Desarrollo de una bebida carbonatada a base de permeado de ultrafiltración de lactosuero dulce enriquecida con uchuva (Physalis peruviana L.)

Abstract

Con la creciente demanda de alimentos a nivel mundial, así como la búsqueda de fuentes de proteína de alto valor nutricional de bajo costo, el procesamiento y aprovechamiento del lactosuero (dulce o ácido), se ha convertido en una interesante alternativa en la industria alimentaria. Éste es un líquido verdeamarilloso, el cual representa entre el 80%-90% del volumen de la leche procesada, durante la producción de queso, además, conserva alrededor de un 50% de los nutrientes de la leche. Actualmente, cada año, se nota una mayor producción de lactosuero, la cual está ligada al volumen de leche que es destinado en la producción quesera. El lactosuero presenta una amenaza medioambiental debido a que, por su alto contenido de lactosa, se generan altas demandas biológicas de oxígeno (DBO) y químicas de oxígeno (DQO), cuando es vertido en aguas; así mismo, representa una oportunidad económica, por sus contenidos de proteína de alto valor biológico, carbohidratos y minerales. Dentro de los usos dados a este coproducto, se encuentra la producción de concentrados protéicos (WPC), por sistemas de separación por membranas, particularmente, por ultrafiltración, proceso que deja como remanente, un permeado rico en lactosa, sales, minerales y agua. En Colombia y a nivel mundial, los refrescos de frutas son bebidas altamente populares, que consisten, principalmente, en agua, azúcar, saborizantes y estabilizantes. Sin embargo, el desarrollo de bebidas gasificadas con CO2 o carbonatadas han ganado un significativo espacio, debido a su naturaleza efervescente, que induce unas características sensoriales únicas. No obstante, por sus altos contenidos de azúcar han sido asociadas a diversas problemáticas de salud pública, tales como sobrepeso y diabetes. Así, la nueva tendencia es el desarrollo de bebidas carbonatadas, con características nutricionales sobresalientes, sumado al uso de tecnologías limpias, incorporando materias primas no tradicionales, tales como coproductos. Así, el uso del permeado de VI lactosuero proveniente de la ultrafiltración, se convierte en un producto que, debido a sus características nutricionales (carbohidratos, minerales y agua), tiene el potencial para ser usado como base alimentaria para el desarrollo de bebidas gasificadas. Dada la tendencia de buscar productos funcionales o con algunos componentes benéficos para la salud, se están realizando, cada vez, más investigaciones para emplear frutas frescas o procesadas, que aporten estos beneficios, siendo una de ellas, la uchuva (Physalis peruviana L.), la cual es rica en compuestos antioxidantes y metabolitos secundarios, entre otros compuestos de interés. Dada la necesidad de desarrollar nuevos productos, que permitan el aprovechamiento del permeado de lactosuero, así, como la diversificación de la oferta en el mercado, de las bebidas carbonatadas saludables, se desarrolló un estudio, con el fin de obtener una bebida carbonatada, a partir de este coproducto, adicionando jugo de uchuva. El estudio fue desarrollado en las instalaciones de la Universidad Nacional de Colombia- Sede Medellín, en donde se estableció una formulación final de la bebida a través de una prueba sensorial de ordenamiento, posteriormente se realizó un estudio de estabilidad bajo refrigeración para la bebida carbonatada enriquecida con jugo de uchuva (Physalis peruviana L.). El permeado de lactosuero dulce fue obtenido a través de un proceso de separación por membranas, por ultrafiltración, usando un sistema de marca PERINOX (modelo E0FT) e hidrolizado de forma enzimática, hasta alcanzar un grado de hidrólisis entre el 80%-85%. Para la elección de la bebida, se establecieron cuatro formulaciones con 5% (F1), 6% (F2), 7% (F3) y 8% (F4) de jugo de uchuva, tomando como base una concentración final de 7 °Bx, ajustando este valor, con la respectiva adición de sacarosa. La carbonatación se realizó con CO2 de grado alimenticio, a una presión de 3,3 bar, donde todas las bebidas fueron servidas en envases ámbar de 330 mL, a una presión de 0,8 bar y almacenadas bajo refrigeración a 4°C. Se realizó una prueba de ordenamiento, de acuerdo con un criterio específico (ranking), buscando evaluar diferencias entre las bebidas, con base en la intensidad de un solo atributo, el sabor. La prueba VI sensorial se realizó con siete (7) jueces entrenados, y se