Efecto de la temperatura de almacenamiento en el contenido
total de Carotenoides de frutos de Palma Coroba (Attalea macrolepis Burret)

Effect of storage temperature on the total content of Carotenoids of Coroba palm fruits (Attalea macrolepis
Burret)

Douglas R.
Belén Camacho

Universidad Nacional Experimental Simón
Bolívar

Carabobo, Venezuela

María José
Moreno Álvarez

Universidad Nacional Experimental Simón
Bolívar

Carabobo, Venezuela

[email-masked]

David García
Pantaleón

Universidad Nacional Experimental Simón
Bolívar

Carabobo, Venezuela

Carlos Medina
Martínez

Universidad Nacional Experimental Simón
Bolívar

Carabobo, Venezuela

Resumen— El objetivo de este estudio fue evaluar el contenido
total de carotenoides durante el almacenamiento de frutos maduros de palma coroba (Attalea macrolepis), a diferentes temperaturas. La
concentración de carotenoides mostró cambios significativos (p<0,05). A 20 y
30 ºC, inicialmente, hubo biosíntesis de carotenoides
con un comportamiento cinético de orden cero; la temperatura de 10ºC inhibió
esta reacción. Luego, hubo degradación acorde con una cinética de primer orden
en cada caso. La temperatura de 10ºC, es recomendable para el almacenamiento
del fruto de la coroba debido a que, en esta
condición, la pérdida de carotenoides fue menor.

Palabras Clave: Caicara
del Orinoco, cinética química, coroba, pigmentos
naturales.

Enviado: 22/09/2019                                       Aceptado:
04/06/2020                                     Publicado:
30/06/2020

Sumario: I Introducción, II Materiales y Métodos, III Resultados y
Discusión, IV. Conclusiones.

Como
citar: Belén, Douglas., Moreno, Mario., García,
David., Medina, Carlos. (2020). Efecto de la temperatura de almacenamiento
en el contenido total de Carotenoides de frutos de Palma Coroba (Attalea macrolepis Burret). Revista
Tecnológica - Espol, 32(1). Recuperado a partir de
http://www.rte.espol.edu.ec/index.php/tecnologica/article/view/695

https://doi.org/10.37815/rte.v32n1.695

Abstract— The aim of this study was to evaluate the total
content of carotenoids during the storage of ripe fruits of coroba
palm (Attalea macrolepis), at different
temperatures. Carotenoids concentration showed significant changes (p<0.05).
Initially, at 20 and 30ºC, there was carotenoid biosynthesis with a zero-order
kinetic behavior; at 10ºC this reaction was inhibited. Then, there was
degradation according to the first-order kinetics in each case. A temperature
of 10ºC is recommended for the storage of coroba
fruit because, in this condition, the loss of carotenoids was less.

Keywords: Caicara del Orinoco, chemical
kinetics, coroba, natural pigments.

I. INTRODUCCIÓN

Los alimentos son sistemas de
composición compleja debido a la diversidad de sustancias presentes en ellos.
Estas sustancias intervienen en reacciones químicas desde el origen del
alimento, dado por los fenómenos que se llevan a cabo en las fuentes de materias
primas, también durante el procesamiento y el almacenamiento. Los compuestos
presentes son susceptibles a transformaciones químicas que pueden resultar
beneficiosas o adversas, influyendo considerablemente en la calidad de los
productos [1], [2], [3].

En este sentido, reviste
interés conocimiento y dominio de la intensidad con que se desarrollan los
cambios químicos, los factores influyentes en su realización y el mecanismo que
permite la conversión de una sustancia en otra. De tal manera que se apliquen
eficientemente las condiciones de procesamiento y almacenamiento garantizando
al consumidor productos con valor nutricional adecuado, propiedades sensoriales
aceptables, vida útil prolongada y, fundamentalmente, inocuos [4] [5]. Todas
estas garantías son indispensables en un entorno de seguridad alimentaria.

