Efraín Hisnardo Rojas Uribe¹ , Paulo César Narváez Rincón²

¹ Ingeniero Químico y Especialista en Ciencia y Tecnología de Alimentos, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá. ehrojasu@unal.edu.co

² M.Sc Ingeniería, Ph.D. Ing.eniería, Profesor Asociado, Departamento de Ingeniería Química y Ambiental, Grupo de Procesos Químicos y Bioquímicos, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá. pcnarvaezr@unal.edu.co

RESUMEN

Este trabajo estudió el deterioro de un aceite comercial, Frytol_líquido, bajo condiciones controladas de freído, empleando como método estandarizado para su evaluación el índice de anisidina (IAn). Se determinó el efecto de la temperatura y del tiempo de fritura, 170 °C hasta 10 ho-ras y 200 °C hasta 6 horas, en presencia de los acelera-dores: agua, 1% y 8% en peso con respecto al aceite, y material no lipídico, 1% y 6% en peso con respecto al aceite, manteniendo constante el flujo de aire en 25 L h^-1. Posteriormente se estableció la relación del IAn con las propiedades color y viscosidad, para determinar su viabili-dad téc-nica como métodos de valoración del deterioro de los aceites de fritura en pequeñas y medianas empresas (pyme). El aceite se deterioró más y en menor tiempo en los valores máximos del intervalo de estudio para cada uno de los factores experimentales, aunque sólo la tempe-ratura tuvo un efecto estadísticamente diferente de cero (p <0,05), en el intervalo de estudio. Los colores rojo y amarillo en escala Lovibond tuvieron una relación débil con el Ian, R² = 0,558 y R² = 0,526 respectivamente, existiendo dependencia del color con la temperatura de freído. La viscosidad, medida a 30 °C, tuvo la mayor co-rrelación (R² = 0,809) y fue independiente de la tempera-tura de freído, de tal forma que puede emplearse para determinar el deterioro de los aceites de fritura en pyme. Un cambio radical en el valor de la viscosidad, de 10 cP a 45 cP en las cercanías del límite de deterioro de los aceites de fritura (IAn 156), la facilidad de su determinación y los bajos costos asociados, permitirá que este tipo de empresas puedan implementarla como variable de seguimiento, lo que mejorará la calidad de los productos y la confianza de los clientes en ellos.

Palabras claves: freído por inmersión, viscosidad, color Lovibond, índice de anisidina, deterioro del aceite.

ABSTRACT

This work studied the deterioration of commercial Frytol oil in controlled frying conditions using the anisidine index (AI) as standard evaluation method. The effect of temperature and time was studied at 170°C for up to 10 hours and at 200°C for up to 6 hours in the presence of factors which speeded up oil deterioration: 1% and 8% water based on the mass of oil and non-lipid material, 1% and 6% based on the mass of oil. Air flow rate was kept constant at 25 L h^-1. The relationship between AI, colour and viscosity was studied to evaluate the technical viability of measuring these variables as a function of time to be used as a method for rating oil deterioration by small and me-dium sized enterprises (SME). Oil deterioration was higher and faster at maximum study interval values for each experimental factor, although only the effect of temperature was significant (p<0.05). Red and yellow on the Lovibond scale were weakly related (AI R²=0.558 and R²=0.526, respectively), colour depending on frying temperature. Viscosity measured at 30°C had the highest coefficient of determination (R²=0.809) and was independent of frying temperature. Viscosity is thus a variable which can be used for determining frying oil deterioration in SME as a conse-quence of a significant change from 10 cP to 45 cP which is closer to frying oil deterioration limit (AI 156). It can facilitate determination and lower associated costs, there-by improving product quality and customer confidence in them.

Keywords: immersed frying, viscosity, Lovibond colour, anisidine value, oil deterioration.

Recibido: octubre 05 de 2009. Aceptado: diciembre 31 de 2010

Introducción

La fritura es un método de preparación de alimentos que consiste en introducir un alimento en aceite o grasa caliente, durante un período determinado, generalmente en presencia de aire, donde el aceite actúa como medio para la transferencia de calor y de masa, produciendo un calentamiento rápido y uniforme del producto (Navas, 2005; Yagüe, 2003), confiriéndole crocancia, sabor y color únicos, muy deseados por los consumidores (Gupta, 2004; Choe, 2007). Estas características son consecuencia, principalmente, de diferentes reacciones en el aceite de freído y en el propio alimento, generadas por compuestos de oxidación lipídica y productos de la reacción de Maillard, entre otros (Navas, 2005).

