Development of innovative and high nutritional value foods from native legume species
[SPA] Esta tesis doctoral se presenta bajo la modalidad de compendio de publicaciones. El objetivo general de esta investigación fue optimizar los principales procesos para desarrollar nuevos alimentos frescos y procesados a partir de variedades nativas de tres especies de leguminosas (habas, guisantes y caupí), bien adaptados a diferentes climas europeos y con alta calidad nutricional y alto contenido en compuestos bioactivos. De este modo, alimentos ricos en proteína de origen local podrían ser incorporados más fácilmente a la dieta, mejorando así la diversidad de las zonas productoras. Hoy en día existe una importante tendencia en los hábitos de consumo caracterizada por una demanda creciente de alimentos naturales, más sanos, listos para el consumo y seguros. Un ejemplo de esta tendencia es el desarrollo de frutas y hortalizas mínimamente procesadas. Dentro de estas últimas, las legumbres son una excelente fuente de muchos nutrientes esenciales, incluyendo proteínas y aminoácidos, minerales, fibra, vitaminas, carbohidratos de asimilación lenta y otros compuestos bioactivos, y son bajas en calorías y grasas. Sin embargo, la biodisponibilidad de algunos nutrientes puede verse reducida por diversos compuestos presentes en las legumbres, considerados como compuestos antinutricionales. No obstante, muchos de estos compuestos también han sido identificados como beneficiosos para la salud. Por lo tanto, se debe promover el consumo de legumbres buscando nuevas formas de presentación en las que el producto pueda consumirse fresco y además poder cocinarse en un envase adecuado. Las legumbres se consumen generalmente en forma de semillas frescas, como productos mínimamente procesados. Sin embargo, también se pueden utilizar diferentes métodos de cocción. Esta preparación de alimentos puede causar cambios en la textura, color, sabor o en el contenido de compuestos bioactivos. Uno de estos métodos es la cocción en microondas, en la que se puede cocinar un producto sano en poco tiempo sin perder mucha calidad. Uno de los pasos más críticos en el desarrollo de los productos mínimamente procesados es la desinfección. Aunque la utilización del hipoclorito sódico (NaOCl) está muy extendida en la industria debido a su actividad antimicrobiana y su bajo costo, su uso se encuentra en entredicho debido a la formación de subproductos tóxicos. Por lo tanto, es necesario el desarrollo de métodos alternativos de desinfección. Otros desinfectantes, como el clorito sódico acidificado (ASC), se han aplicado ampliamente para la prevención del pardeamiento enzimático y no enzimático y, en menor medida, para reducir el crecimiento microbiano a niveles que no afecten negativamente al sabor y el aroma de los productos vegetales. Además, la utilización de luz UV también puede ser una alternativa al NaOCl, ya que es efectiva para la descontaminación superficial, debido a que actúa como agente antimicrobiano tanto directamente, dañando el ADN microbiano, como indirectamente debido a la estimulación de los mecanismos de defensa de las hortalizas contra los patógenos, retardando la descomposición y retrasando la senescencia. Así mismo, las películas o recubrimientos antimicrobianos comestibles pueden evitar el pardeamiento y mejorar la calidad, la inocuidad, la vida útil y la funcionalidad de los productos alimenticios al reducir la transferencia de humedad, la frecuencia respiratoria y los procesos oxidativos, al tiempo que se reducen al mínimo tanto el deterioro como los microorganismos patógenos. El objetivo general de esta investigación fue optimizar los principales procesos para desarrollar nuevos alimentos frescos y procesados a partir de variedades nativas de tres especies de leguminosas (habas, guisantes y caupí), bien adaptados a diferentes climas europeos y con alta calidad nutricional y alto contenido en compuestos bioactivos. De este modo, alimentos ricos en proteína de origen local podrían ser incorporados más fácilmente a la dieta, mejorando asó la diversidad de las zonas productoras. En este trabajo se evaluaron los efectos de la desinfección con NaOCl (100 ppm) o alternativamente con clorito sódico acidificado (ASC) (300 ppm), y el envasado en atmósfera modificada pasiva (MAP) a 1 o 4ºC, sobre la calidad general de las semillas de guisantes inmaduras mínimamente procesadas. La desinfección con ASC resultó en una mejor calidad sensorial, un mayor contenido de vitamina C y un menor recuento en recuento de psicrófilos. Las semillas de guisantes inmaduras pueden almacenarse durante 14 días a 1-4ºC bajo MAP, con leve impacto en su calidad. Posteriormente, se estudió el efecto de diferentes desinfectantes (NaOCl (150 ppm), NaOCl + recubrimiento