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Cultivos Tropicales

versão impressa ISSN 0258-5936versão On-line ISSN 1819-4087

cultrop vol.41 no.3 La Habana jul.-set. 2020  Epub 01-Set-2020

 

Revisión bibliográfica

Películas basadas en polisacáridos como recubrimientos biodegradables y su empleo en la postcosecha de los frutos

Yuliem Mederos-Torres1  * 
http://orcid.org/0000-0001-5795-4348

Patricia Bernabé-Galloway2 
http://orcid.org/0000-0002-4588-8133

Miguel Ángel Ramírez-Arrebato3 
http://orcid.org/0000-0002-2730-7358

1Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), carretera San José-Tapaste, km 3½, Gaveta Postal 1, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba. CP 32 700

2Instituto de Ciencia y Tecnología de Materiales, Laboratorio de Polímeros. Calle Zapata s/n, entre G y Carlitos Aguirre, Vedado, La Habana, Cuba. CP 10400

3Unidad Científico Tecnológica de Base "Los Palacios". Km 1½ carretera La Francia, Los Palacios, Pinar del Río, Cuba. CP 22900

RESUMEN

La conservación de los productos hortofrutícolas en la postcosecha es un tema de vital importancia debido a las grandes pérdidas que se generan durante la comercialización interna de un país, así como en la exportación. Estas pérdidas se deben al deterioro microbiológico y fisiológico, a un proceso de recolección inadecuado, al empleo de empaques no adecuados y a vías para la transportación insuficientes. El empleo de recubrimientos biodegradables en forma de películas constituye una alternativa que permite disminuir estas pérdidas. Los recubrimientos biodegradables generalmente están compuestos por carbohidratos, proteínas y lípidos de forma individual o combinados entre sí. Estos recubrimientos constituyen una barrera semipermeable al vapor de agua, el dioxígeno (O2) y el dióxido de carbono (CO2) entre los frutos y la atmosfera circundante. De manera general retardan el proceso de senescencia y el crecimiento microbiano en la superficie del fruto, lo que permite preservar la calidad y facilitar la distribución y la comercialización de estos. Por las potencialidades y la importancia que este tipo de tecnología presenta en la actualidad, en nuestro contexto nacional se realiza esta revisión, teniendo en cuenta los principales componentes empleados en la obtención de estos materiales, la aplicación práctica en productos hortofrutícolas y los principales análisis que se realizan para su caracterización.

Palabras clave: quitosana; pectina; almidón; proteínas; lípidos

INTRODUCCIÓN

La conservación de los frutos en la postcosecha es un tema de vital importancia para la comercialización y la distribución de los mismos. Las pérdidas en postcosecha de los productos hortofrutícolas ascienden de un 5 a un 25 % en los países desarrollados, y de un 20 a un 50 % en los países en vías de desarrollo 1. Generalmente estas pérdidas se deben al deterioro microbiológico y fisiológico, a un proceso de recolección inadecuado, al empleo de empaques no adecuados y vías para la transportación insuficientes. Para mitigar estas problemáticas se han desarrollado un grupo de alternativas como el almacenamiento a bajas temperaturas 2, la aplicación de radiaciones gamma y ultravioleta 3, la aplicación de controles biológicos 4, el empleo de atmosferas controladas y empaques plásticos 5, el empleo de la aminoetoxivinilglicina 5 y el 1-metil cloropropeno para retardar la maduración de los frutos 2, así como el uso de películas y recubrimientos biodegradables 6, entre otros.

En particular, el desarrollo de las películas y recubrimientos biodegradables para productos alimenticios frescos y procesados ha ganado auge en los últimos tiempos. Esto se debe a que esta tecnología es respetuosa del medio ambiente y puede mejorar la calidad de los alimentos, su bioseguridad y estabilidad. Estas características se logran al proporcionar una barrera semipermeable al vapor de agua, el dioxígeno (O2) y el dióxido de carbono (CO2) entre los frutos y la atmosfera circundante. Esta tecnología sirve como barrera protectora al reducir los procesos metabólicos como la respiración, retardar el proceso de senescencia y el crecimiento microbiano en la superficie del fruto, lo que permite preservar la calidad y facilitar la distribución y la comercialización de estos 7.

