Proceso de elaboración de la avena sinuana

Para conocer el procedimiento de la elaboración de la avena, se visitaron tres famiempresas dedicadas a la fabricación de esta bebida. Se evidenció que los ingredientes que utilizan para la elaboración de los productos son agua, leche en polvo, avena molida, azúcar, sal, clavo y canela. Si bien estas dos especias son adicionadas en las mismas proporciones, se presentaron variaciones en las operaciones en cuanto a la duración de preparación y el orden de adicionar los ingredientes.

En primer lugar, se realizaron tres formulaciones (F1, F2 y F3). A partir de la comparación con una preparación de control (avena sin especias), se midió la cantidad de agua utilizada como base de cálculo para la elaboración de la avena. Una vez obtenido este dato, se procedió a pesar cada ingrediente. Posteriormente, se licuó la leche en polvo, el agua y la avena molida. Después, se adicionó una mezcla de clavo y canela. Tras la adición de esta mezcla, el producto en fabricación tuvo dos procesos de cocción. El primero fue realizado en recipientes de metal, a una temperatura de 90 °C por 30 minutos. Una vez terminada la primera cocción, se agregó la mezcla de sal y azúcar, después de lo cual se realizó una segunda cocción hasta el punto de ebullición (en los dos procedimientos hubo agitación constante). Al final, se enfrió el producto a una temperatura entre los 20 °C y los 25 °C, luego se procedió a envasar en empaques de plástico y de vidrio de 250 mL, los cuales se enfriaron a 4 °C para realizar los análisis pertinentes. En la tabla 1 se resumen los insumos y cantidades utilizadas para la preparación de la avena.

Análisis microbiológico y fisicoquímico

La avena sinuana se elaboró a partir de tres con centraciones de clavo y canela, designadas así: F1 (0,073 % v/v), F2 (0,146 % v/v), F3 (0,219 % v/v), más el control (avena sin especias). Todas fueron envasadas en recipientes de vidrio y de plástico (PET) de 250 mL y almacenadas a 4 °C por siete días. Durante este tiempo se realizaron análisis microbiológicos de psicrotróficos, bacterias de ácido láctico (bal), mohos y levaduras, coliformes totales, Escherichia coli, Staphylococcus aureus (coagulasa positiva) y Bacillus cereus, de acuerdo con la metodología propuesta por la Norma Técnica Colombiana (NTC) 5246 (ICONTEC 2004). También se realizaron análisis fisicoquímicos, como pH mediante método potenciométrico según AOAC (1990), acidez por titulación según AOAC adaptado y grados Brix por método refractométrico según ^{AOAC (1990}).

Estimación de la vida útil y ajuste de las curvas de crecimiento microbiano

Se aplicó el modelo matemático propuesto por ^{Baranyi y Roberts (1995}) mediante el uso del programa DMFIT 2.0, para ajustar los datos obtenidos en las cinéticas de crecimiento de aerobios mesófilos a las diferentes fases del crecimiento microbiano, cuya expresión matemática se presenta en la ecuación 1 (^{Hong et al. 2016}).

Donde y^o = lnx(t_o) indica el logaritmo natural de la concentración de células en t = t_o, mientras que y_max = ln x_max es el logaritmo natural de la concentración máxima de la célula. La función de A(t) desempeña el papel de un retraso gradual en el tiempo (ecuación 2).

Donde: h_o = -ln α _o У

El parámetro α _o corresponde al estado fisiológico de las células en t = t_o (ecuación 3)

Donde У (t) es la concentración celular, У_o es la concentración o diámetro inicial, μ_máx, es la velocidad específica de crecimiento (1/h), m es un parámetro de curvatura para caracterizar la transición de la fase exponencial, v = μ_máx es la tasa de crecimiento máxima específica y h_o es un parámetro adimensional que cuantifica el estado fisiológico inicial de las células. Una vez calculados los parámetros cinéticos de crecimiento microbiano, se estimó la vida útil microbiológica con la ecuación de Monod-Hinshelwood (ecuación 4).

Donde ts es el tiempo necesario para que se desarrolle el deterioro bajo un conjunto dado de condiciones intrínsecas y extrínsecas, Ns (UFC/g) es el valor correspondiente a la población dentro de un rango seguro para consumir el producto, N_o (UFC/g) es el valor correspondiente a la población inicial presente en el producto y T_d es el tiempo de duplicación de la población alterante específica.

Análisis sensorial

Los análisis sensoriales (sabor y olor) fueron sometidos a una prueba de aceptación-preferencia, mediante una escala hedónica de 9 puntos, donde 1 representó la apreciación "Me disgusta extremadamente" y 9 "Me gusta extremadamente". Se eligió a un grupo de 30 participantes a los que previamente se les consultó si consumían avena ocasionalmente. Estas características sensoriales fueron estudiadas a los 0, 4 y 7 días de almacenamiento.

