Grupo UTN BIOTEC (Grupo de Investigación en Biotecnología y Alimentos)

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    Vegetales autóctonos del NEA como fuente de compuestos carotenoides y antioxidantes
    (2019-09-24) Giménez, Cecilia Gabriela; Traffano Schiffo, María Victoria; Sosa, Carola Andrea
    La presencia de compuestos bioactivos en los alimentos contribuye a definir las características organolépticas y a preservar la calidad nutricional, además de ejercer un efecto positivo en la salud de los consumidores, como prevenir el desarrollo de enfermedades crónicas–degenerativas que limitan la calidad y expectativa de vida de la población mundial (Giménez, C.G. et al.; 2018). Es por ello que, la tendencia a consumir este tipo de alimentos se encuentra en constante crecimiento. Entre los bioactivos más estudiados se encuentran los carotenoides, compuestos con una importante actividad antioxidante basada en su capacidad para captar radicales libres responsables de la mayoría de los procesos de oxidación. La mayoría de las frutas y vegetales (frescos y/o procesados) son ricos en este tipo de compuestos, por lo que la búsqueda de nuevas fuentes de carotenoides se dirige a este conjunto de alimentos. En este trabajo, se determinó el contenido de carotenoides totales y la capacidad antioxidante total presentes en vegetales autóctonos del NEA argentino, como el jengibre, la batata y la mandioca; para ser utilizados como aditivos de alimentos funcionales y de esta manera, generar productos de mayor valor agregado.
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    Extracción de compuestos bioactivos en residuos de frutas tropicales : efectos de los métodos de extracción
    (2021-12-13) Kupervaser, María Gabriela; Traffano Schiffo, María Victoria; Sgroppo, Sonia Cecilia; Sosa, Carola Andrea; Flores, Silvia Karina
    El interés por el consumo de frutas tropicales se encuentra en constante crecimiento debido a sus características sensoriales, nutricionales y funcionales que ejercen un efecto preventivo ante algunas enfermedades fisiológicas. A nivel mundial, las frutas tropicales representan el 3% de los productos agrícolas, con altos volúmenes de exportación (7,8 millones de Tn en 2019) que las posiciona como el tercer grupo más valioso. La industrialización de éstas conlleva a la generación de grandes cantidades de residuos (semillas, cáscaras, hojas), provocando pérdidas económicas y constituyendo un riesgo ambiental. Estudios científicos indican la presencia de cantidades apreciables de compuestos bioactivos en la fracción no comestible, por lo que su reutilización para la obtención de nuevos compuestos resulta promisoria tanto en el aspecto ambiental como económico.
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    Determinación de las condiciones óptimas de extracción de fibra dietaria a partir de batatas (Ipomoea batatas, L.)
    (2021-12-13) Giménez, Cecilia Gabriela; Traffano Schiffo, María Victoria; Sgroppo, Sonia Cecilia; Rodriguez, Silvia Del Carmen; Sosa, Carola Andrea
    En el Nordeste argentino (NEA), se dispone de una amplia y poco explotada producción de materias primas ricas en fibra dietaria (FD), como es el caso de las batatas (Ipomoea batatas, L.). La FD es un componente importante, tanto por los efectos benéficos en la salud, como por las aplicaciones en la industria alimentaria. El proceso de obtención consiste en la remoción de ésta de la matriz en la que se encuentra y la optimización de las condiciones de extracción es un factor muy importante debido a que afecta a las propiedades funcionales y tecnológicas. El objetivo de este trabajo fue estudiar el efecto de los parámetros: temperatura de solvente (T), tiempo de contacto (t), ratio solvente/matriz (S/M), y matriz (M) (cáscara, pulpa y mix cáscara + pulpa), en el rendimiento de extracción de FD mediante un método térmico utilizando etanol 96% como solvente.
