ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y
AGROINDUSTRIA
ESTUDIO DE LA INHIBICIÓN DEL PARDEAMIENTO ENZIMÁTICO
POR IRRADIACIÓN Y DE LA CALIDAD POSCOSECHA DURANTE
EL ALMACENAMIENTO REFRIGERADO DE LA NARANJILLA
(Solanum quitoense Lam.) IRRADIADA
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO
QUÍMICO
LUIS GABRIEL MONTENEGRO RIVERA
[email protected]
DIRECTOR: ING. MARÍA CATALINA VASCO CARRILLO, PhD.
[email protected]
CO-DIRECTOR: ING. SILVIA AZUCENA VALENCIA CHAMORRO, PhD.
[email protected]
Quito, Diciembre 2015
© Escuela Politécnica Nacional 2015
Reservados todos los derechos de reproducción
DECLARACIÓN
Yo, Luis Gabriel Montenegro Rivera, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi
autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación
profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en
este documento.
La
Escuela
Politécnica
Nacional
puede
hacer
uso
de
los
derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad
Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
__________________________
Luis Gabriel Montenegro R.
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por el Sr. Luis Gabriel
Montenegro Rivera, bajo mi supervisión.
___________________________
Ing. Catalina Vasco, PhD.
____________________________
Ing. Silvia Valencia Chamorro, PhD.
DIRECTORA DE PROYECTO
CODIRECTORA DE PROYECTO
AUSPICIO
La presente investigación contó con el auspicio financiero del proyecto interno PIIDCN-2013-001: “Estudio de la inhibición del pardeamiento enzimático por
irradiación y de la calidad poscosecha de la naranjilla (Solanum quitoense Lam.)
durante el almacenamiento refrigerado posterior”, que se realizó en el
Departamento de Ciencias Nucleares.
AGRADECIMIENTO
Ante todo, a Dios por su infinito amor y por todas las bendiciones derramadas
sobre mí y los míos.
A mi familia entera por ser lo más importante en mi vida. A mi esposa e hija, a mis
padres, a mis hermanas y por su puesto a mis sobrinos y sobrinas.
Al Departamento de Ciencias Nucleares DCN, al Departamento de Ciencia de
Alimentos y Biotecnología DECAB y a la Escuela Politécnica Nacional EPN, por la
apertura, por los laboratorios facilitados para la ejecución de esta investigación, y
por el apoyo económico concedido.
A las ingenieras, Catalina Vasco y Silva Valencia por su apoyo incondicional, su
paciencia y su guía oportuna.
A Jeiny por compartirme su experiencia y a todos quienes estuvieron
ayudándome en el desarrollo experimental de este estudio, entre ellos: a la Sra.
Rosalía por proveerme de naranjilla y a mi hermana Gilmy por ayudarme a
cosecharla; a Gaby, Pao, Evelin, Anita, Oscar, Carlos, Natalia, Ruth, Luis y a Isa
por darme una manito en los laboratorios.
Al personal docente, técnico y administrativo del Laboratorio de Química Orgánica
e Investigaciones Aplicadas por todo el tiempo de calidad compartido.
A mis amigos Xavy, Luchito, Danny e Iván y a mis amigas Gaby A., Caro, Grace y
Geovanna, porque de una u otra manera me alentaron para seguir.
DEDICATORIA
Al motor de mi vida, Emmily Gabriela
A mis padres Luis y Fanny
A mi compañera de vida y apoyo incondicional, Laurita Katerine
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
RESUMEN
INTRODUCCIÓN
1
REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
PÁGINA
xi
xii
1
1.1 Naranjilla (Solanum quitoense Lam.)
1.1.1 Generalidades
1.1.2 Variedades
1.1.2.1 Variedades comunes tradicionales
1.1.2.2 Naranjilla de jugo mejorada
1.1.2.3 Híbridos comerciales
1.1.3 Características fisicoquímicas y nutricionales
1.1.4 Usos y beneficios
1.1.5 Fisiología de los frutos
1.1.5.1 Respiración
1.1.5.2 Transpiración
1.1.6 Manejo poscosecha
1.1.6.1 Recolección o cosecha
1.1.6.2 Selección y Clasificación
1.1.6.3 Pre enfriamiento
1.1.6.4 Limpieza y Desinfección
1.1.6.5 Secado y encerado
1.1.6.6 Empaque y transporte
1.1.6.7 Almacenamiento
1.1.7 Estadísticas de producción y exportación
1
1
3
3
3
4
4
6
7
7
8
9
10
10
12
12
13
13
14
14
1.2 Pardeamiento enzimático en frutos frescos
1.2.1 Pardeamiento por polifenoloxidasa (PPO)
1.2.2 Modo de acción de las polifenoloxidasas
1.2.3 Factores medioambientales relacionados con la acción
enzimática
1.2.4 Factores precosecha y poscosecha que afecta al pardeamiento
enzimático
1.2.5 Control del pardeamiento enzimático
17
17
19
22
22
1.3 Irradiación de frutas
1.3.1 Generalidades
1.3.2 Ventajas y desventajas
1.3.3 Efectos y objetivos
1.3.4 Irradiación combinada con otros tratamientos poscosecha
1.3.5 irradiadores
1.3.5.1 Fuente de isótopos
1.3.5.2 Irradiador de la escuela politécnica nacional
1.3.6 Legislación
27
27
28
29
32
33
33
34
36
21
ii
2
3
PARTE EXPERIMENTAL
38
2.1 Determinación del rango de dosis de irradiación y el efecto de la
radiación sobre la calidad global de la naranjilla
2.1.1 Caracterización inicial de la naranjilla
2.1.2 Preparación de la fruta para la irradiación
2.1.3 Diseño experimental
2.1.4 Análisis fisico químico, sensorial y bioquímico
38
38
40
42
42
2.2 Determinación de la dosis de irradiación necesaria para inhibir el
pardeamiento enzimático en la naranjilla
43
2.3 Estudio del efecto de los procesos de irradiación y refrigeración
sobre la calidad poscosecha y la actividad de la polifenoloxidasa
(PPO) de la naranjilla irradiada
2.3.1 Preparación de la fruta para la irradiación y almacenamiento
2.3.2 Diseño experimental
2.3.3 Análisis físico, químico, sensorial, fisiológico y bioquímico
2.3.3.1 Acidez titulable
2.3.3.2 Pérdida de peso
2.3.3.3 Calidad visual
2.3.3.4 Calidad sensorial
2.3.3.5 Tasa de respiración (TR)
44
44
45
45
46
46
47
48
49
2.4 Diseño básico de un proceso de elaboración de pulpa de naranjilla
irradiada
50
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
51
3.1 Determinación del rango de dosis de irradiación y el efecto de la
radiación sobre la calidad global de la naranjilla
3.1.1 Caracterización inicial de la materia prima
3.1.2 Apariencia y calidad sensorial global
3.1.3 Propiedades fisicoquímicos
3.1.4 Actividad enzimática de la polifenoloxidasa (PPO)
51
51
54
56
59
3.2 Determinación de la dosis de irradiación necesaria para inhibir el
pardeamiento enzimático en la naranjilla
61
3.3 Estudio del efecto de los procesos de irradiación y refrigeración