Análisis microbiológico

En las tablas 2 y 3 están reportados los resultados de UFC/mL de psicrotrófos, coliformes totales, coliformes fecales, mohos y levaduras, bacterias de ácido láctico (bal), B. cereus y S. aureus (coagulasa positiva) para cada una de las formulaciones. Se utilizaron las siguientes abreviaturas: Emp = empaque, V = vidrio, C = control, F = formulación, Ps = psicrotróficos, CT = coliformes totales, cf = coliformes fecales y m y l = mohos y levaduras.

Tabla 2 Resultados microbiológicos de vida útil para la avena sinuana 

Tabla 3 Resultados microbiológicos de vida útil para la avena sinuana 

En el día 0 se observó que las muestras envasadas en los recipientes de vidrio y de plástico se encontraban dentro de los valores permitidos de acuerdo con la NTC 5246 (ICONTEC 2004). Para el día 4, en la avena envasada en vidrio y formulada con las concentraciones 1 y 2 de clavo y canela se encontraron UFC/mL de coliformes totales por encima de los límites permitidos. En relación con la determinación de S. aureus (coagulasa positiva), los resultados obtenidos evidencian la ausencia de este patógeno en las muestras. Los niveles de contaminación por coliformes en la bebida analizada pudieron deberse al proceso de pasteurización, las condiciones sanitarias y el mantenimiento del producto a temperatura ambiente durante el reposo.

Cuando se analizó la avena en el envase de vidrio de la formulación F2, se observó que las UFC/ mL de mohos y levaduras excedieron lo estableci do por la NTC 5246 (n = 5; c=1; m = 200 y M = 500). Este mismo resultado se presentó a los doce días de almacenamiento para todas las bebidas tratadas en envase plástico. En la tabla 3 se evidencia que los microorganismos indicadores de conta minación fecal estuvieron dentro de los límites permitidos por la NTC 5246. Además, B. cereus estuvo ausente en todas las formulaciones, incluyendo el control. Sin embargo, los mohos y levaduras de la muestra de control fueron superiores a las demás formulaciones. Finalmente, se evidencia que, a medida que se eleva la proporción de clavo y canela, el crecimiento de mohos y levadura aumenta, aunque la concentración bacteriana disminuye.

Se ha encontrado que los aceites esenciales que contienen aldehídos y fenoles, tales como el cinamaldehído, citral, carvacrol, eugenol o timol como principales componentes, muestran gran actividad antibacterial. Este es el caso de la canela y el clavo, seguidos de los aceites esenciales que contienen alcoholes terpenoides (^{Bassolé y Juliani 2012}). Los estudios sobre el uso de antimicrobianos naturales para prevenir la pérdida de calidad de diferentes alimentos y garantizar la seguridad microbiológica de los productos han aumentado significativamente en los últimos años (^{Bassolé y Juliani 2012).} Investigaciones realizadas por ^{Smith-Palmer et al. (1998}) ensayaron las propiedades antimicrobianas de los aceites esenciales de 21 plantas contra cinco patógenos importantes, incluyendo Campylobacter jejuni, Salmonella enteritidis, E. coli, S. aureus y Listeria monocytogenes. En dicha investigación se encontró que los aceites de laurel, clavo y canela fueron los más inhibitorios y se reportó que las bacterias gramnegativas fueron las más resistentes a estos tipos de aceites. De estos patógenos analizados, C. jejuni fue la bacteria más resistente al ser tratada con estos tipos de aceites.

Se ha observado el efecto antimicrobiano de la canela contra varios microorganismos (^{Gupta et al. 2008}, 2010; ^{Pina-Pérez et al. 2012}), cuyos principios activos incluyen aceites volátiles (cinamaldehído, eugenol, ácido cinámico, mucílagos, diterpenos y proantocianidinas). Respecto al efecto antimicrobiano de la canela, se puede decir que este ingrediente en concentraciones de 0,7 g/1.000 mL muestra un descenso de 1,33 ± 0,040 log₁₀ contra B. cereus para una bebida láctea (bacterias grampositivas), mientras que el efecto bacteriostático se limita cuando este antimicrobiano se utiliza contra Salmonella typhimurium (bacterias gramnegativas) (^{Hong et al. 2016}). Por otra parte, Herrera y García (2006) evaluaron in vitro el efecto bactericida de extractos de laurel, clavo y canela sobre Salmonella spp., E. coli, Pseudomonas aeruginosa, S. aureus (coagulasa positiva) y B. cereus. Sus resultados comprobaron que el extracto de laurel mostró mayor poder inhi bitorio sobre S. aureus, pero no se observó ningún efecto inhibidor sobre P. aeruginosa.

