Desarrollo de subproductos de diseño a partir de jugo de naranja preservado por luz ultravioleta de onda corta (UV-C)

Autores
Andreone, Antonella
Año de publicación
2025
Idioma
español castellano
Tipo de recurso
tesis doctoral
Estado
versión publicada
Colaborador/a o director/a de tesis
Guerrero, Sandra Norma
Schenk, Marcela Liliana
Descripción
Los cambios en las tendencias de los consumidores actuales, quienes optan por alimentos y bebidas más saludables, junto a una mayor conciencia sobre la utilización de ingredientes más naturales y tecnologías que cuidan el medioambiente, obligan a implementar mejoras sustanciales en los métodos convencionales de preservación, que, si bien resultan muy efectivos, generan un detrimento en la calidad sensorial, nutricional y/o funcional de los productos. En las últimas décadas se vienen estudiando intensamente tecnologías emergentes de preservación, siempre con miras a garantizar tanto la inocuidad como la calidad del alimento, pero a su vez, más suaves y amigables con el medio ambiente. En particular, la aplicación de luz ultravioleta de onda corta (UV-C, 254 nm) despierta interés por ser una tecnología de bajo costo e implementación, ser efectiva contra microorganismos patógenos y deteriorativos, no dejar residuos y afectar en bajo grado la calidad del alimento. Sin embargo, la presencia de componentes que absorben la luz y partículas suspendidas dificultan la penetración de la luz UV-C, afectando de manera significativa la eficacia del proceso de descontaminación. Es por ello que su utilización en una estrategia que considera la asistencia de otros factores de estrés microbiano resulta promisoria. El objetivo de esta tesis fue desarrollar subproductos innovadores y saludables a partir de jugo naranja procesado con luz ultravioleta de onda corta (UV-C, 254 nm) asistida por temperatura moderada (50 °C) a escala piloto (dosis actinométrica, Hdact, 892 mJ/cm2). Se diseñaron subproductos para dos grupos de consumidores bien diferenciados: un “gel postre frutal” de consumo al paso y un “gel para la nutrición deportiva”, ambos alineados con las tendencias actuales de un consumo saludable. En la primera parte, se estudiaron los efectos del procesamiento por luz UV-C en el jugo de naranja, evaluando la influencia de la asistencia de temperatura moderada y las características físicas y ópticas de la matriz en la eficiencia del tratamiento. Se analizó la cinética de inactivación microbiana mediante modelos matemáticos predictivos conceptualmente distintos (Weibull y Coroller) y se determinó el impacto del proceso sobre diversos parámetros de calidad, incluyendo el contenido de polifenoles, flavonoides, capacidad antioxidante, vitamina C y la formación de 5-hidroximetilfurfural (HMF). Los resultados mostraron que, si bien se observó una reducción en los compuestos bioactivos en comparación con el jugo sin tratar, la formación de HMF fue menor en el tratamiento propuesto respecto a un procesamiento térmico convencional. En la segunda parte de la tesis, se elaboraron a partir del jugo preservado por luz UV-C 27 sistemas de gel postre frutal utilizando distintas combinaciones de endulzantes o agente de carga (sacarosa, eritritol, rebaudiósido A y polidextrosa), pectina de bajo metoxilo (1% p/p) y carbonato de calcio según un diseño experimental Box-Behnken. Se estudió el impacto de los ingredientes o sus combinaciones en parámetros fisicoquímicos (pH, turbidez, actividad de agua y capacidad de retención de agua), propiedades reológicas (perfil de textura y comportamiento viscoelástico) y estabilidad microbiológica de los geles postre. Se identificaron dos sistemas con características sensoriales y estructurales similares al sistema control a emular asequible en el mercado, el cual contenía solo sacarosa (10%p/p): uno con reemplazo parcial (3,0% p/p de sacarosa y 0,019% p/p de rebaudiósido A), y otro con reemplazo total (5,5% p/p de eritritol y 0,019% p/p de rebaudiósido A). Ambos sistemas mostraron un comportamiento típico de geles, con valores del módulo de almacenamiento (G') superiores al módulo de pérdida (G''), y fueron bien aceptados sensorialmente. Además, mediante un estudio conjunto se evidenció que el gel postre frutal fue percibido como una opción saludable y con alta disposición de prueba, como alternativa con menor contenido de azúcar. En la última parte de esta tesis se desarrolló un gel deportivo utilizando jugo de naranja procesado por UV-C y extracto de yerba