INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL.

ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLOGICAS.

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA BIOQUÍMICA.

LABORATORIO DE BIOQUÍMICA Y ANÁLISIS DE LOS ALIMENTOS DE ORIGEN VEGETAL.

CAMBIOS BIOQUÍMICOS DE UN FRUTO CLIMATÉRICO DURANTE SU MADURACIÓN.

MUESTRA1. PLÁTANO SEMI- MADURO

NOMBRE DE LOS INTEGRANTES GRUPO: 5IM1

NÚMERO DE EQUIPO/SECCIÓN:

ASPECTO CALIFICACIÓNMIN – MAX

CALIFICACIÓN

Introducción 0.0-0.5 puntosObjetivos 0.0-0.5 puntos

Fundamento 0.0-1.5 puntosMemoria de calculo 0.0-2.0 puntos

Discusión 0.0-3.0 puntosConclusiones 0.0-2.0 puntosBibliografía 0.0-0.5 puntos

Total 0.0-10.0 puntos

FECHA DE ENTREGA: FIRMA DEL PROFESOR: _______________

INTRODUCCIÓN.

La maduración de los frutos puede ser definida como la secuencia de cambios morfológicos, fisiológicos y bioquímicos que conducen a la formación de un fruto apto para el consumo humano.  

El fruto alcanza su tamaño potencial máximo Se reduce la velocidad de crecimiento Disminuye la concentración del inhibidor de la maduración Se agotan los promotores de las semillas maduras Se trata de un proceso programado genéticamente

Estos cambios se dan a tres niveles: físicos, metabólicos y cambios en la expresión génica.  

CAMBIOS FÍSICOS‐Cambios de color: Los cloroplastos de las células del fruto sufren un desmantelamiento, que acaba con las clorofilas. Este fenómeno desenmascara otros pigmentos existentes, como los carotenoides (β‐caroteno,licopeno). Además, la maduración implica la síntesis de novo de pigmentos, como las antocianinas. Esto provoca un cambio en el color del fruto, que deja de ser verde.‐Alteraciones en el sabor: cambios en la acidez, astringencia y dulzor. En la respiración hay una degradación oxidativa de los   materiales de reserva (compuestos carbonados: almidón) del fruto que da lugar a compuestos sencillos como los azúcares y ácidos orgánicos. Por ello los frutos son dulces. También por este proceso de catabolismo se

generan compuestos de naturaleza fenólica que son volátiles y les confieren el aroma característico  ‐Cambios en la textura del fruto: las células de los frutos son cada vez más permeables durante la maduración, porque la integridad de los compuestos de las paredes celulares se pierden. Por acción del etileno se activan una serie de enzimas hidrolíticas (poligalacturonasa y celulasa), que rompen los enlaces entre los polisacáridos de la pared.  La infiltración de Ca2+ tiene un efecto retardante en la maduración y envejecimiento del fruto, ya que este elemento tiene una función restauradora de la integridad de la membrana y restablece sus propiedades de permeabilidad selectiva.‐Aumento de la deposición de ceras en la piel.

CAMBIOS METABÓLICOS‐Se produce un aumento respiratorio‐Síntesis y liberación de etileno‐Metabolismo de almidón y ácidos orgánicos (sabor dulce mencionado arriba)‐Alteración en la regulación de rutas metabólicas.

CAMBIOS EN LA EXPRESIÓN GÉNICA‐Desaparición del mRNA y proteínas sintetizadas antes de iniciarse la maduración.‐Aparición de nuevos RNAs específicos para la maduración  ‐Síntesis de novo de enzimas que catalizan los cambios que se producen durante la maduración‐En el caso de frutos climatéricos, el etileno induce la expresión de genes específicos para la maduración.

CLIMATERIOPeriodo en el desarrollo de ciertos frutos durante el cual tiene lugar una serie de cambios bioquímicos iniciados por la producción autocatalítica de etileno (hormona natural de la maduración), que señala el cambio de crecimiento a envejecimiento, implica un aumento en la respiración y conduce de forma irreversible a la maduración del fruto. Todos los frutos liberan etileno, lo que marca la diferencia entre frutos climatéricos y no climatéricos es la forma de liberarlo.‐Frutos climatéricos: Son aquellos frutos que muestran un incremento de la maduración como consecuencia de la actuación del etileno. Estos frutos muestran un incremento de su actividad respiratoria antes de la fase de maduración denominada climaterio, y muestran una máxima producción de etileno justo antes de que se incremente esta actividad respiratoria. Estos frutos son capaces de madurar después de haber sido cortados y el inicio de la maduración puede adelantarse mediante la aplicación exógena de etileno. Ejemplos: manzana, albaricoque, aguacate, plátano, chirimoya, higo, melón, melocotón, pera, tomate, sandía. ‐Frutos no climatéricos: Son aquellos frutos que maduran gradual y constantemente, sin mostrar un aumento significativo de la actividad respiratoria ni de la producción de etileno al inicio de la maduración. Si se les aplica etileno exógenamente se produce un

