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Durante la última década se ha incrementado considerablemente el número de trabajos con el objetivo de estudiar la habilidad de diversos materiales para formar películas comestibles y analizar sus propiedades

Últimos avances en recubrimientos comestibles antimicrobianos para fruta entera

Mª Bernardita Pérez Gago, Dra. en Ciencia y Tecnología de Alimentos.

Centro de Tecnología Poscosecha (CTP). Instituto Valenciano de Investigaciones Agrarias (IVIA) - Fundación Agroalimed

07/09/2015

En la actualidad el desarrollo de recubrimientos comestibles con actividad antimicrobiana para frutas y hortalizas está cobrando mucho interés tanto a nivel científico como industrial como tecnología segura y de bajo impacto ambiental. Excluyendo hidrocoloides como el quitosano o el Aloe vera, que presentan cierta capacidad antimicrobiana, el control de enfermedades de poscosecha en fruta se consigue mediante la incorporación a los recubrimientos de ingredientes con capacidad antifúngica, como son los aditivos alimentarios, las sustancias y extractos naturales y los agentes de control biológico. Una nueva generación de compuestos antimicrobianos que está cobrando interés son las nanopartículas de plata, de óxidos metálicos y arcillas modificadas.

El creciente interés de los consumidores por productos naturales, más sanos, seguros y respetuosos con el medio ambiente ha hecho que en los últimos años hayan cobrado interés tecnologías no contaminantes y seguras para extender la vida útil comercial de los productos hortofrutícolas. Entre ellas, el desarrollo de recubrimientos comestibles a partir de compuestos naturales o sustancias GRAS (‘generally recognized as safe’) ofrece nuevas oportunidades en la poscosecha de frutas y hortalizas al resultar una tecnología económica, fácil de aplicar, que cumple con la función de reducir la transpiración y la actividad metabólica del fruto creando una atmósfera modificada y permite el control de alteraciones fisiológicas y enfermedades poscosecha mediante la incorporación de sustancias activas, ajustándose a las demandas del consumidor.
Durante la última década se ha incrementado considerablemente el número de trabajos con el objetivo de estudiar la habilidad de diversos materiales para formar películas comestibles y analizar sus propiedades. Los principales componentes utilizados son lípidos, proteínas y polisacáridos. Además de estos componentes básicos, se añaden otros aditivos como plastificantes, emulsificantes, surfactantes, conservantes, etc. de uso alimentario que ayudan a mejorar la integridad mecánica, la calidad y seguridad de los alimentos. Aunque las propiedades de los distintos materiales han sido extensamente revisados por muchos autores, el desarrollo de recubrimientos comestibles para un producto hortofrutícola es complicado. Su éxito depende de la habilidad para mantener una atmósfera interna baja en oxígeno pero no tan baja que pueda causar una respiración anaerobia, de su habilidad para funcionar como barrera a la humedad, así como del aspecto que ofrecen al fruto. Entre los distintos ingredientes, se han ensayado distintos derivados de celulosa aplicados a melocotón, ciruelas y cítricos (Maftoonazad et al., 2008; Navarro-Tarazaga et al., 2011; Arnon et al., 2015), almidón y carragenato en fresas (Ribeiro et al., 2007), goma de garrofín en cerezas y mandarinas (Rojas-Argudo et al., 2005; 2009), o goma arábiga en tomate (Ali et al., 2010), entre otros. En estos trabajos, el efecto de los recubrimientos sobre la pérdida de peso, textura, respiración, reducción de daños fisiológicos, etc. dependió de la composición del recubrimiento (componentes principales, aditivos y coadyuvantes), del tipo de fruto y cultivar, de su estado fisiológico y de las condiciones de almacenamiento.

En la actualidad el desarrollo de recubrimientos comestibles con actividad antimicrobiana para frutas y hortalizas está cobrando mucho interés tanto a nivel científico como industrial como tecnología segura y de bajo impacto ambiental por el potencial que ofrecen en el control de microorganismos causantes de enfermedades poscosecha, evitando el uso de funguicidas químicos de síntesis o proporcionando alternativas para aquellos productos en los que la legislación no los permite.

