Download Desarrollo de ingredientes alimentarios a base de fibra dietética

AGROFIBRA: Desarrollo de ingredientes
alimentarios a base de fibra dietética procedentes
de residuos agroalimentarios.
Convenio AZTI/DAPA
Informe Anual 2007
para:
Dirección de Innovación y Desarrollo Tecnológico,
Viceconsejería de Política e Industria Alimentaria,
Dpto. Agricultura, Pesca y Alimentación, Eusko
Jaurlaritza - Gobierno Vasco
Sukarrieta, a 18 de Enero de 2008
Tipo documento
Informe final
Titulo documento
Informe Anual 2007
Fecha
18/01/2008
Proyecto
AGROFIBRA: DESARROLLO DE INGREDIENTES
ALIMENTARIOS A BASE DE FIBRA DIETÉTICA
PROCEDENTES DE RESIDUOS AGROALIMENTARIOS.
Código
IA2007039 AGROFIBRA
Cliente
Dirección de Innovación y Desarrollo Tecnológico,
Viceconsejería de Política e Industria Alimentaria, Dpto.
Agricultura, Pesca y Alimentación , Eusko Jaurlaritza Gobierno Vasco
Equipo de proyecto:
Irene Gartzia
Isabel Sánchez Alonso
Ziortza Ricondo
Josune Ayo
Responsable
proyecto
Irene Gartzia
Revisado por
Irene Gartzia/Coordinadora Area NA&B
Fecha
Aprobado por
Antonio Duch (Director Tecnológico de la UIA)
Fecha
Informe final 2007
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© AZTI Tecnalia 2007
ÍNDICE
1.
ANTECEDENTES ................................................................................................. 4
2.
OBJETIVOS........................................................................................................... 6
3.
INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 7
4.
MATERIAL Y MÉTODOS..................................................................................... 9
5.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN........................................................................... 11
6.
CONTRIBUCIONES Y ACCIONES DE TRANSFERENCIA ........................... 11
7.
CONCLUSIONES................................................................................................ 13
8.
BIBLIOGRAFÍA................................................................................................... 15
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1. ANTECEDENTES
Tradicionalmente las fibras más utilizadas en tecnología de alimentos proceden de
cereales. Sin embargo, aunque menos estudiadas, las fibras procedentes de vegetales
(verduras y hortalizas) y frutas son consideradas en general de mayor calidad nutricional y
tecnológica. Así recientemente se han realizado estudios de obtención y composición de
orígenes muy diversos: ej.: fruta de pasión (Chau y Huang, 2004), subproductos de pelado de
manzanas, peras, naranjas, melocotón, alcachofa y espárrago (Grigelmo y Martín, 1999), del
proceso de elaboración de zumo del limón (Lario y col., 2004) y de pulpa de manzana, grosella
negra, pera, cereza y zanahoria (Nawiska y Kwasniewska, 2005).
Los resultados de las diferentes fuentes exploradas sobre viscosidad, solubilidad,
propiedades de hidratación, capacidad de interacción con aceite, textura, y otros atributos
son muy diferentes dependiendo del origen de la materia prima; e incluso su aplicación en
alimentos en ocasiones ha producido propiedades sensoriales no satisfactorias, al verse
afectada su textura (Katz, 1999; Yue y Waring, 2004). Es así, que uno de los inconvenientes
de la adición de fibra (en sustitución de otro tipo de ingredientes) es que puede desequilibrar
la fórmula inicial. Por estas razones se ha señalado el interés de explorar nuevas fuentes de
fibras y/o formas de tratamiento de éstas, tal y como se ha venido realizando en la unidad de
investigación alimentaría de AZTI Tecnalia dentro del área de nuevos alimentos.
No sólo los efectos tecnológicos sino los fisiológicos de las fibras son función de sus
características físico-químicas (Jiménez-Escrig y Sánchez-Muniz, 2000; Chau y Huang,
2003). La composición (% fibra soluble, insoluble, presencia o no de otros componentes
asociados a la fibra) de ingredientes tipo fibra determina su comportamiento (Sunzek y col.,
2002), y depende en gran medida del origen vegetal y tratamientos posteriores de las fuentes
de origen.
Además, se ha mostrado una clara tendencia al desarrollo de alimentos formulados
enriquecidos, entre otros, con fibra dietética para contribuir a una dieta más equilibrada y
saludable; máxime si a menudo es difícil llegar a cubrir todas las nutricionales (en lo
respectivo a la fibra dietética el valor medio ingerido a diario resulta ser insuficiente), con la
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dieta actual. La variedad de productos de este tipo en el mercado no es muy amplia, a pesar
de que se considera que las modificaciones de la composición química y/o estructura física de
estos productos generarían ingredientes y/o productos activos novedosos, con propiedades
texturales, de color, apariencia, nutritivas y/o incluso antioxidantes mejoradas.