Durante el freído por inmersión el alimento se cocina por transferencia de calor directa del aceite caliente hacia el alimento frío; cuando el alimento se adiciona al aceite caliente la temperatura del aceite desciende, la humedad superficial del alimento forma vapor rápidamente, mientras que el agua en el interior de él se difunde hacia la superficie, para finalmente pasar a la fase de vapor y viajar a través del aceite de freído hacia el aire atmosférico, lo que se evidencia por la presencia de burbujas en el seno del aceite. Cuanto más avanza el freído, el alimento comienza a obtener su color característico. El aceite se adsorbe en el alimento, generando una textura crujiente y un sabor característico (Gupta, 2004).

Factores como elevadas temperaturas, presencia de oxígeno y agua en el aceite, promueven cambios físicos irreversibles, como incrementos en la viscosidad, el color y el espumado, disminución del punto de humo y reacciones químicas, entre ellas oxidación, hidrólisis y polimerización, factores que implican el deterioro (O´Brien, 2004; Saguy y Dana, 2003; Dobarganes, 2002; Sontag, 1982), y a niveles considerables podrían tener efectos negativos sobre la salud humana, ya que los compuestos producto de las reacciones pueden actuar como inhibidores enzimáticos, destructores de vitaminas, irritantes gastrointestinales o mutágenos potenciales (Clark y Serbia, 1991; Zakrzewski,1991; Keuneke, 1999).

Para determinar el deterioro de un aceite, diversas investigaciones reportan la medición del índice de peróxido, índice de acidez, contenido de material no polar, el IAn, contenido de polímeros, índice de iodo, índice de ácido tiobarbitúrico, contenido de dienos conjugados, entre otros (Pokorny et al., 2001; Navas, 2005; Gupta, 2004; Rosell, 2001; Shahidi, 2005), de los cuales los más usados por su confiabilidad y relación con el deterioro son el material no polar y el IAn, con el inconveniente de la dificultad para su implementación en pyme por los equipos necesarios, la capacidad técnica requerida por las personas que deben realizar los análisis y los costos asociados (Benedito et al., 2007). El IAn mide la cantidad de aldehídos α y β insaturados en el aceite, así como la oxidación secundaria o la historia del aceite (O´Brien, 2004).

Para proteger a los consumidores del riesgo de consumo de alimentos freídos con aceites deteriorados en varios países se han establecido regulaciones, donde el límite para establecer que el aceite no puede emplearse en la producción de alimentos corresponde a un contenido de material polar del 25% (Firestone, 2004; Shahidi, 2005; Gertz, 2000; Sahin et al., 2008), que equivale a un IAn de 156 (Boatella et al., 2000).

Actualmente no existen sistemas prácticos y objetivos para la evaluación del deterioro de aceites de fritura en las pyme, ya que, por un lado, los métodos de determinación estandarizados que se utilizan para análisis de los aceites de fritura implican equipos y procedimientos de costos, tiempo y complejidad técnica que no están al alcance de estas empresas (Navas, 2005; Benedito, 2007), y por el otro, el uso de los sistemas de prueba rápida, que generalmente se utilizan en Europa y Estados Unidos, no se han generalizado en Latinoamérica, especialmente por el elevado costo de los equipos y su difícil consecución.

Teniendo en cuenta lo anterior, este trabajo busca establecer un método práctico de determinación del límite de deterioro de los aceites de freído en las pyme, de tal forma que se facilite el monitoreo de la calidad del aceite de fritura en este tipo de empresas, lo que ayudará a la estandarización de los procesos y al mejoramiento de las características organolépticas para favorecer la calidad y confianza del consumidor en sus productos. C. I. Sigra S. A., empresa refinadora y productora de aceites de fritura, pretende, con el desarrollo de este trabajo, incrementar el valor agregado de su producto Frytol_líquido, mediante la prestación de apoyo técnico a sus usuarios.

