INTRODUCCIÓN

Las bebidas energizantes son no alcohólicas que, típicamente, contienen compuestos, como la cafeína, en concentraciones mayores a 150mg/L y altas cantidades de azúcar, en combinación con otros ingredientes, que tienen propiedades estimulantes (^{Visram et al. 2016}). En el mercado global son diversos los productos de este tipo que se pueden encontrar, teniendo una aceptación entre la población, por su capacidad para aliviar la fatiga, mantener la vigilia, mejorar el rendimiento físico y estimular las capacidades cognitivas, ante situaciones de estrés (^{Sánchez et al. 2015}). Se comercializan, explícitamente, como una forma de aliviar la fatiga y mejorar la agudeza mental, en contraste con las bebidas deportivas o isotónicas, que tienen por objeto ayudar a los atletas a rehidratarse después del ejercicio.

Por otra parte, también es evidente que, entre la población, hay un creciente interés sobre productos más saludables o con propiedades nutracéuticas (^{López Molina et al. 2016}). La panela es un edulcorante natural, obtenido del jugo de caña y con aporte de actividad antioxidante, debido a la presencia de compuestos polifenólicos, además, aportando micronutrientes, como calcio, magnesio, potasio, fósforo, sodio, hierro, manganeso, zinc y cobre, así como vitaminas A, B₁, B₂, B₅, B₆, C, D y E (^{López-Palacios et al. 2019}).

Las tendencias del mundo actual en bebidas de frutas exóticas tienen como objetivo demostrar una bioactividad significativa, con impacto positivo sobre varios trastornos crónicos (^{Stafussa et al. 2018}). En este sentido, las investigaciones se han centrado en la combinación de frutas exóticas con otros ingredientes en bebidas, probablemente, debido a la asociación de los jugos de frutas, como una fuente natural de nutrientes y de fitoquímicos, como los compuestos fenólicos, para una buena salud (^{Carbonell-Capella et al. 2015}). Asimismo, la producción de otros tipos de bebidas con adición de cristal o jugo de aloe vera (Aloe vera (L.) Burm.f.), ha sido un tema de interés para la comunidad científica, por sus propiedades nutricionales (^{Rodríguez Villacis et al. 2019}) y por sus efectos en el tratamiento de enfermedades, como artritis, cáncer, diabetes y enfermedades del corazón (^{Nazir & Ahsan, 2017}). Se ha encontrado que cuando se rebanan las hojas para extraer el gel de aloe vera, se lesionan los haces vasculares, liberando una sustancia que se llama aloína, compuesta por antraquinonas que, en altas concentraciones, pueden irritar el tracto gastrointestinal, produciendo un efecto laxante (^{Cedillo & Gastélum-Barrios, 2015}). Esta sustancia puede ser reducida hasta niveles imperceptibles, con repetitivos lavados con agua caliente o mediante el uso de carbón activado (^{Martínez et al. 2017}).

El objetivo de este trabajo fue desarrollar una bebida energizante con propiedades antioxidantes, a base de panela, jugo de maracuyá y cristales de aloe vera (Aloe vera (L.) Burm. F.).

MATERIALES Y MÉTODOS

Materiales. Para la preparación de todas las soluciones de las determinaciones químicas, se utilizó agua desionizada (Milli-Q^TM). Los reactivos utilizados fueron de grado analítico, marca Merck (USA) y los compuestos usados como estándares fueron de marca Sigma (USA).

Obtención del cristal de aloe vera. La obtención del cristal de aloe vera (AV), se realizó mediante el tratamiento de pencas de AV, cosechadas en una finca, ubicada en el municipio de Timbío, Cauca, de edades entre dos y cuatro años. A las pencas, se le cortaron los bordes, aproximadamente 1cm, se le retiró la epidermis y se extrajeron los trozos de la pulpa o gel de AV. Estos trozos, se sumergieron inmediatamente en agua y se le realizó un lavado con homogenización constante. Posteriormente, se realizaron tres lavados con agua caliente 55°C x 10 minutos, en una relación agua: aloe de 3:1. Estos tratamientos, se efectuaron con el objetivo de reducir el contenido de aloína y preservar las propiedades nutracéuticas del gel de AV (^{Sánchez-Machado et al. 2017}). Luego del segundo lavado, se cortaron los trozos de AV en cubos de 0,5cm³, aproximadamente, se homogenizaron, se empacaron en bolsas de polipropileno y se almacenaron a -18°C.