En años anteriores los objetivos planteados han tratado de evaluar el potencial de
nuevas fuentes de materiales (residuos
procedentes de las conserveras del tomate, del
procesado de la manzana y uvas en la elaboración de sidras y vino, entre otros) para la
obtención de fibras en base a algunas de las especificaciones de producto críticas para su
empleo. Se ha realizado una caracterización química elemental de los subproductos obtenidos
a partir de los residuos y de fibras comerciales y la evaluación de las propiedades
tecnológicas (poder de hinchamiento, capacidad de retención de agua y de aceite, etc.). de
fibra a partir de pieles de tomate. También se ha comenzado a ensayar la utilidad de enzimas
tipo celulasas para mejorar la calidad tecnológica de estos “ingredientes naturales con alto
contenido en fibra” desarrollados a partir de residuos vegetales; y se han propuesto
aplicaciones eficaces de formatos de fibras para el diseño de productos “light” (bajos en
grasa), alimentos enriquecidos, alimentos funcionales, y/o fórmulas con nuevos atributos
sensoriales y/o funcionales. En definitiva se han sentado las bases para ir estableciendo una
línea de investigación de fibras (útil como ingrediente alimentario) en esta Unidad de
Investigación.
Para el 2007, la propuesta de trabajo de AZTI es continuar avanzando en esta línea
de fibras dietéticas, diseñando ingredientes tipo fibra con estructura y propiedades
tecnológicas de alta funcionalidad para su aplicación en alimentos. Se centra por tanto en,
mejorar las propiedades tecnológicas y la estructura de fibra dietética en función de la
naturaleza de cada ingrediente; en validar el ingrediente tras la aplicación en matrices
alimentarias; y busca la diversificación de los productos obtenidos por ejemplo de una misma
fuente.
La continuidad de los trabajos realizados se han apoyado y completado con otras
actividades de proyectos previos tales como: TOM: Development of new food additives
extracted from the solid residue of the tomato processing industry for the application in
functional food. Co-operative Research PROJECT (2002-04).
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2. OBJETIVOS
El objetivo general consiste en diseñar ingredientes tipo fibra dietética de
aplicabilidad en alimentos a partir de residuos alimentarios siguiendo con las tareas
comenzadas en el 2006, principalmente se trabaja con los residuos de las conserveras del
tomate.
Los retos a afrontar en el 2007
persiguen optimizar y validar metodologías de,
preparación de fibra para cada fuente testada, de cuantificación físico-química de la fibra y/o
de sus componentes, de caracterización estructural y de evaluación de propiedades
tecnológicas.
Para ello se definen los procesos de mejora de propiedades tecnológicas para cada
material y se estudia la idoneidad de la fibra como ingrediente en aplicaciones alimentarías,
concretamente en sistemas alimentarios o gama de productos compatibles con la estructura y
calidad de estas nuevas fibras.
Asimismo tras obtener la fibra alimentaría, se pretende desarrollar alimentos que la
contengan. La reformulación de alimentos con fibra pretende generar alimentos “saludables”,
enriquecidos y/o funcionales de calidad sensorial aceptable.
Al mismo tiempo se trata de contribuir a la minimización de residuos generados en la
Industria Agroalimentaria y al aprovechamiento de éstos como fuente de compuestos de alto
valor añadido.
Objetivos específicos:
1.
Valorar materias primas no utilizadas en alimentación humana tipo residuos y/o
subproductos agroalimentarios como fuentes nuevas de obtención de fibras
alimentarias.
2.
Puesta a punto de técnicas de preparación y/o extracción de fibras a partir de
cada origen seleccionado. Caracterizar estructural y químicamente y evaluar las
propiedades tecnológicas. Optimización de las condiciones del proceso de
extracción.
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3.
Estudiar experimentalmente la influencia de algunas propiedades físico-químicas
de las fibras en sus propiedades tecnológicas y en su estructura interna.
4.
Interrelacionar composición físico-química/ propiedades estructurales/ calidad
tecnológica de ingredientes tipo “fibrosos” a base de fibra alimentaria.
5.
Seleccionar y desarrollar técnicas que mejoren las propiedades tecnológicas de
fibras vegetales con baja funcionalidad.
6.