sobre la calidad poscosecha y la actividad de la polifenoloxidasa
(PPO) de la naranjilla irradiada
3.3.1 Propiedades fisicoquímicas
3.3.2 Calidad visual
3.3.3 Calidad sensorial
3.3.4 Tasa de respiración
3.3.5 Actividad enzimática de la polifenoloxidasa (PPO)
64
65
74
81
84
86
iii
4
3.4 Diseño básico de un proceso de elaboración de pulpa de naranjilla
irradiada
3.4.1 Definición del producto
3.4.2 Capacidad de producción
3.4.3 Materia prima e insumos
3.4.4 Descripción del proceso y definición del diagrama de bloques
(BFD)
3.4.5 Balances de masa y energía y definición del diagrama de
flujo del proceso (PFD)
3.4.6 Selección de los equipos principales
96
100
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
110
4.1 Conclusiones
4.2 Recomendaciones
110
111
91
91
92
92
93
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
112
ANEXOS
124
iv
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1.1. Clasificación taxonómica de la naranjilla
PÁGINA
1
Tabla 1.2. Composición nutricional de la naranjilla
5
Tabla 1.3. Composición química y nutricional de las variedades
comerciales de naranjilla en el Ecuador
5
Tabla 1.4. Composición fisicoquímica de la naranjilla de jugo mejorada,
INIAP Quitoense-2009
6
Tabla 1.5. Clasificación de la naranjilla en función del calibre
11
Tabla 1.6. Clasificación de la naranjilla en función de su categoría
11
Tabla 1.7. Total de exportaciones de naranjilla ecuatoriana por país de
destino, para los años 2013 y 2014
16
Tabla 1.8. Dosis de radiación aplicadas para diferentes objetivos
31
Tabla 1.9. Resultados de la irradiación de alimentos combinada con otros
tratamientos poscosecha
32
Tabla 2.1. Escala de valoración para a evaluación de la calidad visual de la
naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009, durante el
almacenamiento refrigerado
47
Tabla 2.2. Escala de valoración de la calidad visual final de la naranjilla de
jugo INIAP Quitoense-2009, durante el almacenamiento
refrigerado
48
Tabla 3.1. Caracterización fisicoquímica y bioquímica inicial de la
naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009
51
Tabla 3.2. Porcentaje de inhibición de la actividad enzimática de la
polifenoloxidasa en la naranjilla recién cosechada irradiada a las
dosis de estudio
62
Tabla 3.3. Porcentaje de inhibición de la actividad enzimática de la
polifenoloxidasa en los extractos enzimáticos de naranjilla
irradiados a las dosis de estudio
62
Tabla 3.4. Firmeza, pH, sólidos solubles totales y acidez titulable de la
naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009 irradiada a 500 Gy y
almacenada hasta 60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20 °C y
80 %HR
65
v
Tabla 3.5. Evaluación de la calidad visual de la naranjilla almacenada hasta
60 días a 8 °C y 90 % HR más 7 días a 20 °C, sin ningún
tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy
74
Tabla 3.6. Índice de calidad visual de la naranjilla almacenada hasta 60 días
a 8 °C y 90 % HR más 7 días a 20 °C, sin ningún tratamiento
(control) e irradiada a 500 Gy
80
Tabla 3.7. Evaluación sensorial de la naranjilla almacenada hasta 60 días a
8 °C y 90 % HR más 7 días a 20 °C, sin ningún tratamiento
(control) e irradiada a 500 Gy
82
Tabla 3.8. Porcentaje de inhibición de la actividad enzimática de la
polifenoloxidasa en la naranjilla almacenada hasta 60 días a 8
°C y 90 %HR más 7 días a 20 °C, sin ningún tratamiento
(control) e irradiada a 500 Gy
87
Tabla 3.9. Resumen del balance de masa para el proceso de elaboración de
pulpa congelada de naranjilla irradiada
96
Tabla 3.10. Simbología de los equipos principales utilizados para la
elaboración de pulpa congelada de naranjilla irradiada
99
Tabla 3.11. Hoja de especificaciones técnicas de la balanza industrial
101
Tabla 3.12. Hoja de especificaciones técnicas de la banda transportadora
102
Tabla 3.13. Hoja de especificaciones técnicas de la lavadora de frutas
103
Tabla 3.14. Hoja de especificaciones técnicas de las canastillas plásticas
104
Tabla 3.15. Hoja de especificaciones técnicas de la fuente de Co60
105
Tabla 3.16. Hoja de especificaciones técnicas de la cámara de maduración
106
Tabla 3.17. Hoja de especificaciones técnicas de la despulpadora de frutas
107
Tabla 3.18. Hoja de especificaciones técnicas de la envasadora al vacío
108
Tabla 3.19. Hoja de especificaciones técnicas del cuarto frío
109
Tabla AII.1. Formulario para la evaluación de la calidad global de la
naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009
125
Tabla AV.1. Formulario para la evaluación de la calidad visual de la
naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009
133
vi
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1.1. Naranjilla de jugo (Solanum quitoense Lam.), variedad INIAP
Quitoense-2009
2
Figura 1.2. Producción de naranjilla a nivel nacional
15
Figura 1.3. Principales sustratos fenólicos de la polifenoloxidasa presente
en los productos hortofrutícolas
18
Figura 1.4. Mecanismo simplificado de la acción de las polifenoloxidasas
20
Figura 1.5. Esquema de las instalaciones del irradiador batch de la EPN
35
Figura 1.6. Símbolo internacional de irradiación “radura”
36
Figura 2.1. Disposición física de la naranjilla en las canastillas plásticas,
alrededor de la fuente de Co60
41
Figura 3.1. Gráfico de medias e intervalos LSD para la apariencia externa
de la naranjilla sin irradiar (0 Gy) y luego de ser irradiadas a las
dosis de estudio
54
Figura 3.2. Gráfico de medias e intervalos LSD para la calidad sensorial
global de la naranjilla sin irradiar (0 Gy) y luego de ser irradiada
a las dosis de estudio
55
Figura 3.3. Gráfico de medias e intervalos LSD para los sólidos solubles
totales de la naranjilla sin irradiar (0 Gy) y luego de ser irradiada
a las dosis de estudio
57
Figura 3.4. Gráfico de medias e intervalos LSD para el pH de la naranjilla
sin irradiar (0 Gy) y luego de ser irradiada a las dosis de estudio
57
Figura 3.5. Gráfico de medias e intervalos LSD para la firmeza de la
naranjilla sin irradiar (0 Gy) y luego de ser irradiada a las dosis
de estudio
58
Figura 3.6. Gráfico de medias e intervalos LSD para la actividad
enzimática de la PPO en la naranjilla fresca sin irradiar (0 Gy) y
en la naranjilla irradiada a las dosis de estudio
60