Análisis fisicoquímico

En la tabla 4 se detalla el análisis de varianza (Anova) con su respectiva desviación estándar, realizado a las formulaciones de estudio para las variables pH, acidez y grados Brix. En el caso del pH se evidenciaron diferencias estadísticamente significativas entre la muestra de control y la F3, sin embargo, en F1 y F2 no se observaron diferencias con respecto a la muestra control ni con respecto a F3. En cuanto a la acidez, hubo diferencias entre la muestra de control y las formulaciones F2 y F3, pero no se observaron diferencias entre F1 y las otras formulaciones. Para el caso de los sólidos solubles, se observaron diferencias entre la muestra de control y las formulaciones F1 y F3, pero la formulación F2 no presentó diferencias con las muestras F1 y F3.

De acuerdo con las interacciones entre los factores, se observó que la combinación empaque-concen tración (Emp*Conc) afectó la acidez, mientras que la interacción día-concentración (Día*Conc) afectó significativamente el pH y la acidez, lo cual comprueba que la proporción de clavo y canela influye en las características según los diversos empaques y en los diferentes días. La interacción Día*Emp fue significativa, puesto que el empaque afectó las propiedades de acidez y grados Brix en el tiempo.

Por su parte, ^{Tirado et al. (2015}) reportaron dife rencias significativas en el pH, la acidez y los grados Brix para una bebida láctea a base de lactosuero fermentada con tres tipos de microorganismos. El aumento de la acidez en la muestra de control y la formulación F1 se debe a que, durante el proceso de fermentación, las bacterias utilizan la lactosa presente para convertirla en ácido láctico. El pH descendió a medida que aumentaba la concentración de clavo y canela. Esto indica que el descenso del pH no favorece el crecimiento de bacterias patógenas, lo cual quedó demostrado en los análisis microbiológicos.

En la tabla 5 se observa el análisis de varianza realizado a la avena empacada en envases de vidrio y de plástico con su respectiva desviación estándar. Se evidencia que el promedio de la acidez para el envase de vidrio tuvo diferencias significativas con la muestra empacada en botellas de plástico. También se detalla que los sólidos solubles tuvieron diferencias estadísticas en relación con el envase de vidrio y de plástico, es decir, el envase influye en el compor tamiento de la acidez y de los grados Brix, puesto que el vidrio es un material inerte, impermeable y hermético, que actúa como una barrera contra cam bios de temperatura y no altera el sabor ni el aroma de su contenido (INTI 2012). Por su parte, el envase de plástico es fuertemente resistente al ataque microbiológico y no reacciona con el alimento, es una barrera contra gases y ofrece protección contra la luz ultravioleta (uv), lo cual aumenta la vida útil de los productos en él envasados (^{Cooper 2013}).

Cinéticas de crecimiento de bacterias mesófilas aerobias

En la figura 1 se observan las cinéticas de crecimiento de bacterias mesófilas para la muestra de control y las formulaciones F1, F2 y F3. Se observa que el tratamiento de control tuvo un incremento pronunciado sobre la fase logarítmica, hasta llegar a una fase estable, comportamiento normal de estos microorganismos. En la F1 (figura 1) se evidencia que, en diferentes temperaturas, el crecimiento de bacterias mesófilas tuvo un comportamiento exponencial marcado, además de que la fase de adaptación y la fase estacionaria no fueron muy notables. En general, se aprecia que las formulaciones F2 y F3 (figura 1) fueron las que presentaron menor tasa de duplicación de bacterias mesófilas, mientras que en F3 (figura 1) hubo un mejor comportamiento en el crecimiento de este tipo de bacterias. Además, se observa que a 15 °C la muestra conservó aún más la tasa de crecimiento de aerobios mesófilos.

Figura 1 Cinéticas de crecimiento para diferentes temperaturas en cada una de las formulaciones. Fuente: Elaboración propia 

Investigaciones realizadas por ^{Le Marc et al. (2009}) reportaron que la presencia de bacterias ácido-lácticas no tuvo efectos significativos en la fase de latencia y la tasa de crecimiento inicial de Staphylococcus aureus. El cese del crecimiento de este microorganismo se observó antes de la caída del pH. En un estudio realizado por ^{Bednarko-Mlynarczyk et al. (2015}) sobre el modelamiento cinético, se afirmó que el crecimiento de S. aureus en yogur durante el almacenamiento se redujo significativamente después de 167,25 h desde un nivel inicial de 3,56 log UFC/g a 2,1 log UFC/g; además, las cepas utilizadas en la elaboración del yogur afectaron la necrosis de los estafilococos en el producto.