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    Revisión sobre métodos de extracción y caracterización de fibra dietaria procedente de hortalizas del nordeste argentino
    (2020-09-07) Giménez, Cecilia Gabriela; Traffano Schiffo, María Victoria; Rodriguez, Silvia Del Carmen; Sosa, Carola Andrea
    Hoy en día, es importante el consumo de alimentos saludables con componentes funcionales como la fibra dietaria, cuyas propiedades fisiológicas y tecnológicas son conocidas. Se estudia la obtención de fibra a partir materias primas altamente disponibles en la región del NEA argentino; los métodos tradicionales de extracción: térmicos, químicos y enzimáticos, que pueden modificar sus características; y, además, se analizan nuevas tecnologías de extracción y caracterización como el ultrasonido, microondas y altas presiones, con el fin de mejorar las características de la fibra y el rendimiento.
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    Actividad antimicrobiana de aceites esenciales incorporados a un recubrimiento comestible
    (2020-09-07) Kupervaser, María Gabriela; Dellamea, María Luciana; Sgroppo, Sonia Cecilia; Traffano Schiffo, María Victoria; Sosa, Carola Andrea
    Debido a las actuales tendencias por el consumo de alimentos naturales, nutritivos y saludables, la utilización de aceites esenciales (AE) extraídos de plantas, se considera una novedosa alternativa para la conservación natural, debido a su conocida actividad antimicrobiana frente a diferentes especies de microorganismos. Los AE pueden adicionarse a films o recubrimientos a base de biopolímeros, constituyendo así un envase comestible y activo. Los recubrimientos obtenidos a partir de estos componentes tienen bajo costo, son transparentes, no confieren olor ni color, poseen una baja permeabilidad al oxígeno y son biodegradables
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    Aprovechamiento de materias primas regionales para el desarrollo de envases comestibles activos y biodegradables
    (2020-10-06) Kupervaser, María Gabriela; Flores, Silvia Karina; Sosa, Carola Andrea
    Entre las tecnologías emergentes para la optimización de la preservación de alimentos surge como novedosa alternativa el empleo de películas o recubrimientos comestibles autosoportados que confieren propiedades funcionales específicas. Los trabajos desarrollados en este tema, conducen a incorporar agentes antimicrobianos de fuentes naturales en la formulación de películas, ya que la inclusión de aditivos podría considerarse como una nueva tendencia de envasado activo. Los films o recubrimientos comestibles son láminas delgadas elaboradas con materiales aptos para el consumo y que actúan como una barrera entre el alimento y el ambiente que los rodea, incrementando así la vida útil del producto. Los films obtenidos a partir de polisacáridos, especialmente de almidones, presentan un alto potencial ya que tienen un bajo costo, son transparentes, no confieren olor ni color, poseen una baja permeabilidad al O2 y son biodegradables. Estos sistemas altamente prometedores son capaces de mejorar la calidad, vida útil, seguridad y funcionalidad de los alimentos, y además pueden actuar como carriers de ingredientes activos. En el presente trabajo, se expone la formulación de recubrimientos comestibles a base de almidón de mandioca y adicionados de aceites esenciales (AE), y su posterior evaluación del efecto antimicrobiano frente a la levadura Zygosaccharomyces parabailii, como antecedente de la investigación realizada en el marco de mi tesis de maestría. Sobre la base de los resultados obtenidos en la misma, se propone el actual plan de tesis doctoral que consiste en desarrollar un envase comestible, activo y ecofriendly a base de almidón de mandioca, glicerol y agua, y analizar la viabilidad de la incorporación de pulpas o concentrados de frutas regionales del Nordeste Argentino (mango, guayaba y mamón), estudiando su influencia en las propiedades físicas, mecánicas, de barrera y como fuente natural de polifenoles, antimicrobianos y antioxidantes.
