INNOACE: Aplicación de tecnologías no destructivas para la monitorización de la maduración en árbol de fruta de hueso

Para el sector frutícola es importante disponer de índices de cosecha objetivos para establecer el momento óptimo de recolección de la fruta. El objetivo de este trabajo fue estudiar la idoneidad del DA-meter y Cherry–meter como instrumentos portátiles de determinación del índice de madurez (IAD) de forma no destructiva. El estudio se llevó a cabo en ciruela japonesa ‘Primetime’ (Prunus salicina, L.) y en cereza ‘Lapins’ (Prunus avium, L.), realizándose un seguimiento en campo de la maduración de la fruta, mediante determinaciones fisicoquímicas convencionales (peso, calibre, firmeza, color, sólidos solubles totales y acidez) y no destructivas (IAD). El IAD se correlacionó significativamente con los índices de cosecha convencionales, resultando una herramienta útil de aplicación industrial para establecerla calidad y la madurez en fruta de hueso de forma no destructiva.

La determinación objetiva de la calidad y madurez de la fruta destinada para el consumo en fresco es un aspecto importante para el sector frutícola, ya que condiciona la vida comercial de los frutos y la aceptación por parte de los consumidores. Los parámetros utilizados convencionalmente como índices de cosecha en fruta de hueso (calibre, color de piel, firmeza y sólidos solubles totales), además de ser medidas destructivas, no son ni generales ni reproducibles, ya que varían con el cultivar, área de producción, condiciones edafoclimáticas y sistemas de producción (Crisosto et al., 2004; Usenik et al., 2008; Guerra y Casquero, 2009). El calibre comercial puede variar cada año dependiendo de la producción de fruta y las exigencias del mercado. Con las nuevas variedades de fruta, que consiguen el color definitivo en etapas muy tempranas del desarrollo (Iglesias, 2016; Rodrigo y Guerra, 2014), el color no proporciona una medida fiable del estado de madurez del fruto. Y, en cuanto a la firmeza de la pulpa y el contenido de sólidos solubles, que son medidas rápidas y sencillas, tampoco proporcionan por sí solas toda la información necesaria para establecer el índice de madurez de la fruta (Costa et al., 2010). Por ello, se han buscado otros parámetros y métodos que definan el estado de maduración del fruto de forma fácil y fiable. El DA-meter y el Cherry-meter son instrumentos portátiles que utilizan la espectroscopía visible e infrarrojo cercano (vis/NIR), para medir el índice de madurez (I_AD) de la fruta de forma no destructiva. En el caso del DA-meter, dicho índice IAD está correlacionado con el contenido en clorofilas de la pulpa del fruto (Infante et al., 2011); mientras que el Cherry-meter, específico para cerezas, se correlaciona con el contenido en antocianinas y, por tanto, con el color de las mismas (Nagpala et al., 2017).

Las dos especies de frutales de hueso más importantes en Extremadura son el ciruelo japonés (Prunus salicina, L.) y el cerezo (Prunus avium, L.). La ciruela destaca, principalmente, por los volúmenes de producción y exportación más elevados a nivel nacional, mientras que la cereza se caracteriza por ser un cultivo tradicional, social, y altamente reconocido por los consumidores a través de la Denominación de Origen 'Cereza del Jerte'. Por este motivo, de entre todos los cultivares estudiados en ambas especies, se presentan los resultados obtenidos para el cultivar de ciruela ‘Primetime’ y el cultivar de cereza ‘Lapins’. Los resultados expuestos en este artículo forman parte del proyecto INNOACE, Innovación Abierta e Inteligente en la EUROACE, que está financiado por el Programa Operativo de Cooperación Transfronteriza España Portugal (POCTEP) de la Unión Europea (2017-2019). Uno de los objetivos de este proyecto (tarea 2.1.2) fue la implementación de tecnologías no destructivas (DA-meter y Cherry–meter) en campo y central hortofrutícola en fruta de hueso (ciruela, cereza, melocotón y nectarina).

