Introducción
En la actualidad se ha tornado significativo aprovechar residuos orgánicos debido a que son excelentes fuentes de pigmentos, compuestos fenólicos, fibras dietéticas, derivados de azúcar, ácidos orgánicos y minerales, entre otros componentes, varios de estos compuestos poseen beneficios para la salud como actividades antibacterianas, antitumorales, antivirales, antimutagénicas y cardioprotectoras.1) La presencia de componentes nutricionales y compuestos fenólicos en residuos agroindustriales, hace que las sobras de frutas y verduras sean más valiosas para la industria alimentaria, debido a que imparten beneficios para la salud más allá de la nutrición básica, estos residuos pueden mejorarse e incorporarse para elaborar productos funcionales.2
Los pseudotallos de banano se utilizan como materia prima para papel, muebles y forraje en países industrializados, en algunas regiones como India y Malasia, el núcleo tierno y fresco del pseudotallo del banano se cocina y se consume, en algunos estudios se afirma que el pseudotallo del banano es rico en minerales y nutrientes, especialmente fibra dietética.3) El jugo de pseudotallo de banano podría ser materia prima para transformarse en jugo isotónico o funcional debido a sus componentes nutricionales como sodio 88 mg.L-1 y potasio 874 mg.L-1, además de contener alto porcentaje de proteína, y bajo el punto de vista microbiológico, indican que el tratamiento térmico a 85°C durante 5 min son suficientes para eliminar todas las bacterias y conservar sus propiedades, lo que garantiza la seguridad para el consumo humano.4
La cáscara de piña es una buena fuente de fibra dietética, proteínas y minerales el cual corresponde al 76 % del subproducto de la piña, que podrían usarse como un ingrediente alimenticio potencial para mejorar la calidad nutricional de los alimentos.5) Así mismo la cáscara de la piña tiene 4,5 % de proteína, 0,5 % de lípidos, 3,1 % de fibra cruda y 4,8 % de cenizas, el cual recomienda darle un valor agregado debido al poco uso.6
Los alimentos nutricionales, incluidos las bebidas deportivas y las barras alimenticias, son una tendencia en aumento impulsada por la demanda de los consumidores de bebidas más saludables y dinámicas, para ayudar a los deportistas a reemplazar el agua y los electrolitos.7) La utilización de los componentes nutricionales del pseudotallo de banano y la cáscara de piña, reduciría significativamente los costos de producción de la bebida, en razón de que estos ingredientes son considerados como residuos que no tienen ninguna utilidad por lo que son muy fáciles de conseguir.
Una bebida isotónica o hidratante debe contener agua, solución de carbohidratos del 4 al 8 %, sodio, potasio y proteínas, así como posiblemente hierbas o cafeína.8) La deshidratación es un proceso en el que inicialmente se pierde agua pero que elimina también electrolitos como sodio, potasio y magnesio, por ende consumo de energía. En ese sentido, debido a los componentes nutricionales y minerales similares con los que cuenta el pseudotallo de banano y la cáscara de piña, se puede enmarcar el producto obtenido como una bebida hidratante nutricional.9) En tal virtud la presente investigación tuvo como objetivo formular una bebida hidratante nutritiva a partir del zumo de pseudotallo de banano y del macerado de cáscara de piña.
Materiales y métodos
La presente investigación fue ejecutada en el laboratorio de bromatología y en el taller de frutas y hortalizas de la carrera de agroindustria de la Escuela Superior Politécnica Agropecuaria de Manabí Manuel Félix López de la ciudad de Calceta. La elaboración de la bebida se lo realizó mediante normativa NTE INEN 2337:2008, los análisis de pH mediante la NTE INEN 389, los análisis de acidez mediante el método de titulación NTE INEN 13, los análisis de brix mediante el método de refractometría, los análisis de proteína mediante el método de dumas, los análisis de fibra mediante el método AOAC 930.09, los análisis de sodio mediante SEIN-MINI (AOAC 99.11) y los análisis de potasio mediante absorción atómica.
