CIENCIAS AGRARIAS-Artículo Científico

INCREMENTO EN LA VIDA ÚTIL POST COSECHA DEL AGUACATE (Persea americana) UTILIZANDO RECUBRIMIENTOS A BASE DE GOMA GELANA

POST-HARVEST SHELF-LIFE INCREASE OF AVOCADOS (Persea americana) USING GELLAN GUM BASED COATING

Rafael González Cuello¹, Jaime Pérez Mendoza², Víctor Gelvez Ordóñez³

¹ Ph.D. Ingeniería de Alimentos, Docente Asistente. Universidad de Cartagena, Avenida del Consulado Calle 30 No. 48-152, Cartagena-Bolívar, Colombia, e-mail: rgonzalezc1@unicartagena.edu.co

² MSc. Ingeniería de Alimentos, Docente Asociado. Universidad de Cartagena, Avenida del Consulado Calle 30 No. 48-152, Cartagena-Bolívar, Colombia, e-mail: jperezm@unicartagena.edu.co

³ Ph.D. Ingeniería de Alimentos, Docente. Universidad de Pamplona, Colombia, e-mail: vmgelvez@unipamplona.edu.co

Rev. U.D.CA Act. & Div. Cient. 20(1): 101-110, Enero-Junio, 2017

RESUMEN

Palabras clave: Conservación, extracto de toronjil, heteropolisacáridos, Persea americana, revestimientos comestibles.

SUMMARY

Avocado is one of the fruits of economic importance in Colombia. However, it presents losses mainly during the post-harvest period. The aim of this research was to evaluate the effect of an edible coating based on high acyl (HAG) and low acyl gellan (LAG) on post-harvest avocado quality (Persea americana cv. "Hass") stored during nine weeks. A factorial design 2³ was employed for the biofilm preparation, where the factors were concentrations of HAG (0.30 and 0.60% w/v), LAG (0.30 and 0.60% w/v) and glycerol (GLY v/v). As antimicrobial aqueous extract of lemon balm (Melissa officinalis L) was used. Properties such as firmness, moisture loss, pH, total soluble solids (TSS) during storage were evaluated. Finally, for the microbiological shelf life estimation the Hinshelwood Monod equation was applied previous data modeling using the Baranyi and Roberts model. The results indicated that the application of edible coatings based on gellan gum containing low concentrations of glycerol reduces the loss of firmness, moisture, soluble solids and prevent large changes in pH, maintaining the quality of avocado and extend its shelf life.

Key words: Avocado, lemon balm, gellan gum, edible coating, post-harvest shelf life.

INTRODUCCIÓN

El empacado de matrices alimentarias se ha enfocado, principalmente, en el desarrollo de películas o recubrimientos biodegradables, elaboradas a partir de polisacáridos de origen vegetal (Seydim & Sarikus, 2006) y microbiano, ya que los consumidores, actualmente, demandan una disminución en el uso de aditivos químicos, sobre las matrices alimentarias.

Los materiales empleados para la producción de recubrimientos, usualmente, son proteínas, polisacáridos y lípidos (Persin et al. 2011; Rodríguez & Schobitz, 2009; González et al. 2015). Investigaciones previas han mostrado que varios polisacáridos, usados como agentes espesantes o estabilizantes, pueden también ser utilizados para la formación de recubrimientos (González et al. 2016).

La goma gelana es un heteropolisacárido lineal aniónico, producido por la bacteria Sphingomonas paucimobilis y consiste en unidades de repetición de un tetrasacárido (1,3-β-D-glucosa; 1,4-β-D-ácido glucurónico; 1,4 β-D glucosa; and 1,4-α-L-ramnosa). La gelana nativa es conocida como gelana de alto acilo, debido a que presenta un grupo acetato (C6) y un grupo glicerato (C2), en su residuo de glucosa. Cuando la gelana de alto acilo es sometida a un fuerte tratamiento con álcali a elevadas temperaturas, se obtiene la gelana de bajo acilo. Esta diferencia estructural hace posible obtener geles de diferentes texturas (Buldo et al. 2016).