incremento de su actividad respiratoria pero no se induce la producción endógena de etileno ni se acelera el proceso de maduración. Su crecimiento y maduración se ve frenado si estos frutos son cortados de la planta. Ejemplo: cereza, calabaza, uva, pomelo, piña, limón, naranja, mandarina, fresa. En frutos no climatéricos parece ser que la maduración se encuentra regulada por auxinas, que actúan como represores de la maduración. Así, mientras la producción de auxinas por los aquenios se mantiene a niveles elevados, los síntomas de maduración no se presentan, pero tan pronto como estos comienzan a disminuir se pone en marcha el proceso que se inicia con la acumulación de antocianinas y la expresión especifica de genes de maduración.  

OBJETIVO GENERAL.

Realizar las diferentes pruebas bioquímicas para identificar cambios bioquímicos dependiendo el tiempo de maduración del fruto.

OBJETIVOS ESPECIFICOS.

1. Determinar las características organolépticas de un fruto en los distintos estados de maduración.

2. Observar cómo se presentanlas características químicas de en un fruto según el tiempo de maduración.

3. Comparar cualitativamente la cantidad de almidón presente en diferentes etapas de maduración de un fruto.

4. Cuantificar el contenido de almidón presente en el plátano semi maduro.5. Cuantificar el contenido de azucares reductores directos en el plátano semi

maduro

FUNDAMENTO DE LOS MÉTODOS.

DETERMINACIONES SENSORIALES.

La evaluación sensorial de alimentos es una técnica en la ciencia de los alimentos que estudia las características organolépticas de los alimentos a través de las respuestas de un grupo de personas, panel de personas o consumidores, y así aportar objetividad a estas percepciones, se le considera “una disciplina científica usada para evocar, medir, analizar e interpretar reacciones de aquellas características de los alimentos y materiales tal como son percibidas por los sentidos de la vista, olfato, gusto, tacto y audición”. (1)

DETERMINACIONES QUÍMICAS.

1. PATRÓN DE DEGRADACIÓN DE ALMIDÓN.

El método descrito es una determinación cualitativa, hay una reacción que es el resultado de la formación de cadenas de poliyoduro a partir de la reacción del almidón con el yodo presente en la solución de un reactivo llamado lugol. La amilosa, el componente del

almidón de cadena lineal, forma hélices donde se juntan las moléculas de yodo, formando un color azul oscuro a negro. Al romperse o hidrolizarse el almidón en unidades más pequeñas de carbohidrato, el color azul-negro desaparece. (5)

2. DETERMINACIÓN DE HUMEDAD.

Los métodos de secado son los más comunes para valorar el contenido de humedad en los alimentos; se calcula el porcentaje en agua por la perdida en peso debida a su eliminación por calentamiento bajo condiciones normalizadas. El principio operacional del método de determinación de humedad utilizando estufa con o sin utilización complementaria de vacío, incluye la preparación de la muestra, pesado, secado, enfriado y pesado nuevamente de la muestra. En este método se puede observar que existe un pardeamiento por parte de la muestra debido a la reacción que se produce por interacción entre los aminoácidos y los azúcares reductores (reacción de Maillard) liberan agua durante la deshidratación y se acelera a temperaturas elevadas. Los alimentos ricos en proteínas y azúcares reductores deben, por ello, desecarse con precaución, de preferencia en una estufa de vacío a 60°C. (2)

4. DETERMINACIÓN DE ACIDEZ TITULABLE.

Los ácidosorgánicos presentes en los alimentos influyen en el sabor, color y la estabilidad de los mismos. Los ácidos predominantes en frutas son: el cítrico, el acido málico, el acido tartarico, entre otros.En el procedimiento usual para determinar la concentración de acidez, se toma una alícuota de la solución que contiene el acido que se titula con una solución estándar de álcali hasta el punto en el cual una cantidad equivalente de la base ha sido añadida. Este punto final puede detectarse mediante indicadores o por medio de un potenciómetro.