Evaluar la aptitud (comportamiento e impacto) de la fibra como ingrediente para
su incorporación a alimentos. Reformular alimentos para que contengan la nueva
fibra diseñada.
7.
Identificar las empresas alimentarias de la CAPV a adicionar las nuevas fibras
en sus productos reformulados.
8.
Realizar, si procede, los pasos de transferencia de resultados de esta investigación
a las II.AA. de la CAPV
3. INTRODUCCIÓN
Este proyecto surge inicialmente del interés de aportar soluciones a la problemática
de la gestión y eliminación de residuos y/o subproductos procedentes de conserveras
vegetales, así como de evaluar la viabilidad y utilidad de su aprovechamiento como materia
prima para obtener ingredientes ricos en fibra dietética (u otros).
Orígenes naturales fuente de compuestos de valor añadido
Los materiales vegetales son fuente de gran variedad de compuestos activos, que
pueden mejorar las propiedades y calidad de alimentos reformulados. Hoy día su obtención y
determinación de su actividad constituyen una importante línea de investigación en ciencia y
tecnología de alimentos; así como la evaluación rigurosa de los posibles efectos saludables de
algunos de ellos (ej.: fibras alimentarias, otros polisacáridos, proteínas, péptidos, ácidos
grasos y otros elementos minoritarios como sustancias colorantes, vitaminas, compuestos
antioxidantes, terpenoides, etc.). La inclusión en alimentación humana de activos de esta
naturaleza, a través de su incorporación en alimentos de consumo habitual, es “a priori” una
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estrategia considerada de gran interés para contribuir a una dieta más saludable (Ashwell,
2002).
En concreto subproductos vegetales, procedentes de industrias agroalimentarias se
han propuesto recientemente como fuente rica de compuestos de posible empleo en
alimentación humana. Si bien su uso más frecuente es como abono o en alimentación animal,
debido a su alto contenido en fibra así como por la presencia de otros fitoquímicos
(Westwndorf, 2002).
Fibra dietética y aplicabilidad de ingredientes tipo fibra
La fibra dietética, denominada también fibra alimentaria, es una mezcla compleja de
componentes de variadas propiedades físico-químicas, función de la fuente natural de origen.
Desde un punto de vista fisiológico/nutricional, fibra dietética se considera a los polisacáridos
y/u otros compuestos asociados que no pueden ser descompuestos por enzimas digestivas
humanas en componentes absorbibles y que así alcanzan el colon. Suelen incluirse diferentes
familias de compuestos, tales como polisacáridos tipo celulosa, hemicelulosa, sustancias
pécticas y almidón resistente; polisacáridos no estructurales como gomas, mucílagos;
compuestos no carbohidratos como lignina, cutina, taninos, suberina, acido fítico, algunas
proteínas y sustancias inorgánicas como Ca, K y Mg asociados.
Aunque muchos estudios epidemiológicos sobre fibra dietética son todavía hoy objeto
de controversia; parecen existir indicadores de que un consumo frecuente de fibra dietética
promueve múltiples efectos beneficiosos y protectores en la salud del individuo (Anderson y
col., 1994; Bingham y col., 2003; Milo, 2004). Por estos motivos se ha mostrado una clara
tendencia al desarrollo de alimentos funcionales (enriquecidos y/o “altos en fibra”), teniendo
en cuenta que el consumo habitual de fibra está por debajo de las recomendaciones
nutricionales (30 gramos/día (ADA, 2002). También es uno de los ingredientes mas utilizados
en formulación, por sus múltiples capacidades tecnológicas, tales como: soporte de sustancias
aromáticas, agente texturizante (gelificante y/o espesante), estabilizante de emulsiones,
mejora de la vida útil de alimentos, aporte de olor, color y/o sabor similar al aportado tras la
adición de otros aditivos, limitante de la absorción de grasas y así muy útil en prácticas
culinarias de fritura, entre otros. Por tanto la aplicabilidad de preparados de fibra, es
también muy elevada en el desarrollo de alimentos con nuevas propiedades sensoriales,
alimentos hipocalóricos o bajos en grasa, nutraceúticos, etc.
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4. MATERIAL Y MÉTODOS
Durante la última década en Europa se aprecia un incremento del consumo de
derivados de tomate, correspondiendo el 29% del total del sector conservero a la producción
de conserva de tomate. Así según datos recientes de Mercasa (2000), el volumen de estos
subproductos, compuestos por una mezcla de pieles y semillas, es muy elevado y de difícil
salida en el mercado (Awarenet, 2004). Por estas razones, este es uno de los materiales
principales en que se centra este proyecto.
