Introducción

El mercado de frutos mínimamente procesados constituye un sector de rápido crecimiento dentro de la industria alimentaria, debido a la alta demanda de alimentos de fácil preparación y consumo que aporten beneficios para la salud (^{Andrade-Cuvi et al., 2010}; ^{Robles-Sánchez et al., 2007}). La carambola (Averrhoa carambola L.) es un fruto con potencial para integrarse a este mercado, es nativa de India, Indonesia y Sri Lanka y muy popular en muchos países tropicales (^{James y Ngarmsak, 2010}). Este fruto representa una importante fuente de antioxidantes naturales tales como vitamina C, carotenoides y compuestos fenólicos (^{Ruiz-López et al., 2011}).

El procesamiento mínimo engloba operaciones como lavado, pelado, deshuesado, cortado y sanitizado (^{Andrade-Cuvi et al., 2010}). Posteriormente, los productos son colocados en bolsas selladas o empaques semipermeables y almacenados, con o sin atmósfera modificada, en refrigeración (^{Francis et al., 2012}; ^{Rangel-Marrón y López-Malo, 2012}).

La comercialización de estos productos puede estar limitada en gran parte por excesivo ablandamiento de tejidos y pardeamiento (^{Teixeira et al., 2012}), debido a que después de la cosecha y procesamiento el metabolismo sigue activo (^{Rangel-Marrón y López-Malo, 2012}). Además, el procesado mínimo acelera algunas reacciones biológicas, como la respiración y la pérdida de humedad (^{Rathod et al., 2011}). Estas reacciones inducen a cambios que impactan principalmente las características sensoriales del producto que pueden acortar la vida de anaquel (^{Alegría et al., 2012}; ^{Ruelas-Chacón et al., 2013}).

Una herramienta para predecir los cambios que inducen al deterioro y determinan la vida de anaquel en frutos mínimamente procesados es la aplicación de modelos cinéticos de deterioro (^{García et al., 2011}; ^{Salinas-Hernández et al., 2007}, ²⁰⁰⁹). Estos modelos se basan en la cinética de las reacciones químicas (^{Fu y Labuza, 1997}). Sin embargo, hay que considerar que un alimento es un sistema complejo en el que ocurren diferentes tipos de reacciones, por ello la modelación en este caso se aplica, no a un reactante o componente particular del alimento, sino a una característica de calidad que refleja dichas reacciones (^{Salinas-Hernández et al., 2007}).

De esta manera, según ^{Fu y Labuza (1997)}, es posible expresar la tasa de pérdida de calidad en función del tiempo, en términos de un pseudo orden u orden aparente de reacción basado en la Ec. 1, donde A es el componente o característica del alimento, α es el orden aparente o pseudo orden de la reacción para el componente A, kf' es la constante aparente de reacción, y la notación ± corresponde al aumento de una característica indeseable (+) y pérdida de una característica deseable (-).

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A partir de la Ec. 1 se obtiene la ecuación general de deterioro de la calidad (Ec. 2) propuesta por ^{Fu y Labuza (1997)}, donde Q es el atributo de calidad, t es tiempo (d), n es orden de reacción y k es constante aparente de reacción. El signo (+) hace referencia a atributos cuyo valor aumenta con el tiempo y el signo (-) a atributos cuyo valor disminuye con el tiempo.

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Asimismo, para describir la dependencia de la constante aparente de velocidad de cambio respecto a la temperatura se utilizó la ecuación de Arrhenius (Ec. 3), donde K es la constante cinética de Arrhenius, k₀ es un factor preexponencial, E_a es energía de activación (J mol^-1), R es la constante de los gases ideales (8.31447 J K^-1 mol^-1) y T es temperatura (K).

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^{Nelson y Labuza (1994)} obtuvieron que el modelo de Arrhenius es útil para describir la dependencia, respecto a la temperatura, de las constantes de reacción en el intervalo en que la mayoría de los alimentos son almacenados (de -20 a 0 °C para alimentos congelados y de 4 a 45 °C para alimentos refrigerados o deshidratados).

El objetivo de este trabajo fue aplicar modelos cinéticos predictivos de la pérdida de calidad en función del tiempo y la temperatura, lo que puede permitir proponer condiciones de conservación adecuadas para reducir las pérdidas de calidad en la distribución de carambola mínimamente procesada.