Las frutas y las hortalizas
presentan en su composición metabolitos que se han asociado con efectos
benéficos para la salud humana y, además, influyen las características
fisicoquímicas y sensoriales de los alimentos. Ejemplo de estos compuestos son
los carotenoides, los cuales imparten color natural y experimentan actividades
biológicas relevantes. Entre ellas destacan su acción antioxidante y provitamínica, ambas de utilidad en la prevención de
enfermedades crónicas como el cáncer, cardiovasculares y daños degenerativos
asociados con la edad [6],[7], [8],[9] [10], [11], [12].

Los carotenoides son
considerados uno de los grupos de pigmentos naturales que inciden
considerablemente en la calidad de los productos vegetales, dada su relación
con el color y por la contribución nutricional asociada a ellos; la mayoría de
las coloraciones amarillas, naranjas y rojas en hojas, flores y frutos de las
plantas se deben a la presencia de estos colorantes. Se han identificado más de
750 carotenoides en la naturaleza, encontrándose distribuidos en las plantas,
principalmente, algas, hongos y bacterias; los animales no producen estos
compuestos, pero están presentes en su estructura debido a la ingesta de
alimentos que los proveen, siendo responsables de la pigmentación en aves y
crustáceos, entre otros [13], [14], [15].

Químicamente son, en su
mayoría, tetraterpenoides formados por la unión de
ocho unidades de isopreno, por lo que su fórmula molecular es C40H56,
y presentan en su estructura un sistema de dobles enlaces C-C conjugados, el
cual es el responsable de la propiedad cromófora de la molécula, y permite la
existencia de isomería cis-trans; la
configuración trans es la que predomina en la naturaleza, aunque también
puede encontrarse casos con la configuración cis
[6], [16], [17], [18], [10], [20].

La estructura insaturada les
imparte reactividad a los carotenoides, siendo la oxidación y la isomerización
las principales reacciones deteriorantes de estos
pigmentos, afectando sus funciones sensoriales y biológicas, las cuales son
altamente favorecidas por las condiciones térmicas de almacenamiento y
procesamiento de los alimentos [1], [4], [21], [22]. En este
sentido, reviste interés el conocimiento del efecto de la temperatura en el
contenido de carotenoides de un alimento ya que es un factor decisivo en el
establecimiento de las condiciones de almacenamiento y procesamiento que
inhiban la velocidad de reacción de estas sustancias.

La coroba
es una palma que habita de forma natural en el municipio Cedeño del estado
Bolívar (República Bolivariana de Venezuela), botánicamente identificada como
la especie Attalea macrolepis
Burret  [23]. Su fruto es
aprovechado como alimento, formando parte de la tradición culinaria de la
región de cultivo. La fracción comestible es el mesocarpio o pulpa, el cual
presenta un color blanco en estado inmaduro y se torna amarillo-naranja con la
madurez.

En la composición del mesocarpio en madurez de
consumo, se han determinado niveles de carotenoides totales de 87,05 y 94,78
mg/kg de mesocarpio fresco, atribuyéndosele el color característico a estos
pigmentos; los estudios realizados han evaluado la estabilidad de dichos
componentes en el almacenamiento congelado y el secado de la pulpa [24],
[25], pero no se ha estudiado el comportamiento en frutos enteros durante el
almacenamiento refrigerado aplicado como método de conservación.

En ese orden de ideas, se
realizó este trabajo con el objetivo de evaluar el efecto de la temperatura de
almacenamiento, de frutos enteros, en el contenido total de carotenoides del
mesocarpio de la palma coroba.

II. MATERIALES Y MÉTODOS

A.
Muestra

Se empleó una muestra de
aproximadamente 100 kg de frutos maduros de palma coroba
(Attalea macrolepis),
recolectados aleatoriamente en una plantación natural ubicada en el municipio
Cedeño, estado Bolívar (Venezuela).