Figura 3.7. Gráfico de medias e intervalos LSD para la actividad
enzimática de la PPO en los extractos de naranjilla sin irradiar (0
Gy) y en los extractos irradiados a las dosis de estudio
60
vii
Figura 3.8. Gráfico de medias e intervalos LSD de la firmeza de la
naranjilla almacenada hasta 60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días
a 20 °C y 80 %HR, sin ningún tratamiento (control) e irradiada a
500 Gy
66
Figura 3.9. Firmeza de la naranjilla al inicio del experimento y en cada uno
de los periodos de almacenamiento refrigerado
67
Figura 3.10. Gráfico de medias e intervalos LSD de la firmeza de la
naranjilla al inicio del experimento y en cada uno de los
periodos de almacenamiento refrigerado
67
Figura 3.11. pH de la naranjilla al inicio del experimento y en cada uno de
los periodos de almacenamiento refrigerado
69
Figura 3.12. Sólidos solubles totales de la naranjilla al inicio del
experimento y en cada uno de los periodos de almacenamiento
refrigerado
69
Figura 3.13. Gráfico de medias e intervalos LSD del pH de la naranjilla al
inicio del experimento y en cada uno de los periodos de
almacenamiento refrigerado
70
Figura 3.14. Gráfico de medias e intervalos LSD de los sólidos solubles
totales de la naranjilla al inicio del experimento y en cada uno
de los periodos de almacenamiento refrigerado
70
Figura 3.15. Gráfico de medias e intervalos LSD de la acidez titulable de la
naranjilla almacenada hasta 60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días
a 20 °C y 80 %HR, sin ningún tratamiento (control) e irradiada a
500 Gy
71
Figura 3.16. Acidez titulable de la naranjilla al inicio del experimento y en
cada uno de los periodos de almacenamiento refrigerado
72
Figura 3.17. Gráfico de medias e intervalos LSD de la acidez titulable de la
naranjilla al inicio del experimento y en cada uno de los
periodos de almacenamiento refrigerado
72
Figura 3.18. Pérdida de peso de la naranjilla almacenada hasta 60 días a
8 °C y 90 %HR más 7 días a 20 °C, sin ningún tratamiento
(control) e irradiada a 500 Gy
73
Figura 3.19. Turgencia de la naranjilla al inicio del experimento y en cada
uno de los periodos de almacenamiento refrigerado
75
Figura 3.20. Gráfico de medias e intervalos LSD de la turgencia de la
naranjilla al inicio del experimento y en cada uno de los
periodos de almacenamiento refrigerado
76
viii
Figura 3.21. Gráfico de medias e intervalos LSD de los daños físicos en la
naranjilla almacenada hasta 60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días
a 20 °C y 80 %HR, sin ningún tratamiento (control) e irradiada a
500 Gy
76
Figura 3.22. Daños físicos en la naranjilla al inicio del experimento y en
cada uno de los periodos de almacenamiento refrigerado
77
Figura 3.23. Gráfico de medias e intervalos LSD de los daños en la
naranjilla al inicio del experimento y en cada uno de los
periodos de almacenamiento refrigerado
77
Figura 3.24. Gráfico de medias e intervalos LSD de la marchitez del cáliz
de la naranjilla almacenada hasta 60 días a 8 °C y 90 %HR más
7 días a 20 °C y 80 %HR, sin ningún tratamiento (control) e
irradiada a 500 Gy
78
Figura 3.25. Marchitez del cáliz de la naranjilla al inicio del experimento y
en cada uno de los periodos de almacenamiento refrigerado
79
Figura 3.26. Gráfico de medias e intervalos LSD de la marchitez del cáliz
de la naranjilla al inicio del experimento y en cada uno de los
periodos de almacenamiento refrigerado
79
Figura 3.27. Gráfico de medias e intervalos LSD de la dureza de la
naranjilla almacenada hasta 60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días
a 20 °C y 80 %HR, sin ningún tratamiento (control) e irradiada a
500 Gy
83
Figura 3.28. Gráfico de medias e intervalos LSD de la acidez de la
naranjilla almacenada hasta 60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días
a 20 °C y 80 %HR, sin ningún tratamiento (control) e irradiada a
500 Gy
83
Figura 3.29. Corte transversal de frutos de naranjilla A) naranjilla sin
irradiar y B) naranjilla irradiada
84
Figura 3.30. Tasa de respiración de la naranjilla almacenada hasta 60 días a
8 °C y 90 %HR más 7 días a 20 °C, sin ningún tratamiento
(control) e irradiada a 500 Gy
85
Figura 3.31. Gráfico de medias e intervalos LSD de la actividad enzimática
de la polifenoloxidasa en la naranjilla almacenada hasta 60 días
a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20 °C y 80 %HR, sin ningún
tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy
86
ix
Figura 3.32. Actividad enzimática de la polifenoloxidasa en la naranjilla
almacenada hasta 60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20 °C,
sin ningún tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy
87
Figura 3.33. Diagrama de bloques para la elaboración de pulpa de
naranjilla irradiada a una dosis de 500 Gy
95
Figura 3.34. Diagrama de flujo para la elaboración de pulpa de naranjilla
irradiada a una dosis de 500 Gy
98
Figura AI.1. Tabla de color para la recolección de naranjilla de jugo
variedad INIAP Quitoense-2009
125
Figura AIV.1. Escala para evaluar la turgencia en la naranjilla de jugo
INIAP Quitoense-2009
130
Figura AIV.2. Escala para evaluar los daños físicos en la naranjilla de jugo
INIAP Quitoense-2009
131
Figura AIV.3. Escala para evaluar la marchitez del cáliz en la naranjilla de
jugo INIAP Quitoense-2009
132
x
ÍNDICE DE ANEXOS
ANEXO I
Tabla de color para la cosecha de la naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009
125
ANEXO II
Formulario de registro para la evaluación de la calidad global de la naranjilla
126
ANEXO III
Determinación de la actividad polifenoloxidasa
127
ANEXO IV
Escala para la evaluación de la calidad visual de naranjilla
130
ANEXO V
Formulario de registro para la evaluación de la calidad visual de naranjilla
133
ANEXO VI
Formulario de registro para el análisis sensorial de naranjilla
134
xi
RESUMEN
El objetivo de esta investigación fue estudiar la inhibición del pardeamiento
enzimático por irradiación y la calidad poscosecha durante el almacenamiento
refrigerado de la naranjilla (Solanum quitoense Lam.) irradiada. En el desarrollo
experimental se utilizó naranjilla de jugo de la variedad INIAP Quitoense-2009
cosechada en madurez fisiológica (75 % de coloración amarilla).
