INTRODUCCIÓN

El maíz dulce (Zea mays L. var. saccharata) es una variedad con características sensoriales agradables de sabor, de textura y de aroma, lo cual, es un aliciente para su uso en la obtención de alimentos procesados. Este producto presenta una escasa transformación industrial, consumiéndose, principalmente, como hortaliza fresca, en alimentos precocidos o en forma de grano entero en conserva (^{Szymanek et al. 2015}).

La estabilidad de dispersiones y las suspensiones alimenticias pueden estar influenciadas por cambios en el tiempo, debido al comportamiento de los componentes inmiscibles que pueden presentar separación de fases y frente a las interacciones indeseables entre los componentes individuales, es decir, las interacciones físicas entre las partículas dispersas (^{Drapala et al. 2018}).

Los hidrocoloides son polímeros hidrofílicos, con una amplia gama de propiedades funcionales favorables para su aplicación en dispersiones alimentarias, ya que pueden cambiar la reología y la microestructura del medio, para obtener productos estables, con propiedades sensoriales aceptables (^{Norton et al. 2011}). La aplicación de hidrocoloides, como GX y CMC, ha sido reportada previamente en bebidas elaboradas con frutas y hortalizas, para evitar la sedimentación y controlar la vida útil (^{Abbasi & Mohammadi, 2013}; ^{Abedi et al. 2012}; ^{Aghajanzadeh et al. 2017}; ^{Akkarachaneeyakorn & Tinrat, 2015}; ^{Nwaokoro & Akanbi, 2015}). Una bebida formulada con la pulpa extraída de los granos de maíz dulce contiene una gran variedad de componentes, como partículas sedimentables y fases inmiscibles, acuosa y oleosa, que pueden generar un comportamiento inestable, dando lugar a un detrimento de su calidad, durante el almacenamiento.

El aloe vera (Aloe barbadensis Miller) es una planta que contiene en sus hojas un gel mucilaginoso, que ha generado gran interés en la industria alimentaria, por la presencia de más de 200 constituyentes diferentes, de los cuales, 75 tienen actividad biológica, como componentes nutritivos, fenólicos y fitoesteroles, propiedades que convierten al gel de aloe vera (AV) en un ingrediente potencial en la formulación de alimentos, aplicado en bebidas (^{Elbandy et al. 2014}; ^{Sánchez-Machado et al. 2017}).

Debido a que la aplicación del maíz dulce en alimentos procesados, específicamente en bebidas, ha sido poco explorada y los estudios son incipientes, el objetivo del presente trabajo fue desarrollar bebidas a partir de maíz dulce, evaluando el efecto de la concentración de GX, CMC y AV en la estabilidad a la separación de fases, las propiedades fisicoquímicas y la evaluación sensorial.

MATERIALES Y MÉTODOS

Formulación y elaboración de las bebidas. Para la elaboración de las bebidas, se utilizó maíz dulce (Z. mays var. saccharata) y leche condensada comercial, para el aporte de sólidos solubles; gel de AV, como ingrediente nutricional; dos tipos de hidrocoloides, como estabilizantes, goma xantano (GX) y carboximetilcelulosa sódica (CMC) y, como conservantes, benzoato de sodio y sorbato de potasio, en las concentraciones permitidas y establecidas en la Norma Técnica Colombiana - NTC 3549/1999 y la Res. 7992/1991. Para la formulación de las bebidas, 20% de pulpa obtenida de la molienda de los granos y 12% de leche condensada fueron dispersados en agua, hasta obtener una concentración de sólidos solubles totales de 10°Brix. La mezcla fue sometida a un tratamiento térmico a 72°C, por 30 min y enfriada a temperatura ambiente, para luego ser homogenizada (Ultraturrax IKA T25), a 12.000rpm, por 5 min, adicionando el AV y la mezcla de hidrocoloides en las cantidades definidas, para cada tratamiento del diseño experimental. Finalmente, se agregaron los conservantes (0,125%) y las bebidas fueron envasadas para su caracterización.

