PROCESOS FISIOLOGICOS

ING. ALBERT MONTAÑO PEREZ

PROCESOS FISIOLÓGICOS DE FRUTAS Y HORTALIZAS

• RESPIRACIÓN.• TRANSPIRACIÓN.

• PRODUCCIÓN DE ETILENO.• MADURACIÓN.• SENESCENCIA.

RESPIRACIÓN

• Al momento de ser cosechados, los productos agrícolas están vivos y realizan procesos fisiológicos propios de organismos vivientes, desde el punto de vista de post-cosecha el más importante de todos éstos es el de la respiración. La respiración es el proceso por el cual el oxígeno atmosférico es aprovechado para metabolizar compuestos de almacenamiento (azúcares y almidón) para formar diversos productos derivados como: CO2, agua y energía (calor).

• La respiración es necesaria para la obtención de energía, pero parte de esa energía produce calor que debe ser disipado de alguna manera, o de lo contrario el producto se calentará, sobreviniendo la degradación de los tejidos y la muerte. En la etapa de crecimiento este calor es transmitido a la atmosfera, pero después de la cosecha y cuando el producto es empacado en un espacio confinado, la eliminación del calor puede dificultarse.

• La importancia de la disipación del calor del producto fresco reside en el hecho que la respiración consiste en una serie de reacciones catalizadas por enzimas, cuya velocidad aumenta al Incrementar la temperatura. En consecuencia, una vez que el producto comienza a calentarse, se estimula aun más la respiración y el calentamiento y de este modo se vuelve muy difícil de controlar la temperatura del producto.

Es el proceso que consiste en la reducción del CO2 atmosférico por medio de H+ del agua obtenido con la energía proveniente de las radiaciones electromagnéticas del sol, así la planta almacena energía electromagnética como energía potencial química en compuestos orgánicos.

6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2Luz solar

clorofila

La Fotosíntesis

Es un proceso metabólico que toma los azúcares, el almidón y los ácidos orgánicos entre otros compuestos, como materia prima, los somete a una degradación oxidativa transformándolos en compuestos más simples como el dióxido de carbono (CO2 ) el agua (H2O)y en la energía liberada (ATP ó Kcal.), con destino a otras síntesis y al mantenimiento de su vida.

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + Energía

La Respiración

ETAPAS DE LA RESPIRACIÓN

La obtención de energía químicamente utilizable ocurre en la mayoría de organismos siguiendo los mismos procesos bioquímicos. La materia prima Glucosa es degradada aeróbicamente en un proceso enzimático mediante un gran número de reacciones individuales las cuales pueden ser agrupadas así:

1. La Glicólisis2. El Ciclo del Ácido Cítrico (Ciclo de Krebs).3. Sistema Citocromo o fosforilación oxidativa.

Glicólisis:

• En la glicolisis, una molécula de glucosa es degradada secuencialmente a partir del almidón y sacarosa para formar dos moléculas de ácido pirúvico. Cada ácido pirúvico es dividido en CO2 y un grupo acetilo de dos carbonos, entra al ciclo del ácido cítrico (o ciclo de Krebs). Las reacciones de la glicolisis no requieren oxígeno. Sin embargo, si se dan condiciones anaeróbicas cuando el producto es almacenado en un lugar poco ventilado o escaso de oxígeno, el ácido pirúvico no puede ser transferido al ciclo de Krebs y se acumula en el citoplasma de las células produciéndose etanol, lo que da lugar al proceso de fermentación. La fermentación tiene consecuencias desastrosas para los tejidos vivos en términos de sus reservas almacenadas y la acumulación de compuestos indeseables. De ahí la necesidad de instalar sistemas de ventilación en los almacenes o asegurar la circulación de aire.

Ciclo de Krebs (o del ácido cítrico):

• Las reacciones del ciclo de Krebs se dan en la mitocondria, donde el ácido pirúvico producido en la glicólisis, sigue un proceso descarboxilación y oxidación para formar ácido cítrico, y finalmente ácido oxalacético con lo que el ciclo se reinicia. En todo este proceso hay liberación de 3 moléculas de CO2 y generación de energía en forma de 4 pares de electrones (NAD + H) y un par como FADH2.