mate (EYM), como fuente natural de cafeína y otros compuestos bioactivos de impacto positivo en la salud. EYM se obtuvo en el jugo de naranja mediante extracción asistida por ultrasonido de hojas de yerba mate canchada y estacionada. Además, la formulación del gel deportivo incluyó maltodextrina (33 % p/p), sacarosa (25 % p/p), goma guar (0,6 % p/p) y goma garrofín (0,6 % p/p). El contenido de cafeína (23 mg/envase; 569 μg/mL) fue comparable al de geles comerciales que generalmente contienen entre 20 mg y 50 mg por envase. Los análisis evidenciaron una capacidad antioxidante significativa, así como la presencia de polifenoles totales, flavonoides, junto con la presencia de teobromina, ácido clorogénico y rutina. Durante 25 días de almacenamiento a 20 °C, el gel mantuvo estabilidad microbiológica y fisicoquímica en términos de pH, sólidos solubles, color y turbidez. Finalmente, mediante el estudio conjunto realizado con deportistas, se evidenció que el producto presentó una alta disposición a ser probado y una percepción de saludable, lo que resalta su potencial atractivo en el mercado. El abordaje de esta tesis permitió formular, desarrollar y validar con éxito dos productos de base frutal diseñados con ingredientes más naturales y/o preservados por tecnologías consideradas verdes. Los mismos están dirigidos a grupos de consumidores diferentes y se ajustan a las tendencias de consumo actual.
Current changes in consumer trends toward healthier foods and beverages, combined with increased awareness of using more natural ingredients and environmentally friendly technologies, necessitate substantial improvements in conventional preservation methods. Although these methods are highly effective, they often result in a decline in the sensory, nutritional, and/or functional quality of the products. Over recent decades, emerging preservation technologies have been extensively studied with the goal of ensuring both food safety and quality while offering gentler and more environmentally sustainable alternative. Among these, short-wave ultraviolet light (UV-C, 254 nm) has attracted considerable interest due to its low cost and ease of implementation, its effectiveness against pathogenic and spoilage microorganisms, its residue-free nature, and its minimal impact on food quality. However, the presence of soluble solids, light-absorbing compounds, and suspended particles can hinder UV-C light penetration, significantly reducing the efficiency of the decontamination process. Therefore, its application in a strategy incorporating additional microbial stress factors shows promising potential. The general objective of this thesis was to develop innovative, healthy, and sustainable products through the application of assisted intervention technologies. To achieve this, commercial orange juice was processed using short-wave ultraviolet light (UV-C), assisted by moderate temperature (50 °C) in a pilot-scale reactor (Hdact = 892 mJ/cm2). Two product formulations were designed for two clearly differentiated consumer groups: “confectionery gels” on the go, and “sports nutrition gels”, both aligned with current trends in healthy consumption. In the first phase, the effects of UV-C processing on orange juice were investigated, focusing on the influence of moderate thermal assistance and the physical and optical characteristics of the matrix on treatment efficiency. The microbial inactivation kinetics were deeply studied in each system by mathematical modelling (Weibull model, Coroller model), and the impact of the process on several quality parameters, including polyphenol and flavonoid content, antioxidant capacity, vitamin C, and 5-hydroxymethylfurfural formation (HMF), was evaluated. The results showed that, although a reduction in bioactive compounds was observed compared to untreated juice, the formation of HMF was lower in the proposed treatment than in conventional thermal processing. In the second part of the thesis, 27 confectionery gel systems were developed from UV-C treated juice using different blends of sweeteners or bulking agents (sucrose, erythritol, rebaudioside A, and polydextrose), low-methoxyl pectin (1% w/w), and calcium carbonate according to a Box-Behnken experimental design. The impact of the ingredients and their combinations was studied on physicochemical parameters (pH, turbidity, water activity, and water-holding capacity), rheological properties (texture profile and viscoelastic behavior), and