Los recubrimientos biodegradables deben ser libres de tóxicos y seguros para la salud, deben requerir una tecnología simple para su elaboración y proteger a los frutos de cualquier acción física, química o mecánica. Al mismo tiempo, deben ser transparentes y no pueden ser detectados durante el consumo 8. Los polisacáridos constituyen los principales componentes presentes en las películas y recubrimientos comestibles. Entre ellos podemos mencionar a las pectinas de alto y bajo metoxilo 9, la quitosana 10, la celulosa y sus derivados 11, los extractos de algas (alginato 12, carragenina, agar 13) y la goma arábiga 14, entre otros. Algunos de los compuestos empleados son los lípidos como la cera de abeja 15, las ceras extraídas de las plantas de candelilla 16 y el laurel 17, así como las proteínas, tanto de fuentes animales (caseína 18, gelatina 19 como vegetales (gluten de trigo 20, zeína 21, soya, maní y arroz 12), entre otros.

Estos compuestos pueden formar parte de las películas de forma individual o combinados entre sí. Además, pueden estar unidos a aditivos que mejoren las propiedades antioxidantes, antimicrobianas y mecánicas de los recubrimientos para extender su vida útil y reducir el riesgo de crecimiento de patógenos en la superficie de los alimentos 22.

Teniendo en cuenta que estas películas han probado ser efectivas en lo concerniente a la seguridad alimentaria y la contaminación medioambiental, pudieran constituir una alternativa viable en el sector industrial. Cuba es un país rico en productos hortofrutícolas que se destinan tanto al consumo interno como a la exportación, por lo que contar con tecnologías que permitan alargar la vida útil de estos es de vital importancia. Por tal razón, el objetivo de este trabajo es lograr un acercamiento al estado del arte sobre las investigaciones acerca de las películas biodegradables basadas en polisacáridos que se utilizan como recubrimiento en la postcosecha, sus principales fuentes de obtención, características, análisis que se realizan y los principales productos hortofrutícolas en los que se emplean, con la finalidad de desarrollar una línea de obtención de recubrimientos biodegradables a partir de materias primas cubanas.

Las películas y los recubrimientos comestibles

Un recubrimiento biodegradable se puede definir como una matriz transparente, continua y delgada, que se crea alrededor de un alimento, generalmente mediante la inmersión del mismo en una disolución formadora del recubrimiento, con el fin de preservar su calidad y además servir de empaque 8. Una película biodegradable tiene forma de lámina sólida y se aplica envolviendo el producto en la misma 23.

Los recubrimientos biodegradables activos mantienen la calidad y prolongan la vida útil de los frutos frescos y los vegetales, así como previenen el deterioro microbiano 10. El deterioro en los frutos es mayormente causado porque son biológicamente activos y en ellos ocurren procesos de transpiración (pérdida de humedad), respiración (intercambio de gases), maduración y otros procesos bioquímicos 24.

Los recubrimientos biodegradables reducen la humedad y la migración de solutos. Su aplicación ofrece una solución plausible para obtener productos frescos, nutritivos y comestibles. Ellos sirven como barreras semipermeables a los gases y al vapor de agua, reduciendo la respiración y la pérdida de agua. Además, retrasan el deterioro y la senescencia de forma similar a las atmósferas modificadas 25.

Los recubrimientos biodegradables deben cumplir con ciertas exigencias funcionales que les permiten controlar o aminorar las causas de la alteración en los alimentos a recubrir (Figura 1) 26-31. Sin embargo, al recubrir un fruto u hortaliza para retardar la pérdida de humedad, es necesario que exista una cierta permeabilidad al O2 y CO2 para evitar una respiración anaeróbica que podría inducir desórdenes fisiológicos y una pérdida rápida de la calidad y vida en anaquel de los mismos 23.

Figura 1 Características, ventajas y desventajas de los recubrimientos y películas biodegradables 

Principales componentes de los recubrimientos y las películas biodegradables

Los principales componentes de los recubrimientos y películas biodegradables son los carbohidratos (azúcares y polisacáridos), las proteínas y los lípidos. Los polisacáridos son macromoléculas conformadas por monosacáridos unidas por enlaces glicosídicos y su hidrólisis produce un gran número de moléculas de uno o más azúcares simples (monosacáridos) o sus derivados 32.

