En este trabajo se muestran los resultados de la utilización de un absorbedor de etileno totalmente compostable, basado en la utilización de nanoesponjas de ciclodextrina, para la conservación de nectarina y melocotón. Este absorbedor supone una alternativa sostenible para mantener la calidad y alargar la vida útil del melocotón y otras frutas climatéricas.
C.M. Cantín1, D. Gimeno1,2, F. Silva3,4, E. Arias2, A. Díaz1, S. del Río1, J. Val1. 1Grupo Nutrición y Postcosecha de Cultivos Frutales, Estación Experimental de Aula Dei-CSIC. 2Grupo Alimentos de Origen Vegetal, Universidad de Zaragoza. 3Grupo Universitario de Investigación Analítica, Universidad de Zaragoza. 4Fundación Agencia Aragonesa para la Investigación y el Desarrollo (ARAID).
Las frutas climatéricas, como el melocotón y la nectarina, son altamente perecederas y tienen una corta vida útil debido fundamentalmente a su alta sensibilidad al etileno y a las podredumbres postcosecha causadas principalmente por hongos. Existen diferentes estrategias para reducir estas pérdidas alimentarias, sin embargo, algunas de ellas tienen efectos negativos sobre el medio ambiente y la salud del consumidor, por lo que actualmente se buscan nuevas estrategias más seguras y sostenibles para mantener la calidad inicial de la fruta fresca y disminuir el desperdicio alimentario.
El efecto del etileno sobre la actividad metabólica del fruto y la aceleración de la maduración y senescencia de los frutos climatéricos ha sido ampliamente estudiado en los últimos años (Álvarez-Hernández et al., 2019; Cocetta y Natalini, 2022). De hecho, diferentes tecnologías postcosecha basadas en la absorción o eliminación de etileno de la atmósfera en contacto con el fruto se utilizan desde hace tiempo para la prolongación de su vida útil (Mahajan et al., 2014). Entre ellas, la tecnología más comúnmente utilizada son los captadores de etileno basados en permanganato de potasio (KMnO4), acoplado con materiales adsorbentes de etileno, como arcillas, alúminas, gel de sílice, zeolitas y carbón activo (Álvarez-Hernández et al., 2020). Sin embargo, aunque el KMnO4 es un compuesto efectivo en la captación de etileno, es tóxico para el ser humano y para el medio ambiente (Cavalli et al., 2010).
Foto 1. Absorbedores de etileno utilizados en este estudio, basados en nanoesponjas de ciclodextrina (CD-NS) sintetizadas mediante un proceso libre de residuos e introducidas en un sobre elaborado con un polímero totalmente compostable y biodegradable.
En este contexto, las nanoesponjas de ciclodextrina (CD-NS) pueden ser una opción válida, ya que son capaces de adsorber pequeñas moléculas de gas como el oxígeno o etileno. Estas sustancias son polímeros de ciclodextrina reticulados y nanoestructurados dentro de una red tridimensional, además no son tóxicos y son muy estables (Silva et al., 2019). Sus aplicaciones todavía están limitadas a la industria farmacéutica, pero, por sus características y coste reducido, los CD-NS se presentan como candidatos factibles para la industria alimentaria (Cavalli et al., 2010).
En este trabajo, se desarrolló un absorbedor de etileno totalmente compostable, basado en nanoesponjas de ciclodextrina (CD-NS) sintetizadas mediante un proceso libre de residuos e introducidas en un sobre elaborado con un polímero compostable y biodegradable, y se evaluó su eficacia en la conservación de dos frutas climatéricas como la nectarina y el melocotón, simulando una comercialización directa y una larga conservación en frío.
Material y métodos
Para este estudio se recolectaron frutos de nectarina (variedad Big Top) y melocotón (variedad Extreme July) (n=600 por variedad) en su momento de madurez comercial (según color y firmeza) de las parcelas experimentales de la Estación Experimental de Aula Dei-CSIC (Zaragoza, Aragón).
Una vez cosechados, se llevaron inmediatamente al laboratorio y se seleccionaron por su uniformidad de tamaño, ausencia de defectos y estado de madurez mediante un DA-Meter (TR Turoni, Forli, Italia) (Ziosi et al., 2008).
Foto 2. Medida de la producción de etileno en sistema estático a lo largo del periodo de conservación.
Posteriormente, las frutas seleccionadas (n=540 por variedad) se envasaron, en grupos de seis frutos, en bolsas macroperforadas cerradas. El absorbedor de etileno compostable a base de nanoesponjas de ciclodextrinas (CD-NS) (foto 1) se colocó dentro de las bolsas en el caso de los lotes de tratamiento, mientras que en los lotes control no se introdujo ningún absorbedor.