microbiological stability of the confectionery gels. As a result, two systems were identified that exhibited sensory and rheological properties, similar to the full-sucrose options: one with partial replacement (3.0% w/w sucrose and 0.019% w/w rebaudioside A), and another with full replacement (5.5% w/w erythritol and 0.019% w/w rebaudioside A). Both exhibited typical gel behavior, with storage modulus (G') values higher than loss modulus (G'') and were well accepted sensorially. Furthermore, a conjoint study revealed that the confectionery gel was perceived as very healthy and with a high willingness to try. In the final part of this thesis, a sports nutrition gel was developed using UV-C treated orange juice and yerba mate extract (YME) as a natural source of caffeine and other bioactive compounds with positive health effects. The YME was obtained in the orange juice through ultrasound-assisted extraction from dried and aged yerba mate leaves. Its formulation included maltodextrin (33 % w/w), sucrose (25% w/w), guar gum (0.6 % w/w), and locust bean gum (0.6 % w/w). The caffeine content (23 mg/pouch; 569 μg/mL) was comparable to that of commercial gels, which generally contain between 20 mg and 50 mg per pouch. The analyses revealed significant antioxidant capacity, as well as the presence of total polyphenols, flavonoids, along with the presence of theobromine, chlorogenic acid, and rutin. During 25 days of storage at 20 °C, the gel maintained microbiological and physicochemical stability in terms of pH, soluble solids, color, and turbidity. Finally, a conjoint study with athlete consumers showed that the product was perceived as healthy and with a high willingness to try, highlighting its potential in the market. The approach adopted in this thesis enabled the successful formulation, development, and validation of two fruit-based products designed with more natural ingredients and/or preserved using environmentally friendly (“green”) technologies. These products target different consumer groups and align with current consumption trends.
Fil: Andreone, Antonella. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.
Materia
LUZ UV-C
TECNOLOGIAS ASISTIDAS
PRESERVACION DE JUGO
GEL POSTRE FRUTAL
GEL DEPORTIVO
EXTRACTO DE YERBA MATE
ESTUDIOS SENSORIALES
CALIDAD FISICOQUIMICA
UV-C LIGHT
ASSISTED TECHNOLOGIES
JUICE PRESERVATION
FRUIT CONFECTIONERY GEL
SPORTS GEL
YERBA MATE EXTRACT
SENSORY STUDIES
PHYSICOCHEMICAL QUALITY
Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar
Repositorio
Biblioteca Digital (UBA-FCEN)
Institución
Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
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En las últimas décadas se vienen estudiando intensamente tecnologías emergentes de preservación, siempre con miras a garantizar tanto la inocuidad como la calidad del alimento, pero a su vez, más suaves y amigables con el medio ambiente. En particular, la aplicación de luz ultravioleta de onda corta (UV-C, 254 nm) despierta interés por ser una tecnología de bajo costo e implementación, ser efectiva contra microorganismos patógenos y deteriorativos, no dejar residuos y afectar en bajo grado la calidad del alimento. Sin embargo, la presencia de componentes que absorben la luz y partículas suspendidas dificultan la penetración de la luz UV-C, afectando de manera significativa la eficacia del proceso de descontaminación. Es por ello que su utilización en una estrategia que considera la asistencia de otros factores de estrés microbiano resulta promisoria. El objetivo de esta tesis fue desarrollar subproductos innovadores y saludables a partir de jugo naranja procesado con luz ultravioleta de onda corta (UV-C, 254 nm) asistida por temperatura moderada (50 °C) a escala piloto (dosis actinométrica, Hdact, 892 mJ/cm2). Se diseñaron subproductos para dos grupos de consumidores bien diferenciados: un “gel postre frutal” de consumo al paso y un “gel para la nutrición deportiva”, ambos alineados con las tendencias actuales de un consumo saludable. En la primera parte, se estudiaron los efectos del procesamiento por luz UV-C en el jugo de naranja, evaluando la influencia de la asistencia de temperatura moderada y las características físicas y ópticas de la matriz en la eficiencia del tratamiento. Se analizó la cinética de inactivación microbiana mediante modelos matemáticos predictivos conceptualmente distintos (Weibull y Coroller) y se determinó el impacto del proceso sobre diversos parámetros