Los polisacáridos y las proteínas son polímeros que forman redes moleculares cohesionadas debido a una elevada interacción entre sus moléculas, lo que les confiere buenas propiedades mecánicas y de barrera a los gases O2 y CO2, por lo cual retardan la respiración y el envejecimiento de muchas frutas y hortalizas 7. Estos compuestos han sido ampliamente utilizados en el procesamiento de alimentos, en nanotecnología, medicina, biotecnología y en la agricultura 33. Su empleo en los recubrimientos biodegradables ha sido ampliamente documentado como se muestra en la Tabla 1. Estos compuestos le aportan a las películas y recubrimientos dureza, nitidez, compacidad, viscosidad y adhesividad 13. Las fuentes de obtención de los polisacáridos es muy variada, pueden ser de origen vegetal (pectinas, celulosas, almidón, alginato, carragenina, entre otros) y animal (quitina) 12.

Tabla 1 Clasificación de los materiales que forman las películas o recubrimientos biodegradables 

Carbohidratos Proteínas Lípidos
Fuente animal: Quitosana 10 Fuente vegetal: Pectinas de alto y bajo metoxilo 9 Celulosa y sus derivados 11 Almidón 18 Goma arábiga 14 Los extractos de algas (alginato 34, carragenina 35, agar 13 Fuentes animal: caseína 18,gelatina 19. Fuentes vegetales: zeína (maíz 21) soya, gluten(trigo) 20,maní, arroz 13 Fuente animal: Cera de abeja 15 Fuentes vegetales: Cera de candelilla 17 Cera de laurel 17. Cera de carnauba 36 Resinas y ácidos grasos:ácido esteárico 37, palmítico, láurico, oleico 38 y la mantequilla de coco 39

Quitosana

La quitosana es uno de los polisacáridos más utilizados en la obtención de recubrimientos biodegradables. Su origen es a partir de la quitina, el segundo polisacárido más abundante en la naturaleza después de la celulosa. Es un polímero semisintético que se obtiene por desacetilación de la quitina, la cual se encuentra fundamentalmente en el exoesqueleto de crustáceos, aunque también se encuentra en menor proporción en las alas de algunos insectos, y en la pared celular de hongos, algas y otros 10. Desde el punto de vista químico, es un copolímero compuesto por unidades de N-glucosamina (D-GlcN) y N-Acetil glucosamina (D-GlcNAc) distribuidas al azar y unidas por enlaces glicosídicos β- (1-4) en una estructura rígida no ramificada. La quitosana se presenta como un material potencial para obtener recubrimientos biodegradables, mayormente por su capacidad para formar películas, su naturaleza no tóxica, suactividad antimicrobiana 40, así como su biodegrababilidad y biocompatibilidad. Se reconoce que este polímero tiene propiedad desde barrera a los gases, por lo que asegura la disminución de la senescencia al evitar la respiración y la transpiración 10. Generalmente, la quitosana se disuelve en ácido acético, aunque también se ha utilizado el ácido láctico para estos fines 41.

La incorporación de un aditivo como el gluconato de calcio al recubrimiento a base de quitosana, incrementa el valor nutricional del fruto, debido a un aumento del contenido de calcio en este 38. El calcio cumple un papel esencial en el mantenimiento estructural de las membranas y la pared celular. El entrecruzamiento del calcio con los grupos carboxilo libres en las cadenas de poligalacturonatos adyacentes presentes en la lameda media de la pared celular de las plantas, contribuye a la adhesión y cohesión entre las células 42.

Es por ello que un tratamiento con calcio puede incrementar la estabilidad de la pared celular y mejorar la resistencia a las enzimas secretadas por hongos fitopatógenos, mientras que el recubrimiento con quitosana reduce la respiración retrasando el proceso de maduración y el deterioro progresivo de los frutos producto de la senescencia.