Sistema del citocromo (o transporte de electrones):

• Los electrones producidos en el Ciclo de Krebs son transferidos a través de un gradiente de compuestos aceptores de electrones de menor a mayor potencial. El compuesto final en esta gradiente es el oxígeno que es el de mayor potencial de reducción (mayor aceptor), en combinación con oxígeno se forma agua. Durante este proceso, parte de la energía libre es conservada como ATP que es una forma biológicamente ¨usable¨ para el funcionamiento de reacciones sintéticas y principales ciclos vitales. Sin embargo, parte de esta energía libre se pierde también como calor (energía vital). Esta elevación de la temperatura debe disiparse mediante sistemas de ventilación para evitar la condensación sobre superficies frías y la formación de agua libre que tiene funestas consecuencias en el almacenamiento de productos perecederos.

FACTORES QUE AFECTAN LA RESPIRACIÓN

• La temperatura influye directamente sobre la respiración y si se permite que incremente la temperatura del producto, igualmente incrementará velocidad de la respiración, generando una mayor cantidad de calor. Así, manteniendo baja la temperatura, podemos reducir la respiración del producto y ayudar a prolongar su vida de post-cosecha. un incremento de 10C en la temperatura duplica la tasa respiratoria.

• La exposición continua de frutas a temperaturas mayores de 30 o C promueven la maduración de su porción carnosa sin que la fruta adquiera su color característico, como sucede en algunos cultivares de banano, que maduran permaneciendo verdes y de los frutos del tomate que maduran sin la acumulación del licopeno (causante del pigmento rojo característico).

• El incremento en las tasas de respiración con el incremento de la temperatura se deben a: a) difusión baja del O2 para mantener una alta tasa de respiración b) acumulación de CO2 en las células hasta niveles que impiden el metabolismo c) el suministro inadecuado de sustrato para mantener una tasa alta de respiración.

• El límite inferior para el desarrollo de una actividad metabólica normal es el punto de congelación de los fluídos celulares, que generalmente se encuentra entre 0 y -2 C.

• Una vez que el tejido se congela, el intercambio de metabolitos se ve seriamente limitado entre los diversos componentes celulares. La mayor parte del agua se congela en los espacios extracelulares, lo que determina una desecación permanente y daño considerable de las células por la expansión del agua en la congelación. Luego de la descongelación, el tejido casi siempre es incapaz de reasumir el metabolismo normal y de recuperar nuevamente su textura ordinaria. La prolongación máxima ideal (reducción máxima de la actividad respiratoria y del metabolismo) se logra manteniendo el producto a una temperatura ligeramente mayor a la de su punto de congelación (Wills et al, sf). Bajas temperaturas, por debajo de aquellas en las que, ocurren daños por enfriamiento son dañinas y el efecto es causado probablemente por cambios en la membrana inducidos por el enfriamiento.

• El etileno es un producto de la degradación de la metionina por medio de reacciones que necesariamente son aeróbicas. Se han realizado estudios donde se reporta que el etileno se produce con facilidad a partir del etanol, alanina, glicerol, glucosa, fumarato, piruvato e isocitrato. En frutas, el precursor más aceptado es la Lmetionina, pero hay evidencias muy marcadas que se forma con facilidad a partir del ácido linolénico, del etanol y de la B-alanina. Los aspectos fisiológicos del etileno asociados con la madurez de los frutos se discutirán en el tema de la maduración.

• Heridas y machucones : El control de la temperatura es el factor mas importante en el control de la respiración, pero no es el único. Las heridas y machucones del producto no sólo son desagradables, sino que al producir ruptura de las células y daño tisular ocasionan la pérdida de agua y lo más importante, un rápido incremento en la respiración del tejido dañado. El aumento en la velocidad de la respiración naturalmente ocasiona un aumento localizado de la temperatura que, si no es controlado, calentara el ambiente que rodea al producto. Esto significa que una fruta dañada en una caja de fruta limpia y sana constituye un serio riesgo para la caja entera. Se deduce entonces que deben tomarse todas las precauciones para reducir al mínimo las heridas y machucones, lo que puede lograrse únicamente mediante la cosecha, manejo y procedimientos de embalaje cuidadosos. También es conveniente no mezclar el producto dañado con el producto sano en el mismo empaque, vehículo o bodega de almacenamiento