de calidad, incluyendo el contenido de polifenoles, flavonoides, capacidad antioxidante, vitamina C y la formación de 5-hidroximetilfurfural (HMF). Los resultados mostraron que, si bien se observó una reducción en los compuestos bioactivos en comparación con el jugo sin tratar, la formación de HMF fue menor en el tratamiento propuesto respecto a un procesamiento térmico convencional. En la segunda parte de la tesis, se elaboraron a partir del jugo preservado por luz UV-C 27 sistemas de gel postre frutal utilizando distintas combinaciones de endulzantes o agente de carga (sacarosa, eritritol, rebaudiósido A y polidextrosa), pectina de bajo metoxilo (1% p/p) y carbonato de calcio según un diseño experimental Box-Behnken. Se estudió el impacto de los ingredientes o sus combinaciones en parámetros fisicoquímicos (pH, turbidez, actividad de agua y capacidad de retención de agua), propiedades reológicas (perfil de textura y comportamiento viscoelástico) y estabilidad microbiológica de los geles postre. Se identificaron dos sistemas con características sensoriales y estructurales similares al sistema control a emular asequible en el mercado, el cual contenía solo sacarosa (10%p/p): uno con reemplazo parcial (3,0% p/p de sacarosa y 0,019% p/p de rebaudiósido A), y otro con reemplazo total (5,5% p/p de eritritol y 0,019% p/p de rebaudiósido A). Ambos sistemas mostraron un comportamiento típico de geles, con valores del módulo de almacenamiento (G') superiores al módulo de pérdida (G''), y fueron bien aceptados sensorialmente. Además, mediante un estudio conjunto se evidenció que el gel postre frutal fue percibido como una opción saludable y con alta disposición de prueba, como alternativa con menor contenido de azúcar. En la última parte de esta tesis se desarrolló un gel deportivo utilizando jugo de naranja procesado por UV-C y extracto de yerba mate (EYM), como fuente natural de cafeína y otros compuestos bioactivos de impacto positivo en la salud. EYM se obtuvo en el jugo de naranja mediante extracción asistida por ultrasonido de hojas de yerba mate canchada y estacionada. Además, la formulación del gel deportivo incluyó maltodextrina (33 % p/p), sacarosa (25 % p/p), goma guar (0,6 % p/p) y goma garrofín (0,6 % p/p). El contenido de cafeína (23 mg/envase; 569 μg/mL) fue comparable al de geles comerciales que generalmente contienen entre 20 mg y 50 mg por envase. Los análisis evidenciaron una capacidad antioxidante significativa, así como la presencia de polifenoles totales, flavonoides, junto con la presencia de teobromina, ácido clorogénico y rutina. Durante 25 días de almacenamiento a 20 °C, el gel mantuvo estabilidad microbiológica y fisicoquímica en términos de pH, sólidos solubles, color y turbidez. Finalmente, mediante el estudio conjunto realizado con deportistas, se evidenció que el producto presentó una alta disposición a ser probado y una percepción de saludable, lo que resalta su potencial atractivo en el mercado. El abordaje de esta tesis permitió formular, desarrollar y validar con éxito dos productos de base frutal diseñados con ingredientes más naturales y/o preservados por tecnologías consideradas verdes. Los mismos están dirigidos a grupos de consumidores diferentes y se ajustan a las tendencias de consumo actual.Current changes in consumer trends toward healthier foods and beverages, combined with increased awareness of using more natural ingredients and environmentally friendly technologies, necessitate substantial improvements in conventional preservation methods. Although these methods are highly effective, they often result in a decline in the sensory, nutritional, and/or functional quality of the products. Over recent decades, emerging preservation technologies have been extensively studied with the goal of ensuring both food safety and quality while offering gentler and more environmentally sustainable alternative. Among these, short-wave ultraviolet light (UV-C, 254 nm) has attracted considerable interest due to its low cost and ease of implementation, its effectiveness against pathogenic and spoilage microorganisms, its residue-free nature, and its minimal impact on food quality. However, the presence of soluble solids, light-absorbing compounds, and suspended particles can hinder UV-C light penetration, significantly reducing the efficiency of the decontamination process. Therefore, its application in a strategy incorporating additional microbial stress factors shows promising