B.
Almacenamiento

Los frutos
fueron limpiados manualmente frotándolos con una tela suave y colocados en
bandejas metálicas sin ningún recubrimiento, las cuales fueron almacenadas en
cavas acondicionadas para mantener la temperatura, en cada caso, a: 10ºC (M1),
20ºC (M2) y 30ºC (M3; variación de temperatura ±1ºC). Se colocaron dos bandejas
por temperatura conteniendo 10 kg de frutos cada una.

C.
Determinación de carotenoides
totales

Diariamente se
tomaron al azar, cantidades iguales de cada bandeja, muestras de los frutos
almacenados, se pelaron y se les separó el mesocarpio con ayuda de un cuchillo
manual y se procedió luego a determinar el contenido total de carotenoides
[19], midiendo la absorbancia de los extractos a 450 nm con un
espectrofotómetro UV-Visible marca Agilent modelo 8453 y utilizando como patrón
β-caroteno (Sigma). Las determinaciones se efectuaron por triplicado.

D.
Parámetros cinéticos

Se evaluó el
comportamiento del contenido total de carotenoides en función del tiempo de
almacenamiento para definir el orden de la reacción en cada caso y a partir de
éste, se calcularon los parámetros: constante de velocidad (k) y tiempo de
media reacción (t1/2). El efecto de la temperatura en la velocidad de la
reacción se evaluó a través del modelo de Arrhenius:

k = Ae-Ea/RT                (Ec. 1)

Donde, k es la
constante de velocidad de reacción, A el factor pre-exponencial,
Ea la energía de la activación de la reacción, R la
constante universal (8,314 J/mol.ºK),
y T la temperatura (ºK) a la cual ocurre la
transformación. Para determinar los parámetros A y Ea,
se graficó el (ln K) en función del inverso de T, con
base a la ecuación logarítmica [5] [26] [27]:

ln k = ln A – Ea/RT       (Ec. 2)

E.
Análisis estadístico

Los resultados
de las determinaciones se presentaron como valores promedios (n = 3) con sus
respectivas desviaciones estándar y se les realizó un análisis de varianza (p
< 0,05) y comparación de medias de Tukey (p < 0,05), para un diseño
experimental lineal totalmente aleatorizado, considerando como única fuente de
variación la temperatura de almacenamiento (tres tratamientos), siendo la
variable de medición el contenido total de carotenoides. Se obtuvieron las
ecuaciones de las líneas de tendencia de las gráficas de dispersión obtenidas
aplicando el programa Microsoft Office Excel 2007, considerado como el más
adecuado porque presentó mayor valor de R2.

III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

A.       Carotenoides en mesocarpio de la palma coroba
durante el almacenamiento

El
efecto de la temperatura de almacenamiento en el contenido total de
carotenoides en el mesocarpio del fruto maduro entero de la palma coroba se muestra en la Fig. 1. Aunque en todos los casos se observa un descenso en dicha
concentración, hay comportamiento diferente en los primeros dos días (48 h). En
ese lapso, a 20ºC y a 30ºC, hubo un aumento en la proporción de estos pigmentos
mientras que a 10 ºC ese incremento no se presentó.
En las primeras 48 h, a 30 ºC la variación fue desde
14,54 mg/100 g de mesocarpio fresco, hasta un máximo de 15,77 mg/100 g. Luego,
el contenido total de carotenoides experimentó descensos hasta el final del
estudio (15 días = 360 h), donde presentó un valor de 10,58 mg/100 g.

En
el tratamiento a 20 ºC, el aumento estuvo desde el
valor inicial (14,54 mg/100 g) hasta 15,27 mg/100 g, en el mismo lapso que a
30ºC. A continuación, experimentó descensos hasta el valor final de 11,4 mg/100
g. En cambio, a 10ºC el comportamiento fue siempre en descenso, desde el valor
inicial 14,54 mg/100 g hasta el final de 11,89 mg/100 g. El aumento en el
contenido de carotenoides durante los primeros dos días de almacenamiento a
20ºC y 30ºC, presentó diferencias significativas (p<0,05) respecto al valor
inicial en cada temperatura, pero la diferencia de los  niveles de carotenoides entre las
temperaturas no fue significativa (p>0,05), mientras que los valores
obtenidos al final del almacenamiento presentó diferencias significativas
(p<0,05) en ambas temperaturas, respecto al contenido inicial en cada caso,
también entre los niveles finales determinados.