Se creó un diseño de mezclas Simplex-Centroide el cual estudió los efectos de 3 componentes (componente A pseudotallo de banano, componente B cáscara de piña y componente C agua) en 13 corridas. El diseño fue ejecutado en un solo bloque, el orden de los experimentos fue completamente aleatorizado, esto aportó protección contra el efecto de variables ocultas, cabe mencionar que se corrieron varios modelos; sin embargo, el lineal fue el adecuado debido a que presentó una menor significancia, ajustándose el modelo a primer orden. Los componentes de las mezclas en el diseño estuvieron ajustados en proporción para que la sumatoria de los mismos sean igual a 1 como se muestra en la tabla 1.
La unidad experimental consistió en 450 mL de la bebida hidratante nutritiva por cada mezcla del diseño, se elaboró utilizando las proporciones de mezcla de pseudotallo de banano, cáscara de piña y agua correspondientes, señalando que se le adicionó, sorbato de potasio 0,05 % y goma Xanthan al 0,2 %.
Los análisis se realizaron con el paquete estadístico Statgraphics centurión XVI.I mediante el diseño de mezclas Simplex-Centroide, para obtener las dosis correctas que permitieron tener los valores óptimos de la bebida mediante el gráfico de superficie de respuesta y la formulación adecuada que permitió optimizar en conjunto todos los valores.
Preparación del pseudotallo de banano
El pseudotallo se higienizó con agua y luego se cortó en piezas verticales de 40 cm de largo, el zumo se extrajo con extractor de jugo mecánico (modelo Lar-04MB) a temperatura ambiente, el filtrado concentrado fue retenido usando una tela de quesería, el zumo de pseudotallo de plátano filtrado/concentrado fue esterilizado por calentamiento a 90°C durante 10 min en un baño de agua, y se utilizó como materia prima para la elaboración de la bebida hidratante nutritiva.
Preparación de la cáscara de piña
La cáscara de piña variedad Perolera se la maceró con relación de 10 g por cada 100 mL de agua durante 24 h a temperatura ambiente por cada envase de plástico, el jugo filtrado se utilizó en la bebida hidratante nutritiva.
Preparación de la bebida
Recepción: la materia prima y los insumos se receptaron aplicando buenas prácticas de manufactura; se verificó que estas se encuentren en óptimas condiciones sin magulladuras o cortes para iniciar con el proceso de elaboración de la bebida.
Formulación: para la formulación de la bebida se tuvieron en cuenta las proporciones correspondientes al diseño de las mezclas Simplex-Centroide de acuerdo a las corridas arrojadas por el programa.
Mezclado: para la mezcla se incorporaron al mismo tiempo los tres componentes principales (zumo del pseudotallo de banano, macerado de la cáscara de piña y agua) en una olla de acero inoxidable, de inmediato se sometió a calentamiento elevando la temperatura hasta 55°C, luego se agregó el azúcar mezclado con el estabilizante (goma xanthan 0,2 %) y el conservante (sorbato de potasio 0,05 %) hasta obtener disolución completa.
Pasteurización: la bebida se pasteurizó a 65°C durante 30 min, e inmediatamente se enfrió a 6°C, con el fin de eliminar los microorganismos patógenos y minimizar al máximo la flora microbiana banal que se puedan presentar en el producto final.
Envasado: se procedió a llenar los envases de vidrios de 450 mL, que fueron previamente esterilizados, para asegurar la inocuidad y prolongar la vida útil.
Almacenamiento: el producto se almacenó a una temperatura de refrigeración 4°C.
Análisis y discusión de los resultados
La optimización de la bebida hidratante depende de la proporción de los componentes y de las condiciones de procesamiento, los resultados en cuanto a la composición de los parámetros fisicoquímicos y nutricionales de las diferentes mezclas se discuten en esta sección, donde los datos obtenidos para cada parámetro se ajustaron al modelo que mejor significancia y correlación presentaron para la ecuación.
pH
La tabla 2 muestra los resultados de ajustar diferentes modelos a los datos analizados para el pH, desde el punto de vista del ajuste de los modelos con el R2 todos son idóneos debido que a que cada modelo muestra un valor de 0,997; sin embargo, al observar la significancia el único modelo que se ajusta a la ecuación es el lineal (p-valor< 0,05) lo cual indica que, este modelo es estadísticamente significativo.