potential. The general objective of this thesis was to develop innovative, healthy, and sustainable products through the application of assisted intervention technologies. To achieve this, commercial orange juice was processed using short-wave ultraviolet light (UV-C), assisted by moderate temperature (50 °C) in a pilot-scale reactor (Hdact = 892 mJ/cm2). Two product formulations were designed for two clearly differentiated consumer groups: “confectionery gels” on the go, and “sports nutrition gels”, both aligned with current trends in healthy consumption. In the first phase, the effects of UV-C processing on orange juice were investigated, focusing on the influence of moderate thermal assistance and the physical and optical characteristics of the matrix on treatment efficiency. The microbial inactivation kinetics were deeply studied in each system by mathematical modelling (Weibull model, Coroller model), and the impact of the process on several quality parameters, including polyphenol and flavonoid content, antioxidant capacity, vitamin C, and 5-hydroxymethylfurfural formation (HMF), was evaluated. The results showed that, although a reduction in bioactive compounds was observed compared to untreated juice, the formation of HMF was lower in the proposed treatment than in conventional thermal processing. In the second part of the thesis, 27 confectionery gel systems were developed from UV-C treated juice using different blends of sweeteners or bulking agents (sucrose, erythritol, rebaudioside A, and polydextrose), low-methoxyl pectin (1% w/w), and calcium carbonate according to a Box-Behnken experimental design. The impact of the ingredients and their combinations was studied on physicochemical parameters (pH, turbidity, water activity, and water-holding capacity), rheological properties (texture profile and viscoelastic behavior), and microbiological stability of the confectionery gels. As a result, two systems were identified that exhibited sensory and rheological properties, similar to the full-sucrose options: one with partial replacement (3.0% w/w sucrose and 0.019% w/w rebaudioside A), and another with full replacement (5.5% w/w erythritol and 0.019% w/w rebaudioside A). Both exhibited typical gel behavior, with storage modulus (G') values higher than loss modulus (G'') and were well accepted sensorially. Furthermore, a conjoint study revealed that the confectionery gel was perceived as very healthy and with a high willingness to try. In the final part of this thesis, a sports nutrition gel was developed using UV-C treated orange juice and yerba mate extract (YME) as a natural source of caffeine and other bioactive compounds with positive health effects. The YME was obtained in the orange juice through ultrasound-assisted extraction from dried and aged yerba mate leaves. Its formulation included maltodextrin (33 % w/w), sucrose (25% w/w), guar gum (0.6 % w/w), and locust bean gum (0.6 % w/w). The caffeine content (23 mg/pouch; 569 μg/mL) was comparable to that of commercial gels, which generally contain between 20 mg and 50 mg per pouch. The analyses revealed significant antioxidant capacity, as well as the presence of total polyphenols, flavonoids, along with the presence of theobromine, chlorogenic acid, and rutin. During 25 days of storage at 20 °C, the gel maintained microbiological and physicochemical stability in terms of pH, soluble solids, color, and turbidity. Finally, a conjoint study with athlete consumers showed that the product was perceived as healthy and with a high willingness to try, highlighting its potential in the market. The approach adopted in this thesis enabled the successful formulation, development, and validation of two fruit-based products designed with more natural ingredients and/or preserved using environmentally friendly (“green”) technologies. These products target different consumer groups and align with current consumption trends.Fil: Andreone, Antonella. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.Universidad de Buenos Aires. 