Innovative development and processing of vegetable-based formulations: purees, juices, sauces and hummus

Abstract

[SPA] Los hábitos alimenticios actuales debidos a los cambios en el estilo de vida han definido un perfil de consumidor que demanda diariamente alimentos naturales, saludables, seguros, sabrosos y prácticos. Sin embargo, el estilo de vida actual por lo general no facilita el tiempo necesario para la preparación de tales comidas. Por lo tanto, su consumo debe ser promovido a través del desarrollo de productos convenientes procesados bajo tratamientos mínimos no agresivos para preservar la calidad original tanto como sea posible. Las frutas y hortalizas son la fuente principal en la dieta humana de minerales, vitaminas, metabolitos secundarios y otros compuestos que favorecen la salud y nutrición. La calidad del producto procesado no sólo depende de la calidad de la materia prima vegetal, sino también de las condiciones de procesado y almacenamiento que afectan a las reacciones enzimáticas y a las características sensoriales, nutricionales y funcionales. Por ello, la industria alimentaria necesita satisfacer la demanda actual ofreciendo productos sanos, innovadores, listos para el consumo, de alta calidad y seguros, con tecnologías de procesado mínimo y sostenible, que garanticen la seguridad y una vida útil adecuadas. Por lo tanto, el objetivo general de esta Tesis fue desarrollar formulaciones innovadoras a base de hortalizas, tales como purés, jugos, salsas y hummus, preparados como productos de "quinta gama" con elevado contenido de compuestos bioactivos de alta calidad y una vida útil refrigerada prolongada mediante técnicas emergentes de procesamiento mínimo sostenible. Las legumbres son un componente clave de la dieta mediterránea, pero su consumo ha disminuido durante los últimos años debido al estilo de vida. Por ello, los nuevos y convenientes productos a base de leguminosas desarrollados con tecnologías sostenibles parecen tener un mercado interesante. En esta Tesis se ha determinado la composición ideal de purés y salsas a base de legumbres, así como la evolución de la calidad microbiológica y sensorial. Se ha estudiado el desarrollo de un puré a base de guisantes con un tratamiento térmico (10 min) seguido de altas presiones hidrostáticas (HHP) a 550 kPa (0, 5 ó 10 min) y se han determinado las propiedades reológicas asociadas a la actividad enzimática y al tamaño de las partículas, así como la calidad microbiana y sensorial durante 36 días a 5 °C. El tamaño de las partículas del puré de guisantes disminuyó con todos los procesados, pero aumentó durante el almacenamiento en las muestras tratadas con HHP. El tratamiento de HHP (550 kPa, 5 min) mostró el mayor tamaño medio de partícula, diámetro medio de superficie y viscosidad respecto a los restantes tratamientos. Además, se estudiaron los efectos de diferentes tratamientos en horno de microondas (MW) semicontínuo (9 kW; 40 s), HHP (550 MPa, 10 min) y el procesamiento térmico asistido por altas presiones (HPTP) a 550 MPa durante 10 min, para alcanzar 60 °C, sobre los compuestos bioactivos y la calidad sensorial en un puré de guisantes almacenado durante 24 días a 5 °C. Las muestras tratadas con HHP mostraron la mayor retención de color y vitamina C durante el almacenamiento, mientras las tratadas con MW mostraron una mayor viscosidad aparente. Además, los tratamientos de HHP y HPTP indujeron el mayor contenido total de fenoles. Finalmente, las muestras tratadas con MW y HHP mostraron la más alta calidad sensorial después de 24 días a 5 °C. Igualmente, se estudiaron los efectos de diferentes tratamientos térmicos suaves MW (8 kW; 40 s), HHP (550 MPa, 10 min) y sous vide (3 min, 80 °C) sobre los compuestos bioactivos y la calidad sensorial en un puré de caupí almacenado durante 21 días a 5 °C. Las propiedades fisicoquímicas, especialmente el color, se vieron muy influenciadas por los tratamientos, en los que el tratamiento HHP fue capaz de preservar el color verde y mejorar la consistencia, la textura y el sabor. Posteriormente, en una innovadora salsa pesto hecha de semillas de haba fresca, se estudió el efecto de una pasteurización alternativa con un tratamiento semicontinuo por MW (11 kW; 30 s) respecto a una pasteurización convencional (85 °C; 5 min) durante 20 días a 5 ºC. El tratamiento con MW mejoró la calidad sensorial de la salsa pesto y disminuyó los taninos condensados. Además, las muestras tratadas con MW mostraron la mejor textura, consistencia y color, preservando su contenido de clorofilas y carotenoides. Además, la pasteurización con MW no afectó negativamente los compuestos fenólicos totales (TPC) y la capacidad antioxidante (TAC) durante el almacenamiento. El brócoli es una hortaliza con excelentes propiedades nutricionales y bioactivas que puede ser un ingrediente idóneo para obtener una innovadora variante de hummus con alta