Estudio de los procesos biotecnológicos de acetificación para la producción de vinagre de naranja y vinagre de arándanos

Abstract

[EN] The province of Entre Ríos, in Argentina, has been characterized by citrus production for decades and more recently, by blueberry production. A high percentage (15-25 %) of Argentinian orange production has been derived to industry due to the difficulty to commercialize in more profitable trades, in the last five years. In addition, the increasing volume of blueberries not suitable to export, with limited presence in the domestic market and few industrialization possibilities, has caused negative social, economical and environmental impacts. Argentinian vinegar industry produces vinegars from alcohol, white and red wine and apple. However, the bibliography does not provide enough information about this product made from citrus or blueberries. Very few studies report on blueberry vinegars but nothing about vinegars produced from orange were found. Since both fruits possess high sugars content, the possibility of making vinegar from alcoholic orange and blueberry substrates was evaluated. Furthermore, as these fruits are rich in bioactive compounds, new products with functional characteristics could be developed. Submerged acetification assays were performed using both oranges and blueberries alcoholic substrates. A previously isolated and identified Acetobacter strain was utilized to prepare the starter culture. After a preliminary study on external acetification factors like agitation speed (Vag) and air flow rate (Qa), the experimental work area was redefined in order to determine the conditions that maximize both acetification rate (rA) and GK yield (RGK), in discontinuous culture. A central composite design was performed and levels evaluated were 400 rpm and 800 rpm for Vag, and 0.3 vvm and 0.6 vvm for Qa. Response surface methodology (MSR) was used to analyze this experimental design. Results indicated that, both Vag and Qa had significant influence on rA, and Vag, on RGK for all vinegars assays. With regard to orange vinegar, acetification rate and GK yield were maximized to the values of 2.28 g/L/h and 89.63 %, respectively, when Vag was 701 rpm and Qa, 0.36 vvm. Concerning blueberry vinegar, acetification rate and GK yield were maximized to the values of 1.53 g/L/h and 87.04 %, respectively, when Vag was 677 rpm and Qa, 0.38 vvm. Both processes performed with those parameters showed similar values to the predicted ones. Each vinegar type experimental conditions that maximized rA and RGK in batch system were used as process variables to develop the semicontinuous acetification study. Substrate loading proportion assessment showed no statistically significant differences in rA and RGK at levels evaluated, 40 % and 60 %. A second oxidative cycle allowed for 2.2 to 2.9-fold increase in rA, regarding the calculated in the first cycle. This behavior may have occurred due to bacteria adaptation to high acidity environmental conditions, at the beginning of a new cycle. No significant differences were determined in RGK, indicating evaporation losses remained constant during all the process. Orange and blueberry vinegars were bottled and maintained at 20-25 °C for simulating commercialization or kitchen cupboard conditions. Both vinegars physicochemical characterization fit within Argentinian and Spanish fruit vinegars quality standards, even after a six months aging period. In general terms, a decrease of antioxidants compounds was registered during overall productive process. The major contributors to antioxidant activity were both ascorbic acid and phenolics compounds in orange vinegars, and anthocyanins as well as phenolics compounds in blueberry vinegars.

[ES] La provincia de Entre Ríos (Argentina) se caracteriza desde hace décadas por la producción citrícola y más recientemente, por el cultivo de arándanos. En los últimos cinco años, un elevado porcentaje de la producción nacional de naranjas (15-25 %) fue derivado a la industria por su dificultad para ser comercializado en mercados más rentables. Por otro lado, el incremento del volumen de arándanos no exportables, con baja presencia en el mercado interno y las escasas posibilidades de industrialización, han provocado impactos socioeconómicos y ambientales desfavorables. Aunque a nivel mundial existen algunos antecedentes bibliográficos respecto a vinagres de arándanos, no se halló información referente a vinagre de naranjas. Dada la elevada concentración de azúcares de ambos frutos, se planteó la posibilidad de obtener vinagres utilizando como sustratos, los productos de la fermentación alcohólica de naranjas y de arándanos. Considerando que estas materias primas son ricas en compuestos antioxidantes se trataría del desarrollo de nuevos productos con características funcionales. Se realizaron ensayos de acetificación en sistema sumergido a 30±1 °C utilizando por un lado un sustrato alcohólico de naranjas y por otro, uno de arándanos. En todos los casos el cultivo iniciador fue una especie del género Acetobacter, previamente aislada e identificada en el laboratorio. Luego de un estudio preliminar de la influencia de factores externos en la elaboración de vinagres tales como velocidad de agitación (Vag) y caudal de aire (Qa), se redefinió la región experimental de trabajo con el fin de determinar las condiciones que maximicen la velocidad de acetificación (rA) y el rendimiento GK (RGK), en sistema discontinuo. Para ello se elaboró un diseño central compuesto, en el que se evaluaron Vag, en los niveles 400 rpm y 800 rpm, y Qa, en los niveles 0,3 vvm y 0,6 vvm. El diseño se analizó mediante la metodología de superficie de respuesta (MSR). Los resultados de los ensayos de obtención de ambos tipos de vinagres indicaron que Vag y Qa tuvieron influencia significativa sobre rA, y Vag presentó un efecto significativo sobre RGK. Para vinagre de naranja, la combinación de variables que maximizó ambas respuestas simultáneamente fue 701 rpm y 0,36 vvm y, en estas condiciones rA=2,28 g/L/h y RGK=89,63 %, mientras que para vinagre de arándanos, fue 677 rpm y 0,38 vvm, en la que rA=1,53 g/L/h y RGK=87,04 %. En ambos casos el proceso de acetificación desarrollado según esos parámetros, presentó valores muy similares a los predichos. Las condiciones experimentales que maximizaron rA y RGK en los sistemas batch se utilizaron como variables de proceso para el estudio en sistema semicontinuo. La evaluación de la proporción de carga indicó que no hubo diferencias estadísticas significativas en las variables respuestas rA y RGK, para los dos niveles evaluados, 40 % y 60 %. El desarrollo de un segundo ciclo oxidativo posibilitó el incremento de rA entre 2,2-2,9 veces respecto de la calculada en el primero, lo que seguramente se debió a la adaptación del cultivo a las condiciones de elevada acidez predominantes al iniciar un nuevo ciclo. No se determinaron diferencias estadísticas significativas en los rendimientos GK, por lo que las pérdidas por evaporación se mantuvieron constantes durante el proceso. Los vinagres de naranjas y de arándanos se embotellaron y almacenaron a 20-25 °C simulando condiciones de comercialización o alacena. La caracterización fisicoquímica se encuadró dentro de los estándares de calidad especificados para vinagres de frutas en las legislaciones argentina y española, aún después de un período de maduración de seis meses. En general, a lo largo del proceso productivo se registró una disminución de los compuestos antioxidantes. La mayor contribución a la actividad antioxidante en vinagre de naranjas se debió al ácido ascórbico y compuestos fenólicos, m