Para ello se estudió el efecto de las variables temperatura, tiempo, humedad inicial y contenido de material no lipídico sobre el deterioro del aceite Frytol_líquido, durante un proceso de freído controlado, a flujo de aire constante y midiendo el deterioro por medio del IAn. Luego se estableció la relación del IAn con las propiedades color y viscosidad, con el fin de determinar su viabilidad técnica como método de valoración del deterioro de los aceites de fritura en las pyme. La selección de estas dos variables se fundamentó en la relación que existe entre ellas y el deterioro (Gupta, 2005), y por la posibilidad de implementar procedimientos de fácil aplicación en las pyme, donde la medición consistiría en la comparación con unos patrones previamente definidos, como en el caso de las escalas Gardner de color y de viscosidad, empleadas en industrias como las de resinas, pinturas y recubrimientos. Este tipo de técnicas de caracterización reduce el costo de los equipos y del análisis, y el perfil técnico requerido por el personal a cargo es mínimo.

Materiales y métodos

Materiales. Se empleó una muestra de aceite fresco Frytol_líquido, mezcla de aceite de soya y oleína de palma, elaborado por C. I. SIGRA S. A. (Bogotá), producto de la mezcla de 11 muestras tomadas de manera aleatoria. La muestra de aceite se caracterizó por acidez (AOCS Ca5a40 (09)), índice de peróxido (AOCS Cd853 (03)), punto de nube (AOCS Cc625 (09)), color Lovibond rojo y amarillo con celda de 5"¼ (AOCS Cc13e92 (09)) e IAn (NTC 4197, 2001). Los resultados promedio de la caracterización se muestran en la tabla 1, teniendo en cuenta que el valor de cada característica de cada muestra se midió por triplicado, de tal forma que el resultado corresponde al promedio de 33 datos.

El material no lipídico se preparó a partir de 13 muestras obtenidas aleatoriamente de corteza de empanada cruda, provenientes de Empanadas de la Cima Ltda. (Bogotá), homogeneizadas por maceración y caracterizadas mediante el análisis proximal que presenta la tabla 2.

Para la determinación del IAn se usó 4metoxianilina (p-Anisidina) y sulfato de sodio anhidro, provenientes de Merck (Darmstadt, Alemania) y 2,2,4-trimetil pentano proveniente de Mallinckrodt Baker Inc. (Phillipsburg, Estados Unidos). La panisidina se purificó siguiendo el procedimiento que se describe en la NTC 4197.

Métodos. El IAn se midió de acuerdo al procedimiento descrito en la NTC 4197, utilizando un espectrofotómetro de luz visible Perkin Elmer modelo Lambda 3B (Perkin Elmer Inc., Massachusetts, Estados Unidos), con celda de 10 mm. Para medir el color Lovibond se siguió el procedimiento establecido en la AOCS Cc 13e92 (09), empleando un colorímetro Lovibond PFX 880 (The Tintometer Ltd, Wiltshire, Reino Unido) con celda 10 mm a una temperatura de 50 °C.

La viscosidad se midió según el procedimiento descrito en la norma ASTM D2196, en un viscosímetro de rotación de cilindros concéntricos Brookfield modelo Visco 20 (Malvern Instruments, Worcestershire, Reino Unido), utilizando una aguja RV/HA # 3 302S/S33, a una temperatura de 30 °C.

Diseño de experimentos. Para la evaluación del deterioro del aceite a través del IAn se estudiaron las variables temperatura, presencia de material no lipídico, tiempo y humedad; se diseñó un experimento factorial multinivel para tres variables en dos niveles y una variable en tres niveles, así: material no lipídico, 1% y 6% en peso, humedad 1% y 8% en peso, ambas con respecto al aceite; temperatura de fritura, 170 y 200 °C, y tiempo, tomando muestras a las 6, 8 y 10 horas para los ensayos a 170 °C y a las 4, 5 y 6 horas para los de 200 °C. La razón de la diferencia en los tiempos de ensayo para cada temperatura es la influencia de esta variable sobre la velocidad de las reacciones de deterioro, lo cual hace que a 200 °C el aceite se deteriore más rápidamente que a 170 °C. El número total de ensayos del experimento es de 24, que se realizaron por duplicado. El proceso de fritura se desarrolló en forma controlada empleando un equipo Rancimat 679 (Metrohm AG, Suiza), manteniendo constante el flujo de aire al sistema en 25 L h¹.

