Obtención de polvos frutales a partir de maqui (Aristotelia chilensis) con alto poder antioxidante mediante secado por atomización : optimización del proceso de secado, atributos de calidad y aplicaciones

Abstract

El objetivo general de este trabajo fue obtener un producto en polvo a partir de una fruta silvestre poco conocida en nuestro país como es el maqui (Aristotelia chilensis). Esta berry, que crece en los bosques andino-patagónicos, ha sido hasta el momento poco aprovechada para el desarrollo de nuevos ingredientes de alto valor nutricional. En primer lugar, se caracterizó la materia prima para evaluar su potencial antioxidante y su poder colorante. Luego se estudiaron y optimizaron distintas etapas de procesamiento del fruto de maqui: extracción sólido-líquido y posterior secado. Se utilizó una extracción acuosa con temperatura como tecnología amigable con el medio ambiente y como método de deshidratación del extracto optimizado se empleó secado por atomización. Se evaluaron distintos adyuvantes de secado (maltodextrina, goma arábiga, celulosa microcristalina y dióxido de silicio coloidal) como agentes encapsulantes de los compuestos bioactivos del maqui (antocianinas y polifenoles). Se analizaron las propiedades fisicoquímicas y funcionales a lo largo del procesamiento y del producto en polvo. Se estudió en detalle la degradación de compuestos antociánicos, dado que son los responsables de color y de la capacidad antioxidante de frutos de maqui. Adicionalmente se realizó un estudio de vida útil acelerado del polvo de mejor performance y se analizó la bioaccesibilidad de los compuestos bioactivos luego de un estudio in vitro del proceso de digestión gastrointestinal. Finalmente se estudiaron dos aplicaciones del polvo de maqui: 1) elaboración de un nutracéutico en forma de comprimidos y 2) el uso como colorante natural y antimicrobiano en sidras. El polvo con dióxido de silicio presentó la mayor retención de compuestos bioactivos, una elevada capacidad antioxidante, buenas propiedades de flujo y una alta estabilidad física aún a humedades relativas elevadas. El estudio de almacenamiento acelerado mostró que envasado adecuadamente, puede ser expuesto a temperatura ambiente sin modificaciones en el color ni pérdida de los compuestos bioactivos durante un almacenamiento prolongado. Adicionalmente se observó una gran recuperación de polifenoles y de capacidad antioxidante al cabo del proceso digestivo, mayor que la observada para otros productos del mercado. Esto indica que el polvo obtenido tiene un alto potencial para ser utilizado como ingrediente funcional en distintos productos. Los estudios acerca de las aplicaciones propuestas del polvo de maqui mostraron resultados satisfactorios y prometedores. En el campo de los nutracéuticos fue posible elaborar comprimidos por compresión directa cuyo consumo (2 comprimidos diarios) implica un aporte elevado de compuestos bioactivos. La desintegración y el perfil de disolución de los comprimidos fueron adecuados para una formulación de liberación inmediata. Por otro lado, la incorporación del polvo como colorante en sidras permitió obtener bebidas de una gama de colores atractiva para distintos grupos de consumidores. El estudio realizado de aceptabilidad del color y percepción del consumidor mostró un 94 % de intención de compra del producto, siendo las sidras con el agregado de 400 y 600 mg de polvo cada 100 ml las de mejor performance con puntaje suficiente para ser consideradas como posibles prototipos a lanzar al mercado. Adicionalmente se comprobó el efecto antimicrobiano del polvo de maqui en levaduras contaminantes del proceso de elaboración de sidra, lo que permitiría reducir la concentración de sulfito en dicho proceso.

The main objective of this work was to obtain a powder from a wild fruit that is still relatively unknown in our country as is the case of maqui (Aristotelia chilensis). This berry, which grows in the Andean-Patagonian forests, has been poorly valorized for the development of new ingredients of high nutritional value. First, the raw material was characterized in order to evaluate its antioxidant potential and coloring power. Then, the different processing stages (solid-liquid extraction and drying) were optimized. An aqueous extraction at high temperature was used as green-friendly technology and spray drying was selected as dehydration method of the optimized extract. Different drying adjuvants (maltodextrin, gum arabic, microcrystalline cellulose and colloidal silicon dioxide) were evaluated as encapsulating agents of the bioactive compounds studied (anthocyanins and polyphenols). Physicochemical and functional properties were analyzed along all the processing steps and for the final maqui powder. Anthocyanin compounds degradation was studied in detail, since they are responsible for the color and the antioxidant capacity of maqui fruits. Additionally, an accelerated shelf-life study of the optimal powder was performed; also the bioactive compounds bioaccessibility was estimated by means of in vitro gastrointestinal digestion assay. Finally, two applications of maqui powder were studied: 1) development of a nutraceutical in the form of tablets and 2) use as natural colorant and antimicrobial agent in ciders. The powder with silicon dioxide had the highest retention of bioactive compounds, a high antioxidant capacity, good flow properties, and high physical stability even at high relative humidities. The accelerated storage study showed that if it is adequately packaged, the powder can be exposed to room temperature without changes in color or loss of bioactive compounds content during long periods of storage. Additionally, a good recovery of polyphenols and antioxidant capacity was observed after the digestion process, higher than that observed for other products on the market. This indicates that the maqui power obtained has a great potential to be used as a functional ingredient in different products. The studies carried out on the proposed applications of maqui powder yielded satisfactory and promising results. In the area of nutraceuticals it was possible to produce tablets by direct compression, the consumption of 2 tablets daily provides a high bioactive compounds supply. The disintegration and dissolution profile of the tablets were suitable for an immediate release formulation. On the other hand, the incorporation of the maqui powder as colorant in ciders yielded beverages of attractive color for different consumer groups. The study of color acceptability and consumer perception showed 94% purchase intention, being ciders with the addition of 400 and 600 mg of powder per 100 ml the best product with enough score to be considered as possible marketable product. Additionally, the antimicrobial effect of the maqui powder on contaminating yeasts of the cider-making process was verified. Then, the use of maqui would allow reducing the required sulphite concentration, which acts actually as antimicrobial in the cider production process.