Optimización del proceso de elaboración y aplicación de la homogenización a ultra alta presión como tecnología de conservación de licuado de chufa

Abstract

El objetivo principal de este trabajo de tesis ha sido la elaboración de un licuado de chufa de calidad y vida útil mejorada, mediante la optimización del proceso de elaboración del producto y su estabilización con la tecnología de homogenización a ultra alta presión, como tecnología alternativa al tratamiento de homogenización-pasteurización convencional. El primer estudio se centró en la caracterización físico-química (peso, forma, color, composición general, factores antinutricionales y caracterización de las fracciones proteicas) de cuatro tipos de chufa de diferentes orígenes geográficos (Valencia, Burkina Faso y Níger), las cuales se utilizan en la industria alimentaria para la elaboración de licuados. Las partidas de chufa presentaron cierta variabilidad en sus características físico-químicas, siendo las características relacionadas con sus fracciones proteicas más homogéneas entre ellas. Entre las chufas analizadas, las procedentes de la región de Valencia fueron las que presentaron las mejores características. El segundo estudio se basó en la optimización de un proceso estándar de fabricación de licuado de chufa. Se ajustaron las condiciones de las etapas de hidratación (tiempo y temperatura de hidratación del tubérculo) y molturación-extracción (adición gradual de agua (1:3 - 1:7), temperatura del agua de extracción (20 ≤ Tª ≤ 60ºC), maceración del producto molturado a diferentes temperaturas (5 min, a 20 ≤ Tª ≤ 60ºC) y reajuste de pH (pH = 6 o 9)). La composición final de los productos dependió del estado de hidratación de las chufas y de la proporción chufa:agua que se utilizó. La extracción de proteína del tubérculo mejoró a partir de chufas hidratadas con un contenido en humedad ≥ 20%. El tercer estudio se basó en la mejora de la calidad nutricional de un licuado de chufa mediante la adición de mijo. Previamente se realizó una caracterización de la semilla de mijo (físico-química, de composición y reducción de los factores antinutricionales mediante su germinación) y posteriormente se estandarizó el proceso de obtención del licuado en la Planta Piloto de la UAB (elaboración del producto y tratamiento de higienización). En el último estudio se evaluó el efecto de la tecnología emergente de homogenización a ultra alta presión (UHPH) (200 y 300 MPa, a temperatura de entrada del producto de 40 ºC) sobre las características físico-químicas, microbiológicas y organolépticas del licuado horchata de chufa, en comparación con la aplicación de la tecnología de homogenización-pasteurización térmica (18+4 MPa, 80 ºC durante 15 s). Se evaluó también el efecto de los tratamientos de UHPH en el licuado en comparación con la adición de aditivos estabilizantes (E-339ii + E-331iii, E-472c + E-473) en la horchata homogenizada-pasteurizada convencional. Los licuados procesados se almacenaron en refrigeración (4ºC) para determinar la evolución de sus características en el tiempo. Todos los tratamientos de higienización mejoraron la vida útil microbiológica de la horchata de chufa cruda (≤ 3 días), en ~ 25 días (homogenizadas-pasteurizadas) y ~ 30 y ~ 58 días (homogenizados a 200 y 300 MPa, respectivamente). Con la tecnología de UHPH se obtuvieron licuados de calidad similar o mejorada (estabilidad coloidal, parámetros físico-químicos y sensoriales) respecto los procesados térmicamente. Por ello, esta tecnología se presentó como una buena alternativa al tratamiento de homogenización-pasteurización convencional de la horchata de chufa, para la obtención de un producto de mejor calidad y sin aditivos estabilizantes.

This doctoral dissertation focuses on the production of a quality tiger nut beverage with extended shelf-life, through the optimization of beverage production and its stabilization with ultra-high pressure homogenization technology, as an alternative technology to the conventional homogenization-pasteurization treatment. The first study focused on the physico-chemical characterization (weight, shape, color, general composition, anti-nutritional factors and protein fraction characterization) of four types of tiger nuts from different geographical origins (Valencia, Burkina Faso and Niger), which are used in the food industry for the beverage production. Physic-chemical characteristics of tiger nuts varied. Nevertheless, their protein fractions characteristics were similar among them. From the different tiger nuts analyzed, Valencia tubers presented the best characteristics. The second study consisted in the optimization of a standard process for obtaining tiger nut beverage. Process conditions in soaking (time and temperature) and grinding-extraction (gradual addition of water (1:3 - 1:7), water temperature (20 ≤ Tª ≤ 60 ºC), product maceration (5 min, at 20 ≤ Tª ≤ 60 ºC) and pH adjustment (pH = 6 or 9)) steps were adjusted. Final composition of beverages depended on the water absorbed by tiger nuts and also on the proportion grain:water. Tuber protein extraction increased in tiger nuts with a moisture content ≥ 20%. The third study focused on the improvement of the nutritional quality of a tiger nut beverage through the addition of millet. As a first step, the millet seed was characterized (physico-chemical properties, composition and reduction of anti-nutritional factors in seed sprouting). After which, the beverage production was standardized in the Pilot Plant of UAB (process steps and sanitation treatment). In the last study, the effect of ultra-high pressure homogenization (UHPH) was evaluated (200 and 300 MPa, inlet temperature of 40 ºC) on physico-chemical, microbiological and sensory characteristics of horchata de chufa beverage, in comparison to the conventional homogenization-pasteurization technology (18+4 MPa, 80 ºC during 15 s). Additionally, the effect of UHPH treatments was also examined in comparison to the addition of stabilizing additives (E-339ii + E-331iii, E-472c + E-473) in the conventional homogenized-pasteurized tiger nut beverage. Beverages were stored at refrigeration (4ºC) in order to determine the evolution of their characteristics over time. All treatments improved the microbiological shelf-life of raw tiger nut beverage (≤ 3 days), in ~ 25 days (homogenized-pasteurized) and ~ 30 and ~ 58 days (homogenized at 200 and 300 MPa, respectively). UHPH beverages showed similar or improved quality (colloidal stability, physico-chemical parameters and sensorial quality) to thermal pasteurized beverages. Results indicated that UHPH technology was an appropriate alternative to the conventional homogenization-pasteurization treatment of tiger nut beverages for obtaining a beverage with an improved quality without stabilizing additives