Estudio del efecto de recubrimientos a base de almidón y quitosano con

incorporación de cera de candelilla en la vida útil de fresas cultivadas en

Colombia

Proyecto de grado

Autora:

Claudia Nathalia Torres Ortiz

Asesor:

Felipe Salcedo, PhD

Coasesor:

Ariel Mauricio Vaca, MSc

Universidad de los Andes

Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Química

2017

Bogotá D.C.

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Resumen

En este estudio se emplearon recubrimientos comestibles basados en almidón de yuca, quitosano y cera de

candelilla para mejorar la calidad y la vida útil de fresas. Las frutas fueron lavadas, desinfectadas, recubiertas por

inmersión y almacenadas a 4°C durante 10 días. Por otro lado, se almacenaron a temperatura ambiente (15°C)

durante 5 días. Mediante el recubrimiento de las frutas, se logró proteger a las fresas contra el hongo Rhizopus

stolonifer utilizando el recubrimiento de quitosano/glicerol y quitosano/cera, siendo más efectivo el recubrimiento

de quitosano (4% w/w/) con cera de candelilla (25%) para este fin. En consecuencia, los recubrimientos comestibles

seleccionados en este estudio permiten extender la vida útil de la fresa debido a que mejoran características de

calidad como el color de la fresa y la pérdida de peso del producto (16.3 %), lo cual indica que fue capaz de evitar

la degradación de la fruta.

Abstract

In this study, edible coatings based on cassava starch, chitosan and candelilla wax were used to improve the quality

and shelf life of strawberries. The fruits were washed, disinfected, coated by immersion and stored at 4°C for 10

days. On the other hand, they were stored at room temperature (15°C) for 5 days. By coating the fruits, the

strawberries were protected against the fungus Rhizopus stolonifer using the coating of chitosan/glycerol and

chitosan/ candelilla wax, being more effective the coating of chitosan (4% w/w) with candelilla wax (25%) for this

purpose. Consequently, the edible coatings selected in this study allow to extend the useful life of the strawberry

because they improve quality characteristics such as the color of the strawberry and the weight loss of the product

(16.3%), which indicates that it was capable of avoid the degradation of the fruit.

Objetivos

Objetivo general

Evaluar el efecto de la implementación de recubrimientos comestibles a base de quitosano y almidón con

incorporación de cera de candelilla en las fresas cultivadas en Colombia.

Objetivos específicos

I. Producir recubrimientos comestibles a partir de almidón y quitosano con cera de candelilla.

II. Establecer cuál formulación de recubrimiento tiene el mayor efecto antifúngico por medio de la inhibición en el

crecimiento del hongo Rhizopus stolonifer.

III. Aplicar los recubrimientos con mayor inhibición en el crecimiento del hongo y evaluar su efecto en la

prolongación de la vida útil de fresas cultivadas en Colombia.

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1. Introducción

Actualmente, los consumidores demandan productos alimenticios que sean frescos, saludables y de excelente

calidad. Las frutas y los vegetales son nutrientes esenciales de una dieta saludable, debido a que, aportan fibra,

vitaminas, minerales, agua y antioxidantes, los cuales son beneficiosos para la salud, contribuyendo a la

prevención de muchas enfermedades [1] [2]. Sin embargo, los alimentos de origen vegetal son altamente

perecederos debido a que contienen entre un 80-90% de agua en peso, que se refleja en una alta actividad acuosa

(Aw) que favorece el crecimiento de todo tipo de microorganismos. Las mayores pérdidas en la calidad de las frutas

frescas ocurren entre la cosecha y el consumo [3].

Cuando el fruto se encuentra cosechado, existe una diferencia entre el consumo de oxígeno y la producción de

dióxido de carbono. En esta nueva condición, la transferencia de gases aumenta, causando una pérdida metabólica

que implica una maduración gradual de la fruta. La tasa de transferencia de gas depende de diferentes factores

internos y externos. Los factores internos incluyen las condiciones de cultivo, el crecimiento y el tipo de fruta que

se cultiva mientras que los factores externos implican la composición atmosférica (proporciones de O2, CO2 y

etileno), la temperatura, entre otros [3] [4]. Adicionalmente, la contaminación de la pulpa de la fruta puede ocurrir

a partir de la cáscara del fruto. De esta forma el deterioro de la fruta conlleva a un daño a nivel bioquímico que

tiene como consecuencia un cambio de color, malos olores o sabores y pérdida de la textura [3]. Por lo tanto, se

disminuye considerablemente la calidad del fruto y hay un alto riesgo para el consumidor debido a que puede haber

presencia de microorganismos patógenos y toxinas.

Una posible solución para prolongar la vida útil de las frutas es el uso de películas comestibles. Los recubrimientos

comestibles tienen la capacidad de reducir la humedad, el intercambio de gases, la respiración y reacciones

oxidativas [5]. Cabe destacar que los polímeros son el material más utilizado e importante para empacar alimentos

[6] [7]. Los polímeros más comunes en la formulación de películas comestibles son las proteínas (gelatina y

colágeno) y los polisacáridos (almidón y quitosano) que pueden ser utilizados combinados o aislados [8].

El material más abundante, renovable y de bajo costo para producir recubrimientos es el almidón [9]. El almidón

es un polisacárido, que se obtiene únicamente de los vegetales y se conforma por la mezcla de dos sustancias:

amilosa y amilopectina. La amilosa es responsable de la formación de la película. [10]. El almidón se utiliza para

producir películas biodegradables para reemplazar parcial o totalmente a los polímeros sintéticos. Sin embargo, la

aplicación de la película de almidón está limitada por su baja resistencia mecánica y baja barrera contra

compuestos de baja polaridad. En el caso de las películas de almidón es necesario agregar un plastificante para

poder aumentar la flexibilidad de la película. [11] Los plastificantes permiten aumentar el volumen libre de la

molécula del biopolímero. Uno de los plastificantes más utilizados para las películas de almidón es el glicerol [12].

El glicerol, al poseer grupos hidroxilo, tiene una fuerte afinidad con las moléculas de agua, permitiendo que las

películas que contienen glicerol retengan fácilmente el agua dentro de su matriz y formen enlaces de hidrógeno.

