs;TPC= 22,6 mg GAE/gbs | ||||||||||
Trealosa 10 % + Extracto de té verde 0,25 % | Carotenoides= 0,99 mg/gbs; TPC= 14,9 mg GAE/gbs | ||||||||||
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Camote | Rodaja | NaCl 2 % | Polifenoles, Carotenoides, Clorofilas | N.R | 6 | 6 | 20 | Liofilización (FD) | 24 h presión de 5 Pa, -50 °C | TP(FD-0) =1,39 mg/g; Carotenoides (L-OK)= 174,29 mg/g; Clorofilas (L-K)= 121,76 mg/g |
Jugo de Cebolla + NaCl 2 % (0) | |||||||||||
Jugo de Col + NaCl 2 % (K) | Secado al vacío (VD) | 10 kPa, 24 h, 50 °C | |||||||||
Jugo de Col-Cebolla + NaCl 2 % (OK) | |||||||||||
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Camote | Rodaja | Vitisol 3,5% | Polifenoles | N.R | -80* | 10 | 10 | Cocción | Vapor, Cook vide, Sous vide | TP Rodaja 25 min= 199,60 mg GAE/100 g |
15 | 15 | ||||||||||
Bastón | 20 | 20 | TP Baston 25 min= 114,10 mg GAE/100 | ||||||||
25 | 25 | ||||||||||
30 | 30 | ||||||||||
[ |
Manzana | Cubo | Zumo de limón con agua desionizada 0,5% p/v y Sln, de agua desionizada control | Polifenoloxidasa PPO (11 U g-1 dm) polifenoles totales, ácido cítrico, ácido oxálico, ácido tartárico, ácido ascórbico, ácido málico y ácido succínico | 1: 4 | 73,8 | 0,1667 | 0,833 | N.R | N.R | PPO= 4,5 mg/g bs; Catequinas promedio= 1,50 mg 100 mg/g bs; Epicatequinas promedio= 19 mg/g bs |
[ |
Chokeberry-Aronia | Tamaño estándar del fruto | sln manzana, pera 12,4 Brix | Antocianinas, Polifenoles | N.R | 4 | 2 | 10 | Microondas al vacío | La presión de 4 a 8 kPa, 6 rotaciones por minuto, microondas de 240 W | Acido clorogénico= 91,79-269,37 mg/100 g b,s; ácido neoclorogénico= 74,68-239,25 mg/100 g b,s |
6 | |||||||||||
8 | |||||||||||
[ |
Champiñones | Rodajas | Manitol 0,2 M | Compuestos fenólicos totales, flavonoides totales | 1:5 (p/p) | 79,99* | 10 | 20 | Secador aire caliente | 55, 65 y 75 °C ( v = 1,5 m s−1; <10% HR), | TP= 8,66 y 10,83 mg GAE g - 1 (bs); TF= 3,50 y 4,44 mg CE/ g (bs) |
[ |
Papas fritas | Rodajas | NaCl: 0,8 % | Microestructura, sensoriales y de almacenamiento | 1: 5 | 77,3 | 3 | 4 | Microondas a vacío | Velocidad 6 rpm Potencia de salida 0,6 kW (2,45 GHz), Temperatura 60 ± 2 °C | Retención promedio superior al 90 % de calcio, 53 % de vitamina C y 72 % de vitamina E |
[ |
Manzana | cubo | Jugo de manzana-pera 13,2°Brix | Capacidad antioxidante Contenido de compuestos fenólicos | 1: 4 | 4 | 0,17, 0,33, 0,5, 0,66, 1 y 1,33 | 4 | N.R | N.R | SG= -0,1 a -0,05 % |
Sln ácido cítrico 3% | 6 | ||||||||||
Agua destilada | 8 | ||||||||||
[ |
Papas | Rodaja | N.R | Calcio | 1: 4 | 3,33*, 5,33*, 7,33* | N.R | 10 | Freidora al vacío | Presión 5,37 kpa 120 °C x 40 min, 20 min/ cada hora, la cesta se sumergió en el aceite, 6 min de fritura, centrifugado 405 a 750 rpm | Calcio 400 mmHg, 15 min de recuperación= 800 mg/100 |
15 | |||||||||||
20 | |||||||||||
[ |