Por
otra parte, a 10 ºC la diferencia entre el contenido
inicial y el contenido final también fue significativa (p<0,05), siendo
significativa (p<0,05) respecto al valor final determinado a 30 ºC, pero no fue significativamente diferente (p>0,05) al
contenido final determinado a 20 ºC.

Los
cambios evidenciados en el contenido total de carotenoides del mesocarpio
maduro de la coroba, reflejan el efecto de la
temperatura en la síntesis y degradación de éstos. El aumento inicial observado
a 20 ºC y a 30 ºC en las
primeras 48 h, es una manifestación del desarrollo de actividad metabólica en
el fruto como consecuencia de una continuación del proceso de maduración
postcosecha, mientras que la temperatura de 10 ºC fue
lo suficientemente baja para inhibir la síntesis de los carotenoides (Fig. 1). Durante la maduración de frutas, ocurren cambios químicos
y bioquímicos entre los que se encuentran la biosíntesis de carotenoides [13],
[28], [30], [31], [32].

Fig. 1  Carotenoides totales
durante el almacenamiento.

B.
Cinética de la variación en el
contenido total de carotenoides

De acuerdo al comportamiento mostrado a 20 ºC y 30 ºC, se infiere que, en estas condiciones, la variación en
el contenido total de carotenoides se debe a una reacción que al menos
contempla dos fases: la primera, dada por la biosíntesis de carotenoides; y la
segunda, en la que experimentan transformación o degradación. De tal manera que,
en general, la reacción involucrada en la variación de los carotenoides totales
en esta situación puede obedecer a una reacción múltiple en serie [33] o
consecutiva [27] representada por la ecuación química general:

P → C → D
(Ec.4)

Donde, P representa a algún precursor de
carotenoides, C es carotenoides y D es productos de la transformación de los
carotenoides. Un modelo parecido ha sido propuesto para la biosíntesis de
licopeno (un carotenoide) en frutos de tomate34. La velocidad de la primera reacción puede expresarse
como27:

-(d[P]/dt) = k1[P]α          (Ec. 5)

En cambio, la
segunda parte que contempla la reacción de transformación de los carotenoides
(C) en los productos de la degradación (D), puede representarse por la ecuación
cinética siguiente:

(d[C]/dt) =
k1[P]α – k2[C]β    (Ec.
6)

Donde k1
y k2 son las constantes de velocidad de cada una de las reacciones
indicadas.  El modelo de velocidad para la reacción planteada (Ec. 6) se adapta al comportamiento de la variación de los
contenidos totales de carotenoides a 20 ºC y 30 º, ya
que es similar al descrito en otras investigaciones [27] para la concentración
del producto estable intermedio.

Para establecer
un orden aparente para la cinética de la reacción experimentada en los primeros
dos días a 30 ºC, se procedió a graficar
concentración de carotenoides en función del tiempo de almacenamiento (Fig. 2). El comportamiento presentado es característico de una
cinética de orden cero (R2 = 0,9498). Esta deducción coincide con
los resultados mostrados para la formación de β-caroteno durante la
maduración de tomates [34]. La ecuación cinética deducida para describir el
comportamiento planteado es:

C = 0,615t + 14,622
(Ec. 7)

Donde C es el
contenido total de carotenoides en el tiempo t. De acuerdo al
orden establecido, el valor de la constante cinética (k) fue 0,615 mg/100 g x d
(equivalente a 6,15 mg/kg x d) y el tiempo de media reacción (t1/2)
fue 11,82 d, el cual corresponde a la transformación del compuesto que da
origen a los carotenoides involucrados.