Se evaluaron las propiedades físico, químico y bioquímicas de la naranjilla de jugo
en el rango de dosis de 250 a 3 000 Gy. La naranjilla irradiada se almacenó hasta
60 días a 8 °C y 90 %HR, realizando muestreos cada 15 días más un tiempo de 7
días de almacenamiento a 20 °C y 80 %HR para simular el tiempo de vida en
estante, y se determinó la firmeza, pH, SST (°Brix), acidez titulable, pérdida de
peso (%), actividad enzimática de la polifenoloxidasa (PPO), la calidad sensorial y
la apariencia de los frutos. Como control se usó naranjilla sin irradiar. Finalmente
se planteó un diseño básico para la elaboración de pulpa congelada de naranjilla,
en el que se incluyó a la irradiación como una operación unitaria alternativa para
mitigar el pardeamiento enzimático en la pulpa.
Se determinó que la dosis de 500 Gy permite conservar las propiedades: pH,
sólidos solubles totales (SST), firmeza y apariencia y calidad sensorial global de
los frutos; e inhibir la actividad de la PPO en un 38,37 %. Durante el estudio
poscosecha, el tratamiento con radiación gamma inhibió la actividad enzimática
en un 29,31 %, sin hallarse diferencias estadísticas significativas en el pH, SST,
acidez titulable y la pérdida de peso; a pesar que hubo una pérdida total de la
firmeza de la naranjilla tratada.
La irradiación permitió inhibir parcialmente (> 30%) el pardeamiento enzimático,
conservando las características propias de la naranjilla y pudiéndole procesar
para obtener una pulpa congelada de naranjilla irradiada que cumpliría con los
requisitos físico, químico y sensoriales establecidos por la norma técnica
ecuatoriana INEN 2337:2008, para pulpas de fruta.
xii
INTRODUCCIÓN
La naranjilla (Solanum quitoense Lam.) es una fruta climatérica originaria del
Ecuador que posee gran aceptación en los mercados nacionales e internacionales
por considerarse una fruta exótica de alto valor nutritivo y de sabor y aroma
característicos (FAO, 2006). En nuestro país se produce naranjilla a nivel
comercial en la región amazónica, donde se cultivan las variedades comunes:
agria, Baeza dulce y espinosa; los híbridos: Puyo, Palora y Mera; y la naranjilla de
jugo de la variedad INIAP Quitoense-2009 que se caracteriza por ser más
resistente al ataque de plagas y enfermedades, presentar alta productividad y
reunir buenas características de calidad que le hacen apetecida para el consumo
en fresco e industrializado (Revelo et al., 2010, pp. 27-30). Sin embargo, esta
fruta es altamente perecible por lo que su tiempo de consumo en fresco es corto,
debiéndosele comercializar principalmente procesada en forma de jugo o pulpa.
Además, durante su procesamiento presenta una marcada tendencia al
pardeamiento enzimático, proceso oxidativo que genera cambios en las
características organolépticas y pérdidas del valor nutricional (Mejía et al., 2014,
p. 108).
Las reacciones del pardeamiento enzimático, están catalizadas esencialmente por
las polifenoloxidasas (PPO), enzimas caracterizadas por tener dos átomos de
cobre en su centro activo. Las PPO y los sustratos fenólicos de hallan en
compartimientos celulares autónomos y separados dentro del tejido vegetal, es
por esto que en las frutas sanas no tienen lugar los procesos oxidativos; por el
contrario cuando estas experimentan algún daño mecánico, las polifenoloxidasas
entran en contacto con los sustratos fenólicos y en presencia del oxígeno
molecular catalizan la hidroxilación de monofenoles a orto-difenoles que se oxidan
enzimáticamente a orto-quinonas, las cuales polimerizan rápidamente para formar
melaninas con pigmentaciones pardas (Astiasarán y Martínez, 2000, p. 205; De la
Rosa, Alvarez, y Gonzáles, 2010, p. 110; González, Gardea, y Cuamea, 2005, p.
156; Simpson, 2012, p. 51).
xiii
La irradiación es una pasteurización en frío cuyos propósitos en las frutas frescas
son: desinfestación de insectos, control fitosanitario, retraso de los procesos de
maduración
y senescencia
e
inhibición
de
las
reacciones
enzimáticas
(Arvanitoyannis, 2010, p. 518; Bello, 2008, p. 450; Díaz, 2009, p. 324; Rahman y
Ahmed, 2012, p. 967).
En Ecuador se han estudiado diversas metodologías de inhibición del
pardeamiento enzimático en la naranjilla, entre ellas: tratamiento térmico
(Oquendo, 1980, p. 121); tratamiento químico con el uso de ácido ascórbico y
preservantes (Mosquera, 2008, p. 76); aplicación de pulsos eléctricos de alta
intensidad (Vilcaguano, 2013, pp. 65-67); y uso de radiación ultravioleta
(Samaniego, 2014, p. 72). Todos estos estudios se realizaron ya se en el jugo o
en el néctar de la naranjilla; sin embargo no se ha estudiado la posibilidad de
inhibir el pardeamiento enzimático en la naranjilla, mediante el tratamiento con
radiación gamma previo a su procesamiento. Por ello, el objetivo de esta
investigación fue estudiar el efecto de la irradiación sobre la actividad enzimática
de la polifenoloxidasa y la calidad poscosecha de la naranjilla durante el
almacenamiento refrigerado a condiciones de temperatura y humedad relativa
establecidas; además se diseñó un proceso de elaboración de pulpa congelada
de naranjilla irradiada.