Material vegetal y diseño experimental

El ensayo se realizó en ciruela japonesa (Prunus salicina L. cv. Primetime) y cereza (Prunus avium L. cv. Lapins), producidas en fincas comerciales de las Vegas Bajas del Guadiana (Villafranco del Guadiana) y del Valle del Jerte (Cabrero), respectivamente, durante la campaña 2018. Se marcaron un total de 60 frutos procedentes de 3 árboles por cultivar, sobre los que se realizó un seguimiento de la evolución del calibre, color de piel e índice de madurez no destructivo (I_AD) de los frutos, desde 21 días antes de recolección comercial (frutos verdes) hasta 7 días después de recolección comercial (madurez organoléptica). La monitorización de la calidad se realizó con una periodicidad de 3-7 días (Tabla 1) cogiéndose, en cada fecha de análisis, 15 frutos similares a los marcados en los árboles para las determinaciones posteriores de calidad en el laboratorio.

Métodos de análisis

El calibre se determinó con calibrador de lazo en ciruela y pie de rey en cereza, expresándose los resultados en milímetros (mm). Para el color de piel se utilizó un colorímetro portátil Minolta CR-400 (Aquatecnika, Valencia, España), empleándose las coordenadas de color CIE L*a*b* sobre las dos caras del fruto. A partir de los parámetros L*, a* y b* se calculó la cromaticidad (croma, C*), el ángulo de tono (Hue, Hº), y el índice CIRG (Usenik et al., 2008). El índice de madurez (I_AD) se midió con el DA-meter en ciruela y Cherry-meter en cereza (TrTuroni, SRL, Italia). El peso de los frutos se midió en una balanza electrónica PB 1502 (Mettler Toledo, Madrid, España). La textura se determinó con un texturómetro Stable Micro Systems TAXT2i (Aname, Pozuelo, Madrid, España), mediante ensayo de compresión al 3% en cereza y ensayo de penetración con sonda de 8 mm de diámetroen ciruela, expresándose en ambos casos la firmeza en Newton (N). Los Sólidos Solubles Totales (SST) se midieron con un refractómetro digital portátil Atago (Atago CO., LTD, Tokio, Japón), expresándose los resultados en grados Brix. La Acidez Titulable (AT) se determinó con un valorador automático DL50 Graphix (Mettler Toledo, S.A.E., Coslada, Madrid, España), mediante valoración hasta pH 8,1, empleándose una disolución 0,1 N de NaOH, expresándose los resultados en porcentaje de ácido málico de muestra fresca.

El tratamiento estadístico de los resultados se realizó con el programa informático SPSS 20.0 (IBM Statistics, Chicago, IL, EE UU).

Ciruela ‘Primetime’

El índice de maduración obtenido con el DA-meter (I_AD) está relacionado con el contenido en clorofilas del fruto, el cual es elevado en etapas tempranas de desarrollo del fruto (valores elevados de IAD) y va disminuyendo a medida que avanza la maduración (valores inferiores de I_AD). En ciruela ‘Primetime’, los valores del índice IAD evolucionaron desde1,14en la cosecha 1 (21 días antes de RC), hasta 0,73 en recolección comercial y 0,68 en los frutos madurados en el árbol (7 días después de RC), siguiendo una tendencia lineal descendente (Figura 1). Según la base de datos de 'Horticulture Industry Networks' (2019), los resultados de I_AD para el cultivar de ciruela japonesa 'Angeleno' fueron mayores de 1,30 en frutos inmaduros, entre 1,29 y 1 en frutos que habían alcanzado la madurez comercial y menores de 0,99 en los frutos que habían alcanzado la madurez organoléptica; siguiendo una tendencia similar a la encontrada en este estudio.