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    Obtención y caracterización de fibras vegetales para la mejora nutricional de caramelos tipo gummies : avances de tesis doctoral
    (2020-10-06) Giménez, Cecilia Gabriela; Rodriguez, Silvia Del Carmen; Sosa, Carola Andrea
    Considerando que el sobrepeso es una consecuencia de una malnutrición, que afecta a todos los países de la región y tiene alcance global, es importante mantener una buena alimentación mediante el consumo de alimentos saludables y poco calóricos. Consecuentemente, las investigaciones del área de alimentos se orientan a obtener ingredientes con características funcionales a partir de fuentes naturales, para incorporarlos en alimentos que propicien una dieta balanceada y nutritiva, y que prevengan enfermedades crónicas. Uno de estos componentes funcionales es la fibra dietaria, que se encuentra en una gran variedad de hortalizas como las mandiocas, batatas, y jengibres, cultivados en el Nordeste argentino. Por consiguiente, este plan de tesis doctoral consiste en la reformulación de caramelos tipo gummies con el objeto de mejorarlos nutricionalmente a partir de la adición de fibra extraída de vegetales regionales. La misma actuará, además, como agente estructural debido al reemplazo de los azúcares presentes en la formulación por edulcorantes no calóricos con el fin de reducir del aporte calórico. En este trabajo, se presentarán los avances realizados del mencionado plan, que comenzó a mediados del año 2019 y continua hasta la actualidad. Primeramente, se realizó el ensayo de extracción de fibra dietaria de batata utilizando un método tradicional químico con etanol al 85% (v/v) como solvente, y se determinó el rendimiento. Se definieron los parámetros del proceso tales como las condiciones de pre-tratamiento, temperaturas de extracción y secado, ratio, tiempo de secado y tamaño de tamiz, dando como resultado rendimientos de 10% aproximadamente. Además, se llevaron a cabo las determinaciones de los componentes bioactivos: carotenoides totales y capacidad antioxidante de las materias primas batata, jengibre y mandioca, con el fin de caracterizarlas. En ambos casos se utilizaron métodos espectrofotométricos, y se obtuvieron valores del contenido de carotenoides totales de 14.27±0.55 µgβ-caroteno/gmuestra para el jengibre, y de 12.66±1.43 y 1.35±0.06 µgβ-caroteno/gmuestra, para la batata y mandioca. Un comportamiento similar ocurrió en el caso de la capacidad antioxidante donde el jengibre fue un 90% y 50% mayor en comparación con la mandioca y la batata, respectivamente. De este modo, se determinó el rendimiento de la extracción química de fibra a partir de batata, y se observó que el jengibre fue el material vegetal con mayor contenido de compuestos bioactivos, lo que lo hace un ingrediente potencialmente utilizable para lograr la mejora nutricional de los alimentos.
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    Optimización del proceso de extracción de fibra dietaria a partir de mandiocas (Manihot esculenta) autóctonas de la región del nordeste argentino
    (2023-10-04) Giménez, Cecilia Gabriela; Traffano Schiffo, Maria Victoria; Sgroppo, Sonia Cecilia; Rodriguez, Silvia; Sosa, Carola Andrea
    La mandioca (Manihot esculenta), es una raíz tuberosa consumida en muchas partes del mundo y producida ampliamente en el Nordeste argentino (Chaco, Corrientes, Formosa y Misiones). Es una fuente significativa de fibra dietaria (FD), por lo que la extracción de este componente y su posterior incorporación a alimentos agregaría valor a la producción regional. La FD (principalmente celulosa, hemicelulosa y pectinas) puede ser soluble o insoluble en agua. La primera, es importante en la digestión humana ya que se hincha y forma un gel que afecta la viscosidad del contenido intestinal, ralentiza la absorción de nutrientes y brinda saciedad por más tiempo. Por su parte, la fibra insoluble, es más resistente a la descomposición durante la digestión, ayuda a aumentar el volumen de las heces y acelera el tránsito intestinal, previniendo el estreñimiento. En este trabajo, se propone optimizar el proceso de extracción de FD a partir de mandiocas, mediante un diseño de superficie de respuesta. Para ello, las raíces