Pectina

Otro de los polisacáridos utilizados en los recubrimientos comestibles es la pectina. Las pectinas se localizan mayoritariamente en la lameda media de la pared celular primaria de las plantas, donde contribuyen a la adhesión entre las células del parénquima de los vegetales y a la fortaleza de sus tejidos 43. Está compuesta fundamentalmente por dos regiones, una región urónica; extensa y regular, formada por unidades de ácido galacturónico unidos por enlaces del tipo α-(1,4), los que pueden estar parcialmente metilados, y la segunda compuesta mayoritariamente por ramnosas que portan cadenas laterales de azúcares neutros 44.

Las pectinas se utilizan extensivamente en los alimentos procesados como resultado de sus propiedades gelificantes 45. En determinadas condiciones son capaces de formar geles, característica por la cual se consideran un importante aditivo en los jamones, las jaleas, las mermeladas, así como en la industria de confección. Actualmente, las fuentes agrícolas de pectina están subutilizadas, aun cuando la pectina es un ingrediente alimenticio potencialmente importante, disponible y abundante en los desechos agrícolas. Precisamente, su aplicación farmacéutica y el beneficio nutricional adicional en una gran variedad de productos alimenticios incrementan el interés por este polisacárido 39.

Los estudios sobre películas de pectinada tan mayormente de los años 1930 hasta 1950 46. Estos estudios se enfocaron en pectinas derivatizadas y en el uso de cationes polivalentes como el calcio. El estudio de películas a partir de pectinas de bajos metoxilos (<11 %) muestra que la resistencia a la tensión decrece con el incremento de los grupos metoxilo 46. Las características físicas del gel son consecuencia de la formación de una red tridimensional o del entrecruzamiento entre las moléculas del polímero 47. Las pectinas de bajos metoxilo, derivadas por una desesterificación controlada, forman geles en presencia de iones calcio y pueden ser utilizadas para desarrollar películas biodegradables. La pectina es altamente hidrofílica, puesto que se compone de al menos 17 tipos de monosacáridos, entre los cuales el ácido D-galacturónico es el más abundante, seguido por la D-galactosa o la L-arabinosa, unidos entre sí deforma covalente 48. Por lo que la permeabilidad al vapor de agua (PVA) de las películas de pectina sea bastante alta, en el mismo orden de magnitud que la del celofán y otras películas a base de carbohidratos 51.

En las últimas décadas se han estudiado las propiedades termomecánicas, microestructurales y viscoelásticas de películas a base de pectina, como la mezcla de pectina y almidón, llegando a la conclusión de que son altamente resistentes 49.

Almidón

El almidón es otro de los carbohidratos empleados en el desarrollo de recubrimientos biodegradables de forma individual o combinado, es muy utilizado debido a su abundancia y bajo costo. El almidón es un polisacárido de reserva constituido a partir de amilosa y amilopectina. Los recubrimientos a base de almidón son transparentes, incoloros, inodoros y tienen baja permeabilidad al oxígeno 50. El almidón también se ha combinado con la carragenina para la formación de películas biodegradables altamente resistentes 51.

Recubrimientos a base de quitosana y pectina

El carácter antimicrobiano en los recubrimientos biodegradables es un atributo muy deseado. En el caso de la quitosana, la actividad antimicrobiana se ha relacionado con la habilidad de este polímero para causar severos daños a nivel celular al micelio de los hongos tratados con este polímero 52. Sin embargo, se ha visto reforzada al combinarse con el sistema enzimático lactoperoxidasa en la conservación del mango 41.

La lactoperoxidasa es un sistema excelente para combatir los microorganismos patogénicos y tiene un amplio espectro antimicrobiano. La combinación de quitosana al 1 % con el sistema enzimático lactoperoxidasa es eficaz contra la contaminación microbiana y permite retrasar la maduración de la fruta sin alterar su calidad 41.También se ha empleado el complejo de Zinc II y Cerio IV con quitosana para preservar la fruta de azufaifa china, expandir la vida útil del fruto y reducir los residuos de pesticidas organofosforados.