Caracterización fisicoquímica. Se realizó por triplicado para cada tratamiento, según los métodos de la AOAC (2016), determinando el porcentaje de sólidos solubles totales (SST), expresados en °Brix; pH, con el método potenciométrico; acidez expresada en porcentaje de ácido cítrico, por titulación con NaOH 0,1N y, densidad, por el método gravimétrico.

Viscosidad aparente. Fue determinada con un viscosímetro (Brookfield DV-III Ultra, USA), utilizando una geometría de cilindros coaxiales, a 20°C, y una tasa de deformación constante de 30s^-1 (^{Aghajanzadeh et al. 2017}). La tasa de deformación fue seleccionada para simular condiciones de baja deformación del producto, como sucede durante el almacenamiento, por la sedimentación de partículas suspendidas.

Distribución del tamaño de partícula (PSD). Los parámetros (D(4,3)) y (D(3,2)) fueron determinados por el método de dispersión de luz (Malvern Mastersizer 3000 con Hydro EV), por triplicado, para cada tratamiento

Potencial Zeta (ζ). Fue estudiado mediante la movilidad electroforética (Zetasizer nano ZS90, Malvern Instruments Ltd., UK), siguiendo el método descrito por ^{Mirhosseini et al. (2008)}, con algunas modificaciones. Las muestras fueron diluidas en agua destilada (pH=7), en una relación 1:50 y equilibradas durante 25s. Para cada tratamiento, se reportó el promedio de tres mediciones.

Estudio de separación de fases. La estabilidad conferida por los hidrocoloides a las bebidas formuladas fue evaluada a través de la separación de fases durante el almacenamiento, adaptando los métodos descritos por ^{Silva et al. (2012)}. En cilindros graduados de 100mL fueron colocadas las muestras cada tratamiento por triplicado y almacenadas a 10°C, por 7 días, durante los cuales, se midió el cambio en la altura de la fase sedimentada. El índice de sedimentación fue calculado aplicando la ecuación 1, donde, h (t) es la altura (mm) del sedimento en un tiempo t (h) y h₀ la altura inicial (mm).

La velocidad de sedimentación fue deducida con un modelo cinético de segundo orden (Ecuación 2), donde, IS (%) es el índice de sedimentación, ISeq (%) el índice de sedimentación en el equilibrio, V (h^-1) es la velocidad de sedimentación y t (horas) es el tiempo.

Color. Los parámetros de color fueron medidos seguidamente a la elaboración de las bebidas, utilizando un espectofotómetro de esfera (X-Rite SP64, X-Rite Inc., USA), con iluminante D65 y ángulo de 10°. Los resultados fueron reportados en el sistema CIELab, para un promedio de tres mediciones por tratamiento, determinándose L* (brillo), a* (componente rojo-verde), b* (componente amarillo-azul) y la diferencia total de color (∆E) respecto a la bebida control, mediante la ecuación 3.

Análisis sensorial. La evaluación sensorial de las bebidas fue conducida 15 horas después de su elaboración, a una temperatura aproximada de 10°C, con el fin de establecer la percepción de la apariencia, el color, el sabor y el aroma. El panel fue realizado con 15 jueces semi-entrenados, aplicando una prueba descriptiva, paramétrica, con escala no estructurada (15cm de longitud), con anclajes en los extremos para cada parámetro evaluado. Para la apariencia, los anclajes fueron en relación a la separación de fases (Muy homogénea - Poco homogénea) y para los parámetros de color, sabor y aroma, los anclajes con respecto a las características del maíz dulce (Muy característico - Poco característico).

Análisis estadístico. Para estudiar las propiedades fisicoquímicas, sensoriales y de estabilidad, en función de la concentración de GX (-1: 0,025%; 0: 0,05%; 1: 0,075%), CMC (-1: 0,025%; 0: 0,05%; 1: 0,075%) y AV (-1: 0,5%; 0: 1%; 1: 1,5%), fue aplicada la metodología de superficie de respuesta a un diseño central, compuesto de 18 tratamientos y 4 puntos centrales (Tabla 1). El tratamiento control fue la bebida formulada sin adición de hidrocoloides ni AV.

Las superficies de respuesta fueron calculadas mediante un modelo de segundo orden (Ecuación 4).