Por lo tanto, el glicerol actúa como agente retenedor de agua [13].

El quitosano es un polisacárido lineal que proviene de las cáscaras de los crustáceos y es el segundo polímero

más abundante en la naturaleza después de la celulosa [11] [14] [15]. El quitosano posee propiedades antifúngicas

y antibacterianas. Las razones para utilizar quitosano en películas comestibles son: buena formación de película,

buenas propiedades mecánicas, no toxicidad y una naturaleza relativamente más hidrófoba que podría

proporcionar una mayor resistencia a la humedad [16]. Adicionalmente, puede formar películas transparentes para

mejorar la calidad y prolongar la vida útil de productos alimenticios, específicamente de frutas como las fresas

frescas o el mango [17]. En general, las películas de quitosano son compactas y su superficie tiene un contorno

liso, sin poros o grietas. Uno de los principales problemas de este biopolímero es que es costoso dado que se debe

obtener un grado alto de desacetilación de la quitina (80-85% o superior) para que se forme un producto de

quitosano que sea soluble [11].

3

Cabe resaltar que es fundamental encontrar un aditivo en las biopelículas que prevenga el crecimiento de

microorganismos patógenos. La cera de candelilla es un aditivo natural que tiene como ventaja principal su efecto

antifúngico [18]. De acuerdo con la literatura, la cera de candelilla es una alternativa para evitar la pudrición blanca

producida por el hongo Rhizopus sp. en frutas, específicamente en manzanas y fresas [19] [20].

En este trabajo de investigación, la fresa (Fragaria ananassa) fue la fruta seleccionada para evaluar el efecto del

recubrimiento, ya que tiene una vida útil muy corta, dado que posee un contenido superior al 90% en agua [21].

Su epidermis es turgente (se hincha) y posee una elevada tasa de respiración, lo cual la hace susceptible a la

invasión de algunos organismos fitopatógenos. Estos factores contribuyen a pérdidas potenciales en la

postcosecha. No obstante, el fruto no continúa con el proceso de maduración después de ser cosechado, es decir,

no es una fruta climatérica. La sensibilidad al daño físico y pudriciones se acentúa por altas temperaturas que

prevalecen en el campo durante la espera para el transporte de la fruta hacia su destino de comercialización [22].

Dado lo anterior, la presencia de microorganismos como las levaduras y los mohos reducen la vida útil del fruto.

Los principales hongos reportados y que afectan las fresas en la postcosecha son: Aspergillus niger, Botrytis

cinerea, Colletotrichum spp., Mucor spp., Penicillium sp. y Rhizopus stolonifer [22] [23]. De los hongos

anteriormente mencionados, Botrytis cinerea y Rhizopus stolonifer son los hongos que más afectan la calidad de

las fresas en postcosecha, ya que las pudriciones que causan están relacionadas directamente con los daños

físicos al fruto. Las pérdidas pueden llegar a ser mayores al 40% antes de que lleguen al consumidor [24].

La fresa hace parte del grupo de frutas que tienen gran potencial en varios mercados, por ejemplo, el mercado

interno de Colombia se autoabastece de fresa ya que se encuentran generalmente buenos precios. Las variedades

más utilizadas comercialmente son la Monterrey (mejor tamaño) y la Albión (alta productividad, tamaño y sabor)

[21] . Según estadísticas oficiales, en el 2014 se produjeron 43.777 toneladas de fresas con un rendimiento del

35.28% (tn/ha). La tasa de crecimiento promedio anual en toneladas es del 10.23 % y el volumen exportado se ha

incrementado en 45.4 % desde el 2012. [25]. La distribución departamental de la producción de fresa es liderada

por el departamento de Cundinamarca. En términos geográficos, hoy en día el cultivo de fresa se encuentra

concentrado en la Sabana de Bogotá [21]. La fresa, es un producto que ha sido considerado como uno de los más

rentables en la categoría de frutas en el entorno colombiano debido a que los precios del mercado se han

mantenido muy por encima de los costos de producción y comercialización.

En el presente proyecto de grado se estudió la funcionalidad e implementación de recubrimientos de almidón de

yuca y de quitosano con el aditivo anti fúngico cera de candelilla sobre frutas de fresa. Lo anterior cobra importancia

en Colombia, dado que la fresa es una fruta muy comercializada y requiere un manejo especial para poder evitar

su deterioro, especialmente en lo concerniente a la contaminación con hongos.

2. Materiales

2.1 Reactivos

Los biopolímeros utilizados en este estudio fueron quitosano de bajo y medio peso molecular (Sigma-Aldrich) y

almidón de yuca (BellChem S.A.). El aditivo antifúngico utilizado fue la cera de candelilla (Bellchem). Otros

reactivos utilizados fueron el ácido acético glacial (marca MERCK), el glicerol (USP grade) y los surfactantes no

iónicos Span 80 con un HLB de 4.3 y Tween 20 con un HLB de 16.7. Todos los reactivos utilizados fueron de grado

analítico.

2.2 Microorganismos y medio de cultivo

Los hongos probados en los diferentes ensayos fueron Botrytis cinerea, Penicillum sp y Rhizopus stolonifer, que

fueron suministrados por el laboratorio de Micología y Fitopatología (LAMFU) de la Universidad de los Andes.

Todos los hongos fueron cultivados en Papa Dextrosa Agar (PDA).

2.3 Fruta seleccionada

Las fresas seleccionadas para llevar a cabo este estudio fueron las denominadas “Albión” las cuales fueron

suministradas por la empresa Frubaté®.

4

3. Metodología

3.1 Estudios preliminares

En este estudio se determinaron las formulaciones de las películas (almidón y quitosano). Se seleccionó la mejor

formulación con base en las propiedades de barrera al vapor de agua y las resistencias mecánicas de las películas.

Se encontró que la mejor concentración del polímero (almidón y quitosano) fue del 4% y la de glicerol fue del

40%(w/w), respecto al polímero seco. En el caso de la cera de candelilla se determinó que la mejor concentración

fue la de 25%(w/w), respecto al polímero seco.