El zinc es uno de los elementos micrometálicos esenciales más importantes en el cuerpo humano. Es un componente esencial en un número importante de proteínas y es indispensable para la estabilidad de las funciones catalíticas. Los iones cerio tienen una buena capacidad antibiótica 53. A su vez, la quitosana se ha combinado con aceites esenciales de hierba de limón en la conservación del pimiento contra la antracnosis 54, y de tomillo, canela y clavo en la conservación de la papaya frente a los hongos P. digitatumy C. Gloesosporioides donde propicia una mayor inhibición micelial en los estudios in vitro a una concentración de quitosana de 0,5 y 1 % 38.

En el caso de los recubrimientos a base de pectina se han incorporado aceites esenciales de canela 15, limón, naranja 9 y nanoemulsiones de cinnamaldeido 55, entre otros. Otro ejemplo es la modificación de la superficie de películas de polipropileno (PP) por multicapas de quitosano/pectina. En estas películas, la quitosana forma un complejo polielectrolito con la pectina, lo que posibilita la formación de una estructura estable de capas múltiples en la superficie de la película de PP, con la consiguiente formación de películas antimicrobianas mucho mejores que pueden ser utilizadas para fabricar excelentes materiales de embalaje para la protección de cultivos postcosecha 56.

En general, los recubrimientos a base de polisacáridos como la quitosana y la pectina constituyen una pobre barrera a la humedad por el carácter hidrofílico que presentan. Es por ello que muchos trabajos se han encaminado a la combinación de estos polímeros con lípidos, resinas y ácidos grasos (Tabla 1), con el objetivo de regular el balance hidrofílico - lipofílico 39.

Los lípidos se caracterizan por ser hidrofóbicos, presentan excelentes propiedades de barrera frente a la humedad, aunque su falta de cohesividad e integridad estructural resultan en malas propiedades mecánicas, lo que conduce a la formación de recubrimientos quebradizos. Los lípidos reducen la transpiración, la deshidratación, la abrasión en la manipulación posterior y pueden mejorar el brillo y la apariencia de muchos alimentos 8.

Otros aditivos: proteínas y plastificantes

Las proteínas constituyen otro de los componentes empleados en los recubrimientos biodegradables. Entre las proteínas utilizadas para la producción de estos se destacan la caseína, la zeína y la gelatina entre otros. La caseína ha ganado protagonismo en el desarrollo de los recubrimientos por estar disponible comercialmente, tener la capacidad para actuar como un emulsificante, ser soluble en agua 57 y producir recubrimientos transparentes y térmicamente estables 18. La combinación de la caseína y el almidón junto al glicerol y el extracto de barbatimón se han empleado en la conservación de la guayaba. Este recubrimiento alarga la vida útil de las guayabas, reduce la pérdida de peso y firmeza 18.

Otro de los ejemplos es la formación de películas biodegradables a partir de proteína de la quínoa enlazada con quitosana, formando películas resistentes sin el empleo de plastificantes, la adición de aceite esencial de girasol, mejora la permeabilidad al vapor de agua como resultado de las interacciones hidrofóbicas 58. La zeína es una proteína de almacenamiento que se encuentra en los granos de maíz. Esta proteína tiene la característica de prevenir la oxidación y el desarrollo de los malos olores por sus excelentes propiedades de barrera de gases frente al oxígeno y el dióxido de carbono 59.

Las películas de gelatina tienen propiedades efectivas como barrera de gases frente al oxígeno y el dióxido de carbono 60.

Los plastificantes son sustancias no volátiles, de alto punto de ebullición, que cuando se añaden a otro material cambian las propiedades físicas o mecánicas de este 39. Los polioles como el sorbitol y el glicerol plastifican efectivamente por su habilidad de reducir el enlace interno de hidrógeno mientras incrementan el espaciado intermolecular. Estos plastificantes disminuyen las fuerzas intermoleculares a lo largo de la cadena del polímero, incrementando la flexibilidad de la película mientras decrecen sus propiedades de barrera 61.También se han utilizado plastificantes en la obtención de recubrimientos biodegradables, tales como el sorbitol 61, glicerol 62, polietilenglicol 37 y el puré de fruta bomba 55.