se lavaron y pelaron; la pulpa se laminó y la cáscara se cortó en cuadrados. Luego, ambas matrices se maceraron con etanol 96° (durante tiempos establecidos en el diseño), se filtró con un lienzo y se secó con convección forzada de aire a 45 °C durante 24 h. Seguidamente, se redujo el tamaño y tamizó con malla ASTM 35 (500 μm). Para la evaluación de los parámetros de extracción se utilizó el software Design-Expert (modelo de Box-Behnken), y se evaluó el efecto de los factores: ratio solvente/matriz (A): 1/1, 3/1, 5/1; temperatura del solvente (B): 30, 45, 60 °C; tiempo (C): 10, 35, 60 min; y tipo de matriz (D): pulpa, cáscara, mix pulpa-cáscara. Las variables respuestas evaluadas fueron: capacidad de retención de agua (WHC), capacidad de retención de aceite (OHC), capacidad de hinchamiento (SC); capacidad antioxidante (CA), y contenido de polifenoles totales (PFT). El modelo implicó 29 corridas y del análisis de datos se observó que SC se ajustó a un modelo 2FI (R2 = 0,8056), siendo significativas (p<0,05) A y C; WHC se ajustó a un modelo lineal (R2 = 0,8074), y OHC a un modelo cuadrático (R2 = 0,9339), siendo significativas (p<0,05) A, C y D, en ambos casos. Por su parte, CA se ajustó a un modelo cuadrático, con R2 = 0,8678 para DPPH*+ y 0,8790 para FRAP; al igual que los PFT con R2 = 0,8352, siendo las variables significativas (p<0,05): B para DPPH*+, D para FRAP, C y D para PFT. Finalmente, el modelo se validó para determinar las condiciones que maximizan las variables respuestas, con una deseabilidad de 0,867: ratio solvente/matriz 1/1; temperatura del solvente 30 °C; tiempo 18 min y matriz cáscara. Este trabajo contribuyó a desarrollar un proceso óptimo de extracción de FD que maximiza las propiedades tecnológicas y funcionales de la misma, obteniéndose un ingrediente alimentario a partir de las cáscaras de mandioca, dándole utilidad a las mismas ya que en general se desechan, y con alto potencial para ser incorporado a alimentos saludables.
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    Formulación de gomitas con adición de fibra dietaria extraída de residuos de batatas como bioingrediente
    (2023-10-04) Giménez, Cecilia Gabriela; Traffano Schiffo, Maria Victoria; Sgroppo, Sonia Cecilia; Rodriguez, Silvia; Sosa, Carola Andrea
    Los caramelos blandos tipo gomitas, son consumidos frecuentemente por un amplio sector de la población y se caracterizan por poseer un alto contenido de azúcares y aditivos artificiales. Sin embargo, el creciente interés de los consumidores en una alimentación saludable ha incentivado el estudio de alternativas en el uso de ingredientes naturales, y reducidos en calorías. En este contexto, los frutos de batata (Ipomoea batatas, L.) producidas en el Nordeste Argentino, se constituyen como una excelente fuente de fibra dietaria (FD), capaces de ser incorporadas como ingrediente natural en diferentes tipos de formulaciones. En el diseño de nuevos alimentos, el Análisis Descriptivo Cualitativo (QDA) es una metodología útil, basada en la caracterización y cuantificación de los atributos sensoriales, por parte de un panel de jueces entrenados. En el presente trabajo, se presenta la formulación de gomitas fortificadas con FD extraída de cáscaras de batata, con adición de endulzantes no calóricos, haciendo uso de un QDA. La FD se obtuvo mediante un proceso optimizado con una superficie de respuesta. Las condiciones de extracción se determinaron por el modelo de Box-Behnken (29 corridas). Como solvente de extracción se utilizó etanol 96% y se ensayaron diferentes matrices: pulpa, cáscaras y mix pulpa-cáscara. Los factores evaluados fueron: ratio solvente/matriz: 1/1, 3/1, 5/1; temperatura del solvente: 30, 45, 60 °C; tiempo de tratamiento: 10, 35, 60 min; y matriz. Las variables respuestas fueron: capacidad de retención de agua y aceite, capacidad de hinchamiento; capacidad antioxidante y contenido de polifenoles totales. El modelo se validó mediante la función deseabilidad, que arrojó las condiciones óptimas de extracción. El panel de jueces se constituyó con 8 mujeres y 2 varones, y para el entrenamiento se llevaron a cabo 4 sesiones de 1 hora cada una, donde se acordaron los parámetros a evaluar (dureza, elasticidad, gomosidad, masticabilidad, adhesividad, arenosidad, color, sabor