• Ventilación : Cuando los productos frescos se almacenan a granel, sin suficiente ventilación y control de la temperatura, pueden por obra de su propia respiración, crear una atmósfera anormal empobrecida en oxigeno y enriquecida en dióxido de carbono. Cuando el nivel de oxigeno cae por debajo del 2% el producto puede volverse anaeróbico, y la fermentación que origina dará como resultado sabores alcohólicos desagradables y descomposición de los tejidos. A estos niveles, las frutas que requieren oxigeno para el cambio de color durante la maduración permanecerán verdes aunque otras reacciones propias de la maduración continúen su proceso. Al retornar a una atmosfera normal, puede ocurrir una rápida descomposición y el producto deja de tener valor comercial.

• A menudo se asocia un bajo nivel de oxigeno a un alto nivel de dióxido de carbono. Las frutas especialmente, pueden presentar un retardo en el ablandamiento y cambio de color, a niveles de dióxido de carbono superiores al 5%. En manzanas y peras, los niveles elevados de dióxido de carbono pueden causar decoloración y pudrición interna, y en los cítricos pueden dar lugar al "pitting" (zonas necróticas de la cáscara) y sabores desagradables. Las atmósferas anormales pueden evitarse mediante una buena ventilación. Por lo tanto, no es recomendable amontonar a granel el producto en pilas sin ventilación forzada, aunque sea por corto tiempo

• El empobrecimiento de oxígeno en la atmósfera de almacenamiento (al igual que el incremento de la concentración de dióxido de carbono) ejercen efectos, en buena medida independientes, en la respiración y otros procesos metabólicos. En general, la concentración de oxígeno debe reducirse por debajo del 10 % para lograr un cierto descenso de la actividad respiratoria (Lizana en Curso Taller manejo Post-cosecha de frutas frescas para exportación, 1991).

• El nivel al que es preciso reducir la concentración de oxígeno para inhibir los procesos respiratorios depende de la temperatura del almacenamiento. A medida que la temperatura desciende, se requiere reducir progresivamente la concentración de oxígeno. La concentración crítica a la que se inicia la respiración anaeróbica está determinada básicamente por la actividad respiratoria, y es por tanto, más elevada cuanto más alta sea la temperatura. La tolerancia a las bajas concentraciones de oxígeno varía considerablemente con el tiempo de exposición, siendo tolerables niveles más bajos para exposiciones cortas que para las más prolongadas.

• Un ligero incremento en el porcentaje de dióxido de carbono en la atmósfera de almacenamiento puede tener efectos marcados en la respiración. Si los niveles de dióxido de carbono son demasiado elevados pueden iniciarse fenómenos similares a los causados por la anaerobiosis. Las respuestas al incremento en la concentración de dióxido de carbono varían más ampliamente que las que se presentan con la reducción del oxígeno: cerezas y fresas pueden soportar, e incluso beneficiarse, con la exposición durante cortos períodos de tiempo a una atmósfera con un 30 % de dióxido de carbono, mientras algunos cultivares de manzana se pueden afectar en atmósferas con 2 % de oxígeno y numerosas hortalizas responden mejor a las bajas concentraciones de oxígeno cuando la atmósfera no contiene dióxido de carbono o solo presenta bajas concentraciones

• Efectos de la manipulación y vientos : Alguna cantidad de daño se asocia inevitablemente con la operación de cosecha; algunas veces en forma de pequeños cortes en la superficie, o en los terminales como en los espárragos o en la lechuga, abrasiones como en la zanahoria o magulladuras en la papa, que implican cierto daño celular. El daño desorganiza las células y membranas, y promueven varias reacciones en la superficie dañada, algunas normales y otras aberrantes, como resultado de actividades de enzimas y sustratos separados del tejido. El incremento de la actividad está acompañado de incrementos en la respiración.

