ENVASES Y EMBALAJES PARA FRUTAS Y HORTALIZAS

Dr. El Espinoza Atencia

CURSO 1

INTRODUCCIN

Las frutas y hortalizas continan con las transformaciones: Fsicas Qumicas Fisiolgicas Bioqumicas

Se torna necesario conocer la fisiologa del desarrollo para su almacenamiento e industrializacin.

Las frutas y hortalizas, despus de la cosecha, continan realizando procesos metablicos como: RespiracinTranspiracin Diferentes cambios bioqumicos.

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RESPIRACIN

Todos los organismos vivos requieren energa; sin ella las reacciones bioqumicas relacionadas con el crecimiento y desarrollo no ocurriran.

La energa utilizada por las clulas es obtenida por la transformacin de las molculas complejas en molculas simples.

En este proceso de descomposicin hay liberacin de energa almacenada en los enlaces qumicos.

Las reacciones bioqumicas que producen energa es denominada de RESPIRACIN.

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DEFINICINLa RESPIRACIN es la descomposicin por oxidacin de sustancias complejas presentes en las clulas (almidn, azcares, cidos orgnicos) en molculas simples (CO2 y H2O), con la produccin de energa y otras molculas, las cuales pueden ser utilizadas por la clula en reacciones de sntesis.

Como frmula general para la respiracin, se tiene:(CH2O)n + nO2 nCO2 + nH2O + Energa

Cuando el substrato es la glucosa, se tiene:C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 673 kcal

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TIPOS DE RESPIRACIN

Climatricas: cosechados y dejados para la maduracin fuera de la planta madre.

No-climatricas: solamente maduran cuando estn unidas a la planta madre. Despus de la cosecha, los frutos no mejoran su calidad sensorial y nutricional.

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ClimatricasLa curva del comportamiento climatrico de respiracin de frutas est constituida por tres partes bien definidas.

CBAD

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ClimatricasA-B recibe el nombre de preclimatrico y representa la velocidad de respiracin correspondiente a la etapa de madurez fisiolgica, es el momento en que la fruta puede ser cosechada.

B-C describe un aumento notable de la actividad respiratoria hasta que se alcance un valor mximo (C). Esta parte de la curva se denomina de ascensin climatrica y es donde los cambios ms importantes de la maduracin de las frutas se manifiestan. El pice (C) es conocido como pico climatrico donde las frutas alcanza la madurez comercial.

C-D se observa una disminucin en la actividad respiratoria, es conocida como postclimatrico. En esta fase se inician los procesos de senescencia y la muerte de las frutas.

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No - Climatricas

Presentan una continua disminucin en sus tasas de respiracin.

Las frutas no-climatricas solamente maduran cuando estn unidas a la planta madre. Despus de la cosecha, los frutos no mejoran su calidad sensorial y nutricional.

Como ejemplos de frutas no-climatricas se tienen: pia, coco, uva, maran, carambola, y otros.

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No - ClimatricasRepresentacin grfica de la respiracin no-climatrica

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FACTORES QUE AFECTAN LA RESPIRACIN

La respiracin es un proceso complejo, afectado por:

Temperatura (C)

Oxgeno (O2)

Gas carbnico (CO2)

Etileno (C2H4)

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Temperatura

La temperatura puede interferir directamente en la velocidad de reaccin de los procesos metablicos, en el tiempo de almacenamiento, tambien puede causar disturbios fisiolgicos (daos por el fro).

Dentro del rango fisiolgico de temperatura (punto de congelamiento punto de muerte por el calor), la tasa de respiracin aumenta con el aumento de la temperatura. Esta relacin est gobernada por la ley de VantHoff.

De acuerdo con esta ley, la velocidad de una reaccin biolgica aumenta de 2 a 3 veces por cada 10C de aumento, o sea:

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Temperatura

Q10 = R(T + 10)/R(T)Donde:R = tasa (velocidad) de la reaccinT = temperatura en CQ10 = cociente de temperatura

En trminos ms generales se tiene: constante = 2

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Temperatura

El Q10 no es una constante, puede variar en funcin de la temperatura. 0 - 10C Q10 = 2,5 a 3,0 10 - 20C Q10 = 2,0 a 2,5 20 - 30C Q10 2,0 30 - 40C Q10 2,0 A travs del Q10 se puede prever, con una razonable precisin:PreenfriamientoLa velocidad de un determinado proceso metablicoEl tiempo de almacenamientoEl calor de la respiracin es el calor vital, este regula varias prcticas comerciales de manejo postcosecha, tales como:RefrigeracinEmbalaje (ventilacin)Mtodo de apilamientoMovimiento de aire

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Oxgeno (O2)

Componente importante en la respiracin aereobia

Si se restringe el O2 ocurrir la respiracin anaerobia o fermentacin, que produce olores y sabores desagradables.

