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El Grupo comparte y aplica la filosofía europea sobre investigación e innovación agraria de crear conocimiento para mejorar la competitividad y la sostenibilidad

Calidad poscosecha de la producción hortofrutícola en Aragón: Grupo de Investigación en Alimentos de Origen Vegetal

Venturini ME1., Val J2. y Oria, R1.

Grupo de Investigación en Alimentos de Origen Vegetal

1Departamento de Producción Animal y Ciencia de los Alimentos, Universidad de Zaragoza. oria@unizar.es

2Estación Experimental de Aula Dei (EEAD – CSIC). jval@eead.csic.es

25/09/2017

El grupo de investigación reconocido por el Gobierno de Aragón es multidisciplinar y pluriinstitucional. Está constituido por más de 30 miembros que desarrollan sus actividades en el CSIC (Estación Experimental de Aula Dei), en el CITA (Centro de Investigación y Tecnología Agroalimentaria de Aragón), en el PCTAD (Parque Científico Tecnológico Aula Dei) y en la Universidad de Zaragoza, y que a su vez pertenecen a diferentes áreas de conocimiento. Así, no sólo se produce la asociación entre seis áreas de conocimiento distintas y complementarias, sino entre cuatro instituciones, respondiendo plenamente al espíritu de incentivar la masa crítica de los grupos y la asociación de científicos trabajando en campos relacionados, objetivos necesarios especialmente en momentos de crisis como la que está afectando a las actividades de I+i. El Grupo trabaja es estrecha relación con todos los agentes de la cadena agroalimentaria, colaboración necesaria y fomentada sin la que no sería posible dirigir su excelencia investigadora a afrontar los retos de la producción, conservación, transformación, comercialización y distribución de los alimentos de origen vegetal.

En Aragón es indiscutible el peso del sector agroalimentario. Los subsectores trufícola y hortofrutícola son de gran importancia y proyección de futuro. Otros aspectos importantes para Aragón en los que incide el trabajo del Grupo de Investigación son la fijación de la población rural y la promoción turística basada en la mejora de la oferta gastronómica.

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Melocotón de Calanda. Foto: Magalia.

Las principales líneas de investigación del grupo se agrupan en el siguiente listado y se resumen en la figura 1:

  1. Factores precosecha que influyen en la calidad de los alimentos de origen vegetal incluyendo la mejora genética de frutales y las prácticas culturales.
  2. Truficultura: producción de planta micorrizada, manejo de plantaciones y postcosecha de trufas
  3. Tecnología poscosecha de los productos vegetales
  4. Aceite de oliva y aceites vegetales
  5. Productos derivados de cereales: diseño de nuevos productos para colectivos con necesidades específicas (diabÉticos, celÍacos, ..)
  6. Tecnología Culinaria
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Figura 1. Líneas de investigación del Grupo Alimentos de Origen Vegetal.

A continuación se resumen algunas de las investigaciones que se están llevando a cabo dentro de las líneas de trabajo 1 y 3.

Nuevas estrategias de gestión cultural para prevenir alteraciones fisiológicas

Como exponente de las actividades de la Línea 1, la manchas vitrescente y corchosa de melocotón tardío, la mancha amarga de las manzanas, el rajado de la cereza y otros desórdenes fisiológicos en distintas especies hortofrutícolas, constituyen uno de los mayores problemas en la producción de frutas y hortalizas que se ha demostrado están relacionadas con el calcio, un nutriente específico para el metabolismo de todos los seres vivos, incluyendo las especies hortícolas y frutales.

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Figura 2. A) Manzanas Golden afectadas por mancha amarga y plara, B) Mancha corchosa en melocotón tardío variedad 58GC-76 y C) Mancha vitrescente en melocotón tardío embolsado de Calanda variedad Jesca.