Excluyendo hidrocoloides como el quitosano o el Aloe vera, que presentan por sí mismos cierta capacidad antimicrobiana, el control de enfermedades de poscosecha en fruta entera se consigue mediante la incorporación a los recubrimientos comestibles de ingredientes con capacidad antifúngica. Entre ellos, los más importantes son los aditivos alimentarios y sustancias GRAS (por ejemplo benzoatos, sorbatos, parabenos y sus sales, ésteres de ácidos grasos, polipéptidos como la nisina, lactoferrina, lisozima, lactoperoxidasa), las sustancias y extractos naturales (aceites esenciales, extractos de plantas superiores, etc.) y los agentes de control biológico (microorganismos antagónicos a los hongos patógenos). Una nueva generación de compuestos antimicrobianos que está cobrando interés corresponde a partículas de plata, de óxidos metálicos (TiO2, ZnO...) y arcillas modificadas. En este artículo se presentan los últimos avances en el desarrollo de recubrimientos comestibles con actividad antimicrobiana para fruta y verdura entera.

Recubrimientos comestibles con actividad antimicrobiana: Quitosano y Aloe vera

Hasta la fecha, el quitosano es uno de los hidrocoloides más estudiado como recubrimiento comestible por su actividad antimicrobiana frente a un amplio espectro de microorganismos. Su capacidad antifúngica se atribuye al efecto inhibidor en el crecimiento del hongo, así como a una acción inductora de mecanismos de defensa como es la síntesis de la enzima quitinasa. Varios estudios muestran su capacidad antimicrobiana en diferentes frutas y hortalizas; sin embargo, esta actividad depende de su peso molecular, grado de acetilación, tipo de microorganismo y producto al que se aplica. Así, la aplicación de quitosano como recubrimiento comestible controló la podredumbre gris causada por Botritis cinerea en uva de mesa inoculadas artificialmente (Romanazzi et al., 2002), la podredumbre parda causada por Monilinia fructicola en melocotón (Ma et al., 2013), las enfermedades de postcosecha en cereza (Feliziani et al., 2013), la podredumbre verde y azul causadas por Penicillium digitatum y P. Italicum respectivamente, en cítricos (Chien et al., 2007), o enfermedades poscosecha causadas por infecciones naturales en mango y plátano (Kittur et al., 2001), entre otros. Por otra parte, también existen numerosos trabajos en los que la actividad antifúngica y antibacteriana del quitosano se han mejorado mediante la adición de agentes antimicrobianos tales como agentes de biocontrol (Yu et al., 2012), aceites esenciales (Perdones et al., 2012), ácidos orgánicos y sus sales (Sivakumar et al., 2005), o en combinación con otros biopolímeros (Moreira et al., 2011).

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Foto 1. Inhibición in vitro de Penicillium digitatum y P. italicum de discos de películas comestibles a base de celulosa y aditivos alimentarios con actividad antifúngica (SP, sorabto potásico; BS, benzoato sódico) en agar DRBC. El control corresponde a películas formuladas sin aditivo alimentario antifúngico (columna izquierda).

Otro recubrimiento comestible que ha mostrado actividad antimicrobiana en frutas es el gel obtenido de la planta de Aloe vera. Su aplicación al 100% de pureza (diluido 1: 3 en agua destilada), además de mantener la calidad de la fruta, redujo el recuento de aerobios mesófilos, de mohos y levaduras en uva de mesa y cereza, atribuyendo dicha actividad a la presencia de compuestos activos que tienen un efecto en la germinación de los microorganismos (Valverde et al., 2005; Martínez-Romero et al., 2006).