La ecuación del modelo ajustado al lineal para pH es:
La figura 1 del gráfico de superficie de respuesta, obtenida a través de la ecuación matemática (Ec. 1) ajustada al modelo lineal (R2=0,997) para el parámetro pH, indica que a mayor proporción del zumo de pseudotallo de banano y agua mayores valores de pH; siendo la formulación óptima para maximizar los valores de, 0,475 8 de zumo de pseudotallo de banano, 0,324 2 de macerado de cáscara de piña y 0,2 de agua, obteniendo un valor óptimo de 5,25.
Los valores obtenidos para pH en la bebida tienen relación a investigaciones realizadas donde señalan que, la cáscara de piña tiene un pH ligeramente ácido de 3,8010;mientras que, el jugo de pseudotallo de banano posee un pH promedio de 6,10.11
En lo referente a este parámetro en un estudio elaboraron una bebida isotónica del jugo del pseudotallo de banano encontrando valores de pH de 3,28 a 4,75,12mientras que en la presente investigación el valor óptimo fue de 5,25, superior al encontrado por discutidos, siendo este el adecuado para una bebida hidratante debido a obtener un pH en el producto cercano al neutro.
Acidez
La tabla 3 muestra los resultados de ajustar diferentes modelos a los datos obtenidos para la acidez, desde el punto de vista de la significancia el modelo que más se ajusta a la ecuación es el lineal (p-valor<0,05) el cual indica que este modelo es estadísticamente significativo trabajando con un nivel de confianza del 95,0 %, además el R2 muestra un valor de 0,989.
La ecuación del modelo ajustado al lineal para acidez es:
La figura 2 del gráfico de superficie de respuesta, obtenida a través de la ecuación matemática (Ec. 2) ajustada al modelo lineal (R2=0,989) para el parámetro de acidez, indica que, a mayor proporción de cáscara de piña mayores valores de acidez; sin embargo, la formulación óptima para maximizar todos los componentes es de, 0,475 8 de zumo de pseudotallo de banano, 0,324 2 de macerado de cáscara de piña y 0,2 de agua, obteniendo un valor óptimo de 0,47 %.
Los valores obtenidos para acidez en la bebida tienen relación a un estudio señalando que, la acidez de la cáscara de piña tiene un valor de 0,80 %10, de tal manera el pseudotallo de banano posee una acidez de 0,2 %.13
Losvalores de acidez en una bebida isotónica del pseudotallo de bananoson de 0,35 a 0,26 %12; mientras que en la bebida obtenida se encontró un valor óptimo de 0,47 %, ambos valores son adecuado debido a que el valor mínimo para este tipo de bebidas es de 0,1 %.
Sólidos solubles (°brix)
La tabla 4 muestra los resultados de ajustar diferentes modelos a los datos obtenidos para los grados brix, desde el punto de vista de la significancia el modelo que más se ajusta a la ecuación es el lineal (p-valor<0,05), indicando que este modelo es estadísticamente significativo asumiendo que se trabaja al nivel de confianza del 95,0 %, además el R2 muestra un valor de 0,977.
La ecuación del modelo ajustado al lineal para grados brix es:
La figura 3 de la curva de superficie de respuesta estimada, obtenida a través de la ecuación matemática (Ec. 3) ajustada al modelo lineal (R2=0,977), para el parámetro de acidez indicaque, a mayor proporción de cáscara de piña mayores valores de grados brix; sin embargo, la formulación óptima para minimizar todos los valores fue de, 0,475 8 de zumo de pseudotallo de banano, 0,324 2 de macerado de cáscara de piña y 0,2 de agua, obteniendo un valor óptimo de 13,62 % de sólidos solubles.