1
1 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
1.1 NARANJILLA (Solanum quitoense Lam.)
1.1.1
GENERALIDADES
La naranjilla (Solanum quitoense Lam.) es una planta semisilvestre perteneciente
a la familia de las Solanáceas (FAO, 2006); su desarrollo y producción se da
favorablemente en zonas con clima tropical y subtropical húmedo; la naranjilla
común o de jugo se cultiva a altitudes de entre 800 y 1 700 msnm, a temperaturas
comprendidas entre 17 y 29 °C; con precipitaciones óptimas de 2 500 mm/año, a
humedades relativas comprendidas entre 78 y 92 % y a pH entre 5,3 y 6,0
(Revelo et al., 2010, pp. 13, 14).
La clasificación taxonómica de la naranjilla se presenta en la Tabla 1.1.
Tabla 1.1. Clasificación taxonómica de la naranjilla
Reino
Vegetal
División
Angiosperma
Subdivisión
Dicotiledónea
Clase
Simpétala
Subclase
Pentacíclica
Orden
Tubifloras
Familia
Solanácea
Sección
Lasiocarpa
Género
Solanum
Especie
quitoense
Variedad
quitoense (sin espinas); septentrionale (con espinas)
Nombres
comunes
Naranjilla en Ecuador y Perú; lulo en Colombia; naranjilla de castilla
en España; quito orange en Estados Unidos; morelle de Quito en
Francia; gele terong en Holanda y berenjena de olor en Costa Rica
(FAO, 2007; Revelo et al., 2010, p. 24)
2
Morfológicamente la naranjilla se describe como una planta con una raíz principal
fibrosa de hasta 50 cm; el tallo es robusto, semileñoso, cilíndrico y velloso con o
sin espinas; la naranjilla común alcanza una altura de hasta 2,0 m y los híbridos
hasta 1,3 m; las hojas son de forma oblonga y ovaladas de 30 a 40 cm de largo;
las flores son de color blanco con forma estrellada; los frutos son bayas esféricas,
globosas o levemente achatadas, con un diámetro comprendido entre 4 a 8 cm y
un peso entre 80 a 100 g, de color amarillo intenso, amarillo rojizo o naranja en la
madurez y cubiertos de una suave y tupida pilosidad; la pulpa es verdosa y de
sabor agridulce; y las semillas son dicotiledóneas, lisas y redondas de 2 a 3 mm
de diámetro de color blanquecino cremoso (ASOHOFRUCOL, 2012; FAO, 2006;
Heiser y Anderson, 1999, p. 381; INEN, 2009, p. 1; Revelo et al., 2010, pp. 24-27).
En la Figura 1.1, se muestra la naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009.
Figura 1.1. Naranjilla de jugo (Solanum quitoense Lam.), variedad INIAP Quitoense-2009
La naranjilla es originaria de los bosques húmedos subtropicales de Ecuador,
Colombia y Perú, localizados a lo largo de la Cordillera de los Andes, a una altura
comprendida entre los 1 200 y 2 500 msnm (Angulo, 2006, p. 7; FAO, 2006). La
diversidad primaria de esta solanácea se encuentra distribuida en Colombia,
Ecuador y Perú, con presencia de taxones relacionados en Venezuela, Centro
América, Brasil y una especie en Asia (Heiser y Anderson, 1999, p. 381; Lobo,
2006, p. 46).
3
1.1.2
VARIEDADES
En general se distinguen dos variedades principales de naranjilla; la Solanum
quitoense Lam. var. quitoense que no posee espinas, y la Solanum quitoense
Lam. var. septentrionale o espinosa (Angulo, 2006, p. 12; Medina, Sanchéz,
Camayo, Lobo, y Martínez, 2008, p. 5).
En el Ecuador se cultivan y comercializan las siguientes variedades de naranjilla e
híbridos:
1.1.2.1 Variedades comunes tradicionales
En nuestro país se cultivan las variedades: agria, Baeza dulce y espinosa; estas
tienen gran aceptabilidad en el mercado, sin embargo la superficie cultivada es
únicamente del 5 % de un total de 9 450 ha cultivadas; debido a la susceptibilidad
al ataque de enfermedad y plagas, tales como; el nemátodo del nudo de la raíz,
perforadores del tallo y fruto y a la marchitez vascular. La naranjilla común tiene
una importante acogida en el mercado local por su calidad, y se considera una
fruta promisoria en el mercado internacional, pero los altos costos de producción,
la reducida oferta y los altos niveles residuales de pesticidas en la fruta, reducen
el consumo interno y las posibilidades de exportación como fruta fresca (Revelo et
al., 2010, pp. 27, 28).
1.1.2.2 Naranjilla de jugo mejorada
Ante la problemática de la naranjilla común, el Instituto Nacional Autónomo de
Investigaciones Agropecuarias INIAP, dentro de su Programa de Fruticultura
desarrolló un plan de mejoramiento de la naranjilla, y purificó mediante varios
ensayos realizados entre los años 2008 y 2009 una nueva variedad de naranjilla
de jugo, denominada como INIAP Quitoense-2009, misma que proviene de una
selección de la variedad Baeza. Esta nueva variedad de naranjilla es más
4
resistente al ataque de enfermedades y plagas; sus plantas alcanzan alturas de
hasta 2 m, con tallos y hojas sin espinas, frutos redondos de buen tamaño y pulpa
verde con bajos niveles oxidativos. Además presenta alta productividad y buenas
características de calidad que le hace muy apetecida para el consumo en fresco e
industrializado (Revelo et al., 2010, p. 28).
1.1.2.3 Híbridos comerciales
Revelo et al. (2010) indican que en el Ecuador se cultivan y comercializan los
híbridos: Puyo, Palora y Mera (pp. 29, 30).
-
Híbrido Puyo; proveniente del cruzamiento entre la naranjilla común
variedad “agria” y la naranjilla jíbara del Oriente o cocona. Se estima que
alrededor del 50 % de la producción nacional corresponde a este híbrido.
-
Híbrido Palora; resultado del cruzamiento entre la naranjilla común
variedad Baeza roja y la variedad cocona Yantzaza. Aproximadamente el
40 % de la superficie cultivada pertenece a este híbrido.
-
Híbrido Mera o espinuda; posee características similares al híbrido
Palora, pero es susceptible a marchitez vascular. Este híbrido se cultiva
principalmente en la región Amazónica con un 93 % de la producción
nacional.
1.1.3
CARACTERÍSTICAS FISICOQUÍMICAS Y NUTRICIONALES
La naranjilla posee un importante contenido de vitamina C, hierro, fosforo,
vitamina A, potasio y calcio (FAO, 2006). En la Tabla 1.2 se detalla la composición
nutricional promedio en 100 g de pulpa de naranjilla y en la Tabla 1.3 se
especifica la composición química y nutricional de las variedades comerciales de
naranjilla en el Ecuador.