Los frutos se evaluaron tras 1, 3 y 7 días a 20oC, simulando condiciones de comercialización directa. Por otro lado, simulando condiciones de larga conservación, los frutos se conservaron a 0,5oC y 85% HR, y se evaluaron tras 7, 14 y 21 días de frigoconservación más 1 y 3 días de conservación a 20oC. En cada uno de los puntos de evaluación se determinaron diferentes parámetros relacionados con la calidad y la madurez del fruto como las tasas de producción de etileno (foto 2), pérdida de peso, contenido en sólidos solubles (CSS), acidez (AT), color (coordenadas L*a*b*), índice de madurez (CSS/AT), así como parámetros de estrés fisiológico (permeabilidad de la membrana celular y concentración de malondialdehído).
Resultados
Efecto de los absorbedores sobre la tasa de producción de etileno de los frutos
Figura 1. Efecto del envasado activo (CD-NS) en la producción de etileno de nectarina Big Top (izquierda) y melocotón Extreme July (derecha).
Los frutos de nectarina Big Top mostraron una producción de C2H4 mayor que el melocotón Extreme July (figura 1). En el estudio de larga conservación, la producción de C2H4 en el caso de la nectarina llegó a ser de 30 μl/kg.h en el último día de conservación, mientras que la máxima concentración observada en el melocotón fue de unos 10 μl/kg.h. En ambos casos, las frutas control presentaron una mayor producción de C2H4 que los frutos envasados con las CD-NS, aunque no en todos los casos estas diferencias resultaron ser significativas.
En el estudio desarrollado a 20oC simulando una comercialización directa, la presencia de los absorbedores de etileno logró ralentizar el metabolismo de la nectarina disminuyendo su producción de etileno. Sin embargo, no se observaron diferencias significativas en el caso del melocotón, que presentó una producción de etileno mucho menor.
Efecto de los absorbedores sobre los parámetros físicoquímicos del fruto
La pérdida de peso sufrida por los productos vegetales se debe a la transpiración ocurrida ligada a su actividad metabólica y se ha observado que la utilización de absorbedores de etileno puede reducirla o aumentarla según su composición. En este ensayo, la pérdida de peso después de cada intervalo se calculó respecto al peso de la fruta en el día de inicio de almacenamiento. La inclusión de los absorbedores de ciclodextrinas no tuvo ningún efecto significativo sobre la pérdida de peso ni en nectarina ni en melocotón. En el cuadro I se muestra el efecto del envasado activo sobre los parámetros físicoquímicos en el caso del melocotón.
Cuadro I. Efecto del envasado activo sobre la pérdida de peso, firmeza, contenido de sólidos solubles (SST), acidez titulable (AT), índice de madurez y coordenadas de color de la piel del fruto (L*, a*, b*) en frutos de melocotón Extreme July almacenados a 20°C (comercialización directa) y 0,5°C (larga frigoconservación).
En cuanto a la pérdida de firmeza del fruto, en el estudio de larga conservación, la nectarina mostró una elevada susceptibilidad al ablandamiento, alcanzando valores de tan solo 0,52 ± 0,02 N al final del almacenamiento a 0,5oC. No se observaron diferencias significativas entre lotes control y lotes tratamiento en este tipo de conservación ni en melocotón ni en nectarina. Sin embargo, en el estudio llevado a cabo a 20oC, simulando una comercialización directa, se observó un efecto del envasado activo en la retención de la firmeza (cuadro I), hasta el tercer día de almacenamiento. La retención de la firmeza es un parámetro etileno-dependiente y estrechamente relacionado con la presencia de C2H4 en la atmósfera en contacto con el fruto, que como se ha indicado anteriormente, fue menor en el interior de los envases activos.
En el caso del contenido en sólidos solubles (CSS), únicamente se comprobó un efecto del envasado activo en los melocotones almacenados en refrigeración (cuadro I). Tras 14 días de almacenamiento, los frutos control presentaron un mayor contenido (12,77±0,27 oBrix) que los frutos en envases activos (11,51±0,41), reflejando un estado de madurez más avanzado. El mismo comportamiento pudo observarse tras 21 días de almacenamiento. En el estudio de comercialización directa, no se apreciaron diferencias significativas en ninguna de las dos variedades.
En el caso de la AT, no se encontraron diferencias significativas entre lotes en el caso de la variedad Extreme July. Sin embargo, en la nectarina, se encontraron valores significativamente menores en los frutos control tras 14 días de almacenamiento en refrigeración y a los 3 días de simulación de comercialización directa a 20oC.