[CA] La província d'Entre Ríos (Argentina) es caracteritza des de fa dècades per la producció citrícola i més recentment, pel cultiu de nabius. En els últims cinc anys, un elevat percentatge de la producció nacional de taronges (15-25 %) va ser derivat a indústria per la seua dificultat per a ser comercialitzat en mercats més rendibles. D'altra banda, l'increment del volum de nabius no exportables, amb baixa presència en el mercat intern i les escasses possibilitats d'industrialització, han provocat impactes socioeconòmics i ambientals desfavorables. A nivell mundial, hi ha alguns antecedents bibliogràfics respecte de vinagres de nabius, no obstant açò, no es va trobar informació referent a vinagre de taronges. Donada l'elevada concentració de sucres en ambdós fruits, es va plantejar la possibilitat d'obtendre vinagres utilitzant com a substrats, els productes de la fermentació alcohòlica de taronges i de nabius. Considerant que aquestes matèries primeres són riques en compostos antioxidants, es tractaria del desenvolupament de nous productes amb característiques funcionals. Es van fer assajos d'acetificació en sistema submergit a 30±1°C utilitzant un substrat alcohòlic de taronges i un de nabius; es va usar com a cultiu iniciador, una espècie del gènere Acetobacter, prèviament aïllada i identificada en el laboratori. Després d'un estudi preliminar sobre la influència de factors externs de l'elaboració de vinagres tals com, velocitat d'agitació (Vag) i cabal d'aire (Qa), es va redefinir la regió experimental de treball amb la finalitat de determinar les condicions que maximitzen la velocitat d'acetificació (rA) i el rendiment GK (RGK), en sistema discontinu. Es va elaborar un disseny central compost, en el qual es van avaluar Vag, en els nivells 400 rpm i 800 rpm, i Qa, en els nivells 0,3 vvm i 0,6 vvm, i es va analitzar mitjançant la metodologia de superfície de resposta (MSR). Els resultats dels assajos d'obtenció de ambdós tipus de vinagres van indicar que, Vag i Qa van tindre influència significativa sobre rA, i Vag va presentar un efecte significatiu sobre el rendiment GK. Per a vinagre de taronja, la combinació de variables que van maximitzar ambdues respostes simultàniament va ser 701 rpm i 0,36 vvm i, en aquestes condicions, rA=2,28 g/L/h i RGK=89,63 %, mentre que per a vinagre de nabius, va ser 677 rpm i 0,38 vvm, en la qual rA=1,53 g/L/h i RGK=87,04 %. En ambdós casos el procés d'acetificació desenvolupat segons aqueixos paràmetres, va presentar valors molt similars als predits. Les condicions experimentals que van maximitzar rA i RGK en els processos batch es van utilitzar com a variables de procés per a l'estudi en semicontinu. L'avaluació de la proporció de càrrega va indicar que no va haver-hi diferències estadístiques significatives en les variables respostes rA i RGK, per als dos nivells avaluats, 40 % i 60 %. El desenvolupament d'un segon cicle oxidatiu va possibilitar l'increment de rA entre 2,2-2,9 vegades respecte de la calculada en el primer lo que segurament es va deure a l'adaptació del cultiu a les condicions d'elevada acidesa predominants en iniciar un nou cicle. No es van determinar diferències estadístiques significatives en els rendiments GK, per lo que les pèrdues per evaporació es van mantenir constants durant el procés. Els vinagres de taronges i de nabius van ser embotellats i emmagatzemats a temperatures entre 20-25 °C, simulant condicions de comercialització o armari de rebost. La caracterització d'aquests vinagres es va enquadrar dins dels estàndards de qualitat especificats per a vinagres de fruites en les legislacions argentina i espanyola, fins i tot després d'un període de maduració de 6 mesos. Al llarg del procés productiu, en general es va registrar una disminució dels compostos antioxidants. La major contribució a l'activitat antioxidant en vinagre de taronges es va dure a l'àcid ascòrbic i compostos fenòlics, ment