5
Tabla 1.2. Composición nutricional de la naranjilla
Componente
Promedio en 100 g de pulpa
Valor energético (cal)
28,0
Humedad (%)
91,6
Carbohidratos (g)
6,8
Proteína (g)
0,7
Fibra (g)
0,4
Ceniza (g)
0,6
Grasa (g)
0,1
Vitamina A (mg)
50,0
Ácido ascórbico (mg)
65,0
Tiamina (mg)
0,6
Niacina (mg)
1,5
Calcio (mg)
8,0
Fósforo (mg)
14,0
Hierro (mg)
0,4
(Cálix y Duarte, 2007, p. 33)
Tabla 1.3. Composición química y nutricional de las variedades comerciales de naranjilla
en el Ecuador
Característica
Variedad
Híbrido Palora
Híbrido Puyo
Agria
Humedad (%)
91,62
90,18
85,90
Ceniza (%)
0,52
0,51
0,82
Proteínas (%)
0,41
0,66
1,31
Fibra (%)
1,22
1,69
3,25
Acidez (%)
2,22
1,56
0,95
Alcaloides (%)
0,05
0,05
0,05
Sólidos solubles (%)
5,70
5,00
6,00
Sólidos totales (%)
8,93
14,12
9,82
Azucares totales (%)
1,93
2,83
2,19
Vitamina C (mg/100g)
N/D
83,50
3,70
(Revelo et al., 2010, p. 38)
6
A continuación se detallan las propiedades fisicoquímicas de la naranjilla de jugo
mejorada, INIAP Quitoense-2009.
Tabla 1.4. Composición fisicoquímica de la naranjilla de jugo mejorada, INIAP
Quitoense-2009
Característica
Promedio
Peso del fruto (g)
109,50
Largo del fruto (cm)
58,60
Díametro (cm)
55,60
Pulpa (%)
58,80
Corteza (%)
24,70
Semilla (%)
16,40
pH
2,72
Acidez Titulable (% ácido cítrico)
2,51
Sólidos soluble (oBrix)
9,60
Color de pulpa
Verde
(Revelo et al., 2010, p. 39)
1.1.4
USOS Y BENEFICIOS
Los frutos de la naranjilla se pueden consumir en fresco o procesados; y son
principalmente utilizados para la elaboración de pulpas, néctares, jugos, helados,
mermeladas, conservas, salsas y postres (Bone, Coronel, y Ramírez, 2001, p. 61;
Lim, 2013, p. 420). En la cocina Ecuatoriana la naranjilla es usada como
ingrediente exótico en la preparación de salsas de platos gourmet, ensaladas de
frutas y vegetales y también como decoración (Revelo et al., 2010, p. 98). En
Colombia en Cauca y Valle, un plato conocido como “champús” es preparado
fundamentalmente con jugo de naranjilla poco fermentado (Angulo, 2006, p. 13).
La naranjilla a nivel mundial poseen gran aceptación por considerarse una fruta
exótica, de sabor y aroma agradables (FAO, 2006).
7
La naranjilla tiene un alto contenido de vitamina C, inclusive mayor que el de los
cítricos comunes, su consumo evita la anemia gracias a la fijación del hierro en el
cuerpo, previene enfermedades respiratorias y además tiene propiedades
antioxidantes (Revelo et al., 2010, p. 39). El importante contenido de hierro en la
naranjilla, le atribuye propiedades tonificantes y diuréticas; el jugo de naranjilla
ayuda a disolver ciertas toxinas del organismo y también facilita la eliminación del
ácido úrico en la sangre (Angulo, 2006, p. 13; FAO, 2006).
El fósforo y vitamina A presente en la naranjilla, favorece la formación de uñas,
huesos y cabello. El fruto de naranjilla es refrescante, concilia el sueño, alivia
enfermedades nervisosas, mejora los casos de arteriosclerosis y también regula
la hipertensión (Tamayo, Bernal, Hincapié, y Londoño, 2001, p. 1).
1.1.5
FISIOLOGÍA DE LOS FRUTOS
Los frutos de naranjilla al cosecharse y separarse de la planta continúan con sus
procesos metabólicos (respiran, transpiran, maduran), hasta que se deterioran o
envejecen en la senescencia. La fruta luego de ser cosechada vive a expensas de
la cantidad de nutrientes que haya acumulado durante las etapas de formación,
crecimiento y desarrollo de la planta; es por tanto que su vida útil depende
directamente de la reservas alimenticias propias de la fruta (Garcia y Garcia,
2001, p. 15).
1.1.5.1 Respiración
La respiración no es más que una serie de reacciones catalizadas por enzimas,
en donde las reservas alimenticias de la fruta (azucares, almidones, ácidos
orgánicos, etc.), son oxidadas en presencia de oxigeno (O2) y consecuentemente
se tiene la producción de agua (H2O), dióxido de carbono (CO2) y la liberación de
energía, la que puede ser almacenada en las moléculas adenosín trifosfato (ATP)
o bien se libera en forma de calor. La producción de energía permite el desarrollo
8
de las actividades fisiológicas necesarias para que la fruta pueda vivir después de
ser cosechada (Astiasarán y Martínez, 2000, pp. 196, 197; Paull y Duarte, 2010,
p. 104).
La tasa de respiración es un índice de la vida útil de las frutas, que expresa la
cantidad de CO2 que un kilogramo de fruta produce en una hora, debido al
proceso de respiración, e indica la rapidez con la cual son gastadas las reservas
alimenticias de la fruta. La naranjilla recolectada en estado pintón (75 % de
coloración amarilla) tiene una tasa de respiración de 56,5 mg CO2/kg-h a 20 °C
(Garcia y Garcia, 2001, pp. 17, 81).
Según la intensidad de respiración y la producción de etileno durante la
maduración organoléptica, se distinguen dos tipos de frutas, las climatéricas y las
no climatéricas. Los procesos fisiológicos de respiración, producción de etileno y
el desarrollo de características organolépticas (salor, color, aroma, textura) se
intensifican en los frutos climatéricos; mientras que en los no climatéricos, lo
niveles de respiración y producción de etileno son bajos y los frutos maduran
organolépticamente en la planta (Arias y Toledo, 2000, pp. 12, 13; Ulloa, 2007, pp.
36-38). La naranjilla es una fruta climatérica por lo cual debe cosecharse en
madurez fisiología (fruto pintón) para que alcance su madurez comercial durante
la poscosecha (FAO, 2006).