La proporción en la que se encuentran los componentes en los recubrimientos es importante. Un estudio sobre la influencia de la cantidad de pectina y plastificante en las propiedades mecánicas del fruto reveló que un incremento de la cantidad de pectina y una disminución de la cantidad de plastificante incrementa la resistencia a la tracción y el módulo de elasticidad, mientras que el alargamiento a la ruptura se incrementa con el incremento de la concentración de ambos 61. De igual forma, un incremento de la concentración de pectina y plastificante afecta la PVA, debido al carácter hidrofílico de ambos compuestos. Sin embargo, la combinación con un lípido como la cera de abeja disminuye la PVA. A bajas concentraciones el lípido añadido incrementa la hidrofobicidad por lo que decrece la permeabilidad de la película. En concentraciones más altas, los lípidos podrían dar como resultado glóbulos más grandes durante la etapa de secado en la obtención de la película, contribuir a la interrupción de la estructura continua de las películas, y consecuentemente a una mayor PVA 63.

Los estudios de recubrimientos formados a partir de metilcelulosa, ácido esteárico y polietilenglicol realizados por un método de emulsión, revelan que el incremento del volumen de ácido esteárico hasta un 22 % provoca una disminución de la PVA 37. Sin embargo, el incremento del volumen de ácido esteárico por encima del 22 % con lleva a un aumento de la PVA, atribuido a un llenado inadecuado del volumen vacío al interior de los cristales de ácido esteárico por la matriz de metilcelulosa, lo que favorece la migración de la humedad. Por otro lado, el incremento de la PVA en películas de pectina y sorbitol a altas concentraciones de ambos, tal vez puede deberse a una mayor heterogeneidad producto de la distribución de glóbulos lipídicos (número de poblaciones) dentro de la matriz de pectina 61.

Aplicaciones prácticas de los recubrimientos y películas biodegradables

Los frutos y las verduras son una fuente invaluable de vitaminas y minerales en la dieta diaria de los humanos. Una adecuada conservación de estos, permite alargar la vida útil en la postcosecha. Los recubrimientos y las películas biodegradables han sido empleados con gran éxito en la conservación de la guayaba (Psidium guajava L.) 64, la fruta bomba (Carica papaya L.) 65, el mango (Mangifera indica L.) 66, la naranja mandarina (Citrusreticula L.) 67, la fresa (Fragaria ananassa Duch) 58, el tomate (Lycopersicon esculentum Mill.) 68, el pimiento (Capsicum annuum L.) 54 y el pepino (Cucumis sativus L.) 27 entre otros.

La aplicación práctica de los recubrimientos en la mayoría de los casos reduce la pérdida del peso y la tasa de maduración, e incrementa la vida útil de los frutos (Tabla 2). En el proceso de maduración durante el almacenamiento ocurren una serie de cambios físicos y bioquímicos que varían en función del tipo de fruto 9. Entre los cambios podemos encontrar la modificación del color a través de la alteración en el contenido de clorofilas, carotenoides y la acumulación de los flavonoides. A su vez, la modificación de la textura producto a la alteración del turgor celular y de la estructura de la pared celular por el metabolismo. Así como, la modificación de carbohidratos, ácidos orgánicos y compuestos volátiles, que afectan la calidad nutricional, el sabor y el aroma del fruto. Por último y no menos importante el aumento en la susceptibilidad al ataque de patógenos oportunistas que están asociados a la pérdida de integridad de la pared celular 24.

Se reconoce que durante el proceso de maduración se incrementan los sólidos solubles totales (SST) debido al proceso de respiración 9, durante el cual ocurre la degradación de los carbohidratos y los ácidos orgánicos (ascórbico, cítrico y málico) producto a la utilización de estos como sustrato en el proceso de respiración 54. El incremento del contenido de SST y la reducción de la acidez valorable constituyen indicadores del proceso de maduración 69.

En el caso del tomate los recubrimientos a base de pectina incrementan la retención de ácido ascórbico, acidez valorable y azúcares totales durante el almacenamiento respecto al control 65. Estos resultados son positivos pues indican un retraso en la maduración producto a la acción del recubrimiento, ya que limitan la permeabilidad al oxígeno, reduciendo la oxidación del ácido ascórbico, y limitando el empleo del ácido cítrico como sustrato en el proceso de respiración.