Al calcular el índice de madurez (parámetro que relaciona la concentración de azúcares con el valor de la acidez), se observaron en casi todos los casos valores medios menores en el caso de los frutos envasados con los absorbedores de etileno (cuadro I), tanto en el estudio de comercialización directa como en el de larga conservación, aunque las diferencias encontradas no resultaron significativas en ningún caso.
El color es posiblemente, junto al ablandamiento, uno de los parámetros de calidad más etileno-dependientes. No se observaron diferencias en las coordenadas de color en el caso de la nectarina. Sin embargo, en el caso del melocotón, en el estudio de larga conservación, los frutos envasados con CD-NS (cuadro I) mostraron valores de L* y b* significativamente menores a los frutos control tras 7 y 21 días de frigo-conservación, lo que indica un color del fruto asociado a estados de madurez menos avanzados.
Efecto de los absorbedores sobre el estrés oxidativo del fruto
La integridad de la membrana celular del fruto se va perdiendo durante la senescencia debido a la peroxidación lipídica, causada a su vez por las especies reactivas de oxígeno (ROS) y a la actividad de las enzimas que degradan la pared celular. Durante este proceso de senescencia, se produce una mayor permeabilidad de las membranas y una mayor síntesis de malondialdehído (MDA) como producto secundario de la peroxidación lipídica (Sharma y Sharma, 2016). El análisis de estos parámetros nos permitió evaluar el efecto del envasado activo sobre el estado fisiológico del fruto y su estrés oxidativo.
Figura 2. Efecto del envasado activo (CD-NS) en el contenido de malondialdehído (MDA) en frutos de nectarina Big Top (izquierda) y melocotón Extreme July (derecha).
En todos los casos, durante toda su vida útil, tanto a 0,5oC como a 20oC, el porcentaje de salida de electrolitos de los frutos en envases control fue mayor que el porcentaje de los lotes envasados con CD-NS, aunque solamente se detectaron diferencias significativas en el caso de la nectarina durante el estudio de larga conservación en frío (62,52% y 52,03% de salida de electrolitos en los frutos de los envases control y de los envases con CD-NS, respectivamente). A su vez, en el estudio llevado a cabo a 20oC, se observó que ambas variedades presentaron el valor más alto de salida de electrolitos en los frutos control (54,44% en nectarina y 46,49% en melocotón), respecto a los lotes envasados con CD-NS (51,35% en nectarina y 39,74% en melocotón). Esta menor fuga de electrolitos en los lotes envasados con CD-NS indica una menor permeabilidad de las membranas celulares y, por tanto, un menor daño oxidativo de los frutos.
Como era esperable, el contenido de malondialdehído (MDA) fue aumentando durante el periodo de almacenamiento en todos los casos. En el estudio de almacenamiento a 0,5oC, no se observaron diferencias significativas entre los envases control y los envases activos para ninguna de las variedades estudiadas (figura 2). Sin embargo, cuando se llevó a cabo el estudio a 20oC (comercialización directa), la concentración de MDA en los melocotones envasados con CD-NS tras 3 días de almacenamiento fue significativamente menor que la mostrada por los frutos control. Este menor contenido de MDA indica una menor producción de radicales libres y, por tanto, una menor pérdida de integridad de membrana.
Conclusiones
Los envases activos con absorbedores de etileno a base de CD-NS tuvieron un efecto significativo en el metabolismo fisiológico de los frutos, especialmente en el estudio de larga conservación en refrigeración, en el que se observó una ralentización de los procesos ligados a la maduración dependientes de etileno respecto a los frutos control. En el estudio de comercialización directa a temperatura ambiente, la fruta envasada con los absorbedores de etileno mostró un menor estrés oxidativo que la fruta control, lo que indica una ralentización de los procesos de senescencia y, por tanto, una mayor vida útil.
De los parámetros de calidad de fruto analizados, la firmeza y el color fueron los que mostraron una mayor dependencia del etileno exógeno. Los melocotones en los envases control presentaron una firmeza un 50% menor que la de los frutos en envases activos.
Como conclusión, el envase activo con absorbedores de etileno a base de CD-NS es una alternativa sostenible a los absorbedores basados en permanganato de potasio que permite prolongar entre 3 y 5 días la vida útil de la fruta sometida a un almacenamiento de larga duración, debido principalmente a su efecto sobre el metabolismo respiratorio y la retención de la firmeza del fruto. En el caso de la comercialización directa, la utilización de estos absorbedores, permitiría prolongar la vida útil entre 1 y 3 días, debido fundamentalmente a la reducción del estrés oxidativo en los frutos.