1.1.5.2 Transpiración
El agua es el principal componente de las frutas (80% a 95%); después de su
recolección, estas pierden agua en estado de vapor a través del área expuesta al
ambiente, dándose así el proceso de transpiración. Cuando la presión de vapor
del medio circundante es menor que la de la fruta, se produce la transferencia de
agua desde la fruta hacia el medio, ocasionado deshidratación y pérdida de peso.
Estos efectos se traducen en el deterioro de la calidad de la fruta y decremento de
su valor comercial (Fennema, 2000, p. 1122).
9
1.1.6
MANEJO POSCOSECHA
La poscosecha es el periodo comprendido entre la cosecha y la llegada de la fruta
al consumidor final, ya sea como fruta fresca o como producto procesado. Un
adecuado manejo poscosecha de la fruta, requiere un vasto conocimiento de sus
características físicas y además de las técnicas de recolección, selección y
limpieza, almacenamiento, empaque y transporte del producto hasta que llega al
consumidor final (Reina, Araujo, y Manrique, 1998, p. 13).
La norma técnica ecuatoriana NTE INEN 2303:2009 establece los requisitos
específicos que debe cumplir la naranjilla para su consumo en fresco (INEN,
2009, p. 3). Los frutos de naranjilla deben poseer las siguientes características
físicas:
-
Frutos enteros.
-
Tener la forma característica de la naranjilla.
-
Presentar la base del pedúnculo (cáliz).
-
Frutos sanos (libres de ataques de plagas y/o enfermedades, que
demeriten la calidad interna del fruto).
-
Estar libres de humedad externa anormal producida por mal manejo en las
etapas
poscosecha
(recolección,
acopio,
selección,
clasificación,
adecuación, empaque, almacenamiento y transporte).
-
Estar exentos de cualquier olor y/o sabor extraño (provenientes de otros
productos, empaques o recipientes y/o agroquímicos, con los cuales hayan
estado en contacto).
-
Presentar aspecto fresco y consistencia firme.
-
Estar exentos de materiales extraños (tierra, polvo, agroquímicos y cuerpos
extraños) visibles en el producto o en su empaque.
El correcto manejo poscosecha de la naranjilla está dado por la realización
acertada de las siguientes operaciones:
10
1.1.6.1 Recolección o cosecha
La cosecha de naranjilla se inicia entre los 8 y 9 meses luego del trasplante; sin
embargo se alcanza su máxima producción después de los 12 meses de edad; la
producción de la fruta es permanente y su recolección se realiza en lapsos de 8 a
15 días en función de la demanda del mercado. La naranjilla se cosecha en
estado pintón (3/4 madurez, 75% de color anaranjado). La forma de cosecha y el
índice de madurez influyen en el tiempo de vida útil de los frutos (Revelo et al.,
2010, pp. 38, 96).
La recolección de las frutas se realiza en forma manual con el uso de guantes y
tijeras para conservar el pedúnculo y el cáliz; esto evita la deshidratación y el
ataque de microorganismo y hongos en el punto de abscisión. Además es
aconsejable utilizar recipientes poco profundos y reducir la excesiva manipulación
a fin de disminuir los daños mecánicos (golpes, magulladuras, etc.). La cosecha
se inicia en horas de la mañana con buena luminosidad, bajas temperaturas y
humedades relativas altas (sin condensación), y se recolectan los frutos en
estados de madurez homogéneos según la tabla de color mostrada en el Anexo I
(Garcia y Garcia, 2001, pp. 39, 81)
1.1.6.2 Selección y Clasificación
La selección es la primera operación de la poscosecha cuyo objetivo es separar
los frutos idóneos para la comercialización y desechar las frutas descompuestas,
enfermas o con residuos de pesticidas. La clasificación de la naranjilla se realiza
generalmente por calibre y por color (Paull y Duarte, 2012, p. 351).
Según la norma técnica ecuatoriana NTE INEN 2303:2009, el calibre de la
naranjilla se determina en función del diámetro de la sección ecuatorial de la fruta,
la longitud y la masa. En la Tabla 1.5 se muestra la clasificación de la naranjilla en
función de su calibre.
11
Tabla 1.5. Clasificación de la naranjilla en función del calibre
Calibre
Masa (g) Diámetro ecuatorial (mm) Longitud (mm)
Naranjilla Hibrido Puyo
Grande
> 80
> 50
> 47
Mediana
80 - 50
45 - 50
47 - 43
Pequeña
< 50
< 45
< 43
Naranjilla de jugo
Grande
> 130
> 68
> 55
Mediana
130 - 80
60 - 68
55 - 45
Pequeña
< 80
< 60
< 45
(INEN, 2009, p. 2)
Independientemente del tamaño y color, la clasificación de la naranjilla admite tres
grados con sus respectivas tolerancias, y que se detallan en la Tabla 1.6.
Tabla 1.6. Clasificación de la naranjilla en función de su categoría
Categoría
Características
Tolerancia
Grado
Extra
La naranjilla debe tener buenas características
físicas; su calibre y color deben ser característicos
de la variedad. No deben tener defectos
superficiales, únicamente defectos leves que no
afecten su calidad global y su estado de
conservación.
Máximo 5% en número o
en peso de naranjilla que
no corresponda a los
requisitos de este grado.
Grado I
Los frutos deben tener el color y la forma
característicos de la variedad; pudiéndose aceptar
los siguientes defecto leves que no afecte la
calidad global de la naranjilla; estos son:
- Defectos leves de forma (alargamientos o
deformaciones);
- Defectos leves de color provocados por el
sombreamiento producido por el contacto
entre los frutos en el arbusto y cicatrices
superficiales ocasionadas por plagas. Estos
defectos no deber ser más del 5% del área
total del fruto.
Máximo 10% en número
o en peso de naranjilla
que no corresponda a los
requisitos
de
esta
categoría.
12
Tabla 1.6. Clasificación de la naranjilla en función de su categoría (continuación…)
Grado II
Comprenden las naranjilla que no
pueden clasificarse en los grados
anteriores, pero que se halla en buen
estado. Se admiten los siguientes
defectos leves:
- Defectos
leves
de
forma
(alargamientos o deformaciones);
- Defectos leves de color provocados
por el sombreamiento producido
por el contacto entre los frutos en el
arbusto y cicatrices superficiales
ocasionadas por plagas. Estos
defectos no deber ser más del 10%
del área total del fruto.
Se admite hasta el 10% en número o
en peso de los frutos que no
cumplan los requisitos de esta
grado, ni los requisitos generales,
con excepción de las productos con
daños mecánicos severos.