La capacidad de las películas y de los recubrimientos para retener humedad, aromas y transporte de solutos, puede ser mejorada, mediante la inclusión de aditivos, como antioxidantes, antimicrobianos, colorantes, saborizantes, nutrientes y especies, en la formulación (Pranoto et al. 2005). La influencia de los aditivos dependerá de su concentración, estructura química, grado de dispersión en el recubrimiento, así como su grado de interacción con el polímero. A pesar de los progresos realizados en el área de conservación de frutas y verduras, más de un cuarto de las frutas y vegetales cosechados se echan a perder, debido a su deterioro durante el almacenamiento (Maftoonazad & Ramaswamy, 2005).

El aguacate (Persea americana cv. "Hass") es una fruta con un excelente sabor y textura, que tiene un papel importante en la nutrición humana, por su contenido en ácidos, como el oleico, palmítico, linoleico, palmitoleico y esteárico, aparte de vitaminas, como la A, B, C, E, K y de un elevado contenido en fibra (Bill et al. 2014). Todo esto le confiere a la fruta efectos saludables, en la prevención del cáncer y enfermedades cardiovasculares (Awad & Fink, 2000; Plaza et al. 2009). Infortunadamente, la vida útil del aguacate está condicionada por muchos factores, entre los cuales, es importante destacar el crecimiento de hongos (Elez et al. 2005), ya que las pérdidas post-cosecha por antracnosis pueden llegar a ser del 80%, si no se emplean las medidas adecuadas (Bosse et al. 2013). En tal sentido, el uso de extractos acuosos vegetales han sido utilizados, con el fin de incrementar la vida útil de matrices alimentarias (González et al. 2015). M. officinalis, también conocida como bálsamo de limón, bálsamo común o bálsamo dulce, es una hierba perenne, de olor a limón, que pertenece a la familia de la Lamiaceae y, a la cual, numerosos estudios le atribuyen una variada actividad biológica (Shakeri et al. 2016).

La vida útil del aguacate resulta ser de tres a cuatro semanas, cuando es almacenado en condiciones de humedad y temperaturas adecuadas. Varias técnicas han sido utilizadas, con el fin de extender la vida útil del aguacate, aunque algunas pueden presentar inconvenientes; por ejemplo, la refrigeración, si bien retrasa la maduración y prolonga la vida útil, el frío prolongado conlleva a una descomposición y daño del fruto (Ma et al. 2017).

En los aguacates, se ha estudiado la estabilidad oxidativa (Aguiló et al. 2014), la vida útil post cosecha (Maftoonazad & Ramaswamy, 2005), la inducción de resistencia contra la antracnosis por aplicación combinada de aceite de tomillo y recubrimientos comestibles (Bill et al. 2014). Recientemente, se evaluó la actividad antagónica de diversos aislados bacterianos, obtenidos de múltiples fuentes contra bacterias fitopatógenas, aisladas de plantas de aguacate (Dunlap et al. 2016); sin embargo, hasta la fecha, no ha sido reportado el uso de mezclas binarias de gelana de alto y bajo acilo sobre aguacates. Por tal motivo, el objetivo de la presente investigación fue evaluar el efecto de un recubrimiento comestible binario, sobre la calidad pos cosecha del aguacate (P. americana).

MATERIALES Y MÉTODOS

Materiales. 45 frutos de tamaño uniforme de P. americana cv. "Hass" fueron obtenidos en el mercado local de la ciudad de Cartagena D.T. y C. (Colombia). Se seleccionaron, teniendo en cuenta su tamaño, el estado de madurez, la ausencia visual de deterioro ocasionado por microorganismos y daños en la piel. Los frutos fueron desinfectados con una solución de hipoclorito de sodio (0,2g/L) por 5 min y secados a temperatura ambiente (González et al. 2005) y luego divididos en dos lotes. El primer lote constituyó el grupo control, que se almacenó sin recubrimiento y, el segundo fue sometido a los diferentes tratamientos de recubrimientos con gelana.