Materiales y métodos

Obtención de los frutos y preparación de muestras

Frutos de carambola tipo ácida (^{Mateus-Cagua et al., 2015}), en madurez de consumo, coloración amarilla uniforme y ausencia de daños físicos aparentes, fueron cosechadas a 17 km del laboratorio, en la Finca "Las Lilias", ubicada en el km 42 de la Carretera Villahermosa-Teapa, Tabasco, México (17° 40' 14.0" N, 92° 56' 57.9" O) y transportados inmediatamente al laboratorio para su procesamiento. La madurez del fruto al momento del proceso fue caracterizada mediante la evaluación de sólidos solubles (SST), pH, acidez titulable y color (Cuadro 1). El rendimiento en fruto procesado fue de 64.8 % por lo que en cada procesamiento y para cada temperatura de evaluación se utilizaron 10 frutos. El procesamiento se realizó en intervalos de 48, 24 y 10 h para las temperaturas de 4.9, 7.8 y 12.8 °C, respectivamente, para obtener siete puntos de evaluación en cada caso.

L* = componente del color correspondiente a la luminosidad (de 0 a 100); a* = componente del color que indica variación entre rojo (+a) y verde (-a); b* = componente del color que indica variación entre amarillo (+b) y azul (-b); C* = Croma, indica intensidad de color (C* = (a*² + b*²)^1/2); hº = ángulo de matiz, hace referencia a la percepción del color de forma similar a la del ojo humano (hº = arctg (b*/a*)).

Cuadro 1 Características fisicoquímicas de frutos de carambola cosechados en madurez de consumo 

Durante el experimento se cosecharon cuatro lotes de frutos, los cuales fueron conservados a 12 °C por un máximo de 3.5 d hasta el momento del proceso. Los frutos fueron lavados con agua corriente, sanitizados en agua clorada (200 mg L^-1) y secados sobre papel absorbente. Posteriormente, se cortaron manualmente en rebanadas en forma de estrella de 5 a 7 mm de espesor aproximadamente, y se retiró la cáscara y semillas. El producto se sanitizó en agua clorada (80 mg L^-1) y el resto de la solución sanitizante se eliminó por centrifugado con equipo manual para vegetales durante 20 s (2 ciclos s^-1).

El envasado se realizó en recipientes de poliestireno con tapa (30 g por muestra) y el almacenamiento fue en cámaras refrigeradas con regulador de temperatura. El monitoreo de la temperatura durante el almacenamiento indicó que las temperaturas promedio a las que se expuso el producto fueron 4.9, 7.8 y 12.8 °C, durante 14, 8 y 3 d, respectivamente. Estas temperaturas se seleccionaron con el objetivo de representar tres tipos de almacenamiento en refrigeración: industrial, comercial y con ligero abuso de temperatura en punto de venta u hogar.

Entrenamiento del panel para evaluación sensorial

Los jueces que integraron el panel sensorial habían sido previamente preseleccionados con base en su interés, disponibilidad, estado de salud y hábitos alimenticios, y luego evaluados en cuanto a su habilidad en la detección e identificación de olores y en su capacidad discriminante de los atributos sensoriales de color, dulzor, acidez y textura evaluados sobre muestras estándar (^{AENOR, 1997}). La selección final de jueces se hizo con base en los resultados de un análisis secuencial (^{Meilgaard et al., 1999}) aplicado a los resultados de las pruebas discriminativas realizadas.

Para el experimento, se prepararon muestras con diferente grado de deterioro para el reconocimiento y evaluación por parte de los jueces, quienes generaron una lista individual de términos descriptores del deterioro del producto (^{Salinas-Hernández et al., 2010}). La selección final de descriptores para integrar la planilla de evaluación se hizo con el método reportado por ^{Moskowitz (1983)}. Una vez generada la planilla, se procedió al entrenamiento y calibración del panel.

Para cada sesión de entrenamiento los jueces evaluaron muestras de referencia del producto (con diferentes tiempos de almacenamiento), y los resultados de cada sesión se analizaron mediante análisis de varianza (ANOVA) para un diseño completamente al azar con arreglo factorial, donde los factores fueron el tiempo de almacenamiento y los jueces sensoriales (^{Salinas-Hernández et al., 2010}). El entrenamiento concluyó al no observar diferencias significativas entre 10 de los 12 panelistas, cinco hombres y cinco mujeres, con quienes se procedió a la evaluación de las muestras. La planilla de evaluación quedó conformada por descriptores correspondientes a la apariencia, olor, sabor y textura. Los descriptores, definiciones y términos ancla se muestran en el Cuadro 2.

Fuente: *Adaptado de ^{Bett (2002)} y elaboración propia.

Cuadro 2 Características sensoriales y descriptores utilizados en la evaluación de carambola mínimamente procesada. 