utilizó la prueba de Friedman (análisis de varianza por rangos), para la comparación de productos. Los resultados de acuerdo con la suma de rangos, muestran que la bebida con 6% de fruta (F2), obtuvo el mayor valor, es decir, la de mejores atributos de sabor, a nivel general y un buen sabor a uchuva, comparada con las otras tres formulaciones. A esta formulación, se le realizó un perfil sensorial, por aproximación multidimensional, con el objetivo de describir y cuantificar la intensidad de los atributos sensoriales de olor y sabor; ésta, se realizó con seis (6) jueces entrenados. La calidad general de esta bebida fue de 9,6, en una escala máxima de 10, considerándose como excelente aceptación del producto, mostrando, así, que sus condiciones son adecuadas. La estabilidad de la bebida seleccionada (F2) fue evaluada en un período de 30 días. Se realizó un seguimiento a las variables pH, acidez titulable, sólidos totales (°Brix), color, recuento microbiológico (Escherichia coli/g, mohos y levaduras/g) y solubilidad de CO2; además de una cuantificación de carotenoides totales, polifenoles totales y actividad antioxidante, en los días 0, 8, 15, 23 y 30 de almacenamiento del producto. Los resultados muestran una disminución del pH de 3,2 a 3,15 y un aumento en la acidez titulable (expresada como porcentaje equivalente de ácido cítrico) de 0,358 a 0,362, durante el almacenamiento bajo refrigeración. Los sólidos totales, medidos como grados Brix, muestran una ligera tendencia al aumento, variando de 7,007 °Bx a 7,013 °Bx, pero sin ser un cambio estadísticamente significativo (p>0,05). Este comportamiento depende, en gran medida, de la degradación de polisacáridos en oligosacáridos y monosacáridos, como sacarosa y fructosa, respectivamente. Se observaron cambios estadísticamente significativos (p0,05) y VI estando dentro de los parámetros establecidos por la NTC 2740-2020. Las condiciones microbiológicas de la bebida se mantuvieron estables y de acuerdo con lo establecido en la normatividad colombiana. En cuanto a los carotenoides totales y compuestos fenólicos, se observó una disminución en el tiempo, de 3,36 a 3,34 mg/100 g y de 8,414 a 8,316 AGE / 100 g, lo que se presenta, posiblemente, por las reacciones oxidativas y cambios en los pigmentos, debido a la destrucción enzimática, durante el período de almacenamiento. En cuanto a la actividad antioxidante evaluada por los métodos ABTS y DPPH, presentó cambios de 5,36 a 5,32 y 3,87 a 3,83 mg Trolox/ 100 g, respectivamente; este cambio está directamente relacionado con las reacciones oxidativas dadas en carotenos y polifenoles, productos de los cuales depende la actividad antioxidante. (Texto tomado de la fuente)

With the growing demand for food worldwide, as well as the search for low-cost sources of protein with high nutritional value, the processing and use of whey (sweet or acid) has become an interesting alternative in the food industry. This is a green-yellow liquid, which represents between 80%-90% of milk volume processed during cheese production, and it also conserves around 50% of the milk's nutrients. Its production has been increasing for the las few years, which is linked to the volume of milk that is destined for cheese production. Whey presents an environmental threat due to its high lactose content, a high biological oxygen demand (BOD) and chemical oxygen demand (COD) are generated, when it is discharged into water, it represents an economic opportunity due to its protein content of high biological value, carbohydrates and minerals. One of the uses given to this product is the production of protein concentrates (WPC) by membrane separation systems, particularly by ultrafiltration, a process by which a permeate rich in lactose, salts, minerals, and water is left over. Fruit soft drinks are beverages that consist mainly of water, sugar, flavorings, and stabilizers, they are highly popular both in Colombia and worldwide. However, the development of carbonated beverages has gained significant popularity due to their effervescent nature that induces unique sensory characteristics. However, due to their high sugar content, they have been associated with various public health problems such as overweight and diabetes. Thus, a new trend is the development of carbonated beverages with outstanding nutritional characteristics, together with use of clean technologies incorporating non-traditional raw materials XII such as co-products. Therefore, the use of whey