Los mecanismos de transporte de calcio desde la raíz hasta el fruto son muy complejos, de forma que el aporte calcio por vía aérea, mediante aspersiones foliares es prácticamente la forma única de aliviar estas fisiopatologías en especies frutales leñosas. Los fabricantes de fertilizantes han puesto en el mercado un sinfín de formulaciones basadas en calcio y recomiendan su uso por vía foliar y algunos por vía radicular. Esto último, en especies frutales leñosas, carece de sentido si se pretende corregir una situación de desequilibrio durante la campaña en curso. Además, los aerosoles con calcio, generalmente son muy poco efectivos, debido a la escasa absorción de calcio por la epidermis del fruto. Tras largos años de investigación en condiciones controladas y especialmente en condiciones reales de campo con cultivos frutales, hemos conseguido aumentar la concentración de calcio en fruto, mediante el control de varios factores que constituyen estrategias específicas en función de la especie, variedad, edad y condiciones agroclimáticas de la plantación. Además, en las últimas campañas se ha escalado la magnitud de la experimentación a través de actividades de transferencia en colaboraciones público-privadas. Se están obtenido muy altos porcentajes de mitigación de fisiopatías que a menudo se manifiestan en forma de manchas superficiales y/o internas en el fruto. Las claves del procedimiento se basan en el uso de altas concentraciones de materia activa, eso sí, evitando la fitotoxicidad y, fundamentalmente, usando adyuvantes de uso alimentario que permiten al calcio permanecer en la superficie del fruto una vez aplicado, que se extienda de forma uniforme y que sea capaz de rehidratarse cuando las condiciones ambientales lo permitan.

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Figura 3. Aspersiones foliares de calcio. Coincide con el rodaje de un documental en la finca Experimental de la EEAD (http://www.eead.csic.es/video-el-calcio).

En nuestro grupo, hemos desarrollado métodos de prognosis y de modelización de los procesos de estrés que dan lugar a fisiopatías en frutas y hortalizas lo que nos ha permitido profundizar en el conocimiento de la función del calcio en especies cultivadas y la discriminación de las causas de estos trastornos fisiológicos. Este conocimiento permite desarrollar técnicas de gestión cultural enfocadas a resolver problemas concretos de la agricultura. La búsqueda de formas de prevenir las alteraciones fisiológicas del fruto y, por tanto, mejorar la calidad, vida poscosecha del fruto y su potencial de comercialización, lo que supone evitar cuantiosos costes económicos y medioambientales debido a mermas de calidad, coste de tratamientos correctores, costes de almacenamiento y conservación y mano de obra necesaria para la selección de los productos como etapa previa a su salida al mercado. A todo esto, habría que añadir el desprestigio de las marcas u orígenes de los productos si al mercado llegan frutas manchadas o con mal aspecto.

Como apunte adicional, en el último año hemos demostrado una hipótesis planteada hace más de diez años: las manchas en frutas relacionadas con calcio acumulan gran cantidad de alérgenos. Esta línea merece especial atención y solo la menciono aquí para indicar las implicaciones en seguridad alimentaria (Krawitzky et al., 2016)

En resumen, la finalidad de esta línea de investigación es introducir nuevas tecnologías para la industria hortofrutícola, aumentar la calidad de los productos a través de técnicas de producción sostenible, respetuosas con el medioambiente y competitivas. Tal objetivo sólo puede cumplirse teniendo en cuenta aspectos de investigación básica y aplicada de la producción de los cultivos. Nuestros estudios abordan a la optimización de los procesos fisiológicos que regulan la productividad y calidad de especies de frutales de hoja caduca y otros cultivos. Así, se están investigando los aspectos básicos de absorción de agua y nutrientes, distribución y función fisiológica de los nutrientes en la planta, en paralelo al desarrollo de estrategias de cultivo racional que aseguran el rendimiento, calidad y rentabilidad económica, minimizando el impacto ambiental. El desarrollo de estas tecnologías se está llevando a cabo en colaboración con actores de la escena agrícola y científica.

Aplicación de tecnologías poscosecha en la conservación de frutas y hortalizas y en la obtención de nuevos productos vegetales

Esta línea de investigación ha constituido el eje primero y fundamental a partir del cual se han ido desarrollando y diversificando las distintas actividades del grupo de investigación. Actualmente esta línea de investigación se subdivide en 3 líneas de actuación:

  • A) Control integral de las patologías poscosecha
  • B) Determinación de la calidad de frutas y hortalizas y aumento de su vida útil mediante la aplicación de tecnologías poscosecha
  • C) Desarrollo y caracterización de nuevos productos de origen vegetal (IV y V gama, deshidratados y liofilizados, smoothies, …)

La experiencia acumulada en todos estos aspectos nos ha permitido liderar el proyecto LIFE ‘CERO RESIDUOS: Hacia una producción y cadena de suministro sostenible de fruta de hueso’ (LIFE12 ENV/ES/000902) que comenzó en 2013, siendo el primer proyecto LIFE liderado por la Universidad de Zaragoza, y que ha finalizado en junio de 2017, siendo uno de los casos de éxito recogidos en la Estrategia Española de Bioeconomía (EEB) del Ministerio de Economía y Competitividad.