Papas | Rodaja | Sln. extracto de té verde 2,5% | Polifenoles totales | N.R | 40 | 5 | 5 | Freidora al vacío | 110, 120 y 140 °C, variando los tiempos de fritura de 20 a 720 s (14 pasos), 1,33 kPa (que corresponde al punto de ebullición del agua de aproximadamente 11 °C) | TPC = 196,11 ± 3,24 mg GAE/100 gb,s |
Sln. extracto de té verde 3,75 % | 60 | 10 | 10 | ||||||||
Sln extracto de té verde 5 % | 80 | 15 | 15 | ||||||||
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Jujubes | N.R | Sln sacarosa (CK) | Pectina | 1:3 | 5 | 10 | 5 | N.R | N.R | VI + Ca +PME = 5,43 g/kg (Pectina soluble en agua), |
Sln sacarosa + CaCl2 (VI +Ca) | |||||||||||
Sln sacarosa + pectina metilesterasa (VI +PME) | |||||||||||
Sln sacarosa + CaCl2 + pectina metilesterasa (VI +Ca +PME) | |||||||||||
[ |
Castañas de agua | Rodaja | 0,4 g/100 g pirofosfato férrico | Hierro | 1:03 | 44 | 10 | 5 | Liofilización, L Al vacío, V Al aire, A | V: 60 °C a 95 kPa por 36 h L: congelación 4 h -60 °C y cámara al vacío de 101 kPa a 20 °C por 36 h, A: 60 °C por 12 h | Hierro= 6,33 mg/100 g para 49 kPa, 15 min de impregnación y tiempo de recuperación de 10 min |
49 | 15 | 10 | |||||||||
54 | 20 | 15 | |||||||||
[ |
Manzana | Rodajas | Lactato de calcio (1%) | Contenido de calcio | 1:20 | 10 - 30* | 10 | 10 | Secado convectivo | T=60 °C, HR = 20 % y velocidad del aire de 1 ms−1, | Calcio 300 mbar = 4847,7 mg Ca/ kg sólidos b,s |
[ |
Fresas | Mitad del fruto | Sln arándano + sacarosa 10% | Flavonoides, antocianinas | 1:04 | 20* | 9 | 4 | Secado al aire | 40 °C* 24 h, velocidad del aire de 2 m/s | TPC sacarosa 30% = 7,0 mgGaq/100 g b,s |
Sln arándano + sacarosa 30% | |||||||||||
Sln arándano + sacarosa 50% | |||||||||||
[ |
Arándanos highbush | Tamaño estándar del fruto | Lactato de calcio + agua destilada | Lactato de calcio | N.R | 39,99* | 5 | 5 | N.R | N.R | TPC= 137 y 224 mg/100 g |
59,99* | 10 | 10 | |||||||||
79,99* | 15 | 15 | |||||||||
[ |
Papas frito-lay | Rodaja | Sln. remolacha | Polifenoles totales | N.R | 40* | 5, 10 y 15 | 5, 10, 15 | Freidora al vacío | despresurizando el recipiente, con sistema de centrifugado durante 40 s a una velocidad máxima de velocidad de 750 rpm (63 g unidades) | TPC promedio = 19–63 mg GAE/100 g bh |
60* | |||||||||||
80* | |||||||||||
[ |
Col Rizada | Lámina | Sln. Cebolla + NaCl 1 % | Clorofila, Carotenoides y polifenoles | N.R | 60* | 3 | 6 | Lecho fluidizado | Temperaturas de 70, 90, 110 y 130 °C, utilizando una velocidad del aire de secado en el rango de 4-10 | Clorofila promedio= 729,89 mg/100 gdm; Carotenoides promedio= 138,21 mg/100 gd,m; Polifenoles promedio=337,85 mgGA/100 g d,m |
NaCl 1% | |||||||||||
[ |
Arroz Sao Hai (SH) y Khaw Dok Mali 105 (KDML 105) | Tamaño estándar del fruto | Arilo 30 % | Betacaroteno, Licopeno y polifenoles totales | 1: 2 | 0 | 60 | 60 | Secado en bandeja | 45 °C durante 12 horas o hasta que el contenido de humedad contenido de humedad fuera <14% | Licopeno promedio= 22,40 µg/g; bcaroteno promedio= 35,50 mg/g; TPC promedio= 0,19 mg GAE/g |
