Explicación de la tinta invisible del zumo de limón

Question

Un bonito truco de espionaje casero que todos conocemos: tinta invisible de zumo de limón. Pero no hay ningún artículo académico disponible en Internet sobre este fenómeno.

Una explicación aproximada que encontré en Scientific American :

El zumo de limón -y el de la mayoría de las frutas- contiene compuestos de carbono. Estos compuestos son prácticamente incoloros a temperatura ambiente. Pero el calor puede descomponer estos compuestos, liberando el carbono. Si el carbono entra en contacto con el aire, se produce un proceso llamado oxidación, y la sustancia se vuelve de color marrón claro u oscuro.

Pero, este no es el tipo de explicación para conformarse.

Pregunta: ¿Cuál es el mecanismo que se aplica aquí? Por favor, apoye su respuesta con suficiente información y referencias, no dé una explicación aproximada.

Edit: No creo que mi pregunta esté duplicada ya que pido una respuesta bien referenciada e informativa que la otra pregunta no tiene.

Answer 1

El jugo de limón funciona como una tinta simpática en parte debido a su caramelización Como @Mithoron ha notado profundamente, especialmente cuando se calienta mucho.

Revisión reciente del proceso de degradación del zumo de limón [1] sugiere que el oscurecimiento del zumo de limón está asociado a 3 procesos:

1. degradación del ácido ascórbico;
2. Reacción de Maillard;
3. caramelización.

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Una de las primeras investigaciones en profundidad reveló el importante papel de degradación del ácido ascórbico refiriéndose al fenómeno del pardeamiento [2] :

En comparación con otros productos de fruta, el zumo de limón contiene pocos pigmentos naturales para enmascarar. ... Debido a la elevada acidez (pH 2,5) de este producto, era poco probable que el pardeamiento se debiera a la condensación azúcar-amina y los resultados mostraron que el ácido ascórbico era el principal precursor. El pardeamiento del zumo de limón y de los sistemas modelo fue proporcional al nivel de ácido ascórbico; la presencia de aminoácidos en los sistemas modelo aumentó la intensidad del pardeamiento.

El papel principal de los aminoácidos en el pardeamiento no enzimático de los productos de la fruta no parece estar en la reacción inicial que conduce a la formación de compuestos reactivos, sino en el aumento del potencial de pardeamiento tras la oxidación del ácido ascórbico a compuestos carbonílicos reactivos. Así pues, la vía de acumulación de carbonilos depende del pH y de la naturaleza del producto, pero en todos los casos la formación de complejos de melanoidina se origina por la polimerización de carbonilos y $\alpha$ -amino-grupos.

También se confirmó que el $\alpha/\beta$ -Los carbonilos insaturados son potentes agentes de oscurecimiento y también que los dicarbonilos del tipo glyoxal contribuyen al oscurecimiento en las primeras etapas.

Investigaciones más recientes a temperaturas elevadas (hasta $\pu{120^\circ C}$ ) también apoya el papel principal de la degradación del ácido ascórbico entre otros factores de pardeamiento [3] :

El pardeamiento del zumo de manzana de anacardo clarificado fue causado por la degradación del ácido ascórbico. Los cambios en la absorbencia a $\pu{420 nm}$ y los niveles de ácido ascórbico durante el tratamiento térmico del zumo de manzana de anacardo clarificado fueron descrito mediante cinética de primer orden, mostrando la correlación entre la pérdida de ácido ascórbico y la formación de color (pardeamiento).

En todas las fuentes mencionadas se concluye que la formación de compuestos carbonílicos intermedios indeseables (principalmente furfural y 5-hidroximetilfurfural (5-HMF)) y diversos productos de su polimerización y combinación con aminoácidos (el furfural es un aldehído) al calentarse es uno de los principales factores del pardeamiento.

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Reacción de Maillard es una reacción química entre un aminoácido y un azúcar reductor, que suele requerir la adición de calor. La reacción se inicia por una condensación entre el grupo amino libre de un aminoácido, péptido o proteína y el grupo carbonilo de un azúcar reductor, dando lugar a la formación de Compuestos Amadori (varios derivados del furoilmetilo en el caso de los zumos de frutas) [4] .

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Caramelización generalmente se produce a altas temperaturas (por encima de $\pu{140^\circ C}$ ), cuando el zumo está deshidratado y tiene un alto contenido en azúcar. Básicamente se trata de una pirólisis y una etapa final de descomposición.

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En resumen, son los productos de los 2 primeros procesos (degradación del ácido ascórbico y reacción con los aminoácidos (proceso de Maillard)) (de [3] (denominados marcadores de pardeamiento):

Bibliografía

1. Bharate, S. S.; Bharate, S. B. J Food Sci Technol 2014 , 51 (10), 2271-2288. DOI 10.1007/s13197-012-0718-8 .
2. Clegg, K. M. Revista de la Ciencia de la Alimentación y la Agricultura 1964 , 15 (12), 878-885. DOI 10.1002/jsfa.2740151212 .
3. Damasceno, L. F.; Fernandes, F. A. N.; Magalhães, M. M. A.; Brito, E. S. Química de los alimentos 2008 , 106 (1), 172-179. DOI 10.1016/j.foodchem.2007.05.063 .
4. del Castillo, M. D.; Corzo, N.; Olano, A. Revista de Química Agrícola y Alimentaria 1999 , 47 (10), 4388-4390. DOI 10.1021/jf990150x .