Preparación de las biopelículas. Para la obtención de biopelículas, un diseño factorial 2³ fue utilizado, donde los factores fueron las concentraciones de gelana de alto acilo (GAA), (0,3 y 0,6% p/p) y bajo acilo (GBA), (0,3 y 0,6% p/p) y plastificante (8,0 y 12% v/v), (Tabla 1). Los polímeros fueron disueltos en agua destilada, con ayuda de una plancha de calentamiento, bajo agitación constante; luego, se incorporó glicerol (GLI), como agente plastificante. La solución resultante fue sometida a calentamiento 90°C/10 minutos; subsiguientemente, la temperatura fue disminuida, hasta alcanzar 30°C, con el fin de adicionar el extracto acuoso de toronjil, obtenido mediante el procedimiento descrito por Herrera & García (2006). Cada fruta fue pesada en una balanza analítica antes de ser recubierta. Los aguacates fueron sumergidos en la solución del recubrimiento durante 1 min, a 20°C; posteriormente, las frutas tratadas fueron secadas, para fijar el recubrimiento en la superficie de la fruta y, finalmente, las frutas fueron almacenadas junto con las muestras control durante nueve semanas. Los siguientes análisis fueron llevados a cabo para evaluar los cambios en la calidad de las muestras cada dos días, durante el periodo de almacenamiento (nueve semanas).

La pérdida de humedad fue estimada con ayuda de una balanza analítica. El contenido de sólidos solubles totales (SST) fue determinado con un refractómetro (Fischer, Extech Model 2132, Boston, EEUU). La firmeza fue medida mediante un texturometro (Shimadzu modelo EZ-Test EZ-S, Tokyo, Japón). Las muestras fueron sometidas a test de punción, a velocidad constante 40mm/mm, utilizando una geometría de punta µ de 5mm de diámetro. Curvas de fuerza deformación fueron realizadas, con el fin de obtener la pendiente (N/mm) de la zona lineal que representa la firmeza. Al menos diez determinaciones fueron llevadas a cabo en cada fruta, reportando los promedios aritméticos. Los valores de pH fueron obtenidos usando un pH metro (Thompson Bante Instrument, Shanghai, China). Una maceración fue realizada con una muestra de aguacate en agua destilada (1:10 p/v), previa agitación durante 10 min.

Donde: ts es el tiempo necesario para que se desarrolle la alteración en el alimento; Ns (ufc/g) es el valor correspondiente a la población de seguridad (valor máximo permisible antes de considerarse alterado el producto); No (ufc/g) es el valor correspondiente a la población inicial presente en el producto, que es estimado mediante recuento del microorganismo por siembra en placa profunda al inicio de la cinética microbiana; Td es el tiempo de duplicación promedio, obtenido de las cinéticas microbianas a las diferentes temperaturas (10 - 25°C). Es importante mencionar que Td es el cociente de In2 y la velocidad específica de crecimiento microbiano y esta última corresponde a la pendiente de la fase logarítmica de crecimiento del microorganismo.

Análisis de datos. Los datos obtenidos fueron analizados mediante análisis normal de varianza (ANOVA un factor), empleando la prueba de Tukey, con un nivel de confianza del 95%, utilizando el programa de computo SPSS (Statistical Package for the Social Sciences Inc. Chicago, IL, USA) versión 17.0 para Windows.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Pérdida de humedad. En la figura 1, se presentan los cambios en la humedad del aguacate en función del tiempo de almacenamiento, en donde se puede apreciar que el porcentaje de pérdida de humedad en las muestras control (sin recubrimiento) fue significativamente (P<0,05) mayor en comparación a las muestras recubiertas. En las frutas control, la pérdida de humedad promedio fue aproximadamente de 9,66 durante las nueve semanas de almacenamiento, mientras que las frutas recubiertas con la proporción 0,6GBA/0,6GAA/8,0GLI presentaron la menor pérdida de peso, con 1,10%, durante el mismo periodo. Las frutas que fueron recubiertas utilizando una proporción del 12% (v/v) de GLI, independientemente de las concentraciones de gelana utilizadas, presentaron valores de pérdida de humedad entre 3,58 y 4,55%; por el contrario, las frutas recubiertas con menores concentraciones de GLI (8,0% v/v), sin importar las proporciones de gelana, presentaron menores porcentajes de pérdida de humedad (1,10 - 1,91%). Estos resultados son similares a los reportados por Jeong et al. (2003), en frutas tratadas con mezclas de cera y metil ciclopropeno, donde encontraron valores entre 1,90 y 5,4, dependiendo de las concentraciones de cera utilizadas. Igualmente, Saucedo et al. (2009) reportaron valores de pérdida de humedad cercanos al 5,0%, después de seis semanas de almacenamiento, en aguacates recubiertos con cera candelilla, conteniendo ácido elágico. Los menores valores de pérdida de humedad obtenidos en las frutas recubiertas pueden ser atribuidos a las propiedades de barrera para la difusión de gases de las estomas, organelos que regulan el proceso de transpiración, además del intercambio de gases, entre la fruta y el medio ambiente (Salunke et al. 1991).