Recubrimientos comestibles con aditivos alimentarios con actividad antimicrobiana

Varios trabajos demuestran la efectividad de distintos aditivos alimentarios y sustancias GRAS como ácidos orgánicos y sus sales, sales minerales, parabenos y sus sales y otros compuestos GRAS, incorporados a recubrimientos comestibles para el control de podredumbres en la poscosecha de frutas y hortalizas, mostrando el amplio potencial que estos recubrimientos ofrecen. El desarrollo de estos recubrimientos requiere de ensayos de selección de las sustancias activas que resulten efectivas en el control de hongo causante de la enfermedad poscosecha, optimización de las formulaciones de los recubrimientos comestibles con los aditivos más efectivos y ensayos de control de podredumbres en el fruto seleccionado durante almacenamiento. Así por ejemplo, de una amplia variedad de recubrimientos comestibles a base de hidroxipropil metilcelulosa (HPMC) seleccionados en ensayos in vitro para el control de P. digitatum y P. Italicum, los que contenían sorbato potásico, benzoato sódico, propionato sódico y sus mezclas fueron los más efectivos reduciendo la incidencia y severidad de la podredumbre verde y azul en naranjas ‘Valencia’ y mandarinas ‘Ortanique’ y ‘Clemenules’ recubiertas 24 h después de la inoculación (actividad curativa) durante almacenamiento a 20 °C (Valencia- Chamorro et al., 2009a). Estudios posteriores confirmaron la actividad antifúngica de estos recubrimientos durante almacenamiento en frío de las naranjas y mandarinas, aunque se observó que la actividad antifúngica de los mismos dependía de la susceptibilidad de cada cultivar al crecimiento de los hongos. Específicamente, los recubrimientos más efectivos para inhibir la podredumbre verde y azul fueron los que contenían como ingredientes antifúngicos sorbato potásico más propionato sódico en naranjas 'Valencia' (Valencia-Chamorro et al., 2009b), benzoato sódico en mandarinas 'Ortanique' (Valencia-Chamorro et al., 2010) y benzoato sódico más sorbato potásico en mandarinas 'Clemenules' (Valencia-Chamorro et al., 2011). Estudios similares han mostrado la actividad antifúngica de varias sales minerales, sales de ácidos orgánicos, y sales de parabenos incorporados a recubrimientos a base de HPMC para el control de B. cinerea y Alternaria alternata en tomate cherry y M. fructicola en ciruela inoculados artificialmente durante almacenamiento a 20°C y almacenamiento en frío (Fagundes et al., 2013, 2014, 2015; Karaca et al., 2014). En manzana, pepino y tomate, la efectividad del sorbato potásico controlando patógenos como Cladosporium herbarum, P. oxalicum y Rhizopus sp. dependió del recubrimiento (almidón de guisante, almidón de patata y goma guar), del patógeno y del producto recubierto (Mehyar et al., 2011).

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Foto 2. Inhibición de la podredumbre verde en naranjas ‘Valencia Late’ recubiertas con recubrimientos comestibles antifúngicos en comparación con un control sin recubrir. Actividad curativa tras 7 días de incubación a 20 °C y 90% HR.

Recubrimientos comestibles con aceites esenciales y extractos naturales

El uso de aceites esenciales y otros extractos naturales incorporados a recubrimientos comestibles ha despertado mucho interés por su actividad antimicrobiana frente un amplio espectro de microorganismos en ensayos in vitro. Sin embargo, su aplicación a frutas y hortalizas a nivel comercial puede verse condicionado en algunos casos por su efecto negativo sobre la calidad sensorial. En este sentido, la encapsulación de estos compuestos se ha propuesto como una alternativa viable para reducir el impacto en el sabor y aroma en los alimentos recubiertos, además de actuar como mecanismo de defensa frente a la oxidación y evaporación de los aceites y extractos con la consiguiente pérdida de actividad. Además, en el desarrollo de estos recubrimientos es necesario en cada caso estudiar las concentraciones óptimas que permitan un control adecuado del deterioro del fruto, sin modificar el sabor y aroma. Así, la incorporación de 0,4% de aceite de canela a un recubrimiento de goma arábiga resultó la concentración óptima para el control de Colletotrichum musae (80%) y C. gloeosporioides (71%) en plátanos y papayas inoculados artificialmente, respectivamente, sin afectar a la calidad sensorial (Maqbool et al., 2011) y las concentraciones óptimas de carvacrol y cinamato de metilo incorporados a un recubrimiento de alginato para el control de Escherichia coli O157: H7 y B. cinerea en fresa fueron 0,98% y 1,45%, respectivamente (Peretto et al., 2014). Otros trabajos muestran la efectividad de extractos de semillas de pomelo incorporados a quitosano para inhibir el crecimiento de B. cinerea en uva (Xu et al., 2007), aceites de tomillo y lima incorporados a goma de mesquite contra C. gloeosporioides y Rhizopus stolonifer en papaya (Bósquez-Molina et al., 2010) o aceite de Lippia scaberrima incorporado a un recubrimiento contra Penicillium spp. en cítricos (du Plooy et al., 2009), entre otros.