El esquema metodológico ha incluido los siguientes apartados:
Vigilancia tecnológica. Revisión bibliográfica
Incluye la búsqueda y análisis continuo de especificaciones químicas y técnicas de
ingredientes tecnológicos de orígenes afines (tomate fundamentalmente) u otros, novedades
de aplicación y percepción de los consumidores de alimentos enriquecidos; así como
tendencias en el desarrollo, producción de fibras dietéticas y limitaciones de uso como
ingrediente. Analizar el estado del arte, en relación a las metodologías de caracterización,
fraccionamiento y/o tratamiento de productos similares.
Obtención y caracterización de los componentes tipo fibra
Este segundo apartado comprende los puntos:
•
Tipificación y acondicionamiento (secado) de los residuos y/o subproductos generados
en diferentes etapas del proceso de elaboración de conservas de tomate.
•
Caracterización preliminar de los parámetros básicos (humedad, minerales, grasa,
proteínas, azúcares reductores y almidón), y de componentes tipo fibra (fibra dietética
total FDT) de diferentes subproductos. Evaluación de la influencia del proceso de secado
en las propiedades de la materia prima.
•
Selección de los materiales vegetales (subproductos y coproductos) mas idóneos para
la extracción de fibra dietética.
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•
Ensayo de diferentes esquemas de fraccionamiento con el fin de concentrar los
componentes “objetivo”. Evaluación de la influencia de los principales parámetros de
extracción (temperatura, tiempo, medio de extracción, empleo de enzimas, etc.)
•
Caracterización de la composición en fibra dietética (soluble, insoluble), mediante
métodos gravimétricos y enzimáticos (AOAC) u otros métodos espectroscópicos
(identificación de unidades individuales de la fibra).
•
Caracterización granulométrica y estructural (morfología, diámetro de partícula,…)
de concentrados de fibra, mediante microscopia electrónica de barrido (“scannig electrón
microscopy” o SEM).
•
Análisis in vitro de parámetros de capacidad de retención de grasa (FAC), capacidad
de retención de agua (WRC), capacidad de hinchamiento, etc.
Tratamiento de formatos de fibra seleccionados
En función de los resultados, de se ha abordado la mejora tecnológica de ingredientes
naturales con alto contenido en fibra” desarrollados a partir de subproductos vegetales,
mediante:
•
Operaciones de molido y tamizado (a diferentes granulometrías (Ø 1.0 - 0.2 mm)
•
Ensayos de modificación enzimática (asistida por celulasas, otras glucosidasas y/o
proteasas). Optimización de las variables del tratamiento enzimático,...
•
Ensayos de interacción de preparados de fibra con otros ingredientes.
•
Monitorización
de
la
composición
química,
microestructura
y
propiedades
tecnológicas de los productos intermedios de fibras obtenidas.
Aplicabilidad de estos formatos
•
Ensayos de incorporación de formatos de fibra en la formulación de distintos
alimentos (ej. producto cárnico, masas panaderas y derivados).
•
Análisis sensorial y caracterización físico-química (análisis de textura TPA,…).
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Interrelaciones composición, estructura y calidad tecnológica
Análisis de los resultados y búsqueda de relaciones entre el comportamiento
tecnológico (funcionalidad) y las propiedades físico-químicas de los formatos de fibra.
Redacción de informe
Redacción de informes cuyo contenido ah sido el trabajo, análisis de resultados y
conclusiones de cada una de las fases de desarrollo del proyecto.
Aplicabilidad y transferencia de tecnología
Se establecen las bases para la transferencia de los resultados y la tecnología
desarrollada a los subsectores de interés, así como contactos con centros de investigación
para futuras colaboraciones y planteamiento de proyectos.
Difusión de resultados
Las actividades de difusión y transferencia han incluido contactos con empresas y
otros agentes de los que puedan surgir acuerdos de contratación y colaboración para dar
continuidad a esta línea de investigación. Divulgar resultados y conclusiones del estudio.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los resultados y discusiones se plasman en los siguientes entregables:
•
Informe de la vigilancia tecnológica.
•
Informe sobre los materiales y métodos. Protocolos sobre los ensayos y metodologías
aplicadas a los materiales a estudiar (secado, molienda, caracterización física y química,
extracción y/o purificación, tratamientos para la mejora tecnológica y estructural).
•
Informes sobre el análisis de resultados.
•
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6. CONTRIBUCIONES
TRANSFERENCIA
Y
ACCIONES
DE
Contribuciones:
•
Rikondo, Z; Manzanos, M.J.: Characterization of non-starch polysaccharides from
Tomato Fibres. SCM-3 2007. Ámsterdam, 31/01-2/02-2007.