Obtención del jugo de maracuyá. Los frutos de maracuyá (Passiflora edulis f. flavicarpa O. Deg.), se obtuvieron de un mercado local, realizando la selección, según las condiciones de calidad, que debe tener el fruto (NTC -1267 /79 del ICONTEC). Una vez se realizaron los protocolos de limpieza y de desinfección, se extrajo la pulpa y, posteriormente, se trituró en una licuadora casera (Oster, USA). El jugo obtenido, se filtró y se empacó en bolsas de polipropileno y se almacenó a -18°C.

Panela y otros ingredientes. Se utilizó panela marca el Triunfo, producida por una asociación agropecuaria de productores y comercializadores paneleros del municipio de Cajibío, Cauca, Registro Invima N° RSAZ1GI2501. El agua utilizada fue marca Cristal (Postobón, Colombia), cafeína anhidra y ácido ascórbico, de grado alimentario.

Caracterización funcional de las materias primas. Para determinar la actividad antioxidante en el cristal de AV, se realizó una trituración manual hasta obtener una fracción líquida; para la panela, se preparó una solución acuosa 5% m/v; el jugo de maracuyá, junto con las otras fracciones líquidas, se filtró con vacío sobre papel filtro y se tomaron alícuotas, para su caracterización.

Determinación de compuestos fenólicos. Las fracciones líquidas de las materias primas, se utilizaron para la determinación de compuestos fenólicos. Se utilizó el método espectrofotométrico del Reactivo de Folin-Ciocalteu, siguiendo el procedimiento reportado en ^{Nieto Calvache et al. (2016)}. Se realizó una curva de calibración, con una solución de ácido gálico 0,2% m/v y se midió la absorbancia, a una longitud de onda de 765nm. Los resultados, se expresaron como equivalentes de ácido gálico.

Determinación de la capacidad antirradicalaria. La medición de la capacidad antirradicalaria de las materias primas, se realizó a través del método del radical libre 2,2-difenil-1-picrilhidrazil (DPPH). Este ensayo permite medir la capacidad de los compuestos presentes en una muestra, para actuar como captadores de radicales libres. Se utilizó una modificación de la técnica informada por ^{Nieto-Calvache et al. (2018)}, registrándose el cambio de absorbancia en el tiempo. Se construyó una curva de calibración, con una solución de ácido ascórbico 200µM. Brevemente, 0,1mL de cada solución, se mezclaron con 3,9mL de solución DPPH, 6 x 10^-5M, preparada en etanol (96mL/100mL) y se incubó durante 30 minutos; posteriormente, se midió la variación en la absorbancia (ʎ = 515nm). Los resultados, se reportaron como actividad antirradicalaria equivalente a la del ácido ascórbico.

Proceso de producción de las bebidas. Se prepararon 500mL de diferentes bebidas, con distintos porcentajes de AV, jugo de maracuyá y panela, de acuerdo con un diseño experimental de mezclas. Para la preparación, el agua, junto con el jugo de maracuyá y la panela, se homogenizaron con una licuadora de mano (Philips HR1623/00), durante 2 minutos. Posteriormente, se adicionaron los cristales de AV. A la mezcla obtenida, se le realizó un proceso de pasteurización lenta, a 70°C, 25min (^{Petruzzi et al. 2017}); las bebidas, se envasaron en recipientes plásticos y se almacenaron a 2°C.

Caracterización química de las bebidas. Las bebidas desarrolladas, se analizaron en cuanto a su contenido de compuestos fenólicos y a su capacidad antirradicalaria a las 24 horas, utilizando los mismos protocolos, mencionados anteriormente, para las materias primas. Adicionalmente, se realizó una determinación de vitamina C, según el método cromatográfico oficial AOAC 2012.21. La determinación, se hizo en un equipo SHIMADZU LC 2010A HT, con una columna PHENOMENEX LUNA^® C-18, de tamaño de partícula de 5µm y una fase móvil de acetonitrilo, con un flujo de 1mL/min. Se realizó una curva de calibración, con soluciones estándar de ácido ascórbico.

Finalmente, se realizó una cuantificación del contenido de aloína, mediante método cromatográfico (HPLC), de acuerdo con ^{Brown et al. (2014)}. Esta determinación fue realizada por el Laboratorio de Análisis Industrial y de alimentos, Angel Bioindustrial, como servicio externo.