La cinética en
los primeros días del almacenamiento a 20 ºC es
mostrada en la Fig. 3. Al igual que a 30 ºC, la
formación de los carotenoides siguió un modelo cinético de orden cero (R2
=  0,95), siendo
la ecuación cinética para este caso:

C = 0,365t + 14,588
(Ec. 8)

En el presente caso
(20 ºC), el valor de k fue 0,365 mg/100 g x d
(equivalente a 3,65 mg/kg xd) y el tiempo de media reacción
fue 19,92 d. Los valores de k y t1/2 indican que la reacción de
formación de carotenoides a 30 ºC fue más rápida que
la se llevó a 20 ºC, al presentar valor de k más alto
y t1/2 más bajo. En este sentido, se confirma el efecto de la
temperatura en la velocidad de las reacciones, la cual se ve favorecida con el
aumento en la temperatura.

Después del
segundo día en almacenamiento a 20 ºC y 30 ºC, el contenido en carotenoides totales mostró descensos
consistentes con una cinética de primer orden (Fig. 4 y Fig. 5); para esta evaluación se consideró como tiempo cero a
partir del día 2, que fue hasta donde aumentó la concentración de carotenoides.
A 20 ºC, la degradación de los carotenoides siguió el
modelo exponencial (R2 = 0,8871):

C = 14,189e-0,02t          (Ec. 9)

El valor de la
constante de velocidad (k) a dicha temperatura fue 0,02 d-1 y el
tiempo de media reacción (t1/2) fue 34,66 d.

Fig. 2  Carotenoides totales los primeros dos días de
almacenamiento a 30 ºC

Fig. 3  Carotenoides totales los primeros dos días de
almacenamiento a 20 ºC

A 30 ºC, la degradación de los
carotenoides siguió el siguiente modelo cinético (R2 = 0,9292):

C = 15,161e-0,032t        (Ec. 10)

En este caso,
la constante de velocidad (k) presentó el valor
0,032 d-1 y el tiempo de media reacción (t1/2) fue
21,66 d.

Fig. 4  Degradación de carotenoides a 20 ºC

La variación del contenido total de
carotenoides a 10 ºC (Fig. 6) también siguió un modelo cinético de primer orden (R2
= 0,9864), definido por la ecuación:

C = 14,768e-0,015t         (Ec. 11)

A esta temperatura, la constante de
velocidad mostró el menor valor (0,015 d-1) y el tiempo de media
reacción fue mayor al determinado a las otras dos temperaturas (46,21 d).

Fig. 5  Degradación de
carotenoides a 30 ºC

Fig. 6  Degradación de
carotenoides a 10 ºC

El resumen de
los parámetros cinéticos que describen la degradación de los carotenoides
totales del mesocarpio evaluado  se
muestra en la Tabla 1. La disminución en la temperatura de almacenamiento redujo
la velocidad de degradación de los pigmentos, lo cual es consistente con los
argumentos teóricos señalados en la bibliografía consultada [27], [33], [35]. En este sentido, desde el punto de vista fisicoquímico, el
almacenamiento del fruto maduro de la palma coroba a10ºC puede incrementar la
vida útil en relación al aporte en carotenoides. Sin embargo, es conveniente
evaluar la incidencia en la calidad total del fruto.

La cinética de la degradación de
carotenoides en otros sistemas alimentarios también ha mostrado un comportamiento
de primer orden. En bebidas a base de naranja, pomelo y pulpa del fruto de Opuntia
boldinghii, un catus, almacenadas en condiciones de refrigeración (7 ºC),
el contenido total de carotenoides totales descendió de acuerdo a un modelo
cinético de primer orden, presentado en valores de k y t1/2 en los
rangos de 0,0105 – 0,0245 d-1 y 28,3 – 66,0 d, respectivamente [36].

