Valuation of strawberry tree fruits (Arbutus unedo L.): from chemical characterization to the development of new products

Abstract

The strawberry tree (A. unedo L.) is native from the Mediterranean region and it is implanted all over the Portuguese territory. In Portugal, A. unedo fruits have been used in the production of spirit, liqueurs and jam. Considering the wide distribution through Portuguese territory and the limited number of applications, it becomes crucial to value A. unedo fruits. For this purpose it is necessary to understand the chemical composition of A. unedo fruits, particularly during maturation and storage. Therefore, some quality parameters of A. unedo fruits were studied throughout maturation, particularly ºBrix, pH, titratable acidity, total phenolic content and antioxidant activity. In addition, the lipophilic extractives profile was assessed in ripen fruits. To promote the consumption of A. unedo fresh fruits it was studied the effect of cold storage (≈ 5 ºC) using fruits from two different ripeness degrees (19 and 21 ºBrix). The final phase of this thesis was focused on innovation and development of new food products based on A. unedo fruits. This study allowed us to conclude that throughout maturation, the ºBrix content and pH increased, whereas titratable acidity, total phenolic content and the antioxidant activity exhibited no remarkable tendency. Moreover, 41 lipophilic compounds were identified in A. unedo fruits, which belong to 5 chemical families: triterpenoids, fatty acids, sterols, tocopherols and long chain aliphatic alcohols. Triterpenoids represent the major group of identified compounds, (ca. of 70 % of the total amount after alkaline hydrolysis), accounting for between 3196-5494 mg.kg-1 dry weight (dw)). Sterols account for between 217-805 mg.kg-1 dw and fatty acids content varies between 587-2954 mg.kg-1 dw (of which 50 to 78 % corresponded to unsaturated fatty acids). Tocopherols content range between 21-115 mg.kg-1 dw and the long-chain aliphatic alcohols are present in a broader range of 30-453 mg.kg-1 dw. Regarding the effect of cold storage using fruits from two different ripeness degrees, this study shows that the ripen-harvested fruits (21 ºBrix) can be stored up to 17 days while the unripen-harvested fruits (19 ºBrix) can be stored up to 20 days. At the best eating-point, berries from both sampling moments presented similar sensory and chemical characteristics. However, the unripen-harvested fruits were less pasty in the mouth and had significantly lower levels of ethanol. These results suggest that the fruits harvested with ca. of 19 ºBrix, pH 2.7 and titratable acidity of 1 g malic acid per 100 g fresh fruit, contribute to increase their shelf-life while maintaining the firmness and reduced ethanol content. The final phase of this thesis included several stages, namely research on consumer habits of A. unedo fruits by the Portuguese population, the assessment of market opportunities for this type of product, and the design of some novel products that are in line with current market trends. Thus, they were conceived and tested over several formulations of cookies, yoghurts, cereal bars and chocolates. In conclusion, the results obtained are relevant regarding the general chemical characterization of the Serra da Beira region strawberry tree fruits, with emphasis to the lipophilic compounds. The presence of the compounds with reported health benefits, particularly ω-3 and ω-6 fatty acids, phytosterols and triterpenoids, can be a crucial factor on the valuation of A. unedo fruits. Assessing the impact of maturation and cold storage on fresh fruits can be used as a decision tool to support A. unedo fruits producers, in order to reach new consumers and new markets. The last phase of this work also confirms that this fruit has numerous applications in the food area, which are in line with the current market trends.

O medronheiro (Arbutus unedo L.) é uma planta nativa da região Mediterrânica e está presente em todo o território nacional. Em Portugal, o medronho é utilizado maioritariamente na produção de aguardente, licores e compota. Considerando a extensa distribuição do medronho pelo território português e o reduzido número de aplicações, torna-se imperativo valorizar este fruto. Para tal é necessário conhecer a sua composição química e as modificações que ocorrem ao longo do amadurecimento e do armazenamento. Assim, foram estudados alguns parâmetros de qualidade do medronho ao longo da maturação, nomeadamente, o ºBrix, pH, acidez titulável, o conteúdo em fenóis totais e a atividade antioxidante. Paralelamente, foi estabelecido o perfil de compostos lipofílicos do fruto maduro. Com vista a promover o consumo do medronho em fresco foi avaliado o efeito da conservação em frio (≈5ºC) de frutos colhidos em diferentes graus de maturação (≈19 e 21 ºBrix). A fase final desta tese foi focada na inovação e desenvolvimento de novos produtos alimentares com base no uso do medronho. Ao longo da maturação, observou-se um aumento do ºBrix e do pH, enquanto que a acidez titutável, o conteúdo em fenóis totais e a atividade antioxidante não mostraram nenhuma tendência assinalável. O perfil lipofílico do medronho maduro compreende 41 compostos pertencentes a 5 famílias: triterpenóides, ácidos gordos, esteróis, tocoferóis e álcoois alifáticos de cadeia longa. Os triterpenóides são o grupo maioritário (até 70 % da massa total de extrato após a hidrólise alcalina), com teores entre 3196 a 5494 mg.kg-1 peso seco (ps). O conteúdo em fitoesteróis varia entre 217 e 805 mg.kg-1 ps e o conteúdo em ácidos gordos varia entre 587 e 2954 mg.kg-1 ps, dos quais ca. de 50 a 78 % correspondem a ácidos gordos insaturados. O conteúdo em tocoferóis varia entre 21 e 115 mg.kg-1 ps e os álcoois gordos de cadeia longa entre 30 e 453 mg.kg-1 ps. O estudo do efeito da conservação do fruto fresco em frio permitiu concluir que o medronho colhido com 21 ºBrix pode ser armazenado até 17 dias enquanto o fruto colhido com 19 ºBrix pode ser armazenado até 20 dias. Na fase ótima de consumo, os frutos colhidos em diferentes estado de maturação apresentam características sensoriais e químicas similares, sendo de realçar que os frutos colhidos em estado de maturação precoce são menos pastosos na boca e apresentam teores significativamente menores de etanol. Estes resultados sugerem que a colheita de frutos com ca. 19º Brix, pH 2.7 e acidez titulável de 1 g ácido málico por 100 g de fruto fresco, contribuem para o aumento do tempo de prateleira, mantendo a firmeza do fruto e um reduzido teor de etanol. A fase final desta tese incluiu várias etapas, nomeadamente, a pesquisa sobre hábitos de consumo de medronho pela população portuguesa, a avaliação das oportunidades de mercado para este tipo de produto, e a conceção de alguns produtos que estivessem em linha com as atuais tendências de mercado. Assim, foram concebidos e testadas várias formulações de bolachas, iogurtes, barras de cereais e bombons. Em conclusão, os resultados obtidos são relevantes no que diz respeito à caracterização química sumária do medronho da região da Beira Serra, com especial destaque para os compostos lipofílicos. A presença de compostos com reconhecidos efeitos benéficos para a saúde humana, nomeadamente os ácidos gordos ω-3 e ω-6, fitoesteróis e os triterpenóides, pode ser um fator determinante para a valorização do medronho. A avaliação do impacto da maturação e da conservação em frio sobre os frutos frescos podem ser usados como uma ferramenta de suporte à decisão por produtores de medronho, com vista a atingir novos consumidores e novos mercados. A fase final do trabalho, também permite confirmar que este produto tem inúmeras aplicações na área alimentar, as quais estão em linha com as actuais tendências de mercado.