A) Control integral de las patologías poscosecha

Un aspecto que siempre ha acompañado el desarrollo de esta línea de investigación y que ha generado un gran interés en el sector productor aragonés y en la administración pública ha sido la búsqueda de tratamientos alternativos a los fitosanitarios en la poscosecha de frutas y hortalizas. En la actualidad los consumidores claman por una reducción del uso de estas sustancias químicas en los alimentos, y esta preocupación se hace especialmente notable en el sector de las frutas y hortalizas. El uso de estos productos está sujeto a múltiples limitaciones y desventajas que incluyen una normativa cada vez más estricta y severa tanto en el número y dosis de sustancias permitidas como a la hora de incluir un nuevo producto en la lista de fungicidas aplicables en poscosecha, problemas toxicológicos tanto en el ser humano como en el medio ambiente y limitaciones biológicas debidas a la frecuente aparición de residencias entre los mohos alterantes. Sin embargo, el uso de sustancias que prevengan el crecimiento microbiano no puede evitarse en su totalidad ya que originaría enormes pérdidas económicas.

El fin primordial de esta línea es por tanto encontrar sustancias más naturales e igual de eficaces que los fungicidas habituales, pero que no presenten problemas de toxicidad ni para el hombre ni para el medio ambiente, así como la optimización de sus dosis y condiciones de aplicación en distintos frutos. En los últimos años, la investigación se ha centrado en el control de la incidencia de la podredumbre marrón ocasionada por Monilinia fructicola y M. laxa en frutas de hueso. La lucha contra esta podredumbre que ocasiona enormes pérdidas durante la conservación de frutos de hueso es difícil. El patógeno infecta la fruta en campo y permanece latente hasta que las condiciones ambientales le resultan idóneas. Ante la imposibilidad de aplicar tratamientos fitosanitarios en poscosecha la disminución de su incidencia pasa por la aplicación de tratamientos físicos, químicos o biológicos que combinados o no, consigan la disminución de su incidencia. Es precisamente el control biológico la alternativa que ha centrado nuestros esfuerzos en los últimos 3 años. Las investigaciones comenzaron con el aislamiento de la superficie de melocotones de una cepa de B. amyloliquefaciens cuya actividad antifúngica hemos confirmado tanto in vitro e in vivo (Calvo et al., 2017), siendo especialmente eficaz frente a Monilinia spp. (figura 4) y otros mohos fitopatógenos como Botrytis cinerea. Gracias a esta nueva línea de trabajo en el 2015 nos fue concedida financiación en el Programa Estatal de I+D+i Orientada a los Retos de la Sociedad del Ministerio de Economía, Industria y Competitividad para llevar a cabo el proyecto ‘PATBIOCONTROL: Biocontrol de patógenos en campo y desarrollo de herramientas de lucha integrada’ liderado por la empresa aragonesa Bodegas San Valero y en el que participamos la Universidad de Zaragoza, el Parque Científico Tecnológico Aula Dei y la empresa de biotecnología, Xtrem Biotech.

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Figura 5. Melocotones inoculados con Monilinia fructicola: sin tratamiento de biocontrol (izqda.) y tratados con Bacillus amyloliquefaciens BUZ-14.

B) Determinación de la calidad de frutas y hortalizas y aumento de su vida útil mediante la aplicación de tecnologías poscosecha

Hoy en día el concepto de calidad integral debe recoger todas las características valoradas por los consumidores. Muchas de estas características como las texturales y otras fisiopatías, no son tenidas en cuenta en la clasificación, por lo que en ocasiones llegan al mercado frutos que aparentemente tienen una gran calidad, pero que presentan alguna característica negativa, por la que son sistemáticamente rechazados por el consumidor. Uno de los principales desafíos de la tecnología poscosecha es el desarrollo de sistemas capaces de medir parámetros de calidad interna como el contenido en azúcares, contenido en ácidos, firmeza, defectos internos, etc. En los últimos años, se han venido desarrollando diferentes metodologías para el análisis no destructivo o no invasivo de la calidad de frutas. El impacto no destructivo y la resonancia magnética son ensayos que pueden permitir la eliminación de los frutos con problemas texturales mientras que el análisis de imagen y los sistemas de visión artificial pueden ser utilizados para eliminar los frutos con daños en superficie o internos. La mayoría de los métodos no destructivos que se vienen desarrollando en los últimos años pueden ser acoplables a las cadenas de selección y producción, por lo que su aplicación práctica es evidente, si bien estos métodos requieren un arduo trabajo previo de calibración y el apoyo de asesoría científico-técnica especializada. Además de la detección de frutos dañados, estos métodos pueden ser utilizados para determinar el grado de madurez de la fruta ya que con la mayoría de ellos es posible identificar características relacionadas con la propia composición del fruto (contenido en azúcares y humedad, textura, fibra, etc.).