Figura 1. Evolución del calibre y peso de ciruelas ‘Primetime’ en relación con el valor de IAD durante el desarrollo y maduración de los frutos. Para cada variable, datos marcados con letras diferentes implican diferencias significativas entre cosechas (p<0,05 según el test de Tukey HSD).

Durante el proceso de desarrollo y maduración, los frutos aumentaron de forma significativa de peso y calibre (Figura 1), adquiriendo el tamaño definitivo tres días antes de recolección comercial (C4), con valores medios de 151,3 g y calibres superiores a 60 mm de diámetro. De entre todos los parámetros de color medidos, el ángulo de tono Hue (Hº) y el índice CIRG fueron los que mostraron una mayor información sobre los cambios de color de la piel en la ciruela ‘Primetime’(Figura 2). El color visual de los frutos (Figura 3) cambió del verde en las cosechas 1 y 2 (valores de Hº superiores a 100), pasando por tonalidades rojizas en C3 (Hº = 48,6), momento en el que se produce el viraje de color de los frutos, hasta alcanzar gradualmente el color negro (valores de Hº inferiores a 23) característico de este cultivar a partir de recolección comercial (C5).La firmeza descendió a medida que avanzaba la madurez de los frutos llegando a la recolección comercial (C5) con un valor de 33,21 N (Figura 4). Las pérdidas de firmeza en ciruela ‘Primetime’ fueron de 2,6 N/día, por lo que se puede considerar un cultivar de ablandamiento rápido (Minas et al., 2015).Los sólidos solubles totales aumentaron progresivamente hasta alcanzar valores medios y estables de 11ºBrix en recolección comercial, a diferencia de la acidez titulable, cuyos valores disminuyeron significativamente a lo largo de la maduración de los frutos (Figura 5).

Figura 2. Evolución del índice CIRG y parámetro de color Hº de la piel de ciruelas ‘Primetime’ en relación con el valor de IAD durante el desarrollo y maduración de los frutos. Para cada variable, datos marcados con letras diferentes implican diferencias significativas entre cosechas (p<0,05 según el test de Tukey HSD).

Figura 4. Evolución de la firmeza de ciruelas ‘Primetime’ en relación con el valor de IAD durante el desarrollo y maduración de los frutos. Para cada variable, datos marcados con letras diferentes implican diferencias significativas entre cosechas (p<0,05 según el test de Tukey HSD).

Figura 5. Evolución del contenido en SST y acidez titulable de ciruelas ‘Primetime’ en relación con el valor de IAD durante el desarrollo y maduración de los frutos. Para cada variable, datos marcados con letras diferentes implican diferencias significativas entre cosechas (p<0,05 según el test de Tukey HSD).

En ciruela ‘Primetime’, los índices de cosecha que mejor se correlacionaron con el índice de madurez no destructivo IADfueron el calibre (r de Pearson, -0,815), ángulo de tono Hº (0,922), índice CIRG (-0,867) y firmeza (0,850) de los frutos. Las correlaciones entre el IADy el contenido de SST (-0,722)y acidez (0,762) fueron también significativas pero inferiores a las del resto de parámetros analizados.

Cereza ‘Lapins’

El Cherry-meter mide el índice de madurez (IAD) de cerezas exclusivamente, de ahí que su funcionamiento se base en el contenido en antocianinas, por ser éstos los pigmentos responsables del color característico de estos frutos (Serradilla et al., 2012). A diferencia del DA-meter, los valores obtenidos con el Cherry-meter son superiores cuanto más maduro está el fruto. En las cerezas ‘Lapins’, los valores de IAD más bajos se registraron en las tres primeras cosechas, con un importante incremento en ese momento, pasando de 0,304 en C3 a 0,660 en C4, a partir de la cual subió hasta alcanzar 1,069 en la cosecha 6, cuando los frutos presentaron tonalidades caobas asociadas a la madurez (Figura 6).