Donde, Y es la respuesta calculada por el modelo, β₀, βi, βii y βij son los coeficientes de regresión para el intercepto, términos de interacción lineales y cuadráticos, respectivamente y X es la variable independiente. La pertinencia de los modelos, se determinó con un ANAVA multifactorial (p=0,05), un análisis de regresión y una prueba de falta de ajuste.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Caracterización fisicoquímica. Las propiedades fisicoquímicas de las bebidas, se muestran en la tabla 2. El contenido de SST, pH y acidez titulable no presentan variaciones significativas a diferentes concentraciones de hidrocoloides y AV (p>0,05). Estudios previos coinciden en que la adición de hidrocoloides a jugos, néctares y concentrados de frutas no produce cambios significativos en estas propiedades (^{Lins et al. 2014}; ^{Taiwo & Gift, 2015}). ^{Elbandy et al. (2014)}, también manifiestan que la adición de AV en bebidas puede afectar levemente o no influye en la variación de los SST, debido a que el contenido de sólidos en el gel es insuficiente (<5%), para producir modificaciones notables en el producto.

Viscosidad. La concentración de GX y CMC mostró tener un efecto significativo (p<0,05) sobre la viscosidad aparente de las bebidas (Tabla 2). Como se evidencia en la figura 1a, existe una relación entre la viscosidad y la concentración de hidrocoloides, lo cual, indica un cambio en el comportamiento reológico de la fase continua, como se ha demostrado anteriormente (^{Contreras-Lozano et al. 2018}; ^{Cho & Yoo, 2015}). Asimismo, se ha encontrado que la GX confiere altas viscosidades a bajas tasas de deformación, características que contribuyen a la estabilidad de partículas en suspensión (^{Norton et al. 2011}). Los hidrocoloides producen este efecto, debido a que su estructura isotrópica rígida sufre interacciones moleculares con el agua durante la dispersión, provocando un aumento de la viscosidad aparente, característico de polímeros de alto peso molecular en suspensión (^{Xu et al. 2013}).

Potencial zeta (ζ). El potencial ζ en las bebidas formuladas con estabilizantes y el tratamiento control (Tabla 2), se encuentran en el rango de estabilidad ligera (-21 a -30mV), característico de poca aglomeración de partículas en suspensión (^{Schramm, 2005}). Por su parte, el potencial ζ no presentó cambios significativos (p>0,05) en función de la concentración de hidrocoloides, en concordancia con lo reportado por ^{Mirhosseini et al. (2008)}, en bebidas estabilizadas con GX y goma arábiga, manifestando que un rango de concentraciones, insuficientemente amplio, no produce una variación significativa de este parámetro. Es posible que las concentraciones de GX y CMC usadas en este estudio, en las bebidas de maíz, no fueron suficientemente altas para conferir buena estabilidad, expresada en valores de potencial >40mV (^{Schramm, 2005}), a diferencia de estudios similares, donde esa estabilidad fue alcanzada con concentraciones de GX ≥0,3% (^{Abbasi & Mohammadi, 2013}; ^{Genovese & Lozano, 2001}). Una evidencia de esto es que en los tratamientos 1 y 8 se encontraron los resultados más favorables de potencial ζ y corresponden a los porcentajes mayores de hidrocoloides (GX y CMC ≥0,05%) y 1% AV.

Es posible que los valores encontrados de potencial ζ las bebidas de maíz se deban a la presencia de una fase oleosa, formada por las grasas del maíz y el ingrediente lácteo adicionado en la formulación, confiriéndoles el carácter de una emulsión O/W, que no se logró estabilizar con las concentraciones aplicadas de hidrocoloides. Esto se explica porque un valor absoluto de potencial ζ menor de 25 mV, como se observó en las bebidas, es un indicativo de floculación en emulsiones con tendencia hacia la coalescencia o cremado (^{Schramm, 2005}). Adicionalmente, se ha reportado incompatibilidad de la GX con las proteínas de la leche y bajas concentraciones pueden tener un efecto desestabilizador en emulsiones (^{Norton et al. 2011}; ^{Dickinson, 2009}).