39,99* | |||||||||||
66,6* | |||||||||||
[ |
Manzana | Disco | BCC 0,4 %, Manitol, Lactato de calcio 1,5%, ácido láctico 2,0 % | Lactato de calcio, ácido láctico, polifenoles, flavonoides | 1:20 | 86,66 | 10 | 30 | N.R | N.R | Calcio = 51,13 mg 100 g-1 |
BCC 0,8 %, Manitol, Lactato de calcio 3,0%, ácido láctico 3,0 % | Calcio = 55,26 mg 100 g-1 | ||||||||||
BCC 1,2 %, Manitol, Lactato de calcio 4,5%, ácido láctico 4,0 % | Calcio= 61,32 mg 100 g-1 | ||||||||||
[ |
Manzana | Cilindro | Sacarosa 13,7% | Contenido fenólico total, actividad antioxidante | 1:04 | 20* | 5 | 5 | N.R | N.R | Catequinas = 100-130 mg GAE/100 gbh; TPC = 300 y 302 mg de GAE/100 g; |
Sacarosa 13,7% + GTE 1% | |||||||||||
Sacarosa 13,7% +AA 1% | |||||||||||
Sacarosa 13,7% + AA 1% + GTE 1% | |||||||||||
[ |
Banana, papaya, mango y melocotones | Cubos | Carotenoides; Betacarotenos + luteína (60 y 40%; 50 y 50%; 75 y 25%) | Betacaroteno y luteína | 1: 1 | 66,66* | 3 | 3 | N.R | N.R | Carotenoides = 6 a 8 mg/25 g fruit salad; Luteína= 2 a 3 mg/25 g fruit salad; b-caroteno= 3 a 6 mg/25 g fruit salad |
7 | 7 | ||||||||||
10 | 10 | ||||||||||
[ |
Uchuva | Tamaño estándar del fruto | Emulsión (Ac, fumarato de calcio, vitamina B9, Vitamina C, Vitamina D3 y Vitamina E, proteína de soya, sucralosa, Tween 80 y Span 60) | Vitamina B9, C, D3, E y calcio | N.R | 4,1* | 5 | 5 | Deshidratación aire caliente | 50° y 60° C, velocidad de aire de 2,0 y 3,0 ms-1 | Vitamina B9= 203,7 µg; Vitamina C= 23,7 mg; Vitamina E= 2,3 µg; Vitamina D3= 7,3 mg; Calcio=210,5 mg |
[ |
Uchuva | Tamaño estándar del fruto | Emulsión (Proteína de soja, sucralosa, tensoactivos, calcio, vitamina D3, E, B9) | Vitamina B9, C, D3, E y calcio | N.R | 4,186* | 5 | 5 | Liofilización (FD) | Temperatura condensador: -52 °C, vacío: 0,05 mbar, velocidad de congelación: 0,5 °C/min hasta -26 ºC durante 8 h y la temperatura final de secado entre 25 y 31 °C | Calcio = 16,41 %/ 248 g fruta impregnada; Vitamina B9= 12,13 %/ 248 g fruta impregnada; Vitamina C= 15,08 %/ 248 g fruta impregnada |
[ |
Manzana | Discos | Sln arándano | Antocianinas monoméricas, fenoles totales, | N.R | 5* | 10 | 10 | Secado al aire y liofilización | 30, 40 y 50 °C hasta una actividad de agua de 0,3 en un secador de bandeja, flujo de aire transversal, velocidad del aire 2 m/ s, y una tarifa de renovación de aire del 50%, | Antocianinas totales promedio = 3 mg/100 gb,s |
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Manzana | Rectangular | Sln sacarosa 19% | N.R | N.R | 15* | 0,16 | 0,16 | N.R | N.R | SG= 20,5 % |
Espinaca | Sln sacarosa 13% | SG= 38,1 % | |||||||||
[ |