Sin embargo, tan importante como la mejora de los sistemas precosecha y el manejo cuidadoso en recolección y clasificación, es la selección de diferentes tecnologías poscosecha que permitan prolongar la vida útil del fruto, así como mejorar su calidad. Entre las diferentes tecnologías poscosecha actualmente utilizadas, el desarrollo de nuevos sistemas de envasado cobra cada vez más importancia a la hora de introducir cambios en las nuevas líneas de desarrollo del sector. Los productos hortofrutícolas son muy perecederos por lo que el uso de un envase adecuado y personalizado al producto se hace imprescindible para mantener la calidad. Finalmente, también estudiamos la eficacia de tratamientos complementarios a la conservación en frío como la aplicación de 1-metilciclopropeno o los recubrimientos comestibles en numerosos productos hortofrutícolas.

C) Desarrollo y caracterización de nuevos productos de origen vegetal (IV y V gama, deshidratados, zumos naturales, smoothies, …) y revalorización de subproductos de las prácticas agrícolas

Es evidente el creciente éxito que los productos refrigerados y mínimamente procesados están teniendo en el mercado, como consecuencia del cambio en las costumbres alimentarias y el atropellado ritmo de vida actual. El descenso en el consumo de fruta por la competencia directa de otros postres (lácteos, de pastelería...) obliga a modificar la forma tradicional de presentarla. Sin olvidar que hay otros sectores industriales como la panadería/repostería/pastelería que están muy interesados en incorporar la fruta como ingrediente si se le suministra con las adecuadas características. Esto plantea la necesidad de aumentar el abanico de productos que ofrecer al consumidor (y a los sectores de restauración y catering), dentro de la línea de productos 'frescos', que mantienen al máximo las propiedades nutricionales y presentados como 'listos para comer o para usar', así como de nuevas formas de presentación (frutas deshidratadas o liofilizadas como aperitivos saludables).

La incorporación en los procesos de elaboración de estos productos de tecnologías que en sí no son nuevas, pero que hasta el momento no se han utilizado para la transformación de frutas y hortalizas, es un nuevo reto para la industria alimentaria. Analizar cómo afectan estas tecnologías a las propiedades físicas, nutritivas y sensoriales de los alimentos y subsanar los posibles problemas que plantean como pardeamientos, pérdida de humedad, modificaciones de textura, pérdida de valor nutritivo, alteraciones microbiológicas, etc., mediante la adición de antioxidantes naturales, de recubrimientos comestibles, o con la modificación de las condiciones de procesado (temperatura, tiempo, atmósferas de envasado, tamaño, forma, etc.) son las actividades fundamentales de esta línea de investigación.

Con la Tesis Doctoral ‘El aclareo en fruto: una nueva fuente de compuestos e interés funcional y tecnológico’ (Diego Redondo, 2014) iniciamos una nueva línea de trabajo centrada en la búsqueda de compuestos con actividad antioxidante y antimicrobiana en los frutos procedentes del aclareo que continua actualmente con el estudio de los compuestos fenólicos en frutos rojos cultivados en alta montaña.

Consideraciones finales

En Aragón, este Grupo de Investigación es la referencia en poscosecha de frutas, hortalizas y otros productos vegetales. El Grupo comparte y aplica la filosofía europea (https://ec.europa.eu/agriculture/research-innovation_es) referente a la investigación y la innovación agraria cuyos objetivos deben dirigirse a la creación de conocimiento para mejorar la competitividad y la sostenibilidad. “La UE persigue tres objetivos a través de su política agrícola común: asegurar una producción de alimentos viable, garantizar una gestión sostenible de los recursos naturales y de la acción del clima y contribuir a un desarrollo territorial equilibrado. El cumplimiento de esos objetivos exige crear, compartir y aplicar nuevos conocimientos, nuevas tecnologías, nuevos productos y nuevas formas de organizar, aprender y cooperar”.

Agradecimientos

Los trabajos de este grupo han sido cofinanciado por Departamento de Innovación, Investigación y Universidad del Gobierno de Aragón y por el Fondo Social Europeo.