CLASIFICACION DE FRUTOS SEGÚN TASA RESPIRATORIA

FRUTAS Y HORTALIZAS CLIMATERICAS Y NO CLIMATERICAS

• Frutas climatéricas: aquellas que sufren bruscamente la subida climatérica. Entre las frutas climatéricas tenemos: manzana, pera, plátano, melocotón, melón, albaricoque y chirimoya. Estas frutas sufren una maduración brusca y grandes cambios de color, textura y composición. Normalmente se recolectan en estado preclimatérico, y se almacenan en condiciones controladas para que la maduración no tenga lugar hasta el momento de sacarlas al mercado.

• Frutas no climatéricas: son las que presentan una subida en su tasa de respiración lenta y de forma atenuada. Entre las no climatéricas tenemos: naranja, limón, mandarina, piña, uva y fresa. Estas frutas maduran de forma lenta y no tienen cambios bruscos en su aspecto y composición. Presentan mayor contenido de almidón. La recolección se hace después de la maduración porque si se hace cuando están verdes luego no maduran, solo se ponen blandas.

Calor de Respiración

Es la conversión de la energía química resultante del proceso de respiración, en energía calórica; calor que es responsable del aumento de la temperatura de los productos.

Calor de Respiración

(BTU x TON. x 24 HORAS)

Producto Temperaturas

32°F 40°F 60°F 70°F 80°F

(0°C) (4.5°C) (15.5°C) (21°C) (26.5°C)

Fruta

* Uvas 900 1300- - -

* Naranjas 1100 1800- - -

* Manzanas 950 1650- - -

* Peras 1500 2200- - -

* Melocotones 1400 2200- - -

* Fresas 3600 5400- - -

Hortalizas y otros

* Papa - 900- - -

* Arvejas 18000 14500- - -

* Alcachofa 6600 9950 24300 40500 19050

* Espárragos 9700 18050 38500 48750 93250

* Brócoli 4400 21400 56500 68100 158400

* Col de Bruselas 4400 7700 22000 28350-

* Zanahoria 3300 4300 8750 15500-

* Coliflor - 4500 10100 17700-

* Apio 1600 2400 6200 14200-

* Cebollas (verde) 3600 9400 17950 25800 33800

* Espinaca 4550 10150 39350 50550-

* Pimentón - 2900 8500 9650 12150

* Lechuga 6100 6450 13800 22100 32200

ProductoKcal/Ton/24hr

0ºC min

0ºC max

2ºC min

2ºC max

5ºC min

5ºC max

10ºC min

10ºC max

15ºC min

15ºC max

20ºC min

20ºC max

Espinacas 1250 1700 1600 2450 2650 4100 4300 6450 8750 10800 13000 18500

Coles 1000 1400 1150 1600 2000 2800 3450 4700 5150 6100 10100 10700

Fresa 700 960 830 1310 910 1900 1850 3620 2700 3600 3600 6200

Pepino 390 420 400 500 500 700 1050 1250 1950 2500 3150 3600

Naranja 100 220 130 260 220 390 430 720 750 1140 1390 1420

Cebolla 240 400 260 400 320 520 470 700 650 950 950 1200

Calor de respiración de frutas, hortalizas y tubérculos

Manejo postcosecha de la caña. Ing. Andrea Molina Cortés

Cociente Respiratorio (CR)

consumidoO

producidoCOCR

2

2

Si CR > 1 Los sustratos utilizados en la respiración son ácidos orgánicos.Si CR = 1 Los sustratos utilizados en la respiración son azúcares.Si CR < 1 Los sustratos utilizados en la respiración son proteínas o lípidos.La velocidad de respiración es un buen índice de la duración del

producto después de la cosecha.

Intensidad Respiratoria (IR)

En general, la intensidad respiratoria es un indicador del potencial de longevidad del fruto en el almacenamiento; regularmente una tasa elevada de respiración se asocia con una corta vida en el almacenamiento. También es indicadora de la tasa a la cual el producto se está deteriorando en calidad y valor alimenticio.

pt

aIR a = Cantidad de O2 absorbido

p = Peso del productot = Tiempo de exposición

Manejo postcosecha de la caña. Ing. Andrea Molina Cortés

Productos Climatéricos y No Climatéricos

Comportamiento de productosNo Climatéricos

Comportamiento de productosClimatéricos