El mecanismo de pérdida de humedad en frutas y en vegetales también puede ser ocasionado por la diferencia en el gradiente de presión de vapor de agua, entre la parte interna y externa del fruto, por lo cual, los recubrimientos ayudan a reducir la pérdida de humedad, debido a la formación de una película en la superficie de la fruta. El espesor de la película, así como la permeabilidad del recubrimiento son aspectos importantes, ya que afectan la velocidad de transferencia de masa y, por tanto, deberán estudiarse en un futuro.

El comportamiento de las muestras recubiertas presenta dos tendencias con respecto el contenido de GLI: los recubrimientos con 8,0% (v/v) mostraron concentraciones de SST, de 1,47 a 1,71°Brix, mientras que los recubrimientos con una mayor concentración de plastificante (12%v/v) presentaron mayores valores, entre 2,20 y 2,59°Brix. Este comportamiento coloca en evidencia un mayor efecto de las concentraciones de plastificante en comparación a las proporciones de GAA y GBA.

Valores de pH. Los valores de pH se incrementaron durante el periodo de estudio, para todas las muestras de aguacate analizadas (Figura 3), debido al consumo de moléculas orgánicas en los ciclos metabólicos, que proporcionan la energía que el fruto requiere; además, algunos ácidos orgánicos participan como precursores de sustancias volátiles (Park et al. 2006). La muestra que presentó los valores más elevados de pH fue la de sin recubrimiento (7,38), mientras que con la muestra recubierta de 0,3GBA/0,3GAA/8,0GLI, se obtuvieron los menos valores de pH (6,40). Estos resultados son comparables con los obtenidos por Márquez et al. (2014), quienes reportaron incrementos en los valores de pH, desde 6,42 hasta 6,63, en muestras de aguacate (Persea americana Mill. cv. "Hass"), almacenados durante 21 días. Igualmente, González et al. (2005) encontraron un incremento de pH de muestras de papaya tratada con recubrimientos, como una consecuencia natural del proceso de maduración.

Es interesante mencionar que en algunas muestras de aguacate recubiertas con distintas proporciones de GAA y GBA, no se presentaron diferencias significativas (P<0,05); sin embargo, al variar las concentraciones de GLI en los recubrimientos, sí se apreciaron diferencias (P<0,05), es decir, los recubrimientos que contenían 8,0%(v/v) de GLI presentaron niveles de pH, entre 6,40 y 6,66, al finalizar el tiempo de almacenamiento (9 semanas), mientras que aguacates con recubrimiento conteniendo mayor concentración de GLI (12% v/v) mostraron mayores valores de pH (7,01 - 7,11); este comportamiento se aprecia claramente al observar la figura 3.

Firmeza. En la primera semana, se presentaron las mayores resistencias a la penetración, con valores de firmeza de 74,3 Newton (N), para los frutos sin recubrimiento y entre 73,7 y 75,8 N, para frutos con recubrimiento. Los aguacates recubiertos y sin recubrir presentaron una disminución en los valores de firmeza, hasta 7,6 N y 3,5 N, respectivamente, después de la 9 semana de almacenamiento; sin embargo, la aplicación de los recubrimientos mostró un efecto benéfico en la retención de la firmeza, ya que las frutas recubiertas lograban tener valores de resistencia, entre 20,1 y 45,7 N, después de seis semanas de almacenamiento; por el contrario, las frutas sin recubrimiento, solo lograban tener valores de resistencia de 13,6 N. En la figura 4, nuevamente se aprecia la mayor incidencia de las concentraciones de GLI en comparación a las proporciones de GBA y GAA. Este efecto es marcado después de la segunda y hasta la séptima semana de almacenamiento; durante este tiempo, se aprecian diferencias significativas (P<0,05), en los valores de firmeza, obtenidos en muestras de aguacate con recubrimientos conteniendo GLI, en distintas proporciones (8,0 y 12%v/v).