La fermentacin puede ser evitada, almacenando las frutas en contenedores bien ventilados. La ventilacin adecuada (disponibilidad de O2) est directamente relacionado con:

Tipo de embalaje y contenedores utilizados para transportar o almacenar el producto; Cantidad de ceras artificiales aplicadas a las frutas.

La reduccin de la concentracin de oxgeno es una tcnica muy til para controlar la respiracin (almacenamiento en atmsfera controlada o modificada y en el almacenamiento hipobrico).

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Oxgeno (O2)

El consumo del oxgeno puede ser utilizado para determinar la tasa de respiracin. El resultado es expresado en mg-O2.kg-1.h-1 o l-O2.g-1.h-1.Diagrama esquemtico simplificado de la respiracin aerbica y anaerbica

CICLO DE LOS CIDOS ORGNICOS CO2H2OCALORTEXTURASABOROLOR NORMALCO2H2OCALORTEXTURASABOR Y OLOR ANORMALRespiracin Aerbica

Respiracin Anaerbica

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Gas carbnico (CO2)Este gas requiere atencin especial, toda vez que en altas concentraciones puede malograr las frutas y hortalizas en pocos das.

La acumulacin no controlada de CO2 debe ser evitada, y su concentracin no debe exceder 1%.

Por medio de la ventilacin adecuada o de la absorcin del CO2 se puede evitar su acumulacin indeseable.

Entre tanto, altos niveles de CO2 (>1%) pueden ser benficos, cuando se utiliza el almacenamiento con atmsfera controlada o modificada.

La produccin de CO2 por el tejido vegetal es el mtodo ms utilizado para determinar la tasa de respiracin de las frutas. El resultado generalmente es expresado en mg-CO2.kg-1.h-1 pero tambin se utiliza o l-CO2.g-1.h-1 ml-CO2.kg-1.h-1.

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Etileno (C2H4)El etileno (C2H4) es el compuesto orgnico ms simple que afecta a las plantas. Es producido por todos los tejidos vegetales y por algunos microorganismos. Es considerado una hormona de la maduracin y envejecimiento, es fisiolgicamente activo en cantidades iguales a 0,1 ppm. Desde el punto de vista de la postcosecha sus efectos pueden ser deseables o indeseables. Es producido por todos los tejidos vegetales, su acumulacin en los contenedores y en los almacenes frigorficos es inevitable, a menos que sean tomadas medidas para su continua remocin. Este hecho es especialmente crtico para las frutas climatricas que liberan altas tasas de este gas.

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Clasificacin de las frutas de acuerdo con su produccin de etileno

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Etileno (C2H4)La aplicacin exgena o la produccin de etileno por las propias frutas en cantidades mnimas (1 ppm) estimulan la actividad respiratoria, tanto de las frutas climatricas y como de las no-climatricas.

En las frutas no-climatricas, la respiracin puede ser estimulada a cualquier hora durante el periodo postcosecha.

Para las climatricas, la aplicacin de etileno anticipa significativamente el periodo de tiempo requerido para el pico climatrico, especialmente cuando es aplicado en la fase preclimatrica.

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Efecto de la aplicacin del etileno exgeno DAS DESPUS DE LA COSECHA

Efecto de la aplicacin del etileno exgeno en la tasa de respiracin de las frutas no-climatricas

AIRE +ETILENO AIRE Efecto de la aplicacin del etileno exgeno en la tasa de respiracin de las frutas climatricas

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Clasificacin de algunas frutas en funcin de su comportamiento respiratorio.

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Efecto de la aplicacin del etileno exgenoEn el almacenamiento en atmsfera controlada y modificada no solamente se reduce la tasa de produccin de etileno por las frutas, sino tambin su sensibilidad a este gas. Esto se debe a que el gas carbnico ejerce un efecto antagnico en el etileno, inhibiendo su accin.

As algunas frutas pueden ser embaladas para el transporte de modo que una atmsfera modificada sea creada dentro del embalaje.

Como ejemplo tenemos los pltanos en sacos de polietileno. En estos casos, tambin es posible remover el etileno de la atmsfera utilizndose absorbentes de este gas, como es el permanganato de potasio.