Análisis sensorial. Luego del análisis del diseño experimental, se eligieron tres formulaciones, teniendo en cuenta las de mayor contenido de compuestos fenólicos y capacidad antirradicalaria. Con estas bebidas, se efectuó un análisis sensorial, para verificar la aceptación de 4 atributos sensoriales, mediante una escala hedónica de nueve puntos, donde cada número significa: 1 me disgusta muchísimo, 2 me disgusta mucho, 3 me disgusta moderadamente, 4 me disgusta un poco, 5 ni me gusta ni me disgusta, 6 me gusta un poco, 7 me gusta moderadamente, 8 me gusta mucho, 9 me gusta muchísimo. El análisis fue realizado por 171 panelistas (consumidores habituales de este tipo de bebidas), quienes evaluaron el sabor, textura del AV en la boca, color y aceptabilidad global, teniendo en cuenta las recomendaciones de ^{Lawless (2013)}. Para este ensayo, se prepararon las bebidas adicionando 280mg/L de cafeína grado alimentario y 50mg/Kg ácido ascórbico grado alimentario, como antioxidante, cumpliendo con las cantidades máximas sugeridas por la Resolución 4150 DE 2009 - ^{Ministerio de la Protección Social (2009)}, respectivamente, para este tipo de bebidas.

Diseño experimental y análisis estadístico. Los rangos de los porcentajes de panela, de maracuyá y de AV, se establecieron de acuerdo con ensayos sensoriales preliminares (datos no mostrados). Se utilizó un diseño de mezclas simplex con centroide, donde se consideraron los porcentajes de: panela, jugo de maracuyá y aloe vera, como factores experimentales y el contenido de compuestos fenólicos y capacidad antirradicalaria, como variables respuesta. En la tabla 2, se muestran los niveles de cada factor en sus valores reales y codificados. Se verificó el ajuste de los resultados a modelos polinómicos, para la creación de las superficies de respuesta, mediante un análisis de varianza (p<0,05) y el estadístico R².

Modelo lineal

Modelo cuadrático

Modelo cúbico especial

Donde, E(y) es la respuesta y e _u es el error en el u-ésimo ensayo; el parámetro β _i representa el efecto del i-ésimo componente puro, β _ij el efecto de la interacción entre los componentes i y j y β _ijk el efecto de la interacción triple entre los componentes i, j y k (^{Gutiérrez-Pulido & de la Vara-Salazar, 2008}).

Para el planteamiento y el análisis del diseño experimental, se utilizó el software Statgraphics Centurion XV (02/15/06 Versión, 2007 Statpoint Inc, Herndon, VA, Canada). Asimismo, para la comparación entre los valores de las propiedades fisicoquímicas y los resultados del análisis sensorial de las bebidas seleccionadas, se realizó un ANOVA de una vía, con un Test de Tukey post hoc, utilizando el utilitario del software GraphPad Prism versión 5.00 para Windows (San Diego, CA, USA).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Análisis de materias primas. El análisis de las materias primas demostró que, tanto el AV como la pulpa de maracuyá y la panela, presentaban contenido de compuestos fenólicos, siendo la panela la que mostró los resultados más altos de las materias primas (Tabla 1). En estudios realizados por ^{De Maria (2013)}, se han reportado valores para compuestos fenólicos entre 20 y 50mg AGE/g, en panela, de países como Japón, India, Francia y Venezuela, lo cual, está en el orden de los valores encontrados en la panela utilizada en este trabajo.

El AV, se considera un ingrediente importante para la elaboración de alimentos funcionales, debido a su aporte de polisacáridos de la fibra dietaria y compuestos con actividad antioxidante, como los fenólicos (^{Vega et al. 2005}). En AV, se ha reportado capacidad antirradicalaria, efectiva para la estabilización de los radicales DPPH y el 2,2-azinobis-3etil benzotioazolín-6-sulfónico (ABTS) (^{Radha & Laxmipriya, 2015}). Por otra parte, en los trabajos de ^{de Santana et al. (2017)}, se encontraron compuestos fenólicos en semillas de maracuyá, en concentraciones de 3,11 ± 0,07g AGE/100g. Otros autores, como ^{Rotta et al. (2019)}, determinaron diferentes tipos de compuestos fenólicos en la pulpa de maracuyá, hallando que los compuestos fenólicos, como el ácido vanílico y quercetina, eran los más abundantes y que, además, esta pulpa tenía capacidad antirradicalaria, mediante el método del DPPH, en el orden de 800µg, equivalentes de Trolox/100g, otro antioxidante muy utilizado en la literatura, como patrón antioxidante.