Figura 6. Evolución del calibre y peso de cerezas ‘Lapins’ en relación con el valor de IAD durante el desarrollo y maduración de los frutos. Para cada variable, datos marcados con letras diferentes implican diferencias significativas entre cosechas (p<0,05 según el test de Tukey HSD).

El calibre y el peso de los frutos aumentaron con los valores de IAD, alcanzándose valores medios de 7,9 g y 24 mm de calibre por fruto en recolección comercial (Figura 6). En cuanto a la evolución de los parámetros de color, los que mostraron mayor información en cereza ‘Lapins’ fueron el ángulo de tono Hº y la relación a*/b* (Figura 7). El valor de Hº se estabilizó en recolección comercial (C4), lo cual indica que los frutos ya habían alcanzado su color definitivo. Al igual que el índice CIRG en ciruela, la relación a*/b* se ajusta muy bien a los cambios visuales de las cerezas con la maduración (Figura 8). De este modo, la relación a*/b* fue inferior a 0 en C1 debido al color verde de los frutos y fue aumentando paulatinamente según los frutos iban adquiriendo tonalidades amarillentas en C2 (a*/b* = 1,1) a rojizas en C3 (a*/b* = 2,4) hasta alcanzar el color definitivo característico en recolección comercial (a*/b* = 3,5). A partir de este momento el color se mantiene, pero se vuelve más oscuro (a*/b* = 3,7 y 4 en C5 y C6, respectivamente). La firmeza descendió a medida que avanzaba la maduración hasta alcanzar valores más o menos estables(1,326 N)en la cosecha comercial (C4) (Figura 9). El mayor contenido en SST (20,3 ºBrix) se obtuvo 7 días después de la recolección comercial (C6), sin diferencias significativas con las cosechas 3, 4 y 5.La acidez titulable de las cerezas fue baja en C1 (0,36 % de ácido málico), observándose un incremento de la misma según avanzaba la maduración de los frutos, hasta registrarse valores de 0,73% de ácido málico 7 días antes de la recolección comercial. A partir de ese momento (C4) los valores de acidez se mantienen sin diferencias significativas en valores medios de 0,6%. Este aumento de la acidez de los frutos con la maduración está relacionado con los procesos de pigmentación de las cerezas (Díaz Mula et al., 2009).

Figura 7. Evolución del ángulo de tono (Hº) y de la relación a*/b*del color de la piel de cerezas ‘Lapins’ en relación con el valor de IAD durante el desarrollo y maduración de los frutos. Para cada variable, datos marcados con letras diferentes implican diferencias significativas entre cosechas (p<0,05 según el test de Tukey HSD).

Figura 9. Evolución de la firmeza de cerezas ‘Lapins’ en relación con el valor de IAD durante el desarrollo y maduración de los frutos. Para cada variable, datos marcados con letras diferentes implican diferencias significativas entre cosechas (p<0,05 según el test de Tukey HSD).

Figura 10. Evolución del contenido en SST y acidez titulable de cerezas ‘Lapins’ en relación con el valor de IAD durante el desarrollo y maduración de los frutos. Para cada variable, datos marcados con letras diferentes implican diferencias significativas entre cosechas (p<0,05 según el test de Tukey HSD).

En cereza 'Lapins', los índices de cosecha que mejor se correlacionaron con el índice de madurez no destructivo I_AD fueron la relación a*/b* (0,832), calibre (0,763) y peso (0,751) de los frutos, seguido de los SST (0,649). La firmeza y la acidez, en cambio, no presentaron una correlación significativa con los valores de I_AD obtenidos con el Cherry-meter.

Agradecimientos

Al proyecto INNOACE 'Innovación abierta e inteligente en la EUROACE', cofinanciado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) a través del Programa Interreg V-A España-Portugal (POCTEP) 2014-2020; a Pablo Bañuls (CAEM-CICYTEX) y Marco Antonio Manzano (CAEM-CICYTEX)por su ayuda en las determinaciones de campo y a AFRUEX por la cesión del material vegetal.

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