3.2 Formulación de recubrimientos

Se produjeron películas de quitosano de bajo y medio peso molecular y de almidón de yuca. En ambos casos se

adicionó una solución de glicerol con una concentración del 40% (w/w) respecto al polímero seco. Otro tipo de

recubrimiento incorporó la cera de candelilla como agente antimicrobiano, la cual fue añadida en forma de emulsión

(cera con agua) al 10 % (w/w), respecto al polímero seco. La concentración de cera seleccionada fue del 25%,

respecto al polímero seco, debido a que esta concentración permitía una viscosidad alta.

3.3 Preparación de soluciones formadoras de película 3.3.1 Solución de almidón de yuca

Se preparó una solución base del 5%(w/w) de almidón con agua. Se generó una solución final del 4%(w/w). Se

dispersó el almidón y se calentó la solución a temperaturas mayores a 80°C durante una hora, para garantizar la

gelatinización. Se preparó una solución madre de glicerol con agua del 10% (w/w). Se agregó la cantidad requerida

de la solución de glicerol, es decir 40% (respecto a la concentración de biopolímero inicialmente agregada) en un

homogeneizador (Dispermat) durante 15 minutos a una agitación de 1000 rpm.

3.3.2 Solución de quitosano

Se preparó una solución de ácido acético en agua con una concentración de 1.5% (v/v). Posteriormente, se agregó

quitosano para formar una solución del 1% (en agua) bajo una agitación constante de 1000 rpm durante 15 minutos.

Se agregó luego la cantidad requerida de la solución madre de glicerol preparada con una concentración del 10%

(w/w) a 1000 rpm durante 15 minutos.

3.3.3 Suspensiones de cera de candelilla con agua

Se pesaron 2 gramos de cera de candelilla y se calentaron hasta que se encontraran en estado líquido. Se pesaron

0.2 g de Span 80 (surfactante) y se calentó hasta 75°C. Se mezcló el Span 80 con la cera usando un agitador

magnético durante 15 minutos. Adicionalmente, se mezclaron 100 ml de agua con 3.7 g de Tween 20(surfactante)

manteniendo en agitación magnética durante 15 minutos. Posteriormente, se calentó la mezcla hasta 75°C. Se

agitó la mezcla agua-Tween en un Dispermat a 2000 rpm. Luego, se agregó la mezcla de Span con cera de

candelilla gota a gota. Se mantuvo en agitación en el Dispermat durante 15 minutos [26].

3.3.4 Soluciones con aditivo (cera de candelilla)

Una vez se contó con el biopolímero a la concentración deseada (4% w/w) y la solución de glicerol incorporada,

se agregó la emulsión de cera en un homogeneizador (Dispermat) durante 15 minutos a una agitación de 1000

rpm. Se adicionó la cantidad requerida (en mL) de la emulsión de cera al 25 %.

3.4 Preparación de películas

Se vertieron 15 mL de las soluciones previamente preparadas en cajas de Petri de tamaño 60X15 mm. Se

almacenaron en un secador de bandejas a 18°C, durante 48 horas hasta obtener peso seco constante.

3.5 Permeabilidad al vapor de agua

La permeabilidad al vapor de agua de todas las formulaciones de películas fue medida según la norma ASTM E96.

Se cortan las películas de los polímeros formuladas previamente con un diámetro de 3 cm para sellar celdas de

aluminio esmaltadas. Cada celda se rellena con 12 gramos de gel de sílice que fue previamente secada en un

5

horno a 100°C durante 2 horas, hasta una altura de 6mm por debajo de la película. Se ingresan las celdas en una

cámara de estabilidad que se mantiene a una humedad relativa del 75% y temperatura constante del 25°C. Se

registra el peso cada hora, luego de alcanzar el estado estacionario después de 2 horas de ingresar las celdas

[27]. La permeabilidad al vapor (WVP) se calculó como:

𝑊𝑉𝑃 = (𝑊𝑉𝑇𝑅

𝑆∆R) ∗ 𝑑 [27]

Ecuación 1. Cálculo de permeabilidad del vapor de agua (WVP)

Donde S es la presión de saturación de vapor, d es el espesor de la película, ∆R es el gradiente de humedad. El

término WVTR se refiere al flux de vapor que se calcula como la pendiente de la gráfica de cambio de peso (g) vs

tiempo(s). Se realizaron dos réplicas por cada formulación.

3.6 Implementación del recubrimiento

La selección de la fresa se hizo de acuerdo con el color de la fruta (75% rojo en la superficie del color), tamaño

uniforme, ausencia de infecciones por hongos y de daño físico. La variedad seleccionada fue la Albión. La

fresa debió ser desinfectada, lavada y secada antes de aplicarle el recubrimiento. Se desinfectó con un

limpiador de frutas y verduras natural Ecohome®, luego se lavó con agua destilada y se dejó secar. Se

utilizaron cuatro grupos de fresas: control (fresa sin recubrimiento), almidón con cera de candelilla,

quitosano y quitosano con cera de candelilla.

Se evaluaron dos tipos de aplicación del recubrimiento: “Brushing” e inmersión. En el caso de Brushing se mojó

una brocha con la solución de cada tratamiento propuesto y se procedió a recubrir la fresa. Por otro lado, en el

caso de inmersión, se sumergió toda la fresa en la solución de cada tratamiento propuesto durante dos minutos

[10].

3.7 Análisis microbiológico

3.7.1 Selección de hongo

Para seleccionar el hongo que más afectaba a las fresas, se solicitaron tres hongos en el laboratorio LAMFU de

Microbiología de la Universidad de los Andes. Estos hongos fueron Botrytis cinerea, Penicillum sp y Rhizopus

stolonifer. Los hongos se inocularon y se incubaron a 25°C durante 5 días. Para poder realizar la anterior selección

se tomaron como parámetros la velocidad de crecimiento y el color del hongo.