Distribución del tamaño de partícula (PSD). El tamaño de partículas mostró una distribución mono modal entre ~1 y 600μm, similar para todas las bebidas (Figura 2). Esto se debe a que, el proceso de homogenización, fue estandarizado para todas las formulaciones después de la adición de hidrocoloides. Este hallazgo, se confirma con el resultado del ANAVA, donde se reporta que no hay efecto significativo (p>0,05) de los factores sobre los diámetros D(3,2) y D(4,3).

El diámetro medio basado en el área D(3,2) fue inferior al rango del diámetro medio basado en el volumen D(4,3) (Tabla 2). Dado que, el primero, está influenciado por pequeñas partículas que pueden ser las partículas sedimentables de almidón en la suspensión, mientras que, el segundo, está asociado a partículas de mayor tamaño en sistemas polidispersos, como pequeños glóbulos de aceite formados durante la homogeneización de las emulsiones (^{Drapala et al. 2018}).

Se evidencia en la tabla 2, que la formulación con GX, CMC y AV aumentó el tamaño de partícula de algunas bebidas en relación al tratamiento control, posiblemente, porque los polisacáridos adicionados poseen fracciones insolubles que confieren grandes tamaños de partícula, incrementándose el diámetro medio (^{Ruihuan et al. 2017}). Esto también puede ser una consecuencia de la floculación causada por la incompatibilidad entre la GX y la caseína láctea (^{Keshtkaran et al. 2013}.

Se ha manifestado que las dispersiones con distribución de partículas con tendencia hacia tamaños pequeños (<1μm) tendrán mayor estabilidad (^{Schramm, 2005}). A tamaños mayores (1-100μm), solo se lograría la estabilidad de una bebida adicionando concentraciones adecuadas de estabilizantes. De esta manera, los diámetros de partícula alcanzados, después de la homogenización de las bebidas (6-20μm), podrían ser adecuados para mantener la estabilidad a la sedimentación, si se adicionan mayores concentraciones de GX y se reduce el tamaño de las gotas que componen la emulsión, aplicando un tratamiento de homogenización adicional.

Estudio de separación de fases. Se observó, en la mayoría de las bebidas formuladas, la formación de tres fases; una inferior, con mayor concentración de partículas (sedimento); una clarificada, con menor concentración de sólidos (sobrenadante) y una oleosa, en la parte superior del cilindro graduado, lo que demuestra que las concentraciones de hidrocoloides adicionadas no resultaron efectivas para estabilizar la emulsión, en concordancia los valores de potencial ζ (Tabla 2).

Los datos de sedimentación fueron ajustados a un modelo cinético de primer orden (Figura 3), que resultó ser adecuado (R²>0,90) para todos los tratamientos que presentaron sedimentación. La concentración de GX y CMC produjo un efecto significativo (p<0,05) en el parámetro ISeq, el cual, disminuye a mayor concentración de hidrocoloides (Figura 1b). Por el contrario, la concentración de AV no tuvo ningún efecto. Se ha demostrado que la adición de GX y CMC mejoran la estabilidad física reduciendo la sedimentación de partículas en bebidas por el incremento de la viscosidad del medio (^{Taiwo & Gift, 2015}; ^{Akkarachaneeyakorn & Tinrat, 2015}).

La velocidad de sedimentación de las bebidas formuladas con GX, CMC y AV (0 - 0,32 h^-1) fue notablemente inferior que en la bebida con tratamiento control (3,13 h^-1). De esta forma, se evidencia la efectividad de la adición de hidrocoloides para retrasar la separación de fases por sedimentación en las bebidas durante el almacenamiento en refrigeración (10°C). Los tratamientos correspondientes a mayor concentración de hidrocoloides (No. 16), principalmente de GX (No. 11), no presentaron sedimentación. Además, los tratamientos No. 1 y No. 4 mostraron los más bajos índices de sedimentación. En consecuencia, se concluye que es posible disminuir el índice de sedimentación hasta 7 días en refrigeración aplicando concentraciones mínimas de 0,05% de GX y 0,075% de CMC.