calidad nutricional/bioactiva. De acuerdo con esto, se formularon dos innovadores hummus con brócoli (53 % de hummus de la variedad convencional Partenón o del híbrido Bimi) y se trataron por MW en horno semicontinuo (9 kW; 40 s) o con HHP (550 MPa; 10 min; 23 °C). Se estudió la calidad microbiológica, fisicoquímica y sensorial y los compuestos bioactivos durante 28 días a 5 ºC. El hummus de Partenón tratado con MW mostró mejores resultados sensoriales después de 28 días, mientras que el tratamiento HHP fue mejor para el hummus de Bimi. Se observó una concentración de glucorafanina más alta (110 %) en el hummus de Partenón tratado con HHP, aunque el tratado con MW conservó mejor el contenido de sulforafano. Además, ambos tratamientos mantuvieron altos niveles de fenoles durante el almacenamiento, siendo mejor preservados por HHP, con niveles de TAC también más altos. Las ciclodextrinas (CDs) son macromoléculas con amplias aplicaciones industriales y beneficios particulares en la industria alimentaria tales como la protección de compuestos nutricionales y promotores de la salud, la estabilización de sabores, la eliminación de sabores no deseados y las reacciones de pardeamiento, entre otros. Se estudiaron los efectos de α- (10, 30 y 40 mM), β- (3, 6 y 10 mM) y maltosyl-β-CDs (30, 60 y 90 mM) sobre la estabilidad del sistema glucorafanina/sulforafano (muy saludable) de un zumo de brócoli durante 24 horas a 22 °C. La maltosyl-β-CD (90 mM) retuvo bien el contenido de glucorafanina después de 24 h a 22 °C, con mejores resultados que la β-CD (10 mM). Además, el sulforafano se encapsuló eficazmente con β–CD (3 mM), siendo estable el sulforafano formado durante 3 h a 22 °C. Por otro lado, 40 mM α–CD también retuvo bien el contenido de glucoraphanina en el zumo de brócoli, y los niveles de glucorafanina en el zumo sin CDs disminuyeron un 71 % después de 24 horas. Otra hortaliza con excelentes propiedades nutricionales y bioactivas es el kale, aunque su consumo como bebida está muy limitado por su sabor amargo. En este caso, se estudiaron los efectos de diferentes extractos de stevia (S10, S25 y S50), utilizados como edulcorantes para enmascarar el sabor amargo, sobre la calidad de esferas de zumo de kale durante 7 días a 5 ºC. Las esferas se produjeron con una técnica de doble esferificación que permitió obtener esferas de hidrogel de alta resistencia mecánica. La adición de extractos de stevia no afectó la calidad físico-química de las esferas de kale. En particular, las que contenían S50 mostraron los menores cambios de color después de 7 días de almacenamiento. Todas las esferas mostraron buena calidad microbiológica durante el almacenamiento con cargas siempre por debajo de 7 log CFU g-1, independientemente de la concentración de stevia. Además, el contenido en sulforafano de las esferas de kale no se vio afectado por la adición de stevia durante el almacenamiento. [ENG] The current dietary habits due to lifestyle changes have defined a consumer profile that demands daily, natural, healthy, safe, tasty and convenient foods. However, such current lifestyle usually does not allow the time needed for such meals preparation. Thus, their consumption could be promoted through the development of new elaborates, processed under non-aggressive minimal treatments to preserve, as much as possible, the original quality and assuring safety. Fruit and vegetables are the primary source of mineral, vitamins, secondary plant metabolites and other compounds that support human health and nutrition. The quality of processed product not only depends on that of the raw material, but also on the processing and storage conditions that affect enzymatic reactions and sensorial, nutritional and functional characteristics. Therefore, the food industry needs to produce and guarantee healthy, innovative, ready-to-eat, high quality and safe products with sustainable minimal processing technologies, being able to prolong the shelf life and satisfy the consumer‟s demand. Consequently, the general objective of this Thesis was to develop innovative vegetable-based formulations such as purees, juices, sauces and hummus prepared as „fifth range‟ products with high quality and bioactive compounds content, and prolonged refrigerated shelf life by using emerging sustainable minimal processing techniques. Legumes are a key component of the Mediterranean diet but its consumption has decreased during last years due to the current lifestyle. Therefore, new convenient legume-based products developed under sustainable technologies seems to be an interesting market. In this work, the ideal composition of purees and sauces based on legumes, as well as the evolution of the microbial and sensory quality were determined. A pea-based puree was developed with a boiling treatment (10 min) followed by high hydrostatic pressure (HHP) technology at 550 kPa (0, 5 or 10 min) and the