permeate from ultrafiltration processing becomes a product due to its nutritional characteristics (carbohydrates, minerals and water), that has the potential to be used as a food base for the development of carbonated beverages. Given the trend of make functional products with some beneficial components for health, a great quantity of research is being conducted to use fresh or processed fruits that provide these benefits, one of these is the possibility of using cape gooseberry (Physalis peruviana L.) which it is rich in antioxidant compounds. Given the need to develop new products that allow the use of whey permeate, as well as the diversification of the offer in the market of healthy carbonated beverages, a study was developed in order to obtain a carbonated beverage using the whey as base with the addition of cape gooseberry fruit. The study was developed at the facilities of the Universidad Nacional de Colombia- Medellín, where a final formulation of the drink was established through a sensory ordering test, later a stability study was carried out under refrigeration for the carbonated drink enriched with cape gooseberry juice. The sweet whey permeate was obtained through an ultrafiltration membrane separation process using a system of the brand PERINOX (model E0FT), and by hydrolyzing enzymatically until reaching a degree of hydrolysis between 80-85%. For the choice of the drink, four formulations were established with 5% (F1), 6% (F2), 7% (F3) and 8% (F4) of cape gooseberry juice, based on a final concentration of 7 °Bx, adjusting this value with the respective addition of sucrose. Carbonation was carried out with food grade CO2 at a pressure of 3.3 bar, where all the drinks were served in 330 mL amber packages at a pressure of 0.8 bar and stored under refrigeration at 4 °C. A ranking test was conducted according to a specific criterion (ranking) seeking to evaluate differences between the drinks, based on the intensity of a single attribute, flavor. The sensory test was carried out with seven (7) trained judges, and the Friedman test (analysis of variance by ranges) was used for the comparison of products. The results according to the sum of ranges, show that beverage with 6% fruit (F2), obtained the highest value, that is, the one XII with the best flavor attributes at a general level and a good gooseberry flavor compared to the other three formulations. A sensory profile by multidimensional approach was performed on this formulation, to describe and quantify the intensity of the sensory attributes of smell and taste, it was carried out with six (6) trained judges. The overall quality of this drink was 9.6 on a maximum scale of 10, considered as excellent acceptance of the product, therefore showing that its conditions are adequate. The stability of the product for selected beverage (F2) was evaluated in a period of 30 days. The variables monitored were pH, titratable acidity, total soluble solids (°Brix), color, microbiological count (Escherichia coli/g, molds and yeasts/g) and CO2 solubility. In addition, a quantification of total carotenoids, total polyphenols and antioxidant activity was assessed on days 0, 8, 15, 23 and 30 of product storage under controlled refrigeration. The results show a decrease in pH value from 3.2 to 3.15 and an increase in titratable acidity (% citric acid) from 0.358 to 0.362 during storage under refrigeration. Total soluble solids measured as brix degrees show an increasing trend from 7.007 °Bx to 7.013 °Bx, not being a statistically significant (p>0.05). This behavior is highly dependent on the degradation of polysaccharides into oligosaccharides and monosaccharides such as sucrose and fructose respectively. Significant statistical changes were observed (P0.05) and being within the parameters established by NTC 2740- 2020. The microbiological conditions of the beverage remained stable and in accordance with the Colombian regulations. Regarding to carotenes and phenolic compounds, a decrease in time was observed from 3.36 to 3.34 mg/100 g and from 8.414 to 8.316 AGE/100 g respectively, this possibly due to oxidative reactions and changes in pigments due to enzymatic destruction during the storage XII period. Antioxidant activity ABTS and DPPH showed changes from 5.36 to 5.32 and 3.87 to 3.83 mg Trolox / 100g respectively, where this change is directly related to the oxidative reactions given in carotenes and polyphenols, since these products depends on the antioxidant activity.