La combinación quitosana-ácido salicílico ha sido estudiada en la conservación de pepino a bajas temperaturas 2 °C 27. Este estudio muestra que la combinación disminuye el daño que las bajas temperaturas causan en la superficie del pepino y que la acción combinada súpera a la de los componentes de forma individual. La quitosana-ácido salicílico también reduce la pérdida de peso y la tasa de respiración, provoca incrementos en el contenido de malondialdehído y la fuga de electrolitos, y mantiene un mayor contenido de SST, clorofila y ácido ascórbico.

Tabla 2 Recubrimientos y películas biodegradables aplicadas a los frutos 

Aplicación Composición de las películas y recubrimientos biodegradables. Función Referencia
Guayaba Quitosana 1 %, ácido acético Extensión de la vida útil del fruto. Reduce la pérdida de peso y firmeza. Retrasa el proceso de maduración al inhibir las tasas de respiración. 64
Caseína, almidón, glicerol y extracto de barbatimón 18
Fruta bomba Quitosana 2 %, ácido acético 0,5 %, Tween 80. 70
Tomate Quitosana 0,25 % 68
Pectina 3 %, agua 65
Quitosana 1 %, zeolita(Ø = 35- 45μm), ácido láctico, Tween 80 Retarda la maduración del fruto, pero es una pobre barrera a la pérdida de peso 71
Mango Acetato de quitosana 20 % Reducción de la incidencia de antracnosis. Retrasa el proceso de maduración. 66
Pepino Quitosana 1,5 %, aloe vera1,5 % 72
Pectina altamente metoxilada 2 %, cera de abeja, sorbitol y agua Extensión de la vida útil del fruto, reducción de las tasas de respiración. Reduce la pérdida de peso y firmeza 27
Mandarina Pectina 8 % y agua Extensión de la vida útil del fruto. Reduce la pérdida de peso y firmeza 67
Pimiento Quitosana 1 %, NaOH 1M, aceite esencial de hierba de limón 0,5 %, Tween 80 Reducción de la incidencia de antracnosis. Retrasa el proceso de maduración. 54
Fresa Pectina 1%, glicerol 0,02 %, aceite esencial de limón 1 y 0,5 % Extensión de la vida útil del fruto. Reduce la pérdida de peso y firmeza 9
Proteína de quinoa 0,1 %-quitosana 2% en ácido cítrico-aceite esencial de girasol 2,9 % Extensión de la vida útil del fruto. Reduce la pérdida de peso y firmeza. Reduce el crecimiento de moho y levadura 58

Tanto la zeína como la gelatina han sido probadas exitosamente en la conservación postcosecha del mango 59. Ambas proteínas combinadas con glicerol afectan positivamente la pérdida de peso, los SST, la acidez valorable, el pH, el contenido de azúcares totales y el contenido de carotenoides. Adicionalmente mantienen el contenido de fenoles totales y el ácido ascórbico en niveles altos comparados con el control 59.

Al realizar aplicaciones prácticas de los recubrimientos es necesario tener en cuenta la concentración del carbohidrato o el componente en cuestión. Una concentración de quitosana al 1,5 % inhibe el crecimiento de los hongos durante el periodo de almacenamiento en la conservación de la fruta bomba, mientras que el incremento por encima del 2 % conlleva a una maduración inadecuada 70.

En resumen, la aplicación de los recubrimientos biodegradables a los frutos y productos hortofrutícolas es sumamente importante porque alargan la vida de anaquel, permitiendo una mejora en la transportación y comercialización de estos. Este tipo de tecnología en nuestro país es sumamente atractiva para la conservación de los frutos exportables como la piña, el mango y el aguacate, así como, para la comercialización interna de la gran variedad de frutas y vegetales que se producen en nuestro mercado interno y para el abastecimiento de nuestras instalaciones turísticas.