5. DETERMINACIÓN DE AZÚCARES REDUCTORES DIRECTOS (MÉTODO DE FEHLING).

El ensayo con el licor de Fehling se funda en el poder reductor del grupo carbonilo de un aldehído. Éste se oxida a ácido y reduce la sal de cobre (II) en medio alcalino a óxido de cobre (I), que forma un precipitado de color rojo. Un aspecto importante de esta reacción es que la forma aldehído puede detectarse fácilmente aunque exista en muy pequeña cantidad. Si un azúcar reduce el licor de Fehling a óxido de cobre (I) rojo, se dice que es un azúcar reductor.

Al mezclar las soluciones A y B de Fehling se forma complejo con el ión cúprico que es reducido por los aldehídos. Si la reacción es positiva se forma un precipitado rojo de CuO2. Al reaccionar con monosacáridos, se torna verdoso; si lo hace con disacáridos, toma el color del ladrillo. (3)

6. DETERMINACIÓN CUANTITATIVA DEL ALMIDÓN.

El método se basa en la dispersión del almidón en medio acuoso seguido de una hidrólisis enzimática parcial –obteniendo dextrinas- con α-amilasa termoestable, completando la hidrólisis con amiglucosidasa –obteniendo glucosa. La glucosa es cuantificada por colorimetría.El reactivo de Fehling es una disolución que se utiliza como reactivo para la determinación de azúcares reductores. Sirve para demostrar la presencia de glucosa, así como para detectar derivados de esta tales como la sacarosa o la fructosa.El ensayo con el reactivo de Fehling se fundamenta en el poder reductor del grupo carbonilo de un aldehído. El reactivo de Fehling contiene sulfato de cobre y tiene la particularidad de cambiar de color, de azul a rojo, cuando el grupo carbonilo del azúcar se oxida a carboxilo, reduciendo el Cu II a Cu I. (6)

RESULTADOS.

MUESTRA: PLÁTANO SEMI- MADURO EQUIPO: 1

Fig. 1 Fotografía de los plátanos que fueron evaluados durante la práctica.

Tabla 1. Evaluación sensorial del plátanoCARACTERISTICAS

SENSORIALESPLÁTANO VERDE PLÁTANO SEMI-

MADUROPLÁTANO MADURO

COLOR DE LA CASCARA

Verde amarillo Amarillo verde Amarillo verde

FORMA Curva Rectos en la parte distal

Curva

CLASIFICACION 3 4 5COLOR DE LA PULPA Blanco Amarillo

pálidoblanquecinoAmarillo

pálidoblanquecinoOLOR Pepino Plátano Plátano

SABOR Amargo Poco dulce Poco dulceTEXTURA Muy duro Semi- blando Blando

MEMORIA DE CÁLCULO PARA EVALUACION QUIMICA DEL PLÁTANO

Tabla 2. Evaluación química del plátano.PARAMETRO EVIDENCIA FOTOGRAFICA CALCULOS CORRESPONDIENTES

PATRON DE DEGRADACIO

N DE ALMIDÓN

HUMEDAD (%)

%Humedad= Pmx 100

P= pérdida de masa en gramos = 3.0901gm=masa de la muestra en gramos= 4.1129g

%Humedad=3.09014.1129

x100=75.13%

ÁCIDO MALICO (%) %Acidomálico=

(P−T ) (N ) ( pEq ) (V ) (100 )m (a )

P= gasto de NaOH 0.01N empleado en el problema = 4.2 mlT= gasto de NaOH 0.01N empleado en la titulación del blanco de reactivos= 0.2 mlN= Normalidad del NaOH (meq/ml)

V= volumen al que se aforo (ml)pEq= peso equivalente del acido malico=0.067g/meqm= muestra en g= 20.0755gAlícuota=10 ml

% Acidomá lico=¿(4.2-0.2) ml 0.01 meq 0.067g 100ml 100

ml meq 20.0755g 10ml% Acidomá lico= 0.133%

pH pH= 5.38(medido directamente del potenciómetro)

AZÚCARES REDUCTORES DIRECTOS (%)

