El envasado en atmósfera modificada y la adición de aceites esenciales fue efectiva a la hora de reducir el proceso de maduración de la ciruela ‘Black amber’

Desarrollo de un envase activo para mejorar la calidad de la ciruela y mantener sus propiedades antioxidantes

Fabián Guillén, Daniel Valero, Pedro Javier Zapata, María Serrano, Juan Miguel Valverde, Huertas María Díaz-Mula, Salvador Castillo y Domingo Martínez-Romero (EPSO-Universidad Miguel Hernández)03/12/2012

En un panorama de importantes innovaciones tecnológicas en el diseño, concepción y fabricación de envases y embalajes, aparecen unos envases muy particulares denominados ‘envases inteligentes’, ‘envases interactivos’ y ‘envases funcionales’ o envases conservadores de frescura. Existen autores partidarios de hacer una distinción en dos grupos, al primero de los cuales llamaríamos envases activos y al segundo envases inteligentes. Con un envase activo, se están cumpliendo objetivos básicos deseados con cualquier técnica de conservación, como aumentar la vida útil del alimento. Ello suele ser sinónimo de proteger contra agentes responsables de alteración, ya sea ésta física, química, enzimática o microbiológica.

Con el envasado tradicional manteníamos estáticos los niveles de los parámetros causantes de procesos de degradación. Sin embargo en este tipo de envasado introducimos un dinamismo, que va a actuar a nuestro favor. Las interacciones beneficiosas creadas entre alimento y envase pueden basarse en la regulación del contenido en gases dentro del envase (oxígeno, dióxido de carbono, etileno, etc.), en el control de la humedad (aditivos antivaho, absorbentes, etc.), en una acción antimicrobiana (etanol, ácidos orgánicos, antibióticos, bacteriocinas, fungicidas, etc.). Anteriormente, en el interior del envase sólo se daban cambios que surgían de la evolución natural del producto; ahora el alimento está en un entorno que se va a modificar beneficiosamente a través de cambios inducidos gracias a este sistema de envasado (Rooney, 1995).

El envase activo en el que se centra este estudio, tiene una finalidad diferente de los llamados envases inteligentes, y ello justifica su distinción del envasado activo con una designación especial. La acción de los envases inteligentes, posibilita un sueño en las pretensiones del consumidor del mundo moderno, siendo el envase mismo el que habla de su calidad o de los sucesos que han marcado su procesado, actuando como un indicador del posible mal estado o degradación del producto, así como de un mantenimiento, transporte o distribución inadecuada.

La característica especial de los envases activos se consigue incluyendo el componente activo en todo el material de envase, o gracias a la utilización de un sobre, bolsitas o etiquetas que contienen el producto activo. Esta última posibilidad no exige cambios en el diseño del envase, pero impone una separación física segura y estable para impedir el contacto de ese componente con el alimento.

En este estudio el componente activo lo forma una combinación de aceites vegetales esenciales naturales. Los aceites esenciales, o también llamados aceites volátiles, son líquidos oleosos aromáticos que se obtienen de diferentes órganos vegetales: flores, yemas, semillas, hojas, tallos, frutos y raíces. Los aceites esenciales pueden extraerse por presión, fermentación o extracción, si bien el método más ampliamente usado para la producción comercial de aceites esenciales es la destilación. De hecho, la destilación como método de producción de aceites esenciales se usaba hace 2.000 años en Egipto.

Se conoce desde hace algunos años que algunos aceites esenciales poseen propiedades antimicrobianas así como las especias de donde proceden, si bien el reciente aumento en el interés sobre las sustancias naturales con un posible beneficio sobre la salud, ha conllevado a un resurgimiento en el estudio científico de estas sustancias, ya que los consumidores desean cada vez menos el uso de aditivos alimentarios sintéticos que tienen un fuerte impacto en el medio ambiente. No obstante, la Organización Mundial de la Salud en un estudio reciente ha estimulado a reducir las infecciones causadas por los alimentos a través de una reducción o eliminación efectiva de los patógenos presentes en los alimentos mediante la combinación de métodos clásicos de conservación junto con las nuevas tecnologías, entre las que se encontrarían los aceites esenciales.