Manzana | Discos | Sln mandarina pasteurizada | Flavonoides (Narirutina, Hesperidina, Didimina) | N.R | 5* | 10 | 10 | Secador al aire | 24 h utilizando un secador de aire a 40 °C bajo un caudal de 4 m/s | Narirutina promedio= 5,9 μg/g impregnada; Hesperidina promedio= 14,62 μg/g impregnada; Didymin promedio= 2,1 μg/g impregnada |
[ |
Mango Tommy | Cilindros | sacarosa 16ºBrix + Lactato de calcio pentahidratado 6% + NaCl di-hidratado 1% | Calcio | 4: 100 | 18,39* | 5 | 5 | N.R | N.R | 7,6 % de la IDR de Ca+2 /200 g de mango |
[ |
Membrillo | Cubos | sln ácido ascórbico 0,25 % + Stevia 0,75% +inulina | Stevia, inulina | N.R | 10* | 9,5 | 4,5 | Secado al vacío (VD) | Temperatura de 45 °C hasta alcanzar una masa constante, | SG Inulina= 9,7 %; SG Stevia= 0,85 % |
sln ácido ascórbico 0,5% + Stevia 1% + inulina | |||||||||||
sln ácido ascórbico 1% + Stevia 2% + inulina | |||||||||||
[ |
Manzana | Rodajas | Jarabe de arce 0% + 1,6% (p/v) CaCl2 y 0,5% (p/v) NaCl | Compuestos fenólicos | N.R | 20,26 | 10 | 22,30 | Secado al vacío (VD) | 0,131 Pa, primero a baja temperatura (30 C durante 10 h) y (2) después a alta temperatura (40 C durante 10 h) | TPC = 23,52 µmol GAE/100 gb,s |
Jarabe de arce 20% + 1,6% (p/v) CaCl2 y 0,5% (p/v) NaCl | |||||||||||
Jarabe de arce 30% + 1,6% (p/v) CaCl2 y 0,5% (p/v) NaCl | |||||||||||
Jarabe de arce 40% + 1,6% (p/v) CaCl2 y 0,5% (p/v) NaCl | |||||||||||
Jarabe de arce 50% + 1,6% (p/v) CaCl2 y 0,5% (p/v) NaCl | |||||||||||
Jarabe de arce 60% + 1,6% (p/v) CaCl2 y 0,5% (p/v) NaCl | |||||||||||
Jarabe de arce 100% + 1,6% (p/v) CaCl2 y 0,5% (p/v) NaCl | |||||||||||
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Manzana | Cuñas | Miel de México 50 % | Compuestos fenólicos | 1: 3 | 69,99* | 10 | 10 | N.R | N.R | TPC= 0,72 gGAE/100 gb,s |
Miel de Argentina 50 % | |||||||||||
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Apio | Rectángulo | Emulsión (NaCl 1,2% + span 60 + tween 80 + vitamina E + ácido ascórbico) | Vitamina E | N.R | 19,99* | 5 | 5 | N.R | N.R | Fortificación de vitamina E del 112% VDR en 100 g de apio fresco |
[ |
Manzana | Rodaja | Emulsión (Zumo de uva + 1,6% de CaCl + 0,05% de NaCl + 0,1% de Vitamina E + concentrado de proteína 0,05%) | Vitamina E, Calcio | 1: 10 | 20,31* | 10 | 22 | Secado al vacío (V) | A baja temperatura (30 °C x 10 h) A alta temperatura (40 ºC x 10 h), presión de vacío 1 x 10-3 Torr | Calcio = 760 mg de calcio/100 g fruta; Vitamina E= 1,81 mg/g |
[ |
Fresa | Tamaño estándar del fruto | Emulsión (Sacarosa 20°brix + NaCl +Tween 80 + Span 60 + vitamina E+ agua) | Vitamina E | 28,44* | 10 | 5 | N.R | N.R | Vitamina E = 19,12 mg/100 g de fruta |
La selección del alcance de los parámetros de operación que fueron objeto de estudio se basó en los clústeres obtenidos del análisis por VOSviewer. Los resultados fueron agrupados en siete clústeres, los cuales se distinguen por colores y su aporte individual, de acuerdo con la co-ocurrencia e importancia de los temas identificados por (Figura 2).