3.7.2 Pruebas in situ de susceptibilidad de las fresas frente a la contaminación del hongo Rhizopus

stolonifer

Se realizó una prueba in situ de susceptibilidad, en la cual se buscaba evaluar el crecimiento del hongo fitopatógeno

Rhizopus stolonifer en los cuatro grupos de fresas planteados: control (sin el recubrimiento), almidón con cera de

candelilla, quitosano y quitosano con cera de candelilla. Se utilizaron 15 fresas por cada grupo para un total de 60

fresas. Las fresas de cada grupo fueron sumergidas en una suspensión de esporas del hongo que se encontraba

en una concentración inicial de 106 conidios/mL [22]. Se realizó una observación macroscópica de las fresas para

evaluar de manera cualitativa el posible deterioro microbiológico en cada grupo. La prueba se realizó a temperatura

ambiente (14°C) durante 5 días.

3.8 Evaluación de la vida útil de fresas con recubrimientos

Con el fin de evaluar la efectividad de los recubrimientos en la fruta, se planteó un diseño experimental con factores

de tratamiento y tiempo, mediante la medición de parámetros fisicoquímicos sobre el fruto. Se evaluó la aplicación

en tres recubrimientos dado los resultados obtenidos en el análisis microbiológico efectuado. Estos recubrimientos

son control (sin recubrimiento), quitosano sin cera y quitosano con cera de candelilla.

Se utilizaron 66 fresas por cada grupo. Se utilizaron 10 réplicas por día para la medición de los parámetros químicos

y 16 para los parámetros físicos, para cada grupo. Se mantuvo todas las fresas a temperatura ambiente durante

6

todo el tiempo de evaluación. Se realizó una caracterización fisicoquímica el día 1, 2, 3, 4. Se debe tener en cuenta

que esta prueba dura únicamente 5 días dado que la fresa a temperatura ambiente se deteriora en este período

de tiempo. Adicionalmente, se realizó una experimentación en refrigeración (10°C) con una humedad relativa de

36%. En este caso se utilizaron 15 fresas por cada grupo para la medición de la pérdida de peso únicamente. Esta

prueba duró diez días, dado que en refrigeración las fresas cuentan con una mejor preservación.

3.8.1 Evaluación de parámetros físicos de las fresas

3.8.1.1 Pérdida de peso

Se pesaron las fresas en una balanza electrónica (Mettler Toledo) con precisión de 0.001 g. Se calculó la diferencia

entre el peso final (día 4) e inicial (día 0), que se expresó en porcentaje. Para esta prueba se usaron en total 16

fresas.

3.8.1.2 Cambio de color

Se midió el cambio de color de las fresas por medio de un colorímetro DR/890. El colorímetro proveyó tres

coordenadas LAB (L*, a*, b*). Donde L* representa la luminosidad (0) o la oscuridad (100), a* representa el

componente verde (-) o el rojo (+) y b* el componente azul (-) o amarillo (+). Para esta prueba se usaron siempre

las mismas 16 fresas.

3.8.1.3 Textura

Se midió la firmeza de las fresas por medio de un texturómetro (Stable Micro Systems). Para ello se realizó una

prueba de punción y compresión. En la prueba se utilizó la inserción de la aguja de 5mm en la fresa, a una velocidad

de 60 mm/s y a una profundidad de 5mm. Esta prueba es fundamental debido a que la fresa tiene un deterioro

rápido en cuanto a su textura [24].

3.8.2 Evaluación de parámetros químicos de las fresas

Para la medición de las propiedades químicas se extrajo el jugo de las fresas seleccionadas por día (10 réplicas)

en cada tratamiento. Se licuaron las fresas durante 1 minuto y se usaron 250 mL de agua destilada. El jugo

resultante se filtró al vacío.

3.8.2.1 Medición de pH

Se determinó el pH del jugo de la fruta utilizando un multiparámetro (Mettler Toledo) con precisión de 0.001 [28].

3.8.2.2 Sólidos solubles totales

Se tomó una muestra del jugo de la fruta y se colocó sobre el prisma del refractómetro (Mettler Toledo). La medida

se reportó en grados °Brix [28].

3.9 Análisis estadístico

Se utilizó el software Minitab 18 para analizar estadísticamente las diferencias significativas entre los diferentes

tratamientos utilizados. El análisis fue desarrollado utilizando la prueba t-student pareada con un nivel de

significancia de p<0.05.

4. Resultados y análisis

4.1 Producción de recubrimientos

Se lograron producir películas tanto de quitosano como de almidón de yuca. En su apariencia, las películas de

quitosano son más uniformes y gruesas que las películas de almidón de yuca. Se eligió el almidón como punto de

referencia respecto al quitosano debido a que otros estudios ya han demostrado la actividad antimicrobiana que

posee el quitosano. El efecto antifúngico es una propiedad deseada en los recubrimientos de la fresa [28]. Sin

embargo, el almidón tiene como principal ventaja su bajo costo en comparación del quitosano. Las imágenes de

los recubrimientos producidos se encuentran en el Anexo 1.

7

4.2 Permeabilidad al vapor de agua

Se determinó por medio de gravimetría, la permeabilidad al vapor de agua de las películas de quitosano,

almidón/glicerol, quitosano/glicerol, almidón/cera y quitosano/cera. El quitosano utilizado para formar las películas

fue el de bajo peso molecular. La Figura 1 muestra la comparación de esta propiedad entre diferentes películas.

Cabe resaltar que todas las películas tienen el mismo porcentaje de glicerol (40%) y de cera (25%) respecto al

biopolímero seco. Los resultados obtenidos se muestran en la Figura 1.

Figura 1. Prueba de permeabilidad al vapor de agua en las películas de diferentes tipos de recubrimientos

Se puede apreciar en la Figura 1 que, en el caso del almidón la adición de cera aumenta alrededor de 3 veces la

permeabilidad al vapor al agua. Lo anterior se evidencia ya que la película de almidón/glicerol alcanzó una

permeabilidad al vapor de agua de 3,20E-11 g/msPa, mientras que la película de almidón/cera una permeabilidad

al vapor de agua de 1,08E-11 g/msPa. A su vez, la adición de cera a las películas de quitosano aumentó casi 2

veces la permeabilidad al vapor. Sin embargo, no fue una diferencia tan grande como en las películas de almidón.