Color. En la tabla 3, se muestran los parámetros de color CIELab y la diferencia total de color (ΔE) en las bebidas formuladas, los cuales, no presentaron variación estadística significativa (p>0,05) con la concentración de hidrocoloides y AV. Los valores del parámetro a* y b* expresan que el color de las bebidas tiende hacia el amarillo y verde. Estos no presentaron diferencias considerables respecto al control, a diferencia de la luminosidad L*, que aumentó luego de la adición de hidrocoloides y AV. Posiblemente, el color blanco o amarillento, característico de los hidrocoloides, otorga una apariencia más clara y brillante. Esta alteración de la luminosidad también podría estar asociada a la variación del tamaño de partícula por formación de agregados de mayor tamaño, lo que puede afectar el patrón de difracción (^{Keshtkaran et al. 2013}). En correspondencia con los parámetros primarios, la diferencia total de color (ΔE) en las bebidas tratadas con hidrocoloides respecto al tratamiento control fue baja y no fue significativa (p>0,05), con relación a la concentración.

Análisis sensorial. La tabla 3 contiene los resultados de la evaluación sensorial de las bebidas formuladas. La concentración de GX y CMC influyó significativamente en la apariencia de bebidas y el ajuste al modelo cuadrático resultó significativo para esta variable (R²=0,89). La calificación otorgada a la apariencia es más alta en las bebidas con mayor concentración de hidrocoloides, como se observa en la superficie de respuesta (Figura 1c). Así mismo, la calificación de la apariencia de las bebidas con estabilizantes es mayor que en la muestra control. Lo resultados, se justifican por la relación directa que tiene la apariencia con la homogeneidad percibida en las bebidas, es decir, con la separación de fases, que es menor luego de la adición de hidrocoloides. ^{Taiwo & Gift (2015}), también encontraron diferencias significativas en la percepción del nivel de sedimentación en jugos, luego de la adición de GX y CMC.

Las mayores puntuaciones de la apariencia fueron asignadas a los tratamientos No. 11 y No. 16, que fueron los únicos que no presentaron sedimentación durante el estudio de separación de fases.

Por su parte, la valoración sensorial del color, aroma y sabor, no varió significativamente con la concentración de hidrocoloides y AV. Además, las calificaciones obtenidas para estos parámetros fueron mayores en la bebida control (Tabla 3), es decir, que el color, sabor y aroma fue más característico del maíz dulce en la bebida sin estabilizantes. El efecto en la percepción de color puede estar relacionado con el incremento de la opacidad en presencia de hidrocoloides, en algunos casos, debido a partículas insolubles presentes o la incorporación de aire en la matriz alimentaria (^{Laaman, 2011}). Por otro lado, se ha reportado que la intensidad del sabor puede disminuir, debido al uso de hidrocoloides en alimentos, pero que la concentración de las mismas no provoca diferencias notables en esta propiedad sensorial (^{Abedi et al. 2012}). En cuanto al aroma, ^{Keshtkaran et al. (2013)} tampoco reportan variaciones con la concentración de hidrocoloides, mientras que Abedi et al. (2012) sostienen que el incremento de la viscosidad puede afectar la percepción del aroma en jugos lácteos formulados con estos aditivos, lo que, posiblemente, ocurrió en las bebidas de maíz luego de la estabilización, debido al incremento de la viscosidad.

Del presente estudio, se puede concluir que las propiedades fisicoquímicas en las bebidas formuladas a partir de maíz dulce no son afectadas con las concentraciones aplicadas de AV e hidrocoloides. La inestabilidad física de las bebidas estudiadas, se evidencia en los valores de potencial z y está asociada con los fenómenos de sedimentación de partículas suspendidas e inestabilidad de la emulsión formada por causa de la fase grasa observada. La inestabilidad podría ser consecuencia de la adición de GX en altas concentraciones, promoviendo la floculación de la fase oleosa. La adición de hidrocoloides favorece la estabilidad a la sedimentación a concentraciones mayores de 0,05% de GX y CMC e, independientemente, de la concentración de AV. El tamaño de partículas en las bebidas formuladas no resultó adecuado para conferir la estabilidad. La adición de hidrocoloides y AV aumenta la luminosidad de las bebidas y favorece la percepción de la apariencia en las bebidas con menor sedimentación durante el almacenamiento. El color, el sabor y el aroma fueron más valorados en la bebida sin adición de hidrocoloides.