En otro tipo de matrices alimentarias, diferentes a los lácteos, ^{González et al. (2015}) reportaron diferencias de los tratamientos en la fase de adaptación, así como en la etapa logarítmica, en la cual hubo un incremento en la pendiente que se correspondió con el aumento de la temperatura para una muestra de camarón blanco. Estos autores también indicaron que las muestras recubiertas con biopelículas activas tardan mayor tiempo en entrar en la fase estacionaria, comportamiento que atribuyen al agotamiento de los nutrientes presentes en el sustrato.

Estimación de la vida útil de la avena sinuana

En la tabla 6 se observa la determinación de la vida útil (reportada en días) de la bebida láctea. Allí, C es la muestra de control; F1, F2 y F3 corresponden a las formulaciones; y P y V hacen referencia al envase de plástico y de vidrio respectivamente. La vida útil microbiológica de un producto alimenticio se puede calcular mediante la obtención de los parámetros cinéticos de crecimiento microbiano de acuerdo con la fase exponencial, en la cual las células bacterianas están sanas y estables desde un punto de vista fisiológico (^{González et al. 2015}).

La velocidad de crecimiento μ para cada temperatura corresponde al valor de la pendiente de la recta de la fase exponencial. Td se calcula teniendo en cuenta la ecuación de una recta Y = mx + b, donde Y es el valor de la temperatura a 4 °C, para la cual se determina la vida útil microbiológica. Luego, el valor Td se reemplaza en la ecuación de Monod-Hinshelwood. Se evidencia que la muestra F3-V, en comparación con la muestra de control, obtuvo un porcentaje mayor de vida útil (80,78 %). Asimismo, se observa que a medida que se incrementa la concentración de clavo y canela, también aumenta la vida útil del alimento.

En investigaciones realizadas por ^{Xanthiakos et al. (2006}) se afirmó que los datos de crecimiento microbiano fueron ajustados al modelo primario de Baranyi y Roberts (1994), con el fin de calcular parámetros cinéticos de la tasa máxima de cre cimiento específico, la cual se incrementó con el aumento de la temperatura de forma lineal. Es de resaltar que en productos lácteos la aplicación del modelo no se encuentra en la literatura, sin embargo, en otras matrices cárnicas como la tilapia, ^{González-Cuello et al. (2016}) reportaron valores de μ de 2,030 y 2,073 con y sin recubrimiento de biopelículas terciarias, respectivamente. Dichos autores explican que esto se puede atribuir al efecto de las biopelículas sobre los microorganismos, puesto que, con ellas, estos últimos no cuentan con las condiciones ambientales óptimas para su crecimiento. También González et al. (2015) reportaron valores de Ts de 11,6 para muestras de camarón blanco sin biopelículas binarias y de 17,67 para muestras con biopelículas binarias.

Tabla 6 Vida útil calculada para la avena sinuana 

Fuente: Elaboración propia

En investigaciones realizadas por ^{Lee et al. (2014}) se aplicaron los modelos de predicción desarrollados por Baranyi, el modelo de Gompertz y modelos logísticos basados en datos experimentales. El modelo de Baranyi predijo que la tasa de crecimiento específico μ_máx, aumentaría gradualmente, con valores de 0,05, 0,47 y 0,65 log UFC/g/h, para temperaturas de almacenamiento de 5, 15 y 25 °C, respectivamente. Sin embargo, las tasas de crecimiento específico en los modelos de Gompertz y en el modelo logístico fueron más altas que las tasas previstas en el modelo de Baranyi. Lo anterior demuestra que el crecimiento de microorganismos puede depender de la temperatura de almacenamiento.

Análisis sensorial

En la tabla 7 están reportados los resultados del análisis de varianza para las características sensoriales de la avena durante distintos tiempos de almacenamiento. Se observa que en el parámetro "sabor" hubo diferencias entre el día 0 y el día 15, pero entre los días 0, 4, 7 y 12 no se observaron diferencias estadísticamente significativas. Además, entre los días 4, 12 y 15 no se observaron diferencias. En cuanto al olor, no se observaron diferencias estadísticas durante los primeros 12 días de alma cenamiento, sin embargo, se observaron diferencias estadísticamente significativas para el día 15.

Con respecto a los factores, se evidenció que la interacción Día^*Conc afectó significativamente los atributos sensoriales de la avena. La variable independiente "día", por ejemplo, afectó las caracte rísticas de sabor y olor del producto, mientras que la concentración afectó solo el olor. Las interacciones del empaque (Día^*Emp y Emp^*Conc) no influyeron en las respuestas de los catadores para los atributos evaluados. El factor "día" no influyó en el atributo "color" para la percepción de los participantes.