Por otra parte, la película de quitosano es la que alcanzó la menor permeabilidad al vapor de agua con un valor de

5,0E-12 g/msPa, mientras que la de mayor permeabilidad al vapor fue la película de almidón con cera de candelilla

con un valor de 3,20E-11 g/msPa. En otro estudio, se reportó también que las películas de almidón presentaban

una mayor permeabilidad al vapor de agua que las películas de quitosano [29].

En este sentido, se espera que mediante la aplicación de recubrimientos en la fruta se logre mejorar la

permeabilidad al vapor de agua que ofrece naturalmente la matriz vegetal de las frutas, con el propósito de reducir

la deshidratación de la fresa. Por lo tanto, considerando la característica hidrofílica del recubrimiento, se espera

una disminución en la permeabilidad al vapor de agua de las muestras después de la aplicación del recubrimiento.

De acuerdo con la literatura, la adición de un aditivo lipídico, como es el caso de la cera de candelilla, mejora la

hidrofobicidad de las películas, lo que resulta en un aumento de la permeabilidad al vapor de agua de las películas

[10]. Adicionalmente, en la literatura se pueden encontrar datos que sugieren que la incorporación de cera por

encima de ciertos niveles no tiene efecto en la reducción de la permeabilidad al vapor [30]. De acuerdo con lo

anterior, resulta lógico que en los resultados anteriores se evidencie un aumento de la permeabilidad al vapor

debido a la adición de cera de candelilla como aditivo.

4.3 Implementación del recubrimiento sobre las fresas

Se realizó una prueba para determinar si es conveniente utilizar el método de “brushing” o inmersión para aplicar

la solución del biopolímero determinado en las fresas. Se utilizaron diferentes recubrimientos: 4% almidón con 40%

glicerol, 4% quitosano con 40% glicerol, 4% almidón con 40% glicerol y 2% cera y control (sin recubrimiento) en

ambos casos. En la Figura 2 se observan los resultados de brushing. Por otro lado, en la Figura 3 se observan

los resultados de inmersión.

0

5E-12

1E-11

1,5E-11

2E-11

2,5E-11

3E-11

3,5E-11

4E-11

Quitosano, concera

Quitosano Almidón, concera

Almidón, sincera

WV

P(g

/msP

a)

Película

8

Figura 2. Fresas recubiertas por brushing. Día 1(izquierda). Día 6(derecha). A: quitosano/glicerol. B: almidón/glicerol. C: almidón/cera. D: control

Figura 3. Fresas recubiertas por inmersión. Día 1(izquierda). Día 6 (derecha). A: quitosano/glicerol. B: almidón/glicerol. C: quitosano/cera. D: control

El recubrimiento mediante el método de brushing no permitió que se dispersara homogéneamente el recubrimiento

en toda la superficie de la fresa. Lo anterior se evidencia en la Figura 2, dado que pasados los seis días crecieron

hongos en todas las fresas. Por otro lado, cuando se realizó el recubrimiento mediante inmersión se evidenció un

resultado favorable ya que se observó una dispersión homogénea en toda la superficie de la fruta. Adicionalmente,

este método permitió obtener una uniformidad en superficies irregulares, como es el caso de la fresa [28]. De

acuerdo con lo anterior, se seleccionó el método de inmersión para el recubrimiento en las fresas.

4.4 Análisis microbiológico.

4.4.1 Selección del hongo

A partir de los tres hongos provistos por el LAMFU (B. cinerea, Penicillum sp y R. stolonifer) se seleccionó R.

stolonifer que junto con B. cinerea han sido identificados como principales causantes de pudriciones en

postcosecha de la fresa. Sin embargo, R. stolonifer resultó más fácil de manipular en el laboratorio. Esta decisión

se tomó luego de realizar los cultivos en medio de cultivo agar papa dextrosa (PDA) durante cinco días.

Se descartó el hongo Penicillum sp debido a que es menos común en la contaminación de las fresas y presentaba

un color rojizo que resultaría más difícil de evaluar. En cuanto a B. cinerea se apreció un crecimiento muy lento.

Por lo tanto, el hongo seleccionado fue R. stolonifer para el estudio posterior. Lo anterior concuerda con la literatura

ya que el hongo que posee el crecimiento más rápido en las fresas es el Rhizopus stolonifer, lo cual hace que sea

el que se presente con mayor incidencia en estas frutas. Adicionalmente, la presencia de este hongo inhibe el

crecimiento de otros mohos [22]. En la Figura 4 se observa el crecimiento del hongo Penicillum sp, en la Figura 5

el hongo B. cinerea y en la Figura 6 el hongo R. stolonifer.

9

Figura 4. Crecimiento del hongo Penicillum sp. Figura 5. Crecimiento del hongo Botrytis cinerea. Día 1(izquierda). Día 5 (derecha). Día 1(izquierda). Día 5 (derecha).

Figura 6. Crecimiento del hongo Rizhopus stolonifer. Día 1(izquierda). Día 5 (derecha).

4.4.2 Pruebas de susceptibilidad in situ

En la Figura 7 se muestra la cantidad de fresas dañadas en función del tiempo. El término dañadas se refiere tanto

a las fresas atacadas con el hongo R. stolonifer como las fresas que evidencian pudrición que produce

oscurecimiento, malos olores y ablandamiento de la fresa. Aparte de eso, en la Figura 8 se muestra la cantidad de

fresas dañadas por el hongo R. stolonifer en función del tiempo. Adicionalmente, cabe resaltar que el estudio

fotográfico completo se encuentra en el Anexo 2.

Figura 7. Evolución del daño total de las fresas bajo diferentes tipos de recubrimiento

durante 5 días a temperatura ambiente

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 1 2 3 4 5

Can

tid

ad d

e fr

esas

Tiempo (días)

Fresas con daño total

Control Almidón+cera Quitosano Quitosano+cera

10

Figura 8. Evolución del daño provocado por el ataque del hongo R.stolonifer sobre las fresas durante 5 días a temperatura ambiente.