comestible a base de ésteres de ácidos grasos de sacarosa (EC), y UV-C (3 kJ m-2, 90s)) sobre los cambios de calidad de las semillas de haba mínimamente procesadas almacenadas durante 10 días a 4ºC. Periódicamente, las muestras se cocinaron en microondas (700 W, 1 min) para obtener un alimento listo para el consumo. El tratamiento con EC mostró un efecto positivo sobre la vitamina C, el contenido total de fenoles (TPC) y la retención del contenido de taninos, mientras que las muestras tratadas con UV mostraron los valores más altos de contenido en azúcares. Además, los tratamientos de EC y UV extendieron la vida útil de las semillas de haba mínimamente procesadas de 7 a 10 días a 4ºC con respecto al tratamiento con NaOCl. Como era de esperar, el microondas redujo la concentración en compuestos bioactivos, pero mantuvo la calidad de las semillas de haba, lo que permitió obtener un alimento sabroso listo para consumir. Otro de los objetivos de este trabajo fue evaluar la calidad de caupí mínimamente procesado listo para su consumo en crudo (semillas inmaduras) o cocinado en microondas (semillas y vainas). Las vainas de caupí frescas se lavaron con NaOCl (150 ppm) y se almacenaron durante 21 días a 8°C bajo atmósfera modificada (23 kPa CO2/1.5 kPa O2 and 19 kPa CO2/1.2 kPa O2), mientras que las semillas también fueron desinfectadas, envasadas y almacenadas durante 7 días a 4ºC. Se evaluó el TPC, la capacidad antioxidante equivalente total (TEAC), los azúcares y la calidad sensorial. El TPC y el TEAC aumentaron sus concentraciones después del cocinado con microondas tanto para las semillas como para las vainas. La concentración de sacarosa y glucosa aumentó después del microondado, mientras que la rafinosa no se detectó después de la cocción. Con respecto a la calidad sensorial, las semillas frescas y microondadas mantuvieron todos los atributos evaluados por encima del límite de aceptabilidad después de 7 días a 4ºC, mientras que las vainas fueron comestibles hasta 14 días a 8ºC. Finalmente, se estudiaron los efectos del tratamiento UV-C (3 kJ m-2), en comparación con semillas no tratadas, sobre la calidad sensorial y microbiana, y el contenido bioactivo y de antinutricionales de las semillas de haba mínimamente procesadas en fresco y cocinadas en microondas. El tratamiento UV-C extendió la vida útil de las semillas de haba frescas de 7 a 10 días a 5ºC. Además, el UV-C redujo la concentración de taninos condensados en comparación con las muestras no irradiadas. Así mismo, el cocinado con microondas redujo el contenido de ácido fítico y de taninos condensados. Teniendo en cuenta que el objetivo general de esta investigación es optimizar varios procesos para desarrollar nuevos alimentos frescos y procesados a partir de variedades nativas de tres especies de legumbres (habas, guisantes y caupí), para estimular el consumo de éstas en la dieta humana diaria, tanto para su consumo en fresco como microondado, se puede decir que con el uso de diversas técnicas de procesamiento mínimo utilizando NaOCl solo o en combinación con recubrimientos comestibles, o alternativamente con desinfectantes químicos (ASC) o físicos (UV-C), se pueden obtener productos vegetales con alta calidad nutricional y alto contenido de compuestos bioactivos, frescos y listos para consumir. [ENG] This doctoral dissertation has been presented in the form of thesis by publication. There is nowadays an important trend in the habits of human food consumption in which natural, healthy, ready-to-eat and safe elaborates are required. An example of this trend is the development of fresh-cut or minimally processed fruit and vegetables. Legumes are an excellent source of many essential nutrients, including proteins and aminoacids, minerals, fiber, vitamins, slow-assimilation carbohydrates and other bioactive compounds, and are low in calories and fat. However, the bioavailability of some nutrients can be reduced by several legume compounds, which are considered to be antinutritional compounds. Nevertheless, such compounds have also been reported to have beneficial health properties. Therefore, the consumption of legumes should be promoted by looking for new ways of presentation in where the product can be consumed fresh and cooked in a suitable container. Legumes are usually consumed as fresh seeds. However, different cooking methods can also be used. This food preparation may cause changes in texture, colour, flavour, or bioactive content. One of these methods is microwave cooking, in which a healthy product could be obtained in a short time without loosing quality. One of the most critical steps in the development of fresh-cut products is disinfection. Although the use of NaOCl is widespread in the industry due to its antimicrobial activity and