En varios artículos se ha descrito como la combinación del envasado en atmósfera modificada (EAM) con la adición de eugenol, mentol o timol (aceites esenciales procedentes de hierbas aromáticas como clavo, menta y orégano o tomillo respectivamente), mantienen de forma general la calidad y seguridad del producto envasado ya que reducen la incidencia microbiana en frutas como cereza.

Por otro lado, el EAM ha sido poco estudiado en ciruelas, aunque en estudios recientes se muestra que es eficaz en disminuir los daños por frío en ciruelas ‘Friar’ mediante una reducción en el ablandamiento, pardeamiento de los frutos, así como de aquellos parámetros relacionados con la maduración tales, como la deshidratación, tasa de respiración, cambios de color, pérdida de acidez y el incremento en los sólidos solubles totales.

Las ciruelas contienen grandes cantidades de compuestos antioxidantes siendo una importante fuente de estos en nuestra dieta diaria. Por ello, la propuesta que se presenta en este artículo, fue desarrollar un envase activo basado en la aplicación del EAM combinado con la adición de una combinación de aceites esenciales como son eugenol, mentol y carvacrol (este último obtenido del orégano como en el caso del timol) y así poder estudiar el efecto de estos compuestos sobre la calidad de la ciruela así como de los distintos compuestos bioactivos que contiene.

Desarrollo del ensayo

Ciruelas ‘Black Amber’ (Prunus salicina Lind.), fueron recolectadas en un estado de madurez commercial, y una vez en el laboratorio se seleccionaron 384 frutos de forma homogénea con respecto al color, tamaño y con ausencia de defectos. Se dividieron los frutos al azar en 8 lotes de 48 frutos. Tres lotes de 8 frutos cada uno se utilizaron para analizar las propiedades de las ciruelas en el día de la recolección). Los lotes restantes se envasaron de forma individual con distintos films de polipropileno dividiendo los frutos en 5 grupos bien diferenciados: frutos envasados en film macroperforado (Control), envasados en film con alta permeabilidad al oxígeno (film P), envasados con film de permeabilidad media (film M), film P con 75 µL de una mezcla de los aceites esenciales comentados anteriormente (film P mix), y un film M en el cual se adicionó la mezcla de aceites esenciales también (film M mix). La mezcla de aceites esenciales adicionó en una gasa colocada en el interior del envase, evitando cualquier tipo de contacto entre los frutos y los aceites esenciales. Todos los envases se almacenaron a 2 °C con una humedad relativa del 90% durante 21 días y muestreados semanalmente.

Las distintas determinaciones que se hicieron antes de retirar el envase plástico de las bandejas que contenían las ciruelas fueron la concentración de CO₂ y O₂, así como la concentración de etileno. Una vez retirado el film plástico se midió la tasa de producción de etileno, pérdida de peso, color, firmeza, sólidos solubles y acidez. A su vez, de cada lote de 8 ciruelas de cada día de muestreo, se tomaban porciones de pulpa y de piel obteniendo dos submuestras por lote que se congelaron en nitrógeno líquido para posteriormente determinar el contenido en compuestos fenólicos, carotenoides, y antocianinas así como la actividad antioxidante total (AAT) tanto en la fase hidrosoluble como en la fase liposoluble.

Resultados

Las frutas y hortalizas continúan viviendo después de la recolección, lo que se manifiesta en los fenómenos respiratorios y la transpiración de frutos, así como en una serie de cambios como la pérdida de firmeza, variaciones de color, sabor, etc. Las ciruelas presentan problemas de transporte y comercialización ya que presentan una elevada tasa de respiración y de producción de etileno. El EAM es una de las técnicas más importantes en la conservación post-recolección de frutas y hortalizas para mantener la calidad, reduciendo pérdidas de peso y podredumbres aumentando el efecto beneficioso del almacenaje a baja temperatura. Si bajo condiciones de refrigeración, envasamos un fruto con un film de una determinada permeabilidad a los gases, la propia respiración del producto vegetal, va acumulando en el interior del envase CO₂ y va disminuyendo el contenido de O₂, hasta que se alcanza un equilibro en el cual la tasa de producción de CO₂ y la de consumo de O₂ se iguala a la tasa de difusión de estos gases por la superficie del plástico.