Durante la prueba de susceptibilidad in situ realizada con todos los recubrimientos, tanto el recubrimiento de

quitosano sin cera de candelilla como el de quitosano con cera de candelilla fueron beneficiosos ya que retrasaron

la descomposición de la fresa. Sin embargo, el recubrimiento de almidón con cera de candelilla no fue favorable

para la fresa, debido a que las fresas se descompusieron en un ritmo igual a las que no poseían recubrimiento, es

decir, el grupo de control. Lo anterior se puede apreciar en la Figura 9 y en la Figura 10.

Figura 9. Imagen de las Fresas del grupo control (sin recubrimiento). Día 5.

Figura 10. Imagen de las Fresas recubiertas de almidón con cera. Día 5.

Cabe resaltar que, durante la etapa de postcosecha, existen mecanismos complejos que se activan en las frutas

como respuesta a los ataques de patógenos, tales como los hongos y estos pueden utilizar el almidón como

nutriente [31]. Sin embargo, el almidón con cera de candelilla es un recubrimiento que no permitió que se activaran

de forma eficiente estos mecanismos y por ello no es efectivo como recubrimiento antifúngico en las fresas. Por lo

tanto, se descartó al almidón con cera de candelilla como opción factible para el recubrimiento de las fresas.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 1 2 3 4 5

Can

tid

ad d

e fr

esas

Tiempo (días)

Fresas con daño de hongos

Control Almidón+cera Quitosano Quitosano+cera

11

4.4.3 Conteo de fresas con hongos

Se realizó un conteo de las fresas dañadas con hongos en las 16 fresas seleccionadas para la evaluación de las

propiedades de pérdida de peso y cambio de color. De acuerdo con la Figura 11, se corroboró que el recubrimiento

de quitosano con cera de candelilla permitió que se disminuyera la cantidad de fresas dañadas con hongos durante

4 días, lo cual indica un efecto positivo del recubrimiento seleccionado como antifúngico.

Figura 11. Conteo de fresas dañadas con el hongo R.stolonifer de todos los tratamientos.

4.5 Evaluación de la vida útil de fresas con recubrimientos

4.5.1 Evaluación de parámetros físicos

4.5.1.1 Pérdida de peso

En primera instancia se realizó un estudio de los recubrimientos a temperaturas de refrigeración (4°C). Los

resultados obtenidos de pérdida de peso se presentan en la Figura 12:

Figura 12. Porcentaje de pérdida de peso de las fresas en los recubrimientos evaluados a temperatura de refrigeración.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 1 2 3 4

Can

tdad

de

fres

as

Tiempo (días)

Control Quitosano Quitosano+cera

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1 2 3 4 7 8 9 10

Pér

did

a d

e p

eso

(%

)

Tiempo (días)

Control Quitosano sin cera Quitosano con cera

12

Se puede observar en la Figura 12 que, en el último día el recubrimiento de quitosano sin cera fue el recubrimiento

que tenía el mayor porcentaje de pérdida de peso con un porcentaje del 45,9%. Por otro lado, el control y el

quitosano con cera tuvieron valores muy similares (19,5%) y (23,3%), respectivamente. Sin embargo, en este

estudio llevado a cabo en conservación de la fresa en temperaturas de refrigeración, las fresas se conservaron

durante los 10 días de estudio, ya que no presentaron daños causados por hongos. Lo anterior se evidencia en el

Anexo 3. Por lo tanto, se decidió hacer un estudio a temperatura ambiente (15°C). Los resultados de pérdida de

peso del correspondiente estudio se muestran en la Figura 13.

Figura 13. Porcentaje de pérdida de peso de las fresas en los recubrimientos evaluados a temperatura ambiente.

La pérdida de peso es un indicador importante de la frescura de la fruta y su control es un desafío para su

comercialización. Según la literatura, la causa principal de pérdida de peso es la migración de agua de la fruta al

medio ambiente [31]. Según lo esperado, los resultados mostraron que el porcentaje de pérdida de peso aumentó

en el tiempo en todos los tratamientos, como se puede apreciar en la Figura 12 y Figura 13.

En la Figura 13, que corresponde al estudio a temperatura ambiente, se aprecia que en el último día el

recubrimiento de quitosano sin cera tenía un porcentaje de pérdida de peso del 16.3% mientras que el quitosano

con cera tenía el porcentaje de pérdida de peso mayor que fue del 21.1%. Por otro lado, el porcentaje de pérdida

de peso sin ningún tratamiento es del 28.5%. Lo anterior ocurre debido a las diferencias en las capacidades entre

los diferentes tratamientos para reducir la pérdida de peso que se le puede atribuir a las diferencias entre

permeabilidad al vapor de agua que tienen las películas [31]. Existe consistencia entre los resultados de la

permeabilidad al vapor, ya que existe una mayor permeabilidad para la película de quitosano con cera que la

película de quitosano sin cera, lo cual se refleja en la pérdida de peso de la fresa. De acuerdo con lo anterior, los

tratamientos realizados son efectivos para disminuir el porcentaje de pérdida de peso.

4.5.1.2 Cambio de color

El color es un factor muy importante en la percepción de la cualidad de la fresa [10]. Por lo tanto, esta propiedad

física fue medida por medio de un colorímetro, basado en el modelo del color Lab, donde el factor L representa la

luminosidad, el factor a* (rojo) y el favor b* (amarillo). Lo anterior se efectuó en todos los tratamientos durante tres

días en el estudio realizado a temperatura ambiente. Los resultados obtenidos se muestran en la Figura 14.

0

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4

%p

érd

ida

de

pes

o

Tiempo (días)

Control Quitosano sin cera Quitosano con cera

13

Figura 14. a) Luminosidad L, b) componente a*; c) componente b*

de todos los recubrimientos

En el caso del grupo control (sin recubrimiento) no se presentaron cambios significativos (p>0,05), con base en la

luminosidad(L) de las fresas incluyendo el componente b* que se refiere al color amarrillo. Además, en el caso del

componente a* (que se refiere al color rojo) si se observaron cambios significativos (p>0,05) en el color más

distintivo de las fresas, lo cual es consecuente con lo observado en la Figura 14.