% Azucares Reductores Directos=(F )(V )(m)(g)

x100

F= Factor de Fehling=0.05gV= volumen del aforo =100mlm= masa de la muestra en g= 5.0034gg= volumen del filtrado empleados en la titulación= 30.2ml% Azucares Reductores Directos=¿

% AzucaresReductoresDirectos=¿ 3.30%

ALMIDÓN (%)

% dealmidon=(F ) (N ) (100 )−%de azucares reductoresdirectos ( f )

(m ) (g )

F=factor de Fehling=0.05gV= volumen del aforo=250mlm=masa de la muestra en g=2.0040gg= gasto en ml de filtrado que titula al reactivo de Fehling= 33.5mlf=Factor de conversión de glucosa a almidón=0.9

% dealmidon=¿(0.05g) (250ml) (100) - (3.3) (0.9)

=1247.03 g ml

2.0040g 33.5ml% dealmidon=18.5%

0.05g 100ml 100

5.0034g 30.2ml

CUADRO 2. EVALUACION QUIMICA DEL PLÁTANO.

Tabla 3. Resultados de evaluación química de plátano semi maduroPARAMETRO PLÁTANO SEMI- MADURO

PATRON DE DEGRADACION DEL ALMIDÓN Moderada coloraciónHUMEDAD (%) 75.13%

ACIDO MALICO (%) 0.133%pH 8.84

AZÚCARES REDUCTORES DIRECTOS (%) 3.30%ALMIDÓN (%) 18.5%

DISCUSIÓN.

De acuerdo con la evaluación sensorial, se observó que en las muestras solo se presentaban dos grados de maduración del plátano, ya que dos de ellos estaban semi- maduros de acuerdo a que la pigmentación de ambos era muy similar. Sin embargo, en estas pruebas es importante resaltar que el color de la cascaravaría muchodependiendo de la percepción del analista (en esta caso solo 2 grados de maduración: plátano verde y semi- maduro), el cambio de color de la cáscara del plátano de verde a amarillo se debe a la degradación de la clorofila, con escasa o ninguna síntesis de caroteno; tomando en cuenta que durante la maduración, la clorofila se degrada y el pigmento total amarillo permanece constante durante la siguiente etapa de maduración (4). En cuanto al olor, siendo esta otra prueba sensorial, los aromas específicos del plátanovarían conforme avanza en los grados de madurez, ya que un plátano maduro, presenta especialmente isoamilacetato (el cual es uno de los compuestos volátiles principales del plátano) confiriéndole el aroma característico de esta fruta, sin embargo cuando un plátano esta inmaduro, este compuesto se encuentra en muy baja cantidad, ocasionando que tenga muy poco aroma debido a la falta de esteres y compuestos volátiles. En cuanto a la textura, se observa que el plátano verde es más duro, esto debido a que la pared celular de la celula es la responsable de la textura del fruto, cuando este está inmaduro (verde) los componentes de la pared celular (celulosa, hemicelulosa, amilopectina, pectina, etc) se encuentran presentes íntegramente, sin embargo en un fruto que va madurando, dichos componentes comienzan a hidrolizarse al romperse los enlaces glicosídicos debido a la presencia de enzimas hidrolíticas que debilitan al fruto tales como la celulaza, pectinaza, etc. En esta etapa de maduración, la cáscara ocupa un 80% en peso del plátano además de que esta se encuentra como celulosa, una vez que el fruto va madurando la celulosa pasa a hemicelulosa y el almidón se va hidrolizando, confiriéndole mas consistencia blanda, por lo cual conforme avanza la maduración del fruto, el peso de la pulpa va siendo mayor y el de la cáscara menor.

De acuerdo con lo obtenido en cuanto a la determinación de humedad, se logra observar que la muestra analizada contiene un 75.13% de humedad y por lo tanto el 24.87% corresponde a carbohidratos, lípidos, proteínas, etc. en baja cantidad en comparación con los carbohidratos que se encuentran en mayor abundancia en un fruto después del agua,

lo cual concuerda con bibliografía, ya que un fruto en general contiene un 80% de agua independientemente del estado de maduración en que se encuentre este (4).