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En particular, la aplicación de luz ultravioleta de onda corta (UV-C, 254 nm) despierta interés por ser una tecnología de bajo costo e implementación, ser efectiva contra microorganismos patógenos y deteriorativos, no dejar residuos y afectar en bajo grado la calidad del alimento. Sin embargo, la presencia de componentes que absorben la luz y partículas suspendidas dificultan la penetración de la luz UV-C, afectando de manera significativa la eficacia del proceso de descontaminación. Es por ello que su utilización en una estrategia que considera la asistencia de otros factores de estrés microbiano resulta promisoria. El objetivo de esta tesis fue desarrollar subproductos innovadores y saludables a partir de jugo naranja procesado con luz ultravioleta de onda corta (UV-C, 254 nm) asistida por temperatura moderada (50 °C) a escala piloto (dosis actinométrica, Hdact, 892 mJ/cm2). Se diseñaron subproductos para dos grupos de consumidores bien diferenciados: un “gel postre frutal” de consumo al paso y un “gel para la nutrición deportiva”, ambos alineados con las tendencias actuales de un consumo saludable. En la primera parte, se estudiaron los efectos del procesamiento por luz UV-C en el jugo de naranja, evaluando la influencia de la asistencia de temperatura moderada y las características físicas y ópticas de la matriz en la eficiencia del tratamiento. Se analizó la cinética de inactivación microbiana mediante modelos matemáticos predictivos conceptualmente distintos (Weibull y Coroller) y se determinó el impacto del proceso sobre diversos parámetros de calidad, incluyendo el contenido de polifenoles, flavonoides, capacidad antioxidante, vitamina C y la formación de 5-hidroximetilfurfural (HMF). Los resultados mostraron que, si bien se observó una reducción en los compuestos bioactivos en comparación con el jugo sin tratar, la formación de HMF fue menor en el tratamiento propuesto respecto a un procesamiento térmico convencional. En la segunda parte de la tesis, se elaboraron a partir del jugo preservado por luz UV-C 27 sistemas de gel postre frutal utilizando distintas combinaciones de endulzantes o agente de carga (sacarosa, eritritol, rebaudiósido A y polidextrosa), pectina de bajo metoxilo (1% p/p) y carbonato de calcio según un diseño experimental Box-Behnken. Se estudió el impacto de los ingredientes o sus combinaciones en parámetros fisicoquímicos (pH, turbidez, actividad de agua y capacidad de retención de agua), propiedades reológicas (perfil de textura y comportamiento viscoelástico) y estabilidad microbiológica de los geles postre. Se identificaron dos sistemas con características sensoriales y estructurales similares al sistema control a emular asequible en el mercado, el cual contenía solo sacarosa (10%p/p): uno con reemplazo parcial (3,0% p/p de sacarosa y 0,019% p/p de rebaudiósido A), y otro con reemplazo total (5,5% p/p de eritritol y 0,019% p/p de rebaudiósido A). Ambos sistemas mostraron un comportamiento típico de geles, con valores del módulo de almacenamiento (G') superiores al módulo de pérdida (G''), y fueron bien aceptados sensorialmente. Además, mediante un estudio conjunto se evidenció que el gel postre frutal fue percibido como una opción saludable y con alta disposición de prueba, como alternativa con menor contenido de azúcar. En la última parte de esta tesis se desarrolló un gel deportivo utilizando jugo de naranja procesado por UV-C y extracto de yerba mate (EYM), como fuente natural de cafeína y otros compuestos bioactivos de impacto positivo en la salud. EYM se obtuvo en el jugo de naranja mediante extracción asistida por ultrasonido de hojas de yerba mate canchada y estacionada. Además, la formulación del gel deportivo incluyó maltodextrina (33 % p/p), sacarosa (25 % p/p), goma guar (0,6 % p/p) y goma garrofín (0,6 % p/p). El contenido de cafeína (23 mg/envase; 569 μg/mL) fue comparable al de geles comerciales que generalmente contienen entre 20 mg y 50 mg por envase. Los análisis evidenciaron una capacidad antioxidante significativa, así como la presencia de polifenoles totales, flavonoides, junto con la presencia de teobromina, ácido clorogénico y rutina. Durante 25 días de almacenamiento a 20 °C, el gel mantuvo estabilidad microbiológica y fisicoquímica en términos de pH, sólidos solubles, color y turbidez. Finalmente, mediante el estudio conjunto realizado con deportistas, se evidenció que el producto presentó una alta disposición a ser probado y una percepción de saludable, lo que resalta su potencial atractivo en el mercado. El abordaje de esta tesis permitió formular, desarrollar y validar con éxito dos productos de base frutal diseñados con ingredientes más naturales y/o preservados por tecnologías consideradas verdes. Los mismos están dirigidos a grupos de consumidores diferentes y se ajustan a las tendencias de consumo actual.