El componente b* del grupo control (sin recubrimiento) presenta un cambio significativo (p>0,05) respecto a los

otros tratamientos utilizados, es decir, quitosano y quitosano con cera durante todos los días.

En el caso de las fresas recubiertas con quitosano y quitosano con cera de candelilla no se evidenciaron cambios significativos (p>0,05) del color que pudieran incidir en la luminosidad, en el componente a* (rojo) y en componente b*(amarillo). Dado lo anterior, se indica que se mantiene el color natural característico de las fresas durante el período de tiempo medido en las fresas recubiertas con quitosano [10].

Cabe resaltar que el componente de luminosidad en todos los tratamientos utilizados aumentó a lo largo del tiempo.

Lo anterior puede ocurrir dado que el recubrimiento utilizado aumenta el brillo de la fresa. Por otro lado, el

componente a* también aumentó en todos los tratamientos respecto a la fresa sin recubrir. Una posible explicación

es que el recubrimiento puede ayudar a que se resalte el color más característico de la fresa (el rojo).

0

2

4

6

8

10

12

14

Día 1 Día 2 Día 3

a)

Control Quitosano Quitosano con cera

0

2

4

6

8

10

12

14

Día 1 Día 2 Día 3

b)

Control Quitosano Quitosano con cera

0

2

4

6

8

Día 1 Día 2 Día 3

c)

Control Quitosano Quitosano con cera

14

4.5.1.3 Textura

Se determinó el efecto de los tratamientos sobre la textura de la fresa utilizando un texturómetro que medía la

dureza que es la máxima fuerza necesaria para atravesar la fresa. La firmeza se calculó como el máximo pico de

la gráfica de fuerza aplicada en función de la distancia. En la Figura 15 se muestra la firmeza de la fresa en dos

tiempos de medición: 1 día y 3 días de aplicar el recubrimiento.

Figura 15. Efecto del tratamiento sobre la firmeza de las fresas

En la Figura 15 se observa que la firmeza de las fresas sometidas a diferentes tratamientos disminuyó a lo largo

del tiempo de evaluación. En este caso, el control (sin recubrimiento) mostró un 69% de disminución de firmeza

entre las dos mediciones que se hicieron; para el tratamiento de quitosano la disminución fue de 61% y para el

tratamiento con quitosano y cera de candelilla se evidenció una disminución del 86%. De acuerdo con estos

resultados, el tratamiento con quitosano es el que favorece una menor disminución de la firmeza. Sin embargo, el

resultado, no es significativo frente al grupo control (sin recubrimiento). Estos cambios se pueden atribuir a cambios

biológicos como la degradación de la pared celular de la fruta y la pérdida de agua de la fresa [28].

4.5.2 Evaluación de parámetros químicos

4.5.2.1 Medición de pH

Los resultados obtenidos en relación con el pH en todos los tratamientos evaluados se muestran en la Figura 16.

El pH condiciona la actividad de un número de enzimas responsables de sucesos importantes en la fresa como el

ablandamiento, el control, entre otros que se encuentran asociados a la maduración [10].

Figura 16. Cambios de pH en el jugo extraído de las fresas tratadas con diferentes tipos de recubrimiento

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1 3

Fuer

za m

áxim

a (N

)

Tiempo (días)Control Quitosano Quitosano cera

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

1 2 3 4

pH

Tiempo (días)

Control Quitosano Quitosano con cera

15

De acuerdo con la Figura 16 se puede observar que ninguno de los tratamientos realizados afectó el pH de las

fresas. Se ha reportado que el principal ácido orgánico que se acumula en las fresas maduras es el ácido cítrico.

Este ácido, que se encuentra presente en todas las fresas, es la causa de que se observe un pH ácido durante el

estudio realizado en todos los tratamientos [31]. De acuerdo con la literatura, los valores de pH durante el tiempo

de almacenamiento en las fresas con y sin recubrimiento estuvieron dentro de un rango reportado para la variedad

Albión (3,09-3,47). En otros estudios, se ha mostrado que el pH varía poco en la etapa de postcosecha, incluso

con factores externos cambiantes como la temperatura, CO2 y presencia de recubrimientos [32].

4.5.2.2 Sólidos solubles totales

El contenido de sólidos solubles totales es uno de los aspectos que refleja la madurez de la fresa. Según la

literatura, los azúcares son los principales compuestos solubles en los frutos de la fresa; de los cuales se

encuentran en mayor cantidad la fructosa, glucosa y la sacarosa que son los que determinan los grados Brix [33].

Los resultados obtenidos para todos los tratamientos se muestran en la Figura 17.

Figura 17. Resultados de grados Brix para todos los tratamientos

Con respecto a los sólidos solubles totales(SST) se presentó diferencia entre el primer día y el último día en todos

los tratamientos. En todos los casos se presentó una disminución la cual se puede apreciar en la Figura 17. En el

caso del control disminuyó de 5,11°Brix a 1,33°Brix. Por otro lado, en el caso del quitosano sin cera disminuyó de

4,47 °Brix a 1,34°Brix. Adicionalmente, el tratamiento de quitosano con cera de candelilla disminuyó de 5,47 grados

Brix a 1,3384° Brix.

Lo anterior no concuerda con lo observado en literatura ya que se ha reportado que los SST de la fresa aumentan

durante el desarrollo y madurez del fruto, dada la abundancia de azúcares solubles que crecen en cada fruta [20].

De acuerdo con la literatura, los valores de SST deben oscilar entre 4.6 y 11,9°Brix. Lo anterior no se observó

probablemente porque hubo un error experimental o errores de cuantificación luego del día 1. Sin embargo, los

valores reportados en el día 1 si se encuentran reportados y se encuentran dentro del rango esperado.

0

1

2

3

4

5

6

1 2 3 4

°Bri

x

Tiempo (días)Control Quitosano Quitosano con cera

16

5. Conclusiones

Se produjeron recubrimientos comestibles a base de quitosano y de almidón de yuca con glicerol como

plastificante. Las películas de quitosano presentan un aspecto físico más uniforme y grueso que las de almidón.