low cost, it is examined due to the appearance of toxic by-products. Therefore, the study of alternative sanitizing methods is necessary. Others disinfectants, like acidified sodium chlorite (ASC) have been largely applied for the prevention of enzymatic and non-enzymatic browning and, in less extent, to reduce microbial growth at levels that did not adversely affect the sensory quality. Furthermore, UV light can also be an alternative, useful for superficial decontamination, because UV light acts as an antimicrobial agent directly by damaging the microbial DNA and indirectly due to the stimulation of defence mechanisms in vegetables against pathogens, retarding decay and delaying senescence. In addition, edible antimicrobial films or coatings can avoid enzymatic browning and improve quality, safety, shelf life and functionality of food products by reducing moisture transfer, respiration rate and oxidative processes, while minimizing both spoilage and pathogenic microorganism The general objective of this Thesis was to optimize processing steps to develop new fresh and processed foods from native varieties of three legumes species (faba beans, peas and cowpeas). Such legumes are well adapted to several European climates and with high nutritional quality and high content in bioactive compounds. In that way, food of local origin with high protein content could be easily included in the human diet. For fresh produce disinfection, the effects of NaOCl (100 ppm) or alternatively ASC (300 ppm) stored under modified atmosphere packaging at 1 or 4ºC, on quality of fresh-cut immature pea seeds were evaluated. Disinfection with ASC resulted in better sensory quality, higher content of vitamin C and lower psychrofiles counts. Immature pea seeds could be stored up to 14 days at 1–4ºC under MAP with only minor quality changes. Subsequently, the effect of different sanitizers (NaOCl (150 ppm), NaOCl + an edible coating based of sucrose fatty acid esters (EC) and UV–C (3 kJ m-2, 90s)) on quality changes of minimally processed faba seeds stored for 10 days at 4ºC were studied. Periodically, samples were microwaved (700 W, 1 min) to obtain a ready to eat food. The EC treatment showed a positive effect on vitamin C, total phenolics content and tannins content retention, whereas UV-C treated samples showed the highest sugars content values. Additionally, EC or UV-C treatments extended the shelf life of fresh-cut faba seeds from 7 to 10 days at 4ºC regarding NaOCl treatment. As expected, microwaving decreased the concentration of bioactive compounds, but retained the quality of faba seeds allowing to obtain a ready to eat tasteful food. Furthermore, the quality of fresh-cut cowpea, prepared to be eaten raw (immature seeds) or microwaved (seeds and pods), was also evaluated. Fresh cowpea pods were washed with NaClO (150 ppm, pH 6.5, 2 min, 4ºC) and stored for 21 days at 8°C under modified atmosphere packaging (23 kPa CO2/1.5 kPa O2 and 19 kPa CO2/1.2 kPa O2). Additionally, seeds obtained from hulled pods were also disinfected, packaged and stored for 7 days at 4ºC. Total phenolic content (TPC), total equivalent antioxidant capacity (TEAC), sugars and sensory attributes, were evaluated. TPC and TEAC increased after microwaving (700 W, 1 min) for both seeds and pods. Concentration of sucrose and glucose increased after microwaving, while raffinose was not detected after cooking. According to sensory quality, fresh and microwaved seeds maintained all the evaluated attributes above the limit of usability after 7 days at 4ºC, while pods were edible up to 14 days at 8ºC. Finally, the effects of a UV-C treatment (3 kJ m-2), compared with non-illuminated beans, were studied on the sensory and microbial quality and bioactive and anti-nutritional content of fresh-cut and then microwaved faba beans. UV-C treatment extended the fresh-cut faba bean shelf life from 7 to 10 days at 5ºC. Nevertheless, UV-C improved the condensed tannins reductions through storage compared with non-irradiated samples. Microwaving reduced the phytic acid and condensed tannins contents. Since the general objective of this research is to optimize several processes to develop new fresh and processed foods from native varieties of three legume species (faba, pea and cowpea), to stimulate the consumption of these in the daily human diet, both for fresh and microwave consumption, It can be said that with the use of various minimal processing techniques using NaOCl alone or in combination with edible coatings, or alternatively with chemical (ASC) or physical (UV-C) disinfectants, vegetable products with high nutritional quality and high content of bioactive compounds, fresh and ready to eat, can be obtained.
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