Los valores obtenidos para sólidos solubles en la bebida tienen relación debido a que la cáscara de piña tiene un valor de sólidos solubles de 10 % 10; por consiguiente en un estudio realizado, el zumo de pseudotallo de banano tiene un valor de 12 %.12
En lo referente a este parámetro se encontraron valores de sólidos solubles de 12 a 14,0 % en la bebida isotónica del pseudotallo de banano 11; por consiguiente, en la bebida obtenida se obtuvo un valor óptimo de 13,62 %, valor dentro del promedio encontrado por estos autores. Una bebida hidratante no debe superar el 10 % de sólidos solubles, por lo cual se debe tener ese valor en cuenta al momento de elaborar este tipo de productos para tratar de obtener valores más bajos de sólidos solubles.13
Proteína
La tabla 5 denota los resultados de ajustar diferentes modelos a los datos obtenidos para proteína, desde el punto de vista de la significancia el modelo que más se ajusta a la ecuación es el lineal (p-valor<0,05), señalando que este modelo es estadísticamente significativo trabajando con un nivel de confianza del 95,0 %, además el R2 muestra un valor de 97,65.
La ecuación del modelo ajustado al lineal para proteína es:
La figura 4 del gráfico de superficie de respuesta, obtenida a través de la ecuación matemática (Ec. 4) ajustada al modelo lineal (R2=0,976 5), para el parámetro de proteína indica ligeramente que a mayor proporción de cáscara de piña mayores valores de proteína; sin embargo, la formulación óptima para maximizar todos los valores fue de, 0,475 8 de zumo de pseudotallo de banano, 0,324 2 de macerado de cáscara de piña y 0,2 de agua, obteniendo un valor óptimo de 2,52 %.
Los valores obtenidos para proteína en la bebida tienen relación a lo encontrado en una investigaciónsobre la cáscara de piña, en la cual se identificó que la misma posee un 2,60 % proteína 14; mientras que, el zumo de pseudotallo de banano tiene un 2,5 % de proteína.4
En lo referente a este parámetro en una investigación elaboraron una bebida hidratante con el pseudotallo de banano y extractos de menta encontrando valores de 0,6 % de proteína, 15 mientras que en la bebida el valor óptimo obtenido fue de 2,52 %, cabe mencionar que estos valores superiores a los mencionados por los autores se deben a la incorporación del macerado de cáscara de piña el cual cuenta con un importante valor proteico, de tal manera la incorporación de estos componentes en la bebida la hace ideal para su contenido de proteína.
Fibra
La tabla 6 contrasta los resultados de ajustar diferentes modelos a los datos obtenidos para fibra, desde el punto de vista del ajuste del modelo con el R2 todos son idóneos para analizar debido a que cada modelo muestra un valor superior de 0,998; sin embargo, al observar la significancia el único modelo que se ajusta a la ecuación es el lineal (p-valor< 0,05) recalcando que, este modelo es estadísticamente significativo.
La ecuación del modelo ajustado al lineal para fibra es:
La figura 5 del gráfico de superficie de respuesta, obtenida a través de la ecuación matemática (Ec. 5) ajustada al modelo lineal (R2=0,998), para el parámetro de fibra indica que, a mayor proporción de pseudotallo de banano mayores valores de fibra; siendo la formulación óptima para maximizar los valores de, 0,475 8 de zumo de pseudotallo de banano, 0,324 2 de macerado de cáscara de piña y 0,2 de agua, obteniendo un valor óptimo de 6,04 %.
Los valores obtenidos de fibra en la bebida tienen correspondencia a lo señalado en la investigación, revelando que la cáscara de piña posee un valor de 1,66 % de fibra, 14 mientras que el zumo de pseudotallo de banano tiene un 10,70 % de fibra.4
En lo que respecta a este parámetro en una investigación se elaboró una bebida hidratante con el pseudotallo de banano y extractos de menta encontrando valores de 2 % de fibra, 15 mientras que en la bebida el valor óptimo obtenido fue de 6,04 %, cabe mencionar que estos valores superiores a dicha investigación se debe a la incorporación del macerado de cáscara de piña el cual cuenta con una importante de fibra cruda, por ende la incorporación de estos componentes en la bebida la hace ideal para su contenido de fibra.