Análisis de las bebidas. El diseño experimental de mezclas es una herramienta estadística que ha sido utilizada en la formulación de mezclas alimenticias, para optimizar el porcentaje adecuado de ingredientes, respecto a una o varias variables de respuesta (^{Salamanca Grosso et al. 2015}). Los resultados de las propiedades antioxidantes de las bebidas obtenidas, se resumen en la tabla 2. Se encontró un contenido de compuestos fenólicos, que osciló entre 5,5 y 9,58mg AGE/mL. Asimismo, los resultados de la capacidad antirradicalaria oscilaron entre 371 y 408µg eq AA/mL.

Por otra parte, se realizó la optimización de cada una de las propiedades, con el objetivo de maximizar sus respuestas. El análisis de los resultados de la composición de compuestos fenólicos de las bebidas demostró que los datos, para compuestos fenólicos, ajustaron a un modelo cuadrático, CF = 9,47626*P + 7,38034*M + 5,97415*AV - 6,99983*P*M - 1,66064*P*AV - 4,49674*M*AV, donde, CF: Compuestos fenólicos, P: panela, M: maracuyá y AV: aloe vera. El valor p obtenido en el ANOVA fue de 0,0067, lo cual, indica que existe una relación estadísticamente significativa entre el contenido de compuestos fenólicos y los componentes de la mezcla, con un nivel de confianza del 95%. El análisis del estadístico R² indicó que el modelo explica un 96% de la variabilidad de los compuestos fenólicos, según este modelo.

En la figura 1, se muestra la superficie de respuesta para el contenido de compuestos fenólicos de las bebidas producidas. Se puede observar que, cuando el porcentaje de panela o maracuyá es alto, se detecta un mayor contenido de fenólicos, mientras que con los valores de la mezcla pura de aloe vera, se detectan menores contenidos. Este resultado es acorde con el análisis realizado para las materias primas (Tabla 1), donde se había encontrado que la panela hacía el mayor aporte de compuestos fenólicos, seguido de pulpa de maracuyá.

En cuanto a la capacidad antirradicalaria, también los datos ajustaron a un modelo cuadrático: CA = 372,72*P + 409,131*M + 400,874*AV + 12,8466*P*M - 31,6299*Panela*AV - 9,99267*M*AV, donde CA, es la capacidad antirradicalaria. El valor p, para este modelo, fue de 0,0113, denotando una relación estadísticamente significativa entre la capacidad antirradicalaria y los componentes de la mezcla, con un nivel de confianza del 95,0%. Además, el valor del R² fue del 94,8%, explicando un alto porcentaje de la variabilidad de los datos de la capacidad antirradicalaria. La figura 2 muestra la superficie de respuesta de la capacidad antirradicalaria; se puede observar, que la mayor actividad antirradicalaria es aportada por la pulpa de maracuyá y el AV, mientras que la panela es aquella que hace el menor aporte de la capacidad antirradicalaria, por lo cual, se puede inferir que, además de los compuestos fenólicos, las materias primas contienen otro tipo de compuestos, que contribuyen con la capacidad antirradicalaria.

Mediante este análisis estadístico, se obtuvo que los porcentajes de las materias primas, óptimos para maximizar las dos variables respuesta era diferente (Tabla 3). Se obtuvo un sistema que permite obtener una bebida 1 optimizada, para contener un máximo de compuestos fenólicos y otro, para obtener una bebida 2 optimizada, para tener la mayor capacidad antirradicalaria (Tabla 3). Adicionalmente, y para fines comparativos y estudios de profundización, se planteó una bebida adicional (bebida 3), utilizando los porcentajes estimados de panela y de maracuyá promedio, de las bebidas 1 y 2 y así obtener un sistema adicional, con propiedades antioxidantes intermedias.