El Clúster 1 se caracteriza por la agrupación de 25 ítems, con los cuáles se pueden identificar algunos de los parámetros de operación que se repiten en la mayoría de los estudios de optimización de la IV, como es la presión y el tratamiento de secado complementario, así como la matriz receptora (vegetales y frutas) o compuestos a impregnar (hierro, minerales, vitaminas, antioxidantes, probióticos), esto con el fin de evidenciar la influencia en el producto final como las propiedades de porosidad, color, características funcionales, entre otras que permiten llegar a hipótesis sobre el mecanismo de difusión, transferencia de masa, eficiencia de la fortificación, entre otros. El Clúster 2 representa 19 ítems, que a pesar de coincidir con otros en matrices como la manzana en diversas variedades o tubérculos, así como la impregnación de vitaminas como la E y C, se diferencia porque logra resaltar como hay estudios enfocados en etapas in vivo para verificar el efecto de los prototipos desarrollados tipo snack con fortificaciones realizadas por IV, orientadas a mejorar la capacidad antioxidante, donde el secado cobra aún más fuerza con la evaluación de alternativas por secado por liofilización, solar o al vacío.
Clúster 3 con 19 ítems asociados al método de extracción por la técnica ultrasonido de compuestos fenólicos específicamente antocianinas y flavonoides de matrices vegetales con color oscuro que requieren estudios complementarios de conservación en el tiempo. Clúster 4 caracterizado por 19 temas, que se diferencia de los anteriores, resaltando el secado complementario a la IV por liofilización y el control del deterioro de matrices susceptibles al pardeamiento oxidativo, el cual puede ser retardado por esta técnica, empleando la impregnación de antioxidantes, los cuales pueden tener un efecto inhibidor de ciertas enzimas y permite conservar el color y las propiedades funcionales de las frutas y te propuestos como principios activos.
Clúster 5 con 11 ítems que hacen referencia a la impregnación de vitaminas como la E Clúster 6 asociado 10 temáticas que compilan la optimización de la composición de la solución isotónica, principios activos con propiedad antioxidante y la influencia de los tratamientos térmicos posteriores a la impregnación, así como el resultado en propiedades físicas en el producto final como la textura en matrices con alto contenido de azúcar. Clúster 7 con siete agrupaciones que reflejan estudios de fortificación de compuestos como ácido cítrico, quercetina, ambos caracterizados por su capacidad antioxidante al impregnarse en frutas.
A partir de lo anterior, criterios como la matriz, compuesto a impregnar, presión y secado, así como las propiedades finales en los productos obtenidos por IV, fueron considerados para el análisis de los artículos seleccionados en esta revisión sistemática, como se muestra a continuación.
