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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    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.
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    Determinación de actividad antioxidante y antimicrobiana de extractos de frutas tropicales del nordeste Argentino (NEA)
    (2022-10-04) Kupervaser, María Gabriela; Traffano Schiffo, María Victoria; Flores, Silvia Karina; Sosa, Carola Andrea
    Los residuos vegetales de la industrialización han cobrado interés debido a que pueden presentar compuestos antioxidantes y antimicrobianos. En el presente trabajo se estudió el contenido de polifenoles totales (PT) (método Folin-Ciocalteu), la capacidad antioxidante (CA) (método DPPH) y el efecto antimicrobiano frente a las levaduras Zygosaccharomyces parabailii (DMic031766), Zygosaccharomyces bailii (ATCC MYA4549) y a la bacteria Listeria innocua (CIP80.11), de extractos de cáscara (c) y pulpa (p) de frutas tropicales de la región del NEA: mango criollo (MC); mango Keitt (MK); guayaba criolla (GC); papaya criolla (PC) y papaya Formosa (PF). Tanto p y c fueron secadas por convección de aire (12 h, 45 oC), molidas y almacenadas (-18 oC). Las muestras fueron suspendidas en agua destilada para la extracción de PT asistida por baño de ultrasonido (30 min, 40 oC). Posteriormente, los extractos se concentraron por liofilización. La actividad antimicrobiana se analizó mediante ensayos de difusión en agar (halos de inhibición), utilizando una suspensión de microorganismos de ~1.6x106 UFC/mL. El contenido de PT (mg ácido gálico/g extracto) estuvo entre 27.3±0.4 para MCc y GCc, y 1.1±0.3 para MCp. Los cultivares de papaya y la variedad MK, no tuvieron diferencias significativas (p<0.01) entre p y c, siendo el valor medio 5.6±1.1 para PC, 8.7±1.8 para PF y 3.8±1.6 para MK. MCp no difirió de PCc y MK. La GCp (13±1) fue similar a PFp (9.3±1.6). En cuanto a la CA (mg Trolox/g extracto), se obtuvo un rango entre 8.2±0.2 (PCp y PCc) y 2.1±0.1 (GCp). Partes (c y p) de PC, PF (6±1) y MK (3.4±0.3), no presentaron diferencias significativas (p<0.01). MCp fue análogo a PC (c y p) y PFc. GCc (3.7±0.8) fue similar a las partes de MK, MCc y GCp. Los extractos inhibieron en mayor medida a L. innocua: MCp (11.5 mm) y MCc (13 mm); PCp y PCc (12 mm); MKp (11 mm); MKc (18 mm); y PFp (12 mm). Se evidenció una menor respuesta para Z. parabailii: MCp (9.5 mm) y MCc (12 mm) y Z. bailii: MCp (10 mm) y MCc (10 mm); MKp (10 mm); y GCc (12 mm). GC presentó la menor actividad antimicrobiana. Se puede concluir que, en general, la cantidad de PT no se correlacionó con la CA, como es el caso MCc con valor máximo de PT pero una CA reducida (55% por debajo de PC). Contrariamente, MCp mostró el valor más bajo de PT, a la vez que una de las mayores CA. Además, MCp y MCc presentaron efecto inhibitorio para los tres microorganismos ensayados. MKc presentó la máxima inhibición contra L. innnocua, una alta CA pero bajo PT. La cantidad de PT de las variedades criollas del NEA, fue comparable a las comerciales (MK y PF) estando, además, disponibles en grandes cantidades. Por lo tanto, se prevé un agregado de valor de las frutas y un uso promisorio de sus extractos con capacidad antioxidante y/o antimicrobiana para la conservación de alimentos.
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    Optimización del proceso de obtención de fibra dietaria a partir de batatas (Ipomoea batatas (L.))