Current changes in consumer trends toward healthier foods and beverages, combined with increased awareness of using more natural ingredients and environmentally friendly technologies, necessitate substantial improvements in conventional preservation methods. Although these methods are highly effective, they often result in a decline in the sensory, nutritional, and/or functional quality of the products. Over recent decades, emerging preservation technologies have been extensively studied with the goal of ensuring both food safety and quality while offering gentler and more environmentally sustainable alternative. Among these, short-wave ultraviolet light (UV-C, 254 nm) has attracted considerable interest due to its low cost and ease of implementation, its effectiveness against pathogenic and spoilage microorganisms, its residue-free nature, and its minimal impact on food quality. However, the presence of soluble solids, light-absorbing compounds, and suspended particles can hinder UV-C light penetration, significantly reducing the efficiency of the decontamination process. Therefore, its application in a strategy incorporating additional microbial stress factors shows promising potential. The general objective of this thesis was to develop innovative, healthy, and sustainable products through the application of assisted intervention technologies. To achieve this, commercial orange juice was processed using short-wave ultraviolet light (UV-C), assisted by moderate temperature (50 °C) in a pilot-scale reactor (Hdact = 892 mJ/cm2). Two product formulations were designed for two clearly differentiated consumer groups: “confectionery gels” on the go, and “sports nutrition gels”, both aligned with current trends in healthy consumption. In the first phase, the effects of UV-C processing on orange juice were investigated, focusing on the influence of moderate thermal assistance and the physical and optical characteristics of the matrix on treatment efficiency. The microbial inactivation kinetics were deeply studied in each system by mathematical modelling (Weibull model, Coroller model), and the impact of the process on several quality parameters, including polyphenol and flavonoid content, antioxidant capacity, vitamin C, and 5-hydroxymethylfurfural formation (HMF), was evaluated. The results showed that, although a reduction in bioactive compounds was observed compared to untreated juice, the formation of HMF was lower in the proposed treatment than in conventional thermal processing. In the second part of the thesis, 27 confectionery gel systems were developed from UV-C treated juice using different blends of sweeteners or bulking agents (sucrose, erythritol, rebaudioside A, and polydextrose), low-methoxyl pectin (1% w/w), and calcium carbonate according to a Box-Behnken experimental design. The impact of the ingredients and their combinations was studied on physicochemical parameters (pH, turbidity, water activity, and water-holding capacity), rheological properties (texture profile and viscoelastic behavior), and microbiological stability of the confectionery gels. As a result, two systems were identified that exhibited sensory and rheological properties, similar to the full-sucrose options: one with partial replacement (3.0% w/w sucrose and 0.019% w/w rebaudioside A), and another with full replacement (5.5% w/w erythritol and 0.019% w/w rebaudioside A). Both exhibited typical gel behavior, with storage modulus (G') values higher than loss modulus (G'') and were well accepted sensorially. Furthermore, a conjoint study revealed that the confectionery gel was perceived as very healthy and with a high willingness to try. In the final part of this thesis, a sports nutrition gel was developed using UV-C treated orange juice and yerba mate extract (YME) as a natural source of caffeine and other bioactive compounds with positive health effects. The YME was obtained in the orange juice through ultrasound-assisted extraction from dried and aged yerba mate leaves. Its formulation included maltodextrin (33 % w/w), sucrose (25% w/w), guar gum (0.6 % w/w), and locust bean gum (0.6 % w/w). The caffeine content (23 mg/pouch; 569 μg/mL) was comparable to that of commercial gels, which generally contain between 20 mg and 50 mg per pouch. The analyses revealed significant antioxidant capacity, as well as the presence of total polyphenols, flavonoids, along with the presence of theobromine, chlorogenic acid, and rutin. During 25 days of storage at 20 °C, the gel maintained microbiological and physicochemical stability in terms of pH, soluble solids, color, and turbidity. Finally, a conjoint study with athlete consumers showed that the product was perceived as healthy and with a high willingness to try, highlighting its potential in the market. The approach adopted in this thesis enabled the successful formulation, development, and validation of two fruit-based products designed with more natural ingredients and/or preserved using environmentally friendly (“green”) technologies. These products target different consumer groups and align with current consumption trends.
Fil: Andreone, Antonella. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.