Determinación de la cinética de los cambios sensoriales

Para determinar la cinética de cambio de los atributos sensoriales, se utilizó la Ec. (2) general de deterioro (^{Fu y Labuza, 1997}; ^{Salinas-Hernández et al., 2015}). Se evaluaron dos tipos de cinéticas, una de orden cero y la otra de primer orden (^{Amodio et al., 2013}; ^{Salinas-Hernández et al., 2009}). Para el primer caso se consideró a n con valor igual a cero y para el segundo con valor igual a 1. Por lo tanto, al integrar la Ec. (2) se obtuvieron las ecuaciones correspondientes a estas cinéticas de cambio. Para una reacción de orden cero (n = 0) la expresión correspondiente es la Ec. (4), en tanto que cuando la reacción es de primer orden (n = 1) la cinética se expresa en forma de la Ec. (5).

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(5)

Después de resolver las Ec. (4) y (5), se obtuvieron las expresiones correspondientes para las cinéticas de orden cero (Ec. 6) y primer orden (Ec. 7), donde Q₀ es valor inicial del atributo de calidad (cm), Q el valor del atributo en el tiempo t (cm), k es la constante aparente de reacción y t es tiempo (d).

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(7)

Con base en lo anterior, la cinética de cambio para cada atributo sensorial se determinó mediante el ajuste de los datos experimentales a los modelos de cero y primer orden, mediante el procedimiento de regresión lineal a los datos sensoriales, por medio de Office Microsoft Excel® 2013.

Dependencia de la temperatura

Para describir la dependencia de la constante aparente de velocidad de cambio, respecto a la temperatura, se utilizó la ecuación de Arrhenius (Ec. 3) en su forma linealizada (Ec. 8), donde k es la constante aparente de reacción, E_a es la energía de activación (J mol^-1), R es la constante de los gases ideales (8.31447 J K^-1 mol^-1), T es temperatura (K) y K₀ es el factor pre-exponencial.

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Para obtener el valor estimado de la energía de activación (E_a ) para cada atributo, se aplicó el procedimiento de regresión lineal, esta vez a los valores de la constante aparente de reacción obtenidos a diferentes temperaturas evaluadas en el experimento.

Predicción de la vida de anaquel

La vida de anaquel de carambola mínimamente procesada a cada temperatura de almacenamiento, se estimó a partir de la Ec. (9) (^{Salinas-Hernández et al., 2015}), donde Q₀ es el valor inicial del atributo de calidad, Q_e es el valor alcanzado del atributo al tiempo t_s , donde t_s es el tiempo final de la vida de anaquel del producto y k la constante aparente de reacción.

(9)

A partir de la Ec. (9), una vez establecido el valor límite de vida útil para el atributo o característica en cuestión, la vida de anaquel para las cinéticas de cambio de cero y primer orden se estimó mediante las Ecs. (10) y (11), respectivamente (^{Salinas-Hernández et al., 2009}).

(10)

(11)

En este trabajo, se estableció el punto medio de la escala lineal de 10 cm (5.0 cm) como valor límite de vida útil para cada atributo al final del almacenamiento (^{Piagentini et al., 2004}; ^{Piagentini et al., 2005}).

Resultados y discusión

De acuerdo con los resultados de análisis de datos sensoriales, los atributos de carambola mínimamente procesada que más disminuyeron fueron textura fibrosa, apariencia y frescura, y los que más aumentaron fueron olor fermentado y oscurecimiento. En el Cuadro 3 se muestran los coeficientes de determinación (R²⁾ obtenidos del ajuste de los promedios de los datos experimentales a los modelos cinéticos de cero y primer orden. Los resultados muestran que los cambios en olor característico, olor extraño, brillo, sabor característico, consistencia y jugosidad, se ajustaron mejor a cinéticas de primer orden, mientras que el resto de los atributos siguieron una cinética de orden cero.

Cuadro 3 Coeficientes de determinación (R²⁾ de los modelos cinéticos de cero y primer orden para atributos sensoriales de carambola mínimamente procesada. 

En las Figuras 1 y 2 se muestra la tendencia de los datos experimentales y de los estimados con el modelo de mejor ajuste, donde se puede observar la efectividad de la aplicación de estos modelos para describir los cambios en atributos sensoriales del fruto evaluado. Estos resultados son congruentes con los obtenidos en estudios previos, donde se ha demostrado un buen ajuste de los cambios sensoriales de productos vegetales mínimamente procesados, a cinéticas de orden cero y primer orden (^{Amodio et al., 2013}; ^{Piagentini et al., 2005}; ^{Salinas et al., 2007}; ^{Salinas-Hernández et al., 2010}).

Figura 1 Valores experimentales y predichos de olor característico, olor fermentado, olor extraño, apariencia, frescura, brillo, color característico y oscurecimiento de carambola mínimamente procesada y almacenada a tres temperaturas. 