Jeong et al. (2003) encontraron que frutas sin recubrir se ablandan y maduran completamente dentro de 7 días de almacenamiento, a 20°C. En contraste, frutas recubiertas con cera y metil ciplopropeno presentan, aproximadamente, una retención de la tercera parte de la firmeza después de siete días de almacenamiento, a 20°C. La retención de la firmeza puede ser explicada por la degradación de la protopéctina insoluble a compuestos más solubles, como el ácido péctico. Durante la maduración de la fruta ocurre una despolimerización de las sustancias pécticas, con un incremento en la actividad enzimática (pectinesterasa y poligalacturonasa) (Salunke et al. 1991; Maftoonazad & Ramaswamy, 2005).

Vida útil Microbiológica. La vida útil microbiológica de un producto alimenticio, se puede estimar obteniendo los parámetros cinéticos de crecimiento microbiano, extraídos de la fase logarítmica, previo modelado de los datos, utilizando la ecuación de Baranyi & Roberts (1994). Los valores obtenidos en la estimación de la vida útil microbiológica, se muestran en la tabla 2, en donde se puede apreciar que, el mayor tiempo de vida útil (52,2 días), se encontró en el aguacate recubierto con 0,6% (p/v), de GAA; 0,6% (p/v), de GBA y 8,0% (v/v), de GLI, seguida por las combinaciones de 0,3% (p/v), de GAA; 0,6% (p/v), de GBA y 8,0%(v/v), de GLI con 49,9 días.

En términos generales, las mayores vidas útiles (46,4 - 52,2 días), se encontraron en frutos, en los cuales, el recubrimiento contenía bajas concentraciones de GLI (8,0 % v/v); por el contrario, la menor vida útil, se registró en frutos sin recubrimiento (control), con 35,8 días, seguida por las frutas, en las que el recubrimiento tenía 12% (v/v) de GLI, con vidas útil, entre 38,3 y 42,7 días. Estos resultados confirman el mayor efecto que presentan las concentraciones de GLI sobre los parámetros estudiados (SST, pH, firmeza, pérdida de humedad y vida útil), en comparación a las proporciones de GBA y GAA.

Es importante destacar que el aumento en la vida útil de los aguacates puede ser atribuido al efecto antimicrobiano ejercido por el extracto acuoso de toronjil, que limita el crecimiento de microorganismos en la superficie de la matriz alimentaria; este efecto, se debe a los compuestos presentes en las hojas de toronjil (Montes, 2009; Acevedo et al. 2013).

Compuestos extraídos de materiales vegetales inhiben el crecimiento de microorganismos patógenos y la germinación de esporas, porque afectan los sitios activos de las enzimas y el metabolismo celular (Arrebola et al. 2010). La presencia de anillos fenólicos y de grupos hidroxilos de los fenoles presentan actividad antimicrobiana (Bagamboula et al. 2004).

Los recubrimientos, dependiendo del principio activo que contengan, pueden inhibir la actividad enzimática de las poligalacturonasas, pectatoliasas y celulasas (Atkinson et al. 2012), las cuales, están involucradas en el proceso de maduración. Ghaouth et al. (1991) reportaron que el uso de recubrimientos comestibles ocasiona leves cambios en la apariencia de las manzanas; estos autores argumentan que dichos cambios, se deben a una modificación en la atmósfera creada en el fruto, con altos niveles de CO₂ y bajas concentraciones de O₂, conllevando a una disminución del proceso de maduración.

La aplicación de recubrimientos comestibles de goma gelana y extracto de toronjil, conteniendo bajas concentraciones de glicerol disminuyen la pérdida de firmeza, de humedad, de sólidos solubles y evitan grandes modificaciones del pH, manteniendo la calidad del aguacate, al extender la vida útil, comparada con las frutas control. Estos resultados sugieren la posibilidad de utilizar recubrimientos indistintos de goma gelana de alto y bajo acilo, a bajas concentraciones de glicerol, como una alternativa para ser empleadas en la conservación de frutas.

Conflictos de intereses: El manuscrito fue preparado y revisado con la participación de todos los autores, quienes declaramos que no existe conflicto de intereses que ponga en riesgo la validez de los resultados presentados. Financiación: Esta investigación fue llevada a cabo en la Universidad de Cartagena.

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