    (2022-10-04) Giménez, Cecilia Gabriela; Traffano Schiffo, María Victoria; Sgroppo, Sonia Cecilia; Rodriguez, Silvia Del Carmen; Sosa, Carola Andrea
    En el Nordeste argentino (Formosa, Chaco, Corrientes y Misiones), se producen batatas en grandes cantidades, y la revalorización de éstas mediante la obtención de aditivos alimentarios como la fibra dietaria (FD) tiene un futuro prometedor. La FD consiste en los polisacáridos vegetales y la lignina que son resistentes a la hidrólisis por las enzimas digestivas del hombre. Se define como un macro constituyente de los alimentos que incluye celulosa, hemicelulosa, lignina, gomas, celulosas modificadas, mucílagos, oligosacáridos, pectinas y sustancias menores asociadas como ceras, cutina y suberina. En este trabajo, se realizó un diseño de superficie de respuesta con el objetivo de optimizar el proceso de obtención de FD a partir de la pulpa, cáscara y mix (pulpa-cáscara) de batatas, y la extracción con etanol, mediante el software Design-Expert aplicando el modelo de Box-Behnken, para evaluar el efecto de cuatro factores sobre las propiedades de la fibra: ratio solvente/matriz (A) 1/1, 3/1 y 5/1; temperatura del solvente (B) 30, 45 y 60 °C; tiempo de extracción (C) 10, 35 y 60 min; y matriz (D) pulpa, cáscara y mix pulpa-cáscara. Las variables respuestas evaluadas para la optimización del proceso fueron: rendimiento, capacidad de retención de agua (WHC), y capacidad de retención de aceite (OHC). Luego de la extracción con solvente se secó con convección forzada de aire a 45 °C durante 24 horas, seguido de una molienda en molino eléctrico y tamización con malla ASTM 35 (500 µm). El modelo implicó 29 corridas y mediante los resultados del análisis de los datos se observó que el rendimiento se ajustó a un modelo 2FI (R2 = 0,8805), siendo significativa la interacción BD (p<0,05). Por otra parte, WHC y OHC se ajustaron a un modelo cuadrático con R2 = 0,8867 y R2 = 0,8624 respectivamente, siendo en ambos casos, significativa la variable D, y la interacción AD (p<0,05). En conclusión, la optimización buscó maximizar el rendimiento, WHC y OHC, siendo las siguientes condiciones las que cumplirían con esta optimización: ratio solvente/matriz 5/1; temperatura del solvente 57 °C; tiempo de extracción 38 min y matriz cáscara. Si bien se pudieron determinar las condiciones para maximizar las respuestas ensayadas, más pruebas son necesarias realizar para confirmar y validar las predicciones del modelo. Esta investigación fue financiada por SECyT-UTN-FRRe (Secretaría de Ciencia y Tecnología, Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Resistencia) y PID UTN-FRRe (proyecto ALUTIRE0004517TC).
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    Development of a bioactive sauce : effect of the packaging and storage conditions
    (2022-04-26) Giménez, Cecilia Gabriela; Traffano Schiffo, María Victoria; Sgroppo, Sonia Cecilia; Sosa, Carola Andrea
    Consumers’ interest in a high-quality healthy diet is creating a growing trend in the food industry, focusing on the design and development of new products rich in bioactive compounds. This work involves the formulation of a vegetable sauce obtained from a mixture of pumpkin and pepper, the study of the evolution of bioactive compounds, quality and sensory parameters during storage at 4 and 25 °C, the influence of the packaging materials (PVC, PE/PA, and PS), and the migration degree. Antioxidant activity, polyphenols, carotenoids, and brown pigments contents were studied at 25 °C. Overall migration of the containers and the evolution of the physicochemical parameters and sensory attributes of the sauce were analyzed. All plastic materials showed an overall migration lower than the limit of EU and Mercosur Regulations. PVC better preserved polyphenols, antioxidant activity, and carotenoids until 50, 10, and 30 days, respectively, and lower development of brown pigments was observed. Higher storage temperatures favored undesirable changes in sensory attributes before 50 days of storage. PVC can be used to achieve greater conservation of the sensory attributes of sauce, regardless of the storage temperature. It could be considered the best material to preserve the bioactive properties and sensory attributes of the sauce until 30 days.