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Foto 3. Secuencia de inoculación de ciruelas con Monilinia fructicola y posterior recubrimiento mediante aplicación manual.

Recubrimientos comestibles con agentes de control biológico

Aunque el control biológico se presenta como una de las alternativas prácticas a los fungicidas químicos de síntesis para el control de enfermedades fúngicas en productos hortofrutícolas, en la actualidad existen aún pocos productos comerciales en el mercado que puedan ser utilizados por el sector poscosecha. Entre los obstáculos con que se encuentra la puesta en marcha del control biológico en condiciones prácticas se encuentra la dificultad de desarrollar productos formulados que mantengan la viabilidad del agente de biocontrol, que tengan un vida útil adecuada y que se distribuyan y actúen de forma eficiente en la superficie del producto a proteger. Por tanto, la aplicación de agentes de biocontrol conjuntamente con un recubrimiento comestible se presenta como una alternativa viable que permite mejorar la distribución y uniformidad del agente sobre el fruto tratado, ayudando a protegerlo de condiciones ambientales adversas y mejorando su adherencia en la superficie del fruto. Así, algunos trabajos muestras la efectividad de algunos recubrimientos comestibles con agentes de biocontrol en el control de podredumbres en naranjas (El Ghaouth et al., 2000), manzana (Yu et al., 2007), rambután (Martínez-Castellanos et al., 2009) o pera (Yu et al., 2012).

Recubrimientos comestibles con nanopartículas

Con la finalidad de mejorar la actividad de compuestos activos incorporados en recubrimientos comestibles, los trabajos más recientes van encaminados a su aplicación en escala nano (i.e., nanoemulsiones, nanoencapsulación, nanopartículas, etc.). Los sistemas obtenidos presentan dimensiones dentro de la escala nanométrica, con tamaños de partículas entre 0,1 y 100 nm, lo que permite aumentar la superficie específica de la sustancia activa, sus tiempos de residencia, penetración, eficiencia de liberación y/o absorción. En esta línea, algunos trabajos muestran la efectividad de nanopartículas de quitosano, plata, óxidos metálicos (TiO2 y ZnO), o arcillas modificadas incorporadas a distintos recubrimientos comestibles. Así por ejemplo, películas de alginato sódico con nanopartículas de plata han mostrado una buena actividad antibacteriana frente a E. coli ATCC 8739 y Staphylococcus aureus ATCC 6538 en ensayos in vitro. La aplicación de este recubrimiento comestible a zanahorias y peras también redujo la pérdida de peso y aumentó la vida útil respecto al control sin recubrir (Fayaz et al., 2009).

La aplicación de recubrimientos similares (alginato-nanopartículas de plata) a champiñón también redujo el recuento de aerobios mesófilos y psicrófilos, mohos y levaduras durante almacenamiento a 4 °C. Además, este recubrimiento redujo la pérdida de peso, el ablandamiento y pardeamiento enzimático de los champiñones durante 16 días de almacenamiento en frío (Jiang et al., 2013).

Agradecimientos

La autora agradece la financiación al INIA por los proyectos financiados en esta línea de investigación (RTA2008-00074 y RTA2012-00061).

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