•
Ricondo Z, Ayo J. Tomato fibre as a new source of functional fibre for a meat
application type sausage. International Symposium on: Developments In Functional Foods
In Europe- International Impact And Significance. Malta, 09-11 mayo, 2007.
•
Ricondo Z, Bald C, Ayo J. (2007). The effect of tomato seed oil addition on lipid
profile, texture and colour of surimi-based products. Fourth SEAFOODplus Conference
(España) (Comunicación escrita).
•
Ricondo, Z. (2007). Obtención de ingredientes útiles a partir de subproductos
vegetales.
Portal
de
Tecnologías
y
Mercados
del
Sector
Alimentario.
Enero.
http://www.alimentatec.com.
•
Ricondo Z, Revuelta M., Zufia J. Evaluation of nutritional composition of apple
pomace from cider production as ingredient alternative for animal foodstuffs. (enviada a
revista científica).
•
Ricondo Z, Ayo J. (2007). Effect of tomato dietary fibre on the physicochemical and
sensory properties of frankfurters. Meat Science (enviada a revista científica).
Acciones de transferencia con empresas:
-
Contacto con tres
proveedores nacionales de pellets of Celigüeta S.A., para la
inclusión de la fibra de tomate en su formulación.
-
Reuniones con Fabricantes y Proveedores de activos naturales en España: Activa
Ingredientes Funcionales S.A. y Exxentia, interesados ambos por la adquisición del know –
how de azti en procesos de obtención de fibra de sidra y de tomate.
-
Christian Salvesen, Spain, empresa de logística y tratamiento interesada en la
actividad industrial derivada de la recolección y tratamiento de residuos de tomate.
-
Fundación Chile. Organismo de Investigación interesado en los
resultados de fibra
de tomate para ser implantados en industria conservera de Chile. Se les ha presentado una
propuesta.
-
Presentación de los resultados obtenidos con la inclusión de fibra en kamabokos de
pescado a Adisur (Asociación Europea de Fabricantes de Surimi y Derivados).
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7. CONCLUSIONES
A partir de todos los resultados conseguidos y los objetivos planteados para este año, se
sacan las siguientes las siguientes conclusiones:
•
Se han puesto a punto los métodos
para el
fraccionamiento y extracción del
componente “objetivo”: la fibra dietética.
•
Se han abordado y optimizado diversos tratamientos para la mejora tecnológica de la
fibra, mediante diferentes métodos (operaciones de molido y tamizado, ensayos de
modificación enzimática y ensayos de interacción de preparados de fibra con otros
ingredientes), monitorizando la composición química, microestructura y propiedades
tecnológicas de los productos intermedios de fibras obtenidas.
•
Se ha desarrollado un nuevo producto alimentario con nuevas propiedades
sensoriales y tecnológicas (fibra de tomate).
•
Se ha puesto a punto técnicas de caracterización de ingredientes complejos de
naturaleza polisacárida, como son las fibras y se ha optimizado procesos operaciones y
procesos industriales de extracción de fibras con calidad para la incorporación en
alimentos.
•
Se han establecido las características idóneas (cantidad y granulometría de partícula)
de la fibra de tomate y se ha añadido a varios alimentos de consumo habitual, como son
las salchichas y el pan (pruebas realizadas en una empresa panadera asociada a la
Federación Vasca de Panadería), dando resultados satisfactorios.
•
Se ha contribuido a la revalorización de subproductos y la mejora mediambiental
(aprovechamiento y obtención de ingredientes naturales y minimización del impacto
ambiental producido por la gestión actual de los residuos).
•
Se ha realizado diversas reuniones y acciones con empresas (nacionales e
internacionales) que se han interesado en la transferencia del conocimiento de AZTI en
esta línea, para su explotación industrial.
•
Se ha difundido el conocimiento adquirido en esta línea de investigación en diversos
foros nacionales e internacionales.
•
Se ha avanzado sustancialmente en la obtención de resultados concluyentes y en la
redacción de la Tesis Doctoral de Ziortza Rikondo enfocada en esta línea de trabajo.
Dicho proyecto de Tesis se titula: “Obtención y caracterización de ingredientes
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alimentarios a partir de residuos de tomate: Fibra dietética. Aplicación en alimentos
reformulados”, el cual, durante este año ha sido inscrito en el Departamento de
Farmacia, Nutrición, Tecnología y Producción Animal de la UPV (06/07) y será
presentada y defendida en 2008.
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8. BIBLIOGRAFÍA
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