rheological properties, associated with enzymatic activity and particle size, as well as on the microbial and sensory quality throughout 36 days at 5 °C, has been studied. After all processing treatments the particle size of pea puree decreased, but it increased during subsequent storage in HHP-treated samples. The HHP treatment (550 kPa, 5 min) showed the highest mean particle size, mean surface diameter and viscosity regarding the remaining treatments. Furthermore, the effect of different treatments like microwave (MW) at 9 kW for 40 s, HHP (550 MPa, 10 min) and high pressure assisted thermal processing (HPTP) at 550 MPa for 10 min to reach 60 °C, on bioactive compounds and sensory quality in a pea puree stored throughout 24 days at 5 °C were studied. HHP-treated samples showed the best colour and highest vitamin C retention after storage. Particularly, MW-treated samples showed higher apparent viscosity. Furthermore, HHP and HPTP treatments showed the highest total phenolics compounds content (TPC). Finally, after 24 days at 5 °C, MW and HHP treatments showed the highest sensorial quality. In addition, the effects of differents mild heating treatments MW (8 kW; 40 s), HHP (550 MPa, 10 min) and sous vide (3 min, 80 °C) on bioactive compounds and sensory quality in a cowpea puree stored throughout 21 days at 5 °C were studied. Physicochemical properties, especially colour, were greatly influenced by treatments, in where HHP was able to preserve greenness, and improve the consistency, texture and taste. Subsequently, the effect of an alternative semi-continuous MW pasteurization (11 kW; 30 s) regarding a conventional pasteurization (85 °C; 5 min) throughout 20 days at 5 ºC in an innovative pesto sauce, made of fresh faba bean seeds was studied. MW treatment improved the sensorial quality of pesto sauce and decreased condensed tannins. Additionally, MW-treated samples showed the best texture, consistency and colour, keeping its chlorophylls and carotenoids content. Accordlingly, MW pasteurization did not negatively affect the TPC and antioxidant capacity (TAC) throughout storage. Broccoli is a vegetable with excellent nutritional and bioactive properties that may be used as a first-rate ingredient to obtain an innovative high quality hummus variant. Accordlingly, two innovative broccoli (53 % either Parthenon conventional or hybrid Bimi) hummus were formulated and treated with a semi-continuous MW treatment (9 kW; 40 s) or with HHP (550 MPa; 10 min; 23 °C). The microbial, physicochemical, and sensory quality, besides the bioactive compounds content changes throughout 28 days at 5 ºC were studied. MW Parthenon hummus showed better sensory scores at the end of storage while HHP was better for Bimi. Higher (110 %) glucoraphanin was found in HPP Parthenon hummus although MW better preserved sulforaphane. Furthermore, both treatments kept high phenolics levels during storage being better kept by HHP, with also a higher TAC. Cyclodextrins (CDs) are macromolecules with wide industrial applications, with particular benefits in the food industry like protection of nutritional/health–promoting compounds, stabilization of flavours, elimination of undesired tastes and browning reactions, among others. Accordlingly, the effects of α– (10, 30 and 40 mM), β– (3, 6 and 10 mM) and maltosyl–β–CDs (30, 60 and 90 mM) on the stability of the health–promoting glucoraphanin/sulforaphane system (with high health benefits) of a broccoli juice during 24 h at 22 °C were studied. Maltosyl–β–CD (90 mM) highly retained glucoraphanin content after 24 h at 22 °C showing better results than β–CD (10 mM). Furthermore, sulforaphane was efficiently encapsulated with β–CD at just 3 mM being the formed sulforaphane stable during 3 h at 22 °C. On the other side, 40 mM α–CD also highly retained glucoraphanin content in broccoli juice, while glucoraphanin levels in juice without CDs decreased by 71 % after 24 h. Kale is another vegetable with excellent nutritional and bioactive properties, although its consumption as a beverage is highly limited by its bitter flavour. On such scenario, the effects of different stevia extracts (S10, S25 and S50), used as a sweetener to mask bitter flavour, on the quality of kale juice spheres during storage up to 7 days at 5 ºC were studied. Spheres were produced with a double spherification technique that allowed obtaining hydrogel spheres with high mechanical resistance. The addition of stevia extracts did not affect the physicochemical quality of spheres. Particularly, kale juice spheres containing S50 showed the lowest colour changes after 7 days of storage. All spheres showed good microbial quality during storage with loads below 7 log CFU g-1, regardless of stevia concentration, throughout chilling storage. Sulforaphane content of kale spheres was not affected by stevia addition during storage of spheres up to 7 days at 5 ºC.