Principales características físico-químicas a evaluar en las películas y recubrimientos comestibles

Dentro de las características físicas a evaluar en los recubrimientos se encuentran el espesor de las películas a partir de la medida con un micrómetro 16. La determinación de la viscosidad permite estudiar las propiedades de flujo a distintas concentraciones de los polímeros. Generalmente para este análisis se emplea un reómetro para medir la viscosidad y las propiedades viscoelásticas de disoluciones a diferentes concentraciones de los polímeros 61. Los estudios de la superficie de las películas se realizan por microscopía electrónica de barrido 73 o de fuerza atómica 74, y la espectroscopía infrarroja con transformada de Fourier (FTIR) permite identificar cambios estructurales realizados en los polímeros a partir de los cambios en las bandas de absorción características de los mismos 10. Estas técnicas permiten realizar un análisis estructural de la superficie de la película que brinda información sobre la composición de la misma.

Otro de los análisis a realizar es la permeabilidad al vapor de agua.

Este análisis es sumamente importante en los recubrimientos comestibles porque una baja permeabilidad retarda la pérdida de peso en el fruto, para ello se han desarrollado métodos gravimétricos entre los que se encuentra la norma ASTM E96-93 75. Este procedimiento se basa en la desecación previa de la membrana o película en un contenedor impermeable y la posterior puesta en contacto de este contenedor con nitrato de magnesio para mantener la humedad relativa de las películas al 53 %, posteriormente se guardan en desecadoras manteniendo la humedad relativa (HR) en 0 % con ayuda de una agente desecante como el cloruro de calcio a 25 °C. La tasa de transmisión al vapor de agua dividida entre la diferencia de presión de vapor a través de la película constituye la permeabilidad de la película 61. La permeabilidad multiplicada por el espesor de la película es la trasmisión al vapor de agua 75.

Otro de los procedimientos es la norma ASTM E96/E96M-10 76 con algunas modificaciones, donde las membranas de 3 cm de diámetro, previamente almacenadas al menos durante 72 horas en una desecadora, se colocan en recipientes que contienen silicagel en su interior y se sellan herméticamente, cuidando que solo la membrana quede expuesta al vapor de agua. Los recipientes se pesan y se introducen en una desecadora que contiene una disolución saturada de KCl, que proporciona una actividad de agua constante e igual a 0,8434 a 25 oC. Posteriormente se coloca la desecadora en una cámara a temperatura constante. Los recipientes se extraen y se pesan en balanza analítica cada 24 horas. El cálculo de PVA se realiza a partir de la pendiente de la gráfica de la variación de la masa en el tiempo con el empleo de la (Ecuación 1). Se considera que el experimento concluye cuando no se observan incrementos en el peso de los recipientes.

PVA=mtxA (1)

Donde mt es la pendiente de la gráfica de peso en el tiempo y A es el área efectiva de la membrana en contacto con los vapores de agua 77. La resistencia a la tensión (𝜏) es una de las propiedades mecánicas que se realizan para verificar la resistencia de las películas. Se lleva a cabo en un analizador de textura 16. En este análisis las muestras se estiran hasta la ruptura y la fuerza resultante se divide por la sección transversal de la película y 𝜏 se expresa en MPa. Además, la capacidad de estiramiento hasta la ruptura (CE) se calcula en porcentaje, con la (Ecuación 2), donde Li y Lf son las longitudes inicial y final de las películas, expresadas en milímetros (mm) 16.

CE=(LfLiLi)*100   (2)

CONCLUSIONES

  • Los recubrimientos biodegradables presentan una gran importancia en el manejo de la postcosecha de los productos hortofrutícolas. Generalmente para su formación se emplea el uso de polímeros de diversas fuentes naturales como la pectina, la quitosana, el almidón, los derivados de celulosa entre otros, combinados con lípidos, emulsificadores y plastificantes.

  • La gran variedad de polisacáridos obtenidos a partir de diversas fuentes vegetales y animales, así como la combinación de estos con otros aditivos que permiten mejorar las características de estos recubrimientos, extienden la posibilidad de infinitas combinaciones de estos compuestos, con vistas a lograr los mejores resultados.

  • El empleo de los recubrimientos biodegradables contribuye a incrementar la vida de anaquel de los productos hortofrutícolas, lo que constituye una tecnología útil y prometedora en la conservación de los frutos en la postcosecha de nuestro país.

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Recibido: 08 de Enero de 2020; Aprobado: 16 de Marzo de 2020

*Autor para correspondencia: yuliem@inca.edu.cu

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