ácido, sabor dulce), el vocabulario, la escala y las referencias a utilizar en cada caso. Para el ensayo del QDA, se presentaron caramelos elaborados con 3 y 5% de FD, y proporciones de sacarosa edulcorantes (stevia-sorbitol 80-20): 50-50, 60-40 y 70-30. Según el QDA, se observó que las muestras con 3% y 5% de FD fueron similares (p<0,05) respecto a dureza, elasticidad, gomosidad, masticabilidad, adhesividad, color, y sabor, contrariamente a lo obtenido para el atributo arenosidad (p>0,05). Por su parte, todas las formulaciones con las proporciones sacarosa-edulcorante evaluadas, exhibieron color, sabor ácido y dulce adecuados, “similares a los caramelos comerciales”, con intensidades elevadas pero agradables. De esta manera, se demostró la utilidad del QDA como herramienta en la formulación de confituras reducidas en calorías, y la posibilidad de utilizar cáscaras de batata como bioingrediente natural para la obtención de alimentos con un mayor aporte de fibra, saludables, y aceptables atributos sensoriales, dándole mayor valor agregado a la producción regional de esta hortaliza.
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    Gluten free edible films, coatings and toppings
    (Marina F. de Escalada Pla (Editor); Carolina E. Genevois (Editor), 2023-04-26) Flores, Silvia Karina; García, María Alejandra; Gerschenson, Lía; Kupervaser, María Gabriela; Sosa, Carola Andrea; Traffano Schiffo, María Victoria; Versino, Florencia
    The gluten intolerances have determined diet changes based on the elimination of ingredients that contain prolamins and glutenin from wheat, rye and barley being replaced, in part, for alternative grains and tubers that do not induce the disease, for instance, rice, corn, sorghum, and millet (Lebwohl and Green 2021). This has led to an important challenge for the food industry due to the need of developing formulation strategies, generally known as “gluten free” (GF) ones, that include the use of suitable additives linked to this dietary modification, while helping to produce safety and organoleptically adequate food products (Zoumpopoulou and Tsakalidou 2019). According to the Food and Drug Administration (U.S.A.), the GF food is defined as the food that does not contain gluten, or its presence should be lower than 20 ppm (McCabe 2010). Bread and sweet baked goods (cakes, biscuits, doughnuts, etc.) are an essential constituent of the human daily diet, representing the most important basic food worldwide (Nils-Gerrit Wunsch 2020; Xu et al. 2020). There is a wide assortment of such products and, a possible classification is the one proposed by Smith et al. (2004) who grouped them as follow: unsweetened (bread, rolls, buns, crumpets, muffins, and bagels), sweet (pancakes, doughnuts, waffles, and cookies) and filled (fruit and meat pies, sausage rolls, pastries, sandwiches, cream cakes, pizza, and quiche) goods. In their formulation, these products include complex carbohydrates (mainly wheat flour), proteins, lipids, vitamins, and minerals (Soukoulis et al. 2014). Another classification proposed is based on the water activity (aw), one of the most important product properties affecting the physical and microbial deterioration of bakery products. Smith and Simpson (1995) classified bakery products as follow: (a) low moisture bakery products (cookies and crackers, aw < 0.6) in which microbiological spoilage is not a problem, (b) intermediate moisture products (chocolate coated, doughnuts, Danish pastries, cream-filled cake, soft cookies, aw 0.6–0.85) where osmophilic yeasts and moulds are the predominant spoilage microorganisms, and (c) high moisture products (bread, pita bread, fruit pies, carrot cake, cheesecake, pizza crust, pizza, aw > 0.85 and generally 0.94–0.99), where almost all bacteria, yeasts, and moulds are capable of growth (Smith et al. 2004). When no preservative additives are added, bread and bakery products are characterized by their limited shelf-life reaching a maximum of 3–5 days at room temperature. After this time, physical, chemical and microbiological changes are produced, resulting in the loss of freshness, texture, taste and microbial spoilage (growth of bacteria, yeast and mould) causing consumer’s