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    Non-cereals starch resources
    (Springer Nature Switzerland AG, 2023-05-26) Dini, Cecilia; Flores, Silvia Karina; Kupervaser, María Gabriela; Sosa, Carola Andrea; Traffano Schiffo, María Victoria; Viña, Sonia Zulma
    To produce bakery goods, the gluten protein is the key factor due to its contribution to water absorption capacity and because it provides extensibility, elasticity and cohesiveness to bread dough. This allows the fermentation gas remains occluded and maintained in the liquid phase during dough development, leading to obtain high-grade breads (Wieser 2007). However, gluten has been identifed as the responsible of celiac disease (Ronda et al. 2009), and the only effective treatment for patients is to follow strictly a gluten-free (GF) diet (Witczak et al. 2016). It has been observed that, if formulation is not properly adjusted, baked products without glu ten could result in lower quality attributes, reduced nutritional characteristics and consumer acceptance (Naqash et al. 2017). Therefore, the development of GF products appropriate for consumers with disorders related to gluten intake was growing in importance (Zhang et al. 2017). Formerly, hydrocolloids and starch were the major ingredients in GF diets (Shi and Bemiller 2002). From last decades, the demand of new food ingredients suitable for GF products is expanding in order to obtain more foods for a wider diet without potentially allergenic proteins. Among those ingredients, alternative starches resources are intensely searching. Starch is one of the most abundant and consumed natural polysaccharide in human diet. It is a biopolymer composed of glucose and it is obtained from plants such as grains, legumes, and tubers (Karmakar et al. 2014). Despite its high abundance, commercially sustainable sources of starch are limited to corn, wheat, cassava, potato and rice. With respect to corn, the global market reached 78 million tons (Mt) in 2020, being mainly produced in the United States, Europe and China (70–80%), whereas wheat is produced (6.3 Mt) mostly in Europe China and India (98%). The cassava starch (CS) production (6.9 Mt) comes from Asian Pacifc region (Thailand, China and Indonesia) and Brazil (75%). Finally, potato starch (PS) which global market attained 3.4 Mt, accounting the highest productions from China, India, United States and Europe (80%); while rice is produced particularly in Asia (Expert Market Research 2020; Murphy 2000). Each region has a more convenient source of starch production mostly determined by climatic and logistic requirements (Semeijn and Buwalda 2018). For food production (noodles, baked goods, etc.), starch is widely used as a gelling, thickening, and/or stabilizing agent (Fonseca et al. 2021; Rożnowski et al. 2014), besides being processed and used as binder, sweetener and as emulsifer (Mahmood et al. 2017; Bello-Pérez et al. 2006). In particular, natural starches with low or without gluten are intensely requested because of their possibility to be used in the formulation of GF bakery products. In this context, corn and potato are the most commonly used starches, together with cassava and rice (Masure et al. 2016), due to their benefcial characteristics, such as neutral taste, soft texture, and high digestibility. They are frequently used in combination with proteins and hydrocolloids to counter their minimal structure-building potential, contributing to the structure, texture and stability of food through their thickening or gelling behaviour and surface properties (Capriles and Arêas 2014; Doublier et al. 2000). Other cereals, like minor or pseudo-cereals, like sorghum, millet, quinoa, amaranths and buckwheat, are being tested as alternative ingredientes tolerated by celiac patients (Comino et al. 2013). In addition, new sources of non-cereal starch are being explored including beans (pea, chickpea), sweet potato and other ethnical tubers, carrots, nuts and some fruits as banana or mango (unripe pulp and kernel) (Witczak et al. 2016; Punia Bangar et al. 2021; Lagunes-Delgado et al. 2022). Till the moment, many reports are found describing general properties of such novel starches but there are not clear applications yet. To better understanding the functionality of starch in food production, some general aspects about structure, functional, nutritional properties and a brief mention to available techniques to modify starches is described in the following sections. A special description and some applications of potato, cassava and others non conventional resources starches is also exposed