Se produjeron los sistemas de bebidas óptimos e intermedio (Tabla 3), análogamente a lo realizado durante el diseño experimental, con los porcentajes de panela, jugo de maracuyá y aloe vera, estimados estadísticamente y se analizaron, una vez más, en cuanto al contenido de compuestos fenólicos y capacidad antirradicalaria; adicionalmente, se cuantificó el contenido de vitamina C. Los resultados de este análisis mostraron que la bebida que presentaba mayor capacidad antirradicalaria (p<0,05) era la bebida 2, mostrando valores de 419 ± 1µg eq AA/mL, seguido de la bebida 1 (399 ± 4µg eq AA/mL) y la bebida 3 (372 ± 4eq AA/mL). En cuanto al contenido de compuestos fenólicos, se encontró que la bebida 1 era la que contenía la mayor cantidad (p<0,05), mostrando valores de 8,5 ± 0,3mg AGE/mL, seguido de la bebida 2 (7,6 ± 0,2mg AGE/mL) y de la bebida 3 (7,3 ± 0,1mg AGE/mL). Adicionalmente, los resultados del análisis de vitamina C reportaron que el mayor contenido de vitamina C (p<0,05) lo presentaba la bebida 2 (15,75 ± 0,03µg/mL), seguido por la bebida 3 (15,25 ± 0,03µg/mL) y por la bebida 1 (14,80 ± 0,07µg/mL), por lo cual, la mayor actividad antirradicalaria de la bebida 2, puede estar asociada al mayor contenido de vitamina C. En los trabajos realizados por ^{Sir Elkhatim et al. (2018)}, se ha demostrado una correlación positiva, tanto de la vitamina C como de los compuestos fenólicos, con la capacidad antirradicalaria. En diferentes trabajos científicos, generalmente, se reportan que los compuestos fenólicos son los mayores aportadores de actividad antioxidante (^{Manganaris et al. 2014}); sin embargo, en otros tejidos vegetales, también se ha reportado que la vitamina C tiene mayor poder antioxidante que los compuestos fenólicos (^{Sir Elkhatim et al. 2018}). Estas diferencias en el poder antioxidante de los compuestos bioactivos están asociadas con el tipo de tejido vegetal, el estado de maduración, la variedad y las condiciones agronómicas del cultivo.

Finalmente, se determinó que el contenido de aloína en las 3 bebidas energizantes era menor a 0,1mg/Kg, cumpliendo con lo establecido en el Codex Alimentarius y la ^{FAO (2008)}, Requisitos generales para aromatizantes naturales CAC/GL 29-1987, donde se establece que el aloe puede hacer parte de la composición de un alimento, siempre y cuando no se sobrepase los límites máximos permitidos de aloína: 0,1mg/kg, en el producto final, listo para el consumo en alimentos y bebidas. Estos resultados, también validan que los tratamientos hidrotérmicos realizados al AV permiten una reducción del contenido de aloína hasta los valores recomendados.

Análisis sensorial. El análisis sensorial permite verificar el grado de aceptación de los productos por panelistas, consumidores habituales de este tipo de bebidas. Las bebidas fueron preparadas con cafeína, ya que este es el componente que las clasifica como bebidas energizantes. La figura 3 resume los resultados del análisis sensorial. Se encontró que, estadísticamente, las tres bebidas fueron aceptadas por los panelistas, con valores por encima de 6, en la escala hedónica. En cuanto a la textura del aloe en la boca, se encontró que las tres bebidas fueron calificadas con valores significativamente iguales (p<0,05). En cuanto al sabor, se observó que las bebidas 1 y 2 tuvieron una mejor aceptación (p<0,05), que la bebida 3. El color de las tres bebidas tuvo buena aceptación, sin denotar diferencias significativas (p<0,05). Finalmente, en cuanto a la aceptabilidad global, las bebidas 1 y 2 tuvieron una mejor calificación (p<0,05), que la bebida 3.

De acuerdo con los resultados, se puede concluir que, las bebidas desarrolladas, mostraron un importante contenido de compuestos bioactivos, aportados por las materias primas utilizadas, las cuales, otorgaron un valor funcional, como la capacidad antirradicalaria, aportada, principalmente, por la presencia de compuestos fenólicos y vitamina C. El análisis del panel sensorial, demostró que todas las bebidas fueron aceptadas por los consumidores; sin embargo, la bebida 2 fue la que presentó mayor potencial funcional, por su mayor capacidad antirradicalaria, su mayor contenido de vitamina C y un intermedio contenido de compuestos fenólicos. Además, esta bebida fue una de las que presentó mejor valoración en cuanto al sabor y la aceptabilidad global, presentando así un mejor potencial comercial.