Selección de artículos del Grupo de Investigación Alimentos de origen Vegetal (líneas 1 y 3)

  • Arias E, González J, Oria R, López-Buesa P. 2007. Ascorbic acid and 4-hexylresorcinol effects on pear PPO and PPO catalyzed browning reaction. Journal of Food Science, 72 (8): 422-429.
  • Arias E, López-Buesa P, Oria R. 2009. Extension of fresh-cut Blanquilla pear shelf life by 1-MCP treatment after harvest. Postharvest Biology and Technology, 54 (1): 53-58.
  • Calvo H, Marco P, Blanco D, Oria R, Venturini ME. 2017. Potential of a new strain of Bacillus amyloliquefaciens BUZ-14 as a biocontrol agent of postharvest fruit diseases. Food Microbiology. 63 (217), 101-110
  • Campo E, Marco P, Oria R, Blanco D, Venturini ME. 2017. Effects of preservation methods (freezing, hot air drying, lyophilisation and canning) on the odor-active compounds and aroma profile of black truffles (Tuber melanosporum). LWT Food Science and Technology, 80, 84-91.
  • González J, Arias E, Salvador ML, Oria R. 2008. Modelling of changes in atmosphere composition in fresh-cut peach due to temperature fluctuations. Food Science &Technology International, 14 (5): 109-118.
  • González J, Ferrer A, Oria, R, Salvador M. 2008. Determination of O2 y CO2 transmission rates through microperforated films for modified atmosphere packaging of fresh fruits and vegetables. Journal of Food Engineering 86 (2): 194-201.
  • González-Buesa J, Ferrer A, Oria R, Salvador ML. 2009. A mathematical model for packaging with microperforated films of fres-cut fruits and vegetables. Journal of Food Engineering, 95 (1): 158-165.
  • Guillén S, Mir J, Oria R, Salvador ML. 2017. Influence of cooking conditions on organoleptic and health-related properties of artichokes, green beans, broccoli and carrots. Food Chemistry, 217, 209-216.
  • Krawitzky M, Arias E, Peiró JM, Negueruela AI, Val J, Oria R. 2014. Determination of color, antioxidant activity and phenolic profile of different fruit tissue of Spanish ‘Verde Doncella’ apple cultivar. International Journal of Food Properties 17 (10): 2298–2311.
  • Krawitzky M, Orera I, Oria R, Val J. 2016. Identificaction of bitter pit protein markers in Malus domerstica using differential in-gel electrophoresis (DIGE) and LC-MS/MS. Postharvest Biology and Technology 111, 224-239
  • Lafuente V, Herrera L, Pérez MD, Val J, Negueruela AI. 2015. Firmness prediction in Prunus persica ‘Calrico’ peaches by visible/short-wave near infrared spectroscopy and acoustic measurements using optimised linear and non-linear chemometric models”. Journal of the Science of Food and Agriculture, 95 (10), 2033-2040.
  • Melado-Herrerosa A, Muñoz-García MA, Blanco A, Val J, Fernández-Valled ME, Barreiro, P. 2014. Assessment of watercore development in apples with MRI: Effect of fruit location in the canopy. Postharvest Biology and Technology, 86:125-133.
  • Redondo D, Arias E, Oria R, Venturini ME. 2017. Thinned stone fruits are a source of polyphenols and antioxidant compounds. Journal of Food Science and Agriculture. 95 (10), 2011-2040.
  • Redondo D, Venturini ME, Oria R, Arias E. 2016. Inhibitory effect of microwaved thinned nectarine extracts on polyphenol oxidase activity. Food Chemistry 197, 603-610
  • Rivera CS, Venturini ME, Marco P, Oria R, Blanco D. 2011. Effects of electron-bean and gamma irradiation treatments on the microbial populations, respiratory activity and sensory characteristics of Tuber melanosporum truffles packaged under modified atmospheres. Food Microbiology, 28 (7): 1252-1260.
  • Rivera CS, Venturini ME, Oria R, Blanco D. 2011. Selection of a decontamination treatment for fresh Tuber aestivum and Tuber melanosporum truffles packaged in modified atmospheres. Food Control, 22 (3-4): 626-632.
  • Salvador ML, Jaime P, Oria R. 2002. Modelling of O2 and CO2 exchange dynamics in modified atmosphere packaging of Burlat cherries. Journal of Food Science, 67 (1): 231-235.
  • Venturini ME, Blanco D, Oria R. 2002. In vitro antifungal activity of several antimicrobial compounds against Penicillium expansum. Journal of Food Protection, 65 (5): 834-839.

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