3.1 Solución de impregnación
La solución isotónica cumple la función de ser un vehículo por el cual se movilice el compuesto activo que se requiere impregnar en una matriz alimentaria, mediante un mecanismo de presiones internas y externas que buscan ser igualadas [
La selección de una solución de impregnación va de acuerdo con la finalidad sensorial requerida a elección entre sabor dulce o salado, y si está ayuda a conservar propiedades físicas de la matriz. Se empieza con la preparación de una solución isotónica a diferentes concentraciones sin principio activo para la medición de la actividad acuosa, esta debe ser lo más similar posible a la matriz alimenticia ya que esto nos garantiza la transferencia de masa de la forma más adecuada por medio de la estabilidad en la humedad entre matriz y solución. Al encontrar la concentración pertinente, se debe evaluar de acuerdo con las características del producto final, si es un edulcorante se corre el riesgo de que a mayores concentraciones se tenga un sabor amargo o si es sacarosa el producto puede quedar muy dulce y si son soluciones salinas puede quedar con un sabor no tan agradable al gusto.
En el caso de [
En [
3.2 Matrices
De acuerdo con lo encontrado las matrices que se han usado son frutas y algunas verduras, las más comunes son manzanas, frutos rojos y tubérculos, desde el punto de vista de consumo se puede inferir que son las más usadas por su disponibilidad en el medio y en el mercado, a lo que pueden ser de fácil acceso a las personas del común. La elección de la matriz está ligada a las propiedades nutricionales que estas nos puedan aportar.
En algunos estudios se demuestra que un consumo de frutas y vegetales disminuye el riesgo de cánceres digestivos y de las vías respiratorias [
3.2.1 Manzanas
Una de las principales características por las cuales se eligen las manzanas muy comúnmente para la impregnación al vacío, es la porosidad ya que esta favorece la introducción de compuestos bioactivos de una manera más eficaz. [
De acuerdo con [
3.2.2 Frutos rojos
Los frutos rojos comprenden un amplio conjunto de variedades como las fresas, moras, arándanos, frambuesas, entre otros. Son muy apetecidos por las sociedades actuales debido a sus propiedades antioxidantes ayudando a combatir el envejecimiento celular, con la presencia de antocianinas, que son pigmentos flavonólicos, que presentan una estructura química adecuada para actuar como agente antioxidante, generando efectos antiinflamatorios, cardioprotectores, neuroprotectores, anticarcinogénicos y antibacterianos [
3.2.3 Verduras y tubérculos
Las hortalizas nos ofrecen una diversidad amplia entre colores, tamaños, sabores, olores y aportes nutricionales para una alimentación balanceada, dependiendo de la geografía se consiguen unas en más abundancia que otras, por ejemplo, la papa es uno de los tubérculos más consumidos en el mundo por su versatilidad en la preparación de comidas. En esta revisión se observa algunos trabajos que utilizan papa de diferentes variedades, debido a su porosidad, lo que la hace una matriz adecuada para el proceso de impregnación al vacío. Para [
3.3 Morfología
Determinar la forma de la matriz alimentaria, es relevante y esto influye en el área expuesta para realizar la impregnación ya que va relacionado con la porosidad expuesta, gran parte del volumen interno del fruto es ocupado por gas, por lo que es recomendable realizar impregnaciones con la solución isotónica para diferentes tamaños y observar el comportamiento de estos, la elección va a depender de la forma final que se requiera y de la retención de los componentes bioactivos. Se han encontrado diferentes formas geométricas siempre y cuando la matriz alimentaria lo permite como cubos, rodajas, cilindros, laminas, entre otros. Para distintos frutos [
En algunos frutos tipo baya se puede utilizar el tamaño estándar del fruto, según sea el caso. De acuerdo con [
En [
3.4 Parámetros de operación evaluados
Los parámetros de operación son importantes para lograr una correcta impregnación en la matriz alimentaria y obtener los beneficios que esta técnica pueda ofrecer, van desde la presión utilizada, el tiempo a esa presión y el tiempo de recuperación o a presión atmosférica.