Concentración de gases en el interior de los envases

Durante el almacenamiento, las concentraciones de CO₂, incrementaron y las de O₂ disminuyeron dentro de los envases y la atmósfera de equilibrio se alcanzó tras 7 días a 2 °C (Fig.1). La modificación de la atmósfera más importante se produjo en los envases de ciruelas con el film M que además contenían aceites esenciales. Por otro lado, la atmósfera de equilibrio conseguida podría ser considerada como óptima para estos frutos según experimentos preliminares y de acuerdo con trabajos previos nuestros (Cantín et al., 2008).

Fig.1: Cambios en las concentraciones de CO₂ y O₂ (kPa) en ciruela ‘Blackamber’ envasadas con film macroperforado (control), y bajo condiciones de EAM con film P y M sólo o conteniendo aceites esenciales. Los datos son media±SE (n = 5).

La concentración de etileno dentro de los envases estuvo afectada por la adición de aceites esenciales ya que cuando estos se añadieron, la producción de etileno disminuyó (Fig.2A). Con respecto a la tasa producción de etileno (medida durante el almacenamiento en frío tras abrir los envases) en los frutos controles, la producción de etileno fue mucho mayor que en aquellos envasados bajo condiciones EAM (Fig. 2B) sin mostrar diferencias según si se habían o no adicionado aceites esenciales. Esta variedad de ciruela tiene el típico patrón climatérico que experimentan muchas variedades de ciruela, en los que las altas producciones de etileno van asociadas a una mayor madurez del fruto. (Díaz-Mula et al., 2008). El efecto del EAM inhibiendo la producción de etileno ha sido atribuida tanto a las bajas concentraciones de O₂ como a las altas concentraciones de CO₂ en el interior de los envases. Las bajas concentraciones de O₂ inhiben una de las enzimas responsables de la biosíntesis de etileno (1-aminociclopropano-1-carboxílico oxidasa) mientras que el CO₂ es un antagonista de la acción del etileno, impidiendo su síntesis autocatalítica (Artés et al., 2006).

Fig.2: Concentración de etileno (%) en el interior de los envases que contienen ciruelas ‘Blackamber’ (A) y Tasa de producción de etileno (nL g^-1 h^-1) tras la apertura de los envases (B) durante el almacenamiento a 2 °C envasadas con film macroperforado (control), y bajo condiciones de EAM con film P y M sólo o conteniendo aceites esenciales. Los datos son media±SE (n = 5).

Cambios de color

Los cambios de color fueron retrasados significativamente bajo condiciones EAM con menores cambios tanto en la pulpa como en la piel de las ciruelas envasadas con film M que con film P (Fig. 3A). Además, encontramos un efecto beneficioso adicional cuando los aceites esenciales fueron añadidos a estos envases en todos los casos. Como no existieron diferencias significativas en la composición interna de los gases, el retraso en la evolución del color se tuvo que deber a la adición de los aceites esenciales. Este efecto podría ser debido al retraso en la biosíntesis tanto de antocianinas como de carotenoides inducida por el EAM según trabajos previos (Artés et al., 2006), el cual fue mayor en aquellas ciruelas almacenadas en bajo condiciones EAM con el film menos permeable.

Pérdidas de peso e índice de madurez

Las pérdidas de peso en las ciruelas envasadas en condiciones de EAM fueron significativamente menores que en los frutos controles aunque no encontramos diferencias relacionadas con las distintas permeabilidades de los Films (datos nos mostrados). El efecto del EAM sobre la reducción de las pérdidas de peso es ya conocido, y podría ser debida a las propiedades de los films al controlar el intercambio del vapor de agua (Martínez-Romero et al., 2003). Por otro lado, la relación entre los sólidos solubles (SST) y la acidez titulable (AT) considerada como índice de madurez (SST/TA) incrementó rápidamente durante el almacenamiento en los frutos control, mientras que con el uso del ambos films (P y M) los valores de este índice fueron significativamente menores. Asimismo encontramos diferencias entre los films, ya que aquellas ciruelas envasadas con el film M mostraron un índice de madurez (SST/TA) menor que el obtenido en las ciruelas envasadas con el film P. Este retraso se debió a un mantenimiento de los sólidos solubles y a una mayor acidez en los frutos envasados mediante EAM (datos no mostrados).

Fig.3: Color Hue (ángulo Hue) en la pulpa (A) y firmeza del fruto entero (Nmm^-1) (B) durante el almacenamiento a 2 °C en las ciruelas ‘Blackamber’ envasadas con film macroperforado (control), y bajo condiciones de EAM con film P y M sólo o conteniendo aceites esenciales. Los datos son media±SE (n = 5).