Además, las películas de quitosano presentaban una menor permeabilidad al vapor que las de almidón. Se

encontró que la cera de candelilla es un aditivo que aumenta la permeabilidad al vapor de la película.

La mejor forma de implementar el recubrimiento es por medio de inmersión, ya que evidenció un resultado

favorable en la superficie de la fruta y evitó en gran medida el crecimiento de hongos fitopatógenos. El hongo

seleccionado para el estudio microbiológico fue Rhizopus stolonifer, identificado como uno de los hongos

principales que causa pudrición en la postcosecha de la fruta y el que se presenta con mayor incidencia en las

fresas.

Al realizar pruebas de susceptibilidad in situ (en la fresa) se encontró que los recubrimientos de quitosano/glicerol

y quitosano/cera proveen una protección a las fresas contra la infección de hongos. Lo anterior se evidencia de

forma destacada durante cinco días cuando se utilizó el aditivo de cera de candelilla con quitosano. Sin embargo,

el recubrimiento de almidón con cera de candelilla no fue efectivo ya que tuvo resultados semejantes a los de las

fresas que no tuvieron recubrimiento (control).

La aplicación del recubrimiento de quitosano con cera de candelilla redujo la pérdida de peso en ambos casos (a

temperatura ambiente y a temperatura de refrigeración). Adicionalmente, retrasó la alteración del color

(enrojecimiento). Sin embargo, la aplicación de quitosano sin cera no redujo la pérdida de peso en la temperatura

de refrigeración, pero si en el caso de almacenamiento a temperatura ambiente. Adicionalmente, los recubrimientos

no indujeron cambios en la calidad fisicoquímica de las fresas como se evidenció en el caso del pH.

De acuerdo con estos resultados, los recubrimientos comestibles de quitosano/glicerol y quitosano/cera se pueden

utilizar para extender la vida útil de la fresa debido a que mejora características físicas como el peso y el color y

las condiciones microbiológicas de las fresas.

6. Trabajo futuro

Es importante continuar con el trabajo de desarrollo de recubrimientos alternativos (almidón de yuca, kefiran, entre

otros) que permitan aumentar la vida útil del fruto, por un mayor tiempo al establecido en el presente trabajo que

fue de 5 días. Por otro lado, es relevante estudiar otro método de aplicación de los recubrimientos en la fresa, por

ejemplo, podría realizarse por aspersión ya que puede ser favorable para las fresas.

Sería relevante también llevar a cabo otro tipo de pruebas que permitan caracterizar las películas. Se pueden

realizar las pruebas de calorimetría diferencial de barrido(DSC) o la prueba termogravimétrica (TGA) para lograr

estudiar la microestructura de las películas y sus transiciones térmicas. Por otro lado, sería conveniente realizar

pruebas de las propiedades mecánicas. Si se amplía el estudio de la caracterización de las películas se pueden

mejorar las propiedades y lo anterior se lograría realizando otro tipo de formulaciones en las películas planteadas.

Es importante realizar pruebas in vitro en un medio de cultivo como papa dextrosa agar(PDA) para poder evaluar

la efectividad del recubrimiento contra el hongo en cuestión. De esta forma, se podría complementar el estudio de

las pruebas in situ realizadas en el presente proyecto.

Adicionalmente, se podría desarrollar un estudio en las fresas al implementar quitosano de bajo y medio peso

molecular de forma simultánea, para poder realizar una comparación entre los recubrimientos anteriormente

mencionados. En cuanto a las propiedades fisicoquímicas medidas, para poder encontrar la concentración exacta

de azúcares y ácido cítrico se podría utilizar la técnica de HPLC.

17

7. Referencias

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methodologies to improve its,» Innovative Food Science and Emerging Technologies, vol. 20, pp. 1-15, 2013.

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18

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EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DE LA FRESA DURANTE EL MANEJO POSCOSECHA Y EL TRANSPORTE SIMULADO

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barrera y mecánicas de películas a base de Kefiran,» de Estudio del efecto en las variables de formulación y

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19

[28] M. Treviño-Garza, Santos García, M. d. S. Flores González y K. Arévalo-Niño, «Edible Active Coatings Based

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mexicanos y estadounidenses,» Ser.Hortic, vol. 14, nº 2, 2008.

20

ANEXO 1. Producción de recubrimientos

Ilustración 1. Emulsión de cera de candelilla con agua

Ilustración 2. Película de quitosano al 2%, almidón al 40%, con cera 4% (izquierda). Película de almidón con glicerol al 25% (derecha).

Ilustración 3. Película de quitosano al 4% con glicerol al 40% y cera de candelilla al 25%.

21

Ilustración 4. Películas de quitosano de medio peso molecular al 1%. Sin cera de candelilla (izquierda). Con cera de candelilla (derecha).

Anexo 2. Pruebas in situ de susceptibilidad

• Día 1

Ilustración 5. Fotos de todos los recubrimientos en las fresas (día 1).

• Día 2

Ilustración 6. Fotos de todos los recubrimientos en las fresas (día 2)).

22

• Día 3

Ilustración 7. Fotos de control (sin recubrimiento)

Ilustración 8. Fotos de almidón con cera

Ilustración 9. Fotos de quitosano con cera

Ilustración 10. Fotos de quitosano sin cera

23

• Día 5

Ilustración 11. Fresas sin recubrimiento (control).

Ilustración 12. Fresas recubiertas con almidón y cera

Ilustración 13. Fresas recubiertas con quitosano y cera

Ilustración 14. Fresas recubiertas con quitosano (solo)

24

Anexo 3. Estudio de fresas a temperatura de refrigeración.

• Día 1

Ilustración 15. Fresas del grupo control (izquierda). Fresas del grupo quitosano sin cera(centro). Fresas del quitosano con cera (derecha). Fotos tomadas en el día 0 (aplicación del recubrimiento).

• Día 10

Ilustración 16. Fresas del grupo control (sin recubrimiento). Día 10. Ilustración 17. Fresas del grupo quitosano sin cera. Día 10.

Ilustración 18. Fresas del grupo quitosano con cera. Día 10.