3.4.1 Presión
La determinación de la presión a utilizar va a depender de la porosidad y la morfología utilizada, una matriz muy utilizada en impregnación al vacío es la manzana, los siguientes autores han dado paso a una serie de parámetros para el mismo fruto del cual se puede observar que según [
3.4.2 Tiempo
Como se ha venido mencionando los tiempos tanto a presión de vacío como a presión atmosférica influyen de manera positiva, negativa o en ocasiones no influyen drásticamente en el proceso de impregnación, para determinar tales tiempos se podría realizar un diseño de experimentos central compuesto variando únicamente los tiempos y observar el comportamiento de la fracción volumétrica.
En el caso de [
Estas experimentaciones nos dan a entender que la presión en combinación con el tiempo puede modificar en gran manera la morfología celular de una matriz alimentaria, la implementación de una técnica como impregnación al vacío va correlacionada a la idea de un alimento mínimamente procesado y funcional nutricionalmente hablando, por lo cual la modificación extrema de su estructura no es viable, esto contando con el ideal de que se tiene a disposición los equipos requeridos para tal fin, en muchos casos no se cuenta con la posibilidad de establecer unos parámetros adecuados por lo que se debe impregnar con las condiciones que provea el equipo y así sacar conclusiones de los análisis obtenidos.
3.5 Componentes impregnados
Generalmente se encuentran varios componentes que pueden ser impregnados en una matriz alimentaria, entre ellos podemos encontrar vitaminas, minerales, antioxidantes, entre otros. Se debe tener en cuenta el concepto de componentes funcionales, dependiendo su naturaleza y función estos compuestos pueden ser de gran utilidad para una nutrición adecuada, van desde cereales fortificados con ácido fólico para el desarrollo de los niños en la gestación hasta galletas con vitamina A para mejorar la vista. En los mercados de Colombia actualmente muchos de los alimentos consumidos hacen parte de este grupo, sea con una fortificación, enriquecimiento o una adición de vitaminas.
Los componentes más comunes encontrados en esta revisión de artículos van desde antioxidantes, minerales y vitaminas, pueden ser juntos o individuales según sea el caso. En [
3.6 Secado
El secado comprende una parte importante del producto final, sus características físicas, sensoriales y bioquímicas, con el cuál podemos fortalecer o disminuir el contenido de compuestos bioactivos dentro de la matriz después de aplicar la impregnación al vacío, todo esto dependiendo principalmente de la técnica a utilizar, temperatura y tiempo de secado. Algunos autores refieren que la liofilización es el proceso en el cual se producen menos pérdidas de compuestos bioactivos. De acuerdo con [
En [
3.7 Ecuaciones recomendadas
En la bibliografía consultada se observa que hay ecuaciones que nos revelan datos importantes acerca de la impregnación al vacío. Como aporte significativo de esta revisión sistemática se recomienda una ruta secuencial (Tabla 2) para la evaluación de las variables de operación, así como el tratamiento matemático de los resultados obtenidos para su respectivo análisis.
Para entender cada ecuación se describe a continuación cada parámetro incluido en ellas:
Yt= Deformación del volumen de la muestra.
Vo = Volumen inicial de la muestra.
Vt = Volumen de la muestra en un tiempo t.
X = Fracción volumétrica de muestra ocupada por líquido como resultado de
HDM.
Y = Deformación relativa de la muestra.
r = Compresión real.
Y1= Deformación relativa de la muestra en un tiempo ti.
L0 = Valor medido en la balanza después de tarar y sumergir la muestra de nuevo.
L/t1 =Valor medido en la balanza después de un tiempo t de presión.
Mw = Masa de líquido evaporado durante el experimento (kg).
D = Diámetro del poro.
Lt1 = Valor medido en la balanza a presión atmosférica.
L*t2 = Valor medido a la solución después de retirar la muestra.
εe= Porosidad efectiva.
p1 = Presión atmosférica.
p2= Presión del sistema.
pc= Presión del capilar.
Ws = Peso de la muestra después de impregnación.
Ws0 = Peso inicial de la muestra.
WW0 = Peso de la muestra fresca
Ww = Peso de la muestra impregnada.