Con la finalidad de evaluar la relación existente entre el IAn, la viscosidad y el color, se hicieron ensayos de deterioro a 170 °C por 9 horas y 200 °C por 6 horas, bajo condiciones de freído controladas en el equipo Rancimat 679 (Metrohm AG, Suiza), usando un 6% de material no lipídico, 8% de humedad y 25 L h¹ de aire. El volumen de aceite utilizado en cada ensayo fue de 70 ml. Se tomaron muestras cada hora y los ensayos se efectuaron por duplicado. A cada muestra se le determinaron el IAn, la viscosidad dinámica y el color Lovibond.

Los diseños de experimentos y el análisis de los resultados de ellos se analizaron estadísticamente con Statgraphics Centurión XV® versión 15.2.06 (Statpoint Inc. Virginia, Estados Unidos).

Resultados y análisis

Evaluación del deterioro del aceite a través del IAn. El análisis estadístico de los resultados del experimento que evaluó la influencia del tiempo, la temperatura, la humedad y el material no lipídico sobre el deterioro del aceite (Anova), mostró que solamente los efectos del tiempo y temperatura sobre el IAn son estadísticamente significativos, con el 95% de nivel de confianza (p <0,05), y que el incremento en el valor de estas variables aumenta significativamente el deterioro del aceite.

Las figuras 1 y 2 muestran el efecto del tiempo y de la temperatura, y de la humedad inicial y el contenido de material no lipídico, respectivamente, sobre el IAn. En cada una de estas figuras se parametrizaron dos de las variables en el valor medio del intervalo de estudio, pero el comportamiento es cualitativamente semejante en todo el intervalo.

En la figura 1 se observa que el incremento en la temperatura de fritura aumenta tanto el deterioro como la velocidad de él; este comportamiento confirma los reportes de Gupta (2004) y de Saguy (2003), donde afirman que si se controla esta variable se prolonga la vida útil del aceite. El deterioro se incrementa con la temperatura, porque hay la suficiente energía para romper los enlaces covalentes CC o CH de las cadenas del triglicérido, generándose una amplia variedad de radicales alquílicos que sirven como iniciadores de la cadena de reacciones responsables del deterioro del aceite, que ocurren por el mecanismo de radicales libres (Schaich, 2005); esto, por consiguiente, tiene efecto sobre la velocidad de las reacciones, y es por ello que para las mismas condiciones de humedad inicial y contenido de material no lipídico el aceite tiene el mismo nivel de deterioro en menor tiempo para los ensayos a 200 °C que a 170 °C. Por ejemplo, en los experimentos con humedad inicial del 1% y contenido de material no lipídico del 6%, el IAn, luego de 10 horas a 170 °C, es el mismo que para menos de 6 horas a 200 °C.

Evaluación de la relación existente entre el IAn, la viscosidad y el color. La figura 2 señala el deterioro del aceite Frytol_líquido en función del tiempo y la temperatura. En ella se confirma que al incrementarse el tiempo y la temperatura, aumenta el IAn, y que si se toma, tal y como lo propusieron Boatella y colaboradores basados en una correlación del IAn con el contenido de material no polar (Boatella et al., 2000), como valor límite de deterioro para establecer que un aceite debe reemplazarse un IAn de 156, el incremento de 30 °C reduce la vida útil del aceite en 6 horas a las condiciones descritas en el diseño de experimentos.

En la figura 3 puede apreciarse la relación entre el color Lovibond rojo y el IAn durante las prueba de deterioro a 170 °C y 200 °C. Aunque a 200 °C existe un cambio radical en el color rojo, pasando de alrededor de 0,5 a 2,0 cuando el IAn supera el valor límite para el deterioro, este cambio no se observa a 170 °C.