rejection (Melini and Melini 2018). Those alterations can cause not only economic losses, but also threaten human health. Therefore, to extend bread and bakery products shelf-life and to assure their quality and safety properties, preservation techniques such as the use of preservatives or adequate packaging materials and the application of innovative processing technologies are proposed (Mitelut et al. 2021; Qian et al. 2021). Over time, one of the most conventional technique applied to extended freshness quality was the use of chemical additives as was previously detailed in Chap. 4. The bakery industry is looking for novel alternatives including the use of antioxidant and antimicrobial compounds obtained from natural sources, new packaging technologies, application of functional coatings, etc. (Klinmalai et al. 2021; Silva et al. 2021; Nallan Chakravartula et al. 2019a). Traditionally, to select a suitable packaging material for bakery products, the most important properties usually sought are gases and water vapour barrier, UV barrier, thermal stability, mechanical resistance (Roy and Rhim 2020). The most used packaging materials to preserve bread are different types of paper, such as waxed paper or the glazed imitation parchment which is strong and has grease resistance. It is usually impregnated on both sides with paraffin wax containing low density polyethylene (LDPE) and other additives (Martins et al. 2021). One alternative is LDPE bags with a strip of adhesive tape at the end to be twisted and sealed. Cakes and pastry products, which are more susceptible to crushing damage, are usually packed in grease-resistant paperboard bags with transparent cellophane windows and wrap, such as cling film, plastic nests or aluminium foil base plates and double plastic film layers. For long shelf-life products (biscuits and other), cellulose films coated with LDPE are generally used (De Pilli 2020; Galić et al. 2009) or other multi-layered films such as aluminium-coated LDPE, oriented polypropylene (OPP) or acrylic-coated OPP films which represent more effective barriers to oxygen and water vapour. In the case of fresh baked stuff immediately consumed, it is commonly packaged in bags made of polyolefin film, such as LDPE or polypropylene bags, normally microperforated to allow moisture to escape and avoid leathery consistency of the crust (Pasqualone 2019). Regarding packaging methods, the application of new technologies such as vacuum packaging, nitrogen flushing, modified atmosphere, functional or active packaging (with antimicrobial activity) reduce the growth of spoilage microorganisms, extending bakery products shelf-life (Qian et al. 2021). It is important to highlight that the plastic derived from fossil hydrocarbons comprise 46% of global plastic waste generation, producing a huge impact to the environment, which often end up in landfill sites or oceans, causing a significant pollution due to the poor infrastructure, the lack of recycling options and to the long periods of time required for their degradation (Tiseo 2021; Geyer et al. 2017). Thus, there is a wide interest in the development of new materials for substituting plastic packaging by using renewable resources to reduce polluting residues. In this framework, biodegradable packaging has emerged as an innovative and promising solution since they decompose after fulfilling their purpose (Chiralt et al. 2020; Tapia-Blácido et al. 2020). New biodegradable materials can be classified in chemically synthesised polymers made from natural or petroleum-based molecules (polylactic acid, polycaprolactone, polyvinyl alcohol, polyglycolic acid, polybutylene succinate, polybutylene adipate-co-terephthalate); directly extracted from biomass (biopolymers such as cellulose, starches, chitosan, alginate, gelatine, collagen, etc.) and biosynthesized via microbial fermentation (polyhydroxyalkanoates, bacterial cellulose) (Zhang et al. 2022; Kamarudin et al. 2022; Birania et al. 2022). These have been used to develop new eco-friendly and active systems that could be applied to protect or improve quality of GF bakery products. In the following sections of this chapter, a special description of biodegradable and edible matrices is performed.