En cuanto al análisis correspondiente a acidez titulable, el valor porcentaje obtenido de acido málico fue de 0.133 %con un pH de 5.38, que este valor comparado con bibliografía es muy cercano (pH 5.4), ya que la acidez en la pulpa se eleva en el periodo climatérico y disminuye un poco a medida de que avanza la maduración, siendo la muestra un plátano semi- maduro, el valor de acido málico se debe a una biosíntesis de acido oxálico en el estado verde del fruto y a una biosíntesis predominante de acido málico en periodos posteriores a la madurez (por lo cual la muestra se encuentra en un periodo intermedio), siendo este ácido uno de los principales compuestos no volátiles (4).

En la prueba de determinación cuantitativa de almidón, al obtenerse un porcentaje de éste de 18.5% para el plátano semi-maduro, lo que viene siendo un resultado coherente al considerar que el fruto se encontraba en estado semi-maduro, pues el contenido de almidón en el plátano verde es de 61.74% y en el plátano sobremadurado es de 2.58% (Instituto Centroamericano de Investigación y tecnología Indultrial – ICAITI) (7).

A medida que el plátano entra a la fase de maduración, el almidón se hidroliza y se convierte en azúcares reductores (el poder reductor es conferido por los grupo carbonilo libres) por medio de hidrólisis enzimática tal y como se muestra en el patrón degradativo del almidón (Tabla 2) que es de forma radial hacia afuera alrededor de las semillas. La hidrólisis da como productos moléculas más pequeñas como disacaridos y monosacáridos como la glucosa, lo que va aumentando la cantidad de azúcares reductores. Si esto lo relacionamos con el sabor, al aumentar el número de azucares reductores el sabor dulce por lo tanto aumentara, en el fruto verde el almidón se encuentra en mayor proporción (menos dulce), conforme el fruto va madurando el almidón se hidroliza y por lo tanto habrá más azucares reductores libres que harán al fruto más dulce. Según la bibliografía en plátano verde el porcentaje de azucares reductores es de 1-2%, entonces en un plátano semi maduro se esperara que se obtenga más de 2% de azucares reductores, en este caso se determinaron 3.30%

CONCLUSIONES

Durante el proceso de maduración el fruto sufre cambios marcados en color, textura y sabor que indican los cambios en su composición.

La cantidad de almidón presente en un plátano verde es mayor que en un plátano maduro.

El plátano analizado se encontraba en un estado de semi-maduración. La pared celular es la responsable de la textura del fruto. El plátano semi maduro contiene 75.13% de humedad. Los azucares reductores aumentan al aumentar el grado de maduración.

BIBLIOGRAFIAS

(1) GRANDEZ G.G. EVALUACION SENSORIAL Y FISICOQUIMICA DE NECTARES MIXTOS DE FRUTAS A DIFERENTES PROPORCIONES.ED. PIURA. 2008. Consultada el día 30 de Abril de 2015 enpirhua.udep.edu.pe/bitstream/handle/123456789/1553/ING_464.pdf?sequence=1

(2) GARCIA, M. E. Determinación de la humedad de un alimento por un método gravimétrico indirecto por desecación.ETSIAMN. Consultada el día 30 de Abril en riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/16339/Determinaci%25C3%25B3n%2520de%2520humedad.pdf?sequence=1

(3) MUNERA.T.D. GUIA PARA PRACTICAS DE LABORATORIO DE BIOQUIMICA. Consultada el día 1 de mayo de 2015 endatateca.unad.edu.co/contenidos/200002/Practicas_de_Laboratorio_de_Bioquimica_Sep_08.pdf

(4) S.a. ASPECTOS FISIOLOGICOS Y BIOQUIMICOS DEL PLÁTANO. Consultada el día 1 de mayo de 2015 en tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/5506/Capitulo1.pdf

(5) CARBOHIDRATOS-ALMIDÓN. Consultada el día 2 de mayo del 2015, en http://es.slideshare.net/josedario13/carbohidratos-almidon

(6) CAPÍTULO 8 ANÁLISIS FISICOQUÍMICO DEL ALMIDÓN. Consultado en día 2 de mayo del 2015 en ftp://ftp.fao.org/docrep/fao/010/a1028s/a1028s03.pdf

(7) Méndez de la Cruz A.E., 2010. Evaluación de la extracción de almidón del banano verde (Musa Sapientum Variedad Gran Enano) Producto de desecho de las industrias bananeras y evaluación de su función como excipiente en la formulación de comprimidos. Proyecto FODECYT No. 059-2009. Consultado el día 3 de mayo del 2015 en http://glifos.concyt.gob.gt/digital/fodecyt/fodecyt%202009.59.pdf