Sodio
La tabla 7 muestra los resultados de ajustar diferentes modelos a los datos obtenidos para sodio, desde el punto de vista del ajuste del modelo con el R2 todos son idóneos para analizar debido que a que cada modelo muestra un valor casi perfecto de 0,999, sin embargo, al observar la significancia el único modelo que se ajusta a la ecuación es el lineal (p-valor< 0,05) detallando que, este modelo es estadísticamente significativo.
La ecuación del modelo ajustado al lineal para sodio es:
La figura 6 del gráfico de superficie de respuesta estimada, obtenida a través de la ecuación matemática (Ec. 6) ajustada al modelo lineal (R2=0,999), para el parámetro de sodio indica que, a mayor proporción de pseudotallo de banano mayores valores de sodio; siendo la formulación óptima para maximizar los valores de, 0,475 8 de zumo de pseudotallo de banano, 0,324 2 de macerado de cáscara de piña y 0,2 de agua, obteniendo un valor óptimo de 41,59 mg/100 g.
Los valores encontrados de sodio en la bebida tienen correspondencia a los datos obtenidos en la caracterización del zumo de pseudotallo con valor de 86,6 mg/100 g; por otra parte la cáscara de piña posee 1 mg/100 g.16
En una investigación se menciona que, las bebidas deportivas isotónicas deben tener (0,5-0,7 g/L de sodio) antes del ejercicio después de una carrera prolongada; sin embargo, en el calor, la concentración de sodio debe aumentarse a 0,7-1,2 g/L cuando el ejercicio dura más de 1 h denominado como bebida hipertónicas para evitar así estados de hiponatremia.13) Cabe mencionar que, la bebida obtenida tiene un valor de 0,42 g/L de sodio, el cual es inferior al mencionado por el autor, sin embargo adecuado para recuperar el sodio perdido durante una deshidratación no tan prolongada.
Potasio
La tabla 8 da a conocer los resultados de ajustar diferentes modelos a los datos obtenido para potasio, desde el punto de vista del ajuste del modelo con el R2 todos son idóneos para analizar debido que a que cada modelo muestra un valor de 0,999; sin embargo, al observar la significancia el único modelo que se ajusta a la ecuación es el lineal (p-valor< 0,05) estableciendo que, este modelo es estadísticamente significativo.
La ecuación del modelo ajustado al lineal para potasio es:
La figura 7 del gráfico de superficie de respuesta, obtenida a través de la ecuación matemática (Ec. 7) ajustada al modelo lineal (R2=0,999) para el parámetro de potasio, indica que, a mayor proporción de pseudotallo de banano mayores valores de potasio; siendo la formulación óptima para maximizar los valores de, 0,475 8 de zumo de pseudotallo de banano, 0,324 2 de macerado de cáscara de piña y 0,2 de agua, obteniendo un valor óptimo de 168,25 mg/100 g.
Los valores obtenidos para potasio tienen correspondencia a los encontrados en la caracterización del zumo de pseudotallo de banano con valor de 280,60 mg/100 g, por otra parte se señala que, la cáscara de piña posee un valor de potasio de 101 mg/100 g.17
Los valores óptimos de potasio encontrados en la bebida son representativos para recuperar los electrolitos perdidos en una deshidratación leve, tal y como se menciona en una investigación señalando que, un esfuerzo físico intenso conlleva la pérdida de un elemento esencial como el potasio, indispensable para regular la actividad muscular, además de controlar la presión arterial o garantizar transmisión de impulsos nerviosos.18
Conclusiones
Mediante el diseño de mezclas en la obtención de la bebida hidratante nutritiva, se estableció que la mezcla óptima fue la de 0,475 8 de zumo de pseudotallo de banano, 0,324 2 de macerado de cáscara de piña y 0,2 de agua permitiendo obtener los más altos valores de proteína, fibra, sodio y potasio, sin embargo los valores de sodio encontrados en la bebida fueron ligeramente inferiores a los mencionados en la literatura.