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TRANSPIRACIN

Durante la fase de crecimiento, las frutas estn casi siempre perdiendo agua. Despus de la cosecha este proceso de prdida de agua continua, con la particularidad de que el agua evaporada de los tejidos no puede ser ms repuesta. La prdida de agua puede ser una de las principales causas de deterioracin.

DEFINICIN

La transpiracin es un trmino biolgico aplicado a la evaporacin del agua de los tejidos vegetales.La gran mayora de las frutas contiene de 75 a 95% de agua y la humedad relativa de los espacios intercelulares es muy prxima a 100%. La tendencia del vapor de agua es salir de los tejidos, toda vez que la humedad relativa del ambiente es usualmente menor que 100%.

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ASPECTOS DE LA TRANSPIRACINLa transpiracin excesiva compromete seriamente la calidad de las frutas, especialmente de su apariencia, tornndolas arrugadas y con coloraciones opacas, asimismo en su textura, haciendo que ellas se presenten flcidas, blandas y marchitas.El maracuy se marchita dentro de 3 a 4 das a la temperatura ambiente; con prdidas de peso del 3 a 6% suficientes para desvalorizar la fruta. Otro aspecto es la prdida de peso en la comercializacin. En el mercado europeo y de los Estados Unidos, la prdida de peso puede significar la violacin de las leyes que regulan los requerimientos mnimos de peso para un embalaje. Usualmente, son adicionadas frutas en las cajas para que compensen la prdida de peso. Prdidas de peso de 4% o ms (pia) y 32% (carambola) son comunes durante el transporte y almacenamiento. Considerando un tipo de embalaje con 15 kg de pia, se tiene, al final de dos semanas, 600 g menos por caja, o sea 40 kg/ton de fruta.

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Porcentaje de prdida de peso de algunas frutas almacenadas bajo condiciones de temperatura y humedad relativa recomendadas

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FACTORES QUE AFECTAN LA TRANSPIRACIN

Factores inherentes a las frutas y hortalizasTamaoSuperficie/volumenEstomatos y lenticelas: aberturas naturalesRegin de insercin del fruto al pednculo: cuando es expuesta Presencia de cera natural: reduce la transpiracin del productoPilosidad: retarda considerablemente la prdida de pesoFactores ambientalesLos principales son: temperatura y humedad relativa. Cuanto menor sea la temperatura y mayor la humedad relativa, menor ser la transpiracin de las frutas y hortalizas.Para una indicacin precisa del potencial para la prdida de humedad, el DPV (Dficit de presin de vapor) debe ser calculado.

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FACTORES QUE AFECTAN LA TRANSPIRACINEl dficit de presin de vapor (DPV) es la diferencia entre la presin real y la presin de vapor de la atmsfera saturada a la misma temperatura, o sea:

100 HR(TC) DPV = -------------------- X PVH2O(TC) 100

Donde:

TC = Temperatura del ambienteHR = Humedad relativa del aire a la T CPVH2O = Presin de vapor de agua (saturacin) a T C mmHg

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FACTORES QUE AFECTAN LA TRANSPIRACIN - 1La temperatura y humedad relativa con la presin de vapor y el dficit de presin de vapor (DPV). Por medio de este cuadro se pueden comparar fcilmente las tasas de transpiracin de frutas y hortalizas almacenadas bajo condiciones diferentes.

Otro factor ambiental que afecta la transpiracin es el movimiento del aire sobre la superficie de las frutas y hortalizas.

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FACTORES QUE AFECTAN LA TRANSPIRACINPor ejemplo, supongamos dos lotes de paltas:Lote 1 (Temperatura a 5C y HR a 90%)Lote 2 (Temperatura a 20C y HR a 70%)Cul de ellos perder agua ms rpidamente? Por el Cuadro se tiene:DPV = 0,65 para t = 5C y HR = 90%DPV = 5,26 para t = 20C y HR = 70% 5,26 Velocidad de transpiracin = -------- = 8,0 0,65Por lo tanto, las paltas almacenadas a t = 20C y HR = 70% perdern agua (peso) a una velocidad de ocho veces mayor que los frutos a la t = 5C y HR = 90%.