Firmeza

La firmeza del fruto descendió significativamente durante el almacenamiento (Fig. 3B). Sin embargo este proceso de ablandamiento fue reducido significativamente por el uso del EAM mostrando un ligero incremento de la firmeza las ciruelas envasadas con el film M con respecto al film P. El efecto del EAM retrasando el ablandamiento podría ser debido al retraso en la producción de etileno que se comentó anteriormente. Sin embargo no podemos descartar que se esté produciendo un efecto directo de las altas concentraciones de CO₂ y las bajas concentraciones de O₂ sobre la inhibición de la actividad de las enzimas de degradación de pared celular como se ha observado en distintos frutos climatéricos (Akbudak and Eris, 2004), y no climatéricos como la uva de mesa (Martínez-Romero et al., 2003). La adición de los aceites esenciales mejoró el mantenimiento de la firmeza de la pulpa. De este efecto, que ha sido descrito también en cereza (Serrano et al., 2005) se desconoce el mecanismo de acción, aunque podría ser debido a un efecto aditivo de estos compuestos en combinación con el EAM sobre la reducción de la actividad de las enzimas de degradación de pared celular.

Fenoles totales

Durante el almacenamiento de estos frutos se observó un incremento en el contenido de fenoles totales tanto en la piel como en la pulpa de los frutos (Fig. 4). Este incremento fue retrasado por el EAM mostrando además diferencias significativas entre el film P y el film M, las cuales podrían ser debidas al efecto del EAM (disminuyendo el contenido de O2 y aumento la concentración de CO2) sobre el retraso en la maduración post-recolección, caracterizado por una menor producción de etileno, ablandamiento del fruto, cambios en el color, y contenido de acidez. Además no debemos descartar que este incremento en y descenso de en el interior de los envases, pudiera estar dando lugar a un retraso en la actividad de diferentes enzimas involucradas en las rutas de biosíntesis de los compuestos fenólicos (Desjardins, 2008), así como reduciendo directamente la actividad de la enzima polifenol oxidasa o peroxidasa (Pourcel et al., 2007), las cuales son las principales enzimas responsables de la degradación de estos compuestos.

Fig.4: Fenoles totales (mg 100g^-1) en la piel (A) y en la pulpa (B) durante el almacenamiento a 2 °C en las ciruelas ‘Blackamber’ envasadas con film macroperforado (control), y bajo condiciones de EAM con film P y M sólo o conteniendo aceites esenciales. Los datos son media±SE (n = 5).

Carotenoides y antocianinas

Al igual que en el caso de los fenoles totales, encontramos diferencias significativas en cuanto a las concentraciones de carotenoides totales en cuanto al tejido donde fueron determinados, obteniendo una concentración de fenoles totales entre 5 y 7 veces mayor en la piel que en la pulpa a lo largo del almacenamiento, si bien el efecto del EAM fue claro a la hora de retrasar la pérdida de carotenoides totales durante el estudio (Fig 5).

Fig.5: Carotenoides totales (mg 100g^-1) en la piel (A) y en la pulpa (B) durante el almacenamiento a 2 °C en las ciruelas ‘Blackamber’ envasadas con film macroperforado (control), y bajo condiciones de EAM con film P y M sólo o conteniendo aceites esenciales. Los datos son media±SE (n = 5).

Asimismo, con respecto a las antocianinas, se identificaron dos antocianinas individuales mayoritarias como fueron cianidin-3-glucósido y cianidin-3-rutinosido, aunque esta última se encontró a concentraciones menores. En la piel de los frutos control, se produjeron incrementos significativos de las concentraciones de ambas antocianinas a lo largo del almacenamiento, mientras que dichos incrementos fueron retrasados en aquellas ciruelas que se almacenaron en condiciones EAM sin existir diferencias significativas relativas al tipo de film (Fig. 6A) en el caso de la antocianina cianidin-3-glucósido.