Un comportamiento similar se observa en la figura 4, pero esta vez para el color Lovibond amarillo, lo cual indica que el color es función fuerte de la temperatura. Teniendo en cuenta el amplio intervalo de la temperatura en los procesos de fritura y su poco control en las pyme, para cuantificar la correlación que existe entre el color y el deterioro del aceite se calcularon los coeficientes de determinación, R², para los colores Lovibond rojo y amarillo incluyendo los datos a las dos temperaturas evaluadas, obteniéndose como resultado 0,558 y 0,526, respectivamente, lo que significa que la correlación existente entre el color y el deterioro es baja. Sin embargo, el análisis estadístico de los datos mostró que el efecto de temperatura sobre el color es significativo, con el 95% de nivel de confianza (p <0,05), lo que confirma el análisis cualitativo.

Los resultados contrastan con los obtenidos por Paul y colaboradores (1996), quienes analizaron la viabilidad de valoración del deterioro por medio del color con resultados aceptables, aunque en su investigación no evaluaron el efecto de la temperatura en el freído.

La figura 5 muestra el comportamiento de la viscosidad en función del Ian. Sin importar si la temperatura del ensayo fue de 170 o de 200 °C, cuando se alcanza el límite de deterioro, IAn de 156, hay un cambio significativo en la viscosidad, lo que se refleja en una curva sigmoidal tanto a 170 como a 200 °C, con la inflexión alrededor del límite de deterioro. En las vecindades del límite de deterioro la viscosidad a 30 °C del aceite Frytol_líquido cambia de menos de 10 cP a un valor cercano a los 45 cP, y el coeficiente de correlación, R², entre viscosidad y IAn, fue 0,809. Este valor se considera lo suficientemente alto para afirmar que, desde el punto de vista estadístico, existe correlación entre las dos variables; por otra parte, el análisis estadístico demostró que el efecto de la temperatura sobre la viscosidad no es significativo (p >0,05) en el intervalo estudiado. Tal comportamiento permite concluir que esta variable física puede usarse como indicativo del deterioro de aceites de freído en las pyme.

El comportamiento de la viscosidad en función de la temperatura de freído ha sido reportado para diferentes tipos de aceites, como los de canola, maíz, girasol y sus mezclas, mostrando su viabilidad como parámetro indicador de deterioro (Santos, 2005).

La figura 6 indica la viscosidad del aceite Frytol_líquido con la viscosidad a 30° C, en función del tiempo y la temperatura. El límite de deterioro, IAn 156, corresponde a una viscosidad de 45 cP, tal y como se indica en la figura. En ella se confirma que, al incrementarse el tiempo de freído, hay un cambio claro en la viscosidad, más notable a 170 que a 200°C, y que el límite de deterioro se alcanza más rápidamente a mayores temperaturas de freído: alrededor de 3 horas a 200 °C y 8 horas a 170 °C, indicando que la vida útil del aceite puede prolongarse por lo menos 5 horas si el freído se hace a menores temperaturas.

El cambio en la viscosidad es suficiente para que pueda apreciarse visualmente si se implementa una técnica de seguimiento del deterioro del aceite por medio de la viscosidad, haciendo una comparación con un conjunto de estándares, de manera análoga a como se realiza la medición de la viscosidad en la escala Gardner empleando viscosímetros de burbuja, como se describe la ASTM D154507. Si se empleara esta escala, la viscosidad del aceite Frytol_líquido en las vecindades del límite de deterioro cambiaría de A3 a A o B en la escala Gardner Holdt.

Conclusiones

De las variables estudiadas, la temperatura y el tiempo tienen un efecto sobre el deterioro de un aceite de fritura estadísticamente diferente de cero con el 95% de nivel de confianza, en el intervalo de estudio. Un incremento de 30 °C en la temperatura del proceso puede disminuir hasta en 6 horas la vida útil del aceite, bajo las condiciones de prueba. Existe una correlación entre el deterioro del aceite, medido por medio del IAn, y la viscosidad, de tal forma que esta propiedad física puede emplearse para el control del deterioro del aceite Frytol_líquido en las pyme. Con base en estos resultados se propone implementar una técnica comparativa similar a la que se establece en la ASTM D 154507 para la viscosidad, empleando un viscosíme metro de burbuja, cuyo costo y fácil utilización lo hace adecuado para las para las pyme. La estandarización de este método de análisis, y el análisis económico de su implementación, constituyen la siguiente fase de esta investigación.

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