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Relacin de la temperatura y humedad relativa con la presin de vapor de agua y el dficit de la presin de vapor

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REDUCCIN DE LA TRANSPIRACINLa transpiracin es un proceso fsico que puede ser reducido si son adoptadas prcticas de manejo postcosecha. Dentro de ellas se consideran:

Evitar daos mecnicos

Minimizar la exposicin a grandes DPV

Mnimo gradiente de presin

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Evitar daos mecnicos

Las frutas y hortalizas tambin pierden agua a travs de pequeas fisuras resultantes del mal manejo

Abrasiones, rasguos y otros daos que remueven y debilitan las capas protectoras exteriores de las frutas deben ser evitadas al mximo. Adems de estimular la tasa de transpiracin se constituyen en puertas de entrada de microorganismos

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Minimizar la exposicin a grandes DPV

Reducir rpidamente la temperatura del producto al mnimo que pueda soportar (preenfriamiento)

Colocar las frutas y hortalizas en ambientes con altas humedades relativas

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Minimizar la gradiente de presin de vapor

No exponer las frutas y hortalizas a movimientos de aire sin necesidad

Encerar las superficies de las frutas y hortalizas, cuando sea posible

Utilizar pelculas flexibles para embalar el producto

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TRANSFORMACIONES BIOQUMICAS

En el proceso de maduracin, se realizan innmeras transformaciones en la composicin de estos productos. Las ms importantes son las relacionadas con el consumidor, como son los cambios en el color, la textura, sabor y aroma. Las principales transformaciones de inters comercial se dan en los:Carbohidratoscidos orgnicosPigmentosCompuestos fenlicosCompuestos voltiles

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CARBOHIDRATOSLas frutas y hortalizas contienen carbohidratos de un 10 a 25% de sus pesos frescos. Los principales carbohidratos son: Azcares (sacarosa, glucosa y fructosa) Polisacridos (celulosa, almidn y pectina)La mayora de las transformaciones bioqumicas estn relacionadas con los carbohidratos. La maduracin y el ablandamiento son normalmente acompaados por el catabolismo de los polisacridos de la pared celular.

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CARBOHIDRATOSHidrlisis del almidn

Su conversin en azcares, por la hidrlisis, es altamente deseable desde el punto de vista de la maduracin en las frutas. Durante la maduracin controlada del pltano se observa una disminucin de almidn de 20 a 23% para 1 a 2% (fruta madura), al mismo tiempo que los azcares solubles aumentan de cantidades menores de 1% a casi 20%. Estos azcares, en cada estado de maduracin, obedecen la siguiente relacin: sacarosa 65%, glucosa 29% y fructosa 15%.

Solubilizacin de las protopectinas

Durante al maduracin la reduccin de la firmeza debido al ablandamiento causado por la progresiva solubilizacin de las protopectinas en pectinas o cido pctico.

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CIDOS ORGNICOSLos cidos orgnicos son productos intermediarios del metabolismo respiratorio de las frutas y hortalizas, siendo que stas son normalmente cidas en la reaccin, o sea, poseen pH

cidos orgnicos predominantes en frutas y hortalizas

La prdida de la acidez puede ser debido a la menor capacidad de sntesis de cidos orgnicos en frutas maduras.

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PIGMENTOS

El color es uno de los atributos sensoriales que cada vez se torna ms importante, en la medida que tales productos son exportados, expuestos y vendidos en supermercados.La especial coloracin de las frutas y hortalizas es extremadamente inductora de apetencia, este atributo es ms acentuado en las frutas tropicales. Los colores sirven como criterio, en la evaluacin visual utilizada por los consumidores, para determinar si las frutas y hortalizas estn maduras. La apariencia vistosa de las frutas y hortalizas es el resultado de la presencia de pigmentos naturales en las clulas de sus tejidos. Entre esos pigmentos: ClorofilaCarotenoides Antocianinas

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PIGMENTOS - EJEMPLOS

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Clorofilas

Las clorofilas (a y b) constituyen la clase de pigmentos ms ampliamente distribuidos en la naturaleza.Son esenciales para la fotosntesis, sntesis de carbohidratos. Para la gran mayora de las frutas y hortalizas, la primera seal de maduracin es la prdida de la coloracin verde.

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Antocianinas

Las antocianinas son pigmentos del grupo de pigmentos rojizos, y que pueden variar de rojo vivo al violeta y azul. La calidad de algunas frutas puede ser relacionada con el estado en que se encuentra el pigmento. Por ejemplo, determinadas frutas son consideradas maduras cuando el desarrollo de las antocianinas llega a determinado nivel.