Los incrementos tanto de antocianinas como de carotenoides son los responsables de los cambios de color asociados con el proceso de maduración del fruto en el árbol, o tras el almacenamiento refrigerado (Díaz-Mula et al., 2009). Sin embargo este incremento fue retrasado en las ciruelas almacenadas bajo condiciones de EAM, dando lugar a una reducción en los cambios de color como se comentó anteriormente. Los incrementos de antocianinas que se dan en cereza, fresa, arándano, frambuesa así como de licopeno en tomate y sandía, fueron menores bajo condiciones de EAM que en sus controles correspondientes, debido al efecto que tiene esta tecnología de envasado sobre el retraso en el desarrollo de la maduración post-recolección (Jones, 2007). Por otro lado, se observó un efecto positivo cuando se adicionaron los aceites esenciales en algunos casos, sobre el retraso en la disminución de de polifenoles totales, así como en la acumulación de carotenoides y antocianinas. El efecto de los aceites esenciales sobre la acumulación o mantenimiento de los fenoles totales, ha sido observado en otros frutos como la uva (Valero et al., 2006) y la fresa (Wang et al., 2007).

Fig.6: Antocianinas en la piel (mg 100g^-1) cianidin-3-glucósido (A) y cianidin-3-rutinósido (B) durante el almacenamiento a 2 °C en las ciruelas ‘Blackamber’ envasadas con film macroperforado (control), y bajo condiciones de EAM con film P y M sólo o conteniendo aceites esenciales. Los datos son media±SE (n = 5).

Actividad antioxidante total

La actividad antioxidante total (AAT), fue medida tanto en la fase hidrosoluble (AAT-H) como en la fase liposoluble (AAT-L) tanto en la piel como en la pulpa de las ciruelas. Los niveles de AAT-H siempre fueron mayores en la piel que en la pulpa (Fig. 7). A lo largo del almacenamiento, en los frutos controles, la AAT-H aumentó a la vez que la AAT-L disminuyó tanto en la piel como en la pulpa de los frutos. En todos los casos, el envasado de los frutos en atmósfera modificada retrasó la evolución de la actividad antioxidante total, con diferencias atribuibles al tipo de film, ya que aquellos frutos EAM con film M, mostraron menores niveles de AAT-H y mayores de AAT-L. Por otro lado, los niveles de AAT-L fueron ligeramente mayores cuando los aceites esenciales se adicionaron en el interior de los envases, tanto en la piel como en la pulpa (Fig. 8).

Fig.7: Cambios en la actividad antioxidante total de la fase hidrosoluble (AAT-H) en la piel (A) y en la pulpa (B) (mg 100g^-1) durante el almacenamiento a 2 °C en las ciruelas ‘Blackamber’ envasadas con film macroperforado (control), y bajo condiciones de EAM con film P y M sólo o conteniendo aceites esenciales. Los datos son media±SE (n = 5).

Los aceites esenciales aplicados muestran actividad antioxidante en su estado natural, similares a los de la vitamina C, pero esta actividad es principalmente debida a la presencia de grupos hidroxilo en el anillo de benceno que tienen estos aceites a nivel molecular (Shahidi et al., 1992). Por tanto, el uso combinado del EAM junto con los aceites esenciales daría lugar a un mantenimiento o un incremento de la AAT de la ciruela ‘Black amber’.

Resulta interesante resaltar que en la medida de la capacidad antioxidante de las ciruelas que la contribución de la AAT-L debe de ser tenida siempre en cuenta ya que los valores obtenidos de AAT-L fueron similares a los que se obtuvieron en la fase hidrosoluble (AAT-H) tanto en la piel como en la pulpa de esta variedad.

Fig.8: Cambios en la actividad antioxidante total de la fase liposoluble (AAT-L) en la piel (A) y en la pulpa (B) (mg 100g^-1) durante el almacenamiento a 2 °C en las ciruelas ‘Blackamber’ envasadas con film macroperforado (control), y bajo condiciones de EAM con film P y M sólo o conteniendo aceites esenciales. Los datos son media±SE (n = 5).

Conclusiones

El envasado en atmosfera modificada y la adición de aceites esenciales fue efectiva a la hora de reducir el proceso de maduración de la ciruela ‘Black amber’ mediante un retraso en los cambios de color, las pérdidas de firmeza y de acidez en comparación con las ciruelas controles. En muchos casos, el efecto fue mayor cuando las ciruelas se envasaron utilizando el plástico de menor permeabilidad (Film M), probablemente debido a una mayor modificación de la atmósfera interior.

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