En mesocarpio de frutos maduros de
palma coroba previamente desecados en un colector solar y almacenados a
temperatura ambiente, protegidos de la luz [25], el contenido total de carotenoides mostró descensos consistentes con una
cinética de primer orden, con valor de k = 0,0208 d-1 y t1/2
= 33,3 d; estos resultados son cercanos a los obtenidos en el presente estudio
a 20 ºC.

TABLA I

PARÁMETROS CINÉTICOS DE LA DEGRADACIÓN DE LOS CAROTENOIDES
TOTALES DEL FRUTO DE LA PALMA COROBA DURANTE EL ALMACENAMIENTO

T (ºC)

Orden aparente

Ecuación cinética

R2

k (d-1)

t1/2 (d)

10

1

C = 14,768e-0,015t

0,99

0,015c

46,21a

20

1

C = 14,189e-0,02t

0,89

0,020b

34,66b

30

1

C = 15,161e-0,032t

0,93

0,032a

21,66c

-Superíndices en una misma columna indican diferencias significativas (p<0,05)

El efecto de la temperatura fue estimado mediante la ecuación de
Arrhenius, para lo cual se graficó el ln k = f(1/T), con la temperatura de
almacenamiento T expresada en ºK; el resultado se presenta en la Fig. 7. Los parámetros deducidos para la ecuación de Arrhenius
fueron: factor pre-exponencial 8690,6 d-1 y energía de activación
7,6 kcal/mol (7600 cal/mol, equivalente a 63,19 kJ/mol). Otros autores
reportaron para β-caroteno valores de A y Ea de 36,6 h-1
(equivalente a 878,4 d-1) y 26,2 kcal/mol (equivalente a 217,8
kJ/mol), respectivamente; las diferencias respecto al presente estudio pueden
estar  asociadas al hecho que utilizaron
β-caroteno en un medio lipídico mientrás que en el estudio con la palma
coroba se ha utilizado el fruto entero, lo que conlleva a diversidad de
reacciones en los distintos carotenoides presentes y que en un conjunto dan un
efecto global [35].

Cabe señalar que se han reportado valores diversos de k y Ea para la
degradación del β-caroteno, dependiendo del producto donde se encuentre,
así como de las condiciones de procesamiento y almacenamiento. En el caso de la
energía de activación, se  han indicado
valores de 64,2 kJ/mol en la degradación de este caroteno en hojuelas de batata
sometidas a fritura y 66 kJ/mol para rodajas de zanahoria deshidratadas [37]. El efecto de la temperatura de almacenamiento, en un rango
desde 10 ºC hasta 30 ºC, sobre  la
constante de velocidad  de la degradación
de los carotenoides del mesocarpio de la coroba, queda definido por la
ecuación:

k = 8690e(-3800/T)
(Ec. 12)

Fig. 7  Efecto de la
temperatura en la velocidad de degradación de carotenoides del mesocarpio de la
coroba

IV. CONCLUSIONES

El estudio realizado ha permitido corroborar que la fracción comestible del
fruto de la palma coroba, representada por el mesocarpio o pulpa, es una fuente
importante de carotenoides. La biosíntesis de estos pigmentos, de gran
importancia nutricional y tecnológica, continúa luego de la postcosecha siempre
que la temperatura de almacenamiento sea 20 ºC o más. El aumento de la temperatura
favorece la velocidad de degradación de los carotenoides presentes en el fruto
de la coroba, por lo que el almacenamiento del fruto debe realizarse en
condiciones de refrigeración (temperatura 10 ºC o menos) para garantizar una
pérdida mínima de estos metabolitos. Sin embargo, el metabolismo postcosecha
exhibido permite recomendar mantener los frutos al menos 48 h a temperatura
ambiente (cercana a 30ºC), lo cual incrementará el contenido total de
carotenoides e inmediatamente almacenar a 10 ºC, en caso de no procesarse a
continuación del tratamiento señalado. El almacenamiento a 10 ºC puede
mantenerse  hasta un máximo de 15 días.

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