En general, como se puede observar en la tabla 2, se recomienda iniciar con las ecuaciones del mecanismo hidrodinámico descritas a profundidad por [
Para conocer el comportamiento de la matriz es imprescindible desarrollar las ecuaciones del mecanismo HDM, las cuales nos indican los cambios sufridos en medio de la presión de vacío y a lo largo de todo el proceso, permitiendo conocer la expansión o contracción de los poros, la fracción volumétrica que se genera y la fracción total del líquido que se pudo impregnar en los poros de una matriz vegetal. De acuerdo con lo presentado anteriormente se concluye que para llevar a cabo un eficiente proceso de impregnación al vacío es necesario controlar las siguientes variables influyentes en el proceso, como la solución de impregnación, matriz vegetal a utilizar, variables externas de operación (presión y tiempo) y la técnica de secado a implementar.
El parámetro que más influye es la presión aplicada ya que si es muy alta genera una intensidad en la transferencia de masa y esto se puede tornar de forma perjudicial en la matriz, por lo que puede ocurrir una salida de ingredientes nativos beneficiosos que por el contrario nos interesa mantener. Seguido del tiempo transcurrido a esa presión, la exposición prolongada a nivel de vacío puede también ser perjudicial, generando un rompimiento de los poros y esto a su vez se manifiesta en la pérdida de la textura inicial de la matriz.
Según lo observado la solución de impregnación sea en un medio dulce (azúcar o edulcorantes) o salado (Cloruro de sodio, ácido ascórbico) debe tener una concentración adecuada para garantizar la transferencia de masa de una forma más eficiente y sin pérdida de la firmeza, se puede comprobar con la medición de la actividad acuosa siendo lo más exacto posible para la matriz y solución de impregnación. Para la morfología utilizada para los frutos se observa que el común en la geometría son las rodajas, los autores no especifican la elección de la forma pero con base en los resultados para una misma matriz con diferentes formas geométricas, se observa que al ser rodaja presenta una mayor área superficial expuesta por lo que en matrices con porosidad baja, esta puede ser una ventaja teniendo en cuenta que para matrices de este tipo se debe tener más control de la presión como se mencionaba anteriormente para no dañar la estructura vegetal, al igual que su idea de uso es como un chip o snack entonces su forma es más agradable para el consumo. Generalmente para la tipología de frutos rojos se encontró la particularidad de que se utiliza el fruto con la forma estándar, esto puede deberse a que su corteza no es tan gruesa y permite que el proceso de IV se lleve a cabo sin que se genere una resistencia a la introducción de los compuestos bioactivos. Los componentes impregnados encontrados en su mayoría son vitaminas del grupo A, B, C, D y E, minerales como calcio y hierro, carotenoides, compuestos fenólicos y flavonoides. Muchos de estos componentes se presentan en conjunto o por separado, la elección depende de la finalidad de la matriz impregnada, cada uno de estos compuestos mejoran o ayudan en aspectos muy específicos de una nutrición adecuada. Para el secado la técnica que mejor conserva su forma y los componentes bioactivos requeridos es la liofilización, su única limitante podría ser el costo.
Se agradece a la Convocatoria interna del ITM para la formación de jóvenes investigadores e innovadores ITM 2022 SNCTI 2021 (Convocatoria 894-2021). y al laboratorio de Ciencia de los Alimentos de la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín.
Los autores declaran que no existe ningún conflicto de interés.
Valentina Ossa sistematización y análisis profundo de los artículos seleccionados, de allí que sea la persona seleccionada para identificarse como el referente de la correspondencia.
Misael Cortés: desarrolló una ruta metodológica para proponer el análisis matemático de los parámetros a evaluar durante el diseño de los métodos y análisis de la información.
Maritza Gil: aportó en la conceptualización del alcance de la revisión sistemática, selección de la ecuación de búsqueda y realizó el análisis con Rayyan y VOSviewer. Además, aportó en la sistematización de los datos y análisis de estos.