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Carotenoides Los carotenoides son un grupo importante responsables de los colores amarillos y rojos de las frutas y hortalizas. Gran parte de ellos en forma de fucoxantina en diversas algas y los tres principales caratonoides de las hojas verdes, lutena, violaxantina y neoxantina. Asimismo, otros como el -caroteno y la zeaxantina se producen en menor proporcin, pero estn muy difundidos. En ciertas plantas predominan otros pigmentos, como el licopeno en los tomates, la capsantina en los pimientos rojos, la bixina en el achote. En el pltano los carotenoides pueden ser sintetizados durante el desarrollo del fruto en la planta, pero son enmascarados por la presencia de la clorofila. Como ejemplo de carotenoides se tiene: - Caroteno: coloracin amarilla de mangos, papaya, maracuy amarillo, etc.Licopeno: coloracin roja de la pulpa de guayaba y papayaEl contenido de -caroteno es importante desde el punto de vista nutricional, por ser precursor de la vitamina A.

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Carotenoides

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Compuestos fenlicos

Constituyen los substratos para el oscurecimiento enzimtico, esto es, la oxidacin de los compuestos fenlicos en o-quinonas mediados por la polifenoloxidasa.

La astringencia tambin est asociada a los compuestos fenlicos en algunas frutas como en el maran, pltano, etc.

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Compuestos voltiles

Los compuestos voltiles son los responsables del aroma caracterstico de las frutas y hortalizas. En gran parte son esteres, alcoholes, aldehidos y cetonas y estn presentes en pequeas cantidades.

Un gran nmero de compuestos voltiles estn siendo identificados, en la medida que se avanza en las tcnicas de separacin y mtodos de cromatografia gaseosa; por ejemplo, se han identificado para la pia 117 voltiles, 40 para mango, 183 para pltano, 46 para guayaba.

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Compuestos voltiles de importancia sensorial en las frutas

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DAOS CAUSADOS POR EL FRO (CHILLING INJURY)

La exposicin de las frutas y hortalizas a bajas temperaturas, pero a temperaturas mayores de sus puntos de congelacin, tambin pueden llevar a alteraciones en su metabolismo y a la muerte de sus clulas.

El dao resultante de este manejo inadecuado es denominado de disturbio fisiolgico causado por el fro, o chilling injury.

Las diferentes frutas y hortalizas presentan diferentes susceptibilidades a este disturbio; generalmente, los originarios de los trpicos y subtrpicos son las ms susceptibles, o sea, existen sntomas caractersticos de chilling a temperaturas mayores.

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Los sntomas ms caractersticos

Oscurecimiento: interno o externo; color marrn o negro. Pequea depresin en la cscara: como si las frutas y hortalizas hubiesen sido pasadas sobre arena. Maduracin anormal: coloracin irregular; sabores y aromas no caractersticos.Aumento de incidencia de microorganismos: disminucin de la resistencia.

OBSERVACIN: Este dao puede ocurrir durante el periodo de transporte y almacenamiento, como en los canales de comercializacin o en casa (refrigeradora). Los efectos dainos son siempre aditivos y acumulativos

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Sintomas de disturbio fisiolgico causado por el fro en frutas

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FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DAO POR FRIO

Temperatura

Hay una temperatura mnima, por debajo de la cual ocurre el disturbio fisiolgico causado por el fro, es denominada temperatura mnima de seguridad (TMS). La mayora de las frutas tropicales la TMS est situado entre 6 a 14C.

Binomio tiempo/temperatura

El chilling injury es mayor:Cuanto menor es la temperatura de almacenamiento.Cuanto mayor es el periodo de exposicin Los ejemplos tpicos son los pltanos Gross Michel que desarrollan chilling injury despus de 14 das a 11,1 C y despus de 9 das a 10,5C. Pero el cultivo Lacatan muestra sntomas de este dao despus de 10 das a 13,3 C y despus de 6 das a 12,2 C.

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FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DAO POR FRIO

Estado de maduracin

El estado de maduracin de las frutas y hortalizas parece afectar al disturbio fisiolgico por el fro. As, frutas inmaduras generalmente son ms susceptibles a este dao que las ms maduras. Se recomiendan las siguientes temperaturas para el almacenamiento de algunas frutas, en funcin de sus estados de maduracin:Pia verde: 8,3 a 10CPia, 25% amarillo: 4,4 a 6,7CPltano verde:12,8 a 14,4CPltano maduro:12,8CPapaya verde:10CPapaya ms verde que amarillo: 8,3C

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DAO POR FRIO

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