description Los cambios en las tendencias de los consumidores actuales, quienes optan por alimentos y bebidas más saludables, junto a una mayor conciencia sobre la utilización de ingredientes más naturales y tecnologías que cuidan el medioambiente, obligan a implementar mejoras sustanciales en los métodos convencionales de preservación, que, si bien resultan muy efectivos, generan un detrimento en la calidad sensorial, nutricional y/o funcional de los productos. En las últimas décadas se vienen estudiando intensamente tecnologías emergentes de preservación, siempre con miras a garantizar tanto la inocuidad como la calidad del alimento, pero a su vez, más suaves y amigables con el medio ambiente. En particular, la aplicación de luz ultravioleta de onda corta (UV-C, 254 nm) despierta interés por ser una tecnología de bajo costo e implementación, ser efectiva contra microorganismos patógenos y deteriorativos, no dejar residuos y afectar en bajo grado la calidad del alimento. Sin embargo, la presencia de componentes que absorben la luz y partículas suspendidas dificultan la penetración de la luz UV-C, afectando de manera significativa la eficacia del proceso de descontaminación. Es por ello que su utilización en una estrategia que considera la asistencia de otros factores de estrés microbiano resulta promisoria. El objetivo de esta tesis fue desarrollar subproductos innovadores y saludables a partir de jugo naranja procesado con luz ultravioleta de onda corta (UV-C, 254 nm) asistida por temperatura moderada (50 °C) a escala piloto (dosis actinométrica, Hdact, 892 mJ/cm2). Se diseñaron subproductos para dos grupos de consumidores bien diferenciados: un “gel postre frutal” de consumo al paso y un “gel para la nutrición deportiva”, ambos alineados con las tendencias actuales de un consumo saludable. En la primera parte, se estudiaron los efectos del procesamiento por luz UV-C en el jugo de naranja, evaluando la influencia de la asistencia de temperatura moderada y las características físicas y ópticas de la matriz en la eficiencia del tratamiento. Se analizó la cinética de inactivación microbiana mediante modelos matemáticos predictivos conceptualmente distintos (Weibull y Coroller) y se determinó el impacto del proceso sobre diversos parámetros de calidad, incluyendo el contenido de polifenoles, flavonoides, capacidad antioxidante, vitamina C y la formación de 5-hidroximetilfurfural (HMF). Los resultados mostraron que, si bien se observó una reducción en los compuestos bioactivos en comparación con el jugo sin tratar, la formación de HMF fue menor en el tratamiento propuesto respecto a un procesamiento térmico convencional. En la segunda parte de la tesis, se elaboraron a partir del jugo preservado por luz UV-C 27 sistemas de gel postre frutal utilizando distintas combinaciones de endulzantes o agente de carga (sacarosa, eritritol, rebaudiósido A y polidextrosa), pectina de bajo metoxilo (1% p/p) y carbonato de calcio según un diseño experimental Box-Behnken. Se estudió el impacto de los ingredientes o sus combinaciones en parámetros fisicoquímicos (pH, turbidez, actividad de agua y capacidad de retención de agua), propiedades reológicas (perfil de textura y comportamiento viscoelástico) y estabilidad microbiológica de los geles postre. Se identificaron dos sistemas con características sensoriales y estructurales similares al sistema control a emular asequible en el mercado, el cual contenía solo sacarosa (10%p/p): uno con reemplazo parcial (3,0% p/p de sacarosa y 0,019% p/p de rebaudiósido A), y otro con reemplazo total (5,5% p/p de eritritol y 0,019% p/p de rebaudiósido A). Ambos sistemas mostraron un comportamiento típico de geles, con valores del módulo de almacenamiento (G') superiores al módulo de pérdida (G''), y fueron bien aceptados sensorialmente. Además, mediante un estudio conjunto se evidenció que el gel postre frutal fue percibido como una opción saludable y con alta disposición de prueba, como alternativa con menor contenido de azúcar. En la última parte de esta tesis se desarrolló un gel deportivo utilizando jugo de naranja procesado por UV-C y extracto de yerba mate (EYM), como fuente natural de cafeína y otros compuestos bioactivos de impacto positivo en la salud. EYM se obtuvo en el jugo de naranja mediante extracción asistida por ultrasonido de hojas de yerba mate canchada y estacionada. Además, la formulación del gel deportivo incluyó maltodextrina (33 % p/p), sacarosa (25 % p/p), goma guar (0,6 % p/p) y goma garrofín (0,6 % p/p). El contenido de cafeína (23 mg/envase; 569 μg/mL) fue comparable al de geles comerciales que generalmente contienen entre 20 mg y 50 mg por envase. Los análisis evidenciaron una capacidad antioxidante significativa, así como la presencia de polifenoles totales, flavonoides, junto con la presencia de teobromina, ácido clorogénico y rutina. Durante 25 días de almacenamiento a 20 °C, el gel mantuvo estabilidad microbiológica y fisicoquímica en términos de pH, sólidos solubles, color y turbidez. Finalmente, mediante el estudio conjunto realizado con deportistas, se evidenció que el producto presentó una alta disposición a ser probado y una percepción de saludable, lo que resalta su potencial atractivo en el mercado. El abordaje de esta tesis permitió formular, desarrollar y validar con éxito dos productos de base frutal diseñados con ingredientes más naturales y/o preservados por tecnologías consideradas verdes. Los mismos están dirigidos a grupos de consumidores diferentes y se ajustan a las tendencias de consumo actual.
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