Micropartículas de pulpa de tuna anaranjada opuntia ficus-indica con mucílago de nopal y su aplicación como colorante en alimentos

Abstract

El empleo de colorantes naturales ha ganado interés como sustituto de los colorantes sintéticos o artificiales, que se consideran dañinos para la salud de los consumidores. La indicaxantina de la pulpa de la tuna anaranjada (Opuntia ficus-indica) podría ser un colorante natural para alimentos de naturaleza hidrosoluble, que podría aplicarse en una amplia variedad de productos. El empleo de la microencapsulación por secado por atomización de la pulpa de tuna anaranjada, con mucílago de nopal y maltodextrina como agentes encapsulantes, podría garantizar la estabilidad de la indicaxantina, favoreciendo su almacenamiento y funcionamiento como colorante para alimentos. En este estudio se determinaron las condiciones óptimas de encapsulación mediante secado por atomización de la pulpa de tuna anaranjada (P), usando mucílago de nopal (M), maltodextrina (MD) y una mezcla de mucílago-maltodextrina (M+MD) como agentes encapsulantes, para determinar el efecto del polímero en las características, estabilidad en almacenamiento y como colorantes en dos alimentos (yogur y bebida refrescante). La temperatura del aire de entrada al secador (T) y la relación pulpa/agente encapsulante (P/AE) fueron las variables independientes. La eficiencia de encapsulación de indicaxantina (EE) y el rendimiento del proceso (R) fueron las variables dependientes. Durante la optimización de la encapsulación los tres sistemas de micropartículas (P-MD, P-M y P-M+MD) tuvieron eficiencias de encapsulación de indicaxantina mayores a 70%, debido a interacciones indicaxantina-polímero por interacciones electrostáticas y/o formación de puentes de hidrógeno. El rendimiento estuvo entre 40% – 62% en P-MD, entre 4% – 11% en P-M y entre 5% – 32% en P-M+MD. De modo general, la relación P/AE tuvo mayor influencia que la temperatura durante el proceso de encapsulación y las condiciones óptimas fueron T= 150 °C y relación P/AE 3:1. En estas condiciones, la eficiencia de encapsulación y el rendimiento del proceso fueron 100% y 51,2% (P-MD), 87% y 7% (P-M) y 93% y 11% (P-M+MD), respectivamente. Todos los sistemas de micropartículas tuvieron baja humedad (menor a 7%) y actividad de agua (menor a 0,3), y una alta solubilidad (mayor a 90%), lo que posibilitaría su almacenamiento y aplicación en formulaciones de alimentos de naturaleza acuosa. Las micropartículas se almacenaron durante 7 semanas a 5, 37 y 60 °C, observándose una mayor estabilidad de la indicaxantina y el color a baja temperatura. A 60 °C, el sistema P-MD mostró la mayor estabilidad de la indicaxantina, con una retención de 89%, mientras que a 5 y 37 °C, P-MD y P-M+MD mostraron una retención mayor al 95%. Respecto al color, a 5 °C se obtuvo un ΔE* < 2 en los tres sistemas; sin embargo, un cambio de color perceptible ocurrió a 37 °C en P-M y P-M+MD, y en los tres sistemas a 60 °C. Por tanto, las micropartículas deberán ser almacenadas a baja temperatura para garantizar la estabilidad del color y la indicaxantina Los sistemas P-MD y P-M+MD se agregaron como colorantes a un yogur natural y a una bebida refrescante y se compararon con productos comerciales. En el yogur, ambos colorantes mostraron similar estabilidad de la indicaxantina y el color, con una retención mayor al 80% y un ΔE* < 1. En la bebida refrescante, el colorante P-MD fue más estable con una retención de indicaxantina de 12%, mientras que la retención en P-M+MD fue de 7,4%, después de 28 días en almacenamiento refrigerado. En ambas bebidas el cambio de color estuvo cercano a 6. Las diferencias entre los alimentos (composición, pH) explicarían estos resultados obtenidos. Las micropartículas de pulpa de tuna anaranjada podrían ser empleadas como colorantes amarillos en la industria de alimentos como sustituto de los colorantes sintéticos

The use of natural colorants has raised interest as substitutes for synthetic or artificial dyes, which are considered harmful to the consumers' health. Indicaxanthin from the pulp of orange cactus pear (Opuntia ficus-indica) could be a natural food colorant of a water-soluble nature, which could be applied in a wide range of products. The microencapsulation by spray drying of the orange cactus pear pulp, with nopal mucilage and maltodextrin as encapsulating agents, could ensure the stability of indicaxanthin, enhancing its storage and performance as a food coloring. In this study, the optimal conditions of encapsulation by spray drying of orange cactus pear pulp (P) were determined, using nopal mucilage (M), maltodextrin (MD), and a mucilage-maltodextrin blend (M+MD) as encapsulating agents, to determine the effect of the polymer on the microparticle's characteristics. Stability during storage and as a colorant in two products (yogurt and soft drink) were also determined. The dryer inlet air temperature (T) and the pulp/encapsulating agent ratio (P/AE) were the independent variables. Indicaxanthin encapsulation efficiency (EE) and process yield (R) were the dependent variables. During the encapsulation optimization, the three microparticle systems (P-MD, P-M, and P-M+MD) showed indicaxanthin encapsulation efficiencies higher than 70%, due to indicaxanthin-polymer interactions by electrostatic interactions and/or hydrogen bonds formation. The yield ranged from 40% – 62% for P-MD, from 4% – 11% for P-M, and 5% – 32% for P-M+MD. In general, the P/AE ratio had a greater influence than the temperature in the encapsulation process and the optimal conditions were air inlet temperature, T= 150 °C, and 3:1 P/AE ratio. Under these conditions, the encapsulation efficiency and yield were 100% and 51.2% (P-MD), 87% and 7% (P-M), and 93% and 11% (P-M+MD), respectively. All the microparticle systems showed low moisture (less than 7%) and water activity (less than 0.3), and a high solubility (over 90%), which would allow them to be stored and applied in aqueous food formulations. Microparticles were stored for 7 weeks at 5, 37, and 60 °C, showing greater indicaxanthin and color stability at low temperatures. At 60 °C, the P-MD system showed the highest indicaxanthin stability, with 89% retention, while at 5 and 37 °C, P-MD, and P-M+MD exhibited retention of over 95%. Regarding color, at 5 °C a ΔE* < 2 was obtained in the three systems; however, a perceptible color change occurred at 37 in P-M and P-M+MD as well as at 60 °C in the three systems. Therefore, microparticles should be stored at low temperatures to ensure the stability of color and indicaxanthin. The P-MD and P-M+MD systems were added as colorants to natural yogurt and a soft-drink and compared to commercial products. In the yogurt, both colorants showed similar indicaxanthin and color stability, with retention higher than 80% and a ΔE* < 1. In the soft-drink, the P-MD colorant was more stable with 12% indicaxanthin retention, while the P-M+MD retention was 7.4%, after 28 days in refrigerated storage. In both beverages, the color change was close to 6. The differences between the food matrices (composition, pH) would explain these obtained results. Microparticles of orange cactus pear pulp could be used as yellow colorants in the food industry as a substitute for synthetic dyes