Figura 2 Valores experimentales y predichos de sabor característico, sabor extraño, consistencia, jugosidad y textura fibrosa de carambola mínimamente procesada y almacenada a tres temperaturas. 

En el Cuadro 4 se muestran las constantes aparentes de reacción obtenidas a partir del modelo de mejor ajuste a los datos experimentales. Los valores de estas constantes fueron mayores al incrementarse la temperatura, ya que se registró una mayor velocidad de cambio en el atributo con respecto al tiempo (^{Salinas-Hernández et al., 2009}). En el mismo Cuadro 4 se muestran también los valores de la energía de activación (E_a ) de los cambios evaluados. La velocidad de cambio en las características sensoriales indicó que los atributos relacionados con el olor y la apariencia tuvieron los mayores valores de las constantes cinéticas durante el almacenamiento. En el caso del olor, el fermentado y el olor extraño mostraron cambios significativos. El olor fermentado tuvo la mayor velocidad de cambio a las tres temperaturas evaluadas.

*R² es coeficiente de determinación de la regresión del ln k en función de la inversa de temperatura (K).

Cuadro 4 Constantes de reacción (k) y energías de activación (E_a ) de la cinética de cambio (n) de atributos sensoriales de carambola mínimamente procesada. 

Para los descriptores de la apariencia la mayor velocidad de cambio se observó en el oscurecimiento, lo que se relaciona con los valores obtenidos también en el caso de la apariencia, la frescura y el color característico del producto (Cuadro 4). Este comportamiento fue consistente con los valores de E_a obtenidos. En este sentido, el color característico, la jugosidad, el oscurecimiento y el olor fermentado mostraron la mayor dependencia y, por tanto mayor afectación respecto una variación de la temperatura. De acuerdo con esta información, si se realiza un manejo inadecuado de la temperatura durante la cadena de frío las primeras alteraciones que podrían presentarse en el producto afectarían la apariencia y el olor, debido principalmente al oscurecimiento y aparición de olores extraños, específicamente olor fermentado.

Estos resultados confirman los observados en otros frutos mínimamente procesados, en los cuales los cambios sensoriales, específicamente la apariencia, son las principales limitantes de la vida de anaquel (^{Fiszman, 2005}; ^{Salinas-Hernández et al., 2015}). Al respecto, ^{Robles-Sánchez et al. (2007)} indicaron que el almacenamiento en frío (de 0 a 5 °C), en atmósferas controladas o modificadas y el tratamiento con estabilizadores de color y retenedores de firmeza pueden extender la vida de anaquel hasta por 10 d, sin cambios aparentes en la calidad comercial de los frutos mínimamente procesados. Sin embargo, los estudios sobre mantenimiento de la calidad comercial en frutos tropicales frescos cortados son escasos.

La información aportada por estos datos es consistente con lo mencionado por ^{Ding et al. (2007)} y ^{Robles-Sánchez et al. (2007)} con relación a que la vida útil de frutos frescos cortados está limitada principalmente por la alteración del color, pérdida de olores y sabores característicos, ablandamiento de los tejidos, así como la generación de olores indeseables, debido al incremento en la actividad metabólica del fruto y la descompartimentalización de enzimas y sustratos a consecuencia de operaciones como el pelado y cortado.

Los resultados registrados en este experimento indicaron que el incremento en olor fermentado y oscurecimiento fueron los cambios que redujeron la vida de anaquel de carambola mínimamente procesada. En este sentido, algunos autores (^{Teixeira et al., 2008}; ^{Teixeira et al., 2012}), mencionan que el oscurecimiento es la principal restricción para el uso de carambola fresca cortada, y que esta reacción es comúnmente asociada a la oxidación enzimática de sustratos fenólicos presentes en el fruto. Finalmente, en función de los cambios limitantes identificados la vida de anaquel de carambola mínimamente procesada y almacenada a 4.9, 7.8 y 12.8 °C, fue de 11, 6 y 2 d, respectivamente.

Por lo tanto, el almacenamiento del producto a temperaturas cercanas a 4.9 °C, es recomendable para una mejor preservación de sus atributos sensoriales e incremento de la vida de anaquel.

Conclusiones

Los modelos cinéticos de cero y primer orden permitieron estimar los cambios en la calidad sensorial de carambola mínimamente procesada y almacenada a temperaturas en el rango de 4.9 y 12.8 °C. Los resultados observados son de utilidad para establecer estrategias adecuadas de manejo en la cadena de distribución, con base en la vida de anaquel estimada a partir de estos modelos. Los valores de E_a obtenidos para los cambios evaluados indican una fuerte dependencia de la velocidad de éstos con la temperatura, lo cual remarca la necesidad de un adecuado manejo de temperatura durante el procesamiento, almacenamiento y comercialización del producto.