(INEN, 2009, pp. 2, 3)
1.1.6.3 Pre enfriamiento
Esta operación se puede realizar ya sea por inmersión en agua limpia y fría (4
°C), o corriente durante 15 a 30 min. Luego es necesario escurrir y dejar secar a
la sombra las frutas a fin de evitar el ataque por hongos y el recalentamiento de
las mismas. El pre enfriamiento es necesario cuando la fruta se cosecha madura
o sobremadura y también cuando va a ser transportada por largos trayectos. La
recolección a primeras horas de la mañana puede reducir la requerimiento del pre
enfriamiento, debido a que se tiene baja temperatura y humedad relativa alta, con
lo cual se evita también la deshidratación de la naranjilla (Garcia y Garcia, 2001,
pp. 43, 86; Kitinoja y Kader, 2003)
1.1.6.4 Limpieza y Desinfección
La limpieza de la naranjilla se realiza con el objetivo de remover impurezas
visibles (polvo, residuos agroquímicos, etc.) y pelusas de la superficie de la fruta;
esta operación se hace con métodos en seco o en húmedo. La limpieza en
húmedo se lleva a cabo mediante operaciones como el tamizado y la abrasión
13
con el respectivo uso de zarandas y costales; en los dos casos se usan
aproximadamente 8 kg de fruta y mediante movimientos longitudinales y laterales
se desprenden la pelusas de la superficie de la fruta, durante este proceso se
debe cuidar de no provocar daño mecánico por golpes con la zaranda o maltrato
brusco en el costal; mientras que la limpieza en húmedo se hace por inmersión o
aspersión; aquí la fruta se frota con un cepillo giratorio o se hace frotar las
naranjillas entre sí con el uso de chorros de agua (Cálix y Duarte, 2007, p. 28).
La desinfección de naranjilla se hace por inmersión de los frutos en una solución
de tego 51 al 1% y tiabendazol a 1 500 ppm, o en una solución de hipoclorito de
sodio de 50 ppm; que se lleva a cabo durante un tiempo de 10 a 15 minutos y
posteriormente se enjuaga. Este proceso permite disminuir la carga microbiana y
mitigar el ataque de hongos y bacterias (FAO, 2006; Garcia y Garcia, 2001, p. 85).
1.1.6.5 Secado y encerado
Luego de la limpieza y desinfección es imprescindible que se remueva el agua
superficial de la naranjilla. Esta operación se realiza con aire forzado y
preferiblemente con aire caliente a 40 °C; los frutos se colocan en bandejas o en
la mismas canastilla en un máximo de dos capas y se hace circular el aire con un
ventilador (Garcia y Garcia, 2001, p. 85).
Con el encerado se restablece la cera natural de la corteza que se pierde en las
operaciones anteriores, además permite mejorar la apariencia visual de los frutos.
La formulación y concentración de la cera al igual que su fluidez debe ser probada
antes de aplicarse al producto final (FAO, 2006).
1.1.6.6 Empaque y transporte
Existen diversos tipos de empaques, entre ellos: cajas de madera, costales de
fique, cajas plásticas y de cartón. En Ecuador se empaca normalmente la fruta en
14
cajas de madera de 17 a 20 kg para los mercados mayoristas, en cajas plásticas
de 30 kg para los supermercados y en fundas plásticas de 2,0 a 2,5 lb para el
consumidor final (Revelo et al., 2010, p. 97). Las canastillas plásticas son
recomendadas para el transporte de naranjilla puesto que facilita el estibaje y
manejo y además son reutilizables (Garcia y Garcia, 2001, p. 86).
El transporte comprende el desplazamiento de la fruta desde la zona de cultivo
hacia los canales de distribución y comercialización. La fruta debe transportarse
sola, sin productos que puedan contaminarla. El transporte de preferencia se
realiza a primeras horas de la mañana y en vehículos con carpa, previamente
lavados y desinfectados. El estibaje se hace a una altura máxima de 1,5 m para
evitar daños de la fruta y el empaque (FAO, 2006).
1.1.6.7 Almacenamiento
El almacenamiento de naranjilla depende directamente del estado de madurez en
el cual se haya recolectado, puesto que es una fruta climatérica y sus procesos
metabólicos continúan en forma rápida luego de la cosecha; sin embargo,
estudios de poscosecha recomiendan almacenar naranjilla cosechada en estado
pintón (3/4 madurez, 75% de color amarillo) a 8 °C y 90 % de humedad relativa
(Revelo et al., 2010, p. 98; Thompson, 2008, p. 278).
1.1.7
ESTADÍSTICAS DE PRODUCCIÓN Y EXPORTACIÓN
En Ecuador se cultiva y produce naranjilla a nivel comercial en la región
amazónica especialmente en las provincias de Pastaza, Napo y Morona Santiago;
y en menor escala en Sucumbíos, Orellana y Zamora Chinchipe. También se
hallan cultivos en las provincias de Tungurahua, Pichincha, Imbabura, Cotopaxi,
Chimborazo, Carchi y Santo Domingo de los Tsáchilas (Revelo et al., 2010, pp.
12-22).
15
Según el III Censo Agropecuario Nacional realizado por el Instituto Nacional de
Estadística y Censos (INEC), para el año 2000 la superficie total sembrada fue de
9 459 ha, con una producción de 16 014 t y un rendimiento de 2,73 t/ha. En la
Figura 1.2 se presenta el comportamiento de la producción de naranjilla a nivel
nacional desde el año 2000 al 2010.
25000
Producción (t)
20000
15000
10000
5000
0
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
Año
Figura 1.2. Producción de naranjilla a nivel nacional
(SINAGAP, 2014)
Los principales países de destino de la naranjilla ecuatoriana son: Estados Unidos
y España; sin embargo también se registran exportaciones en menores
cantidades a: Holanda (países bajos), Emiratos Árabes Unidos, Suiza, Francia,
Italia, Alemania, Canadá, Bélgica, Rusia, Singapur y Azerbaidjan, tal como se
aprecia en la Tabla 1.7.
Para el año 2013 el total de exportaciones de naranjilla fue de 7,15 t, mientras que
para el año 2014 fue de 17,42 t, lo cual implicó un incremento en las
exportaciones en más del 100% (BCE, 2015).
16
Tabla 1.7. Total de exportaciones de naranjilla ecuatoriana por país de destino, para los
años 2013 y 2014
Año 2013
País de destino
Total exportaciones (t)
España
2,73
Estados Unidos
3,89
Emiratos Árabes Unidos
0,30
Francia
0,09
Holanda (Países Bajos)
0,05
Italia
0,08
Suiza
0,02
Alemania
0,01
Canadá
0,01
Bélgica
0,01
Total (t)
7,15
Año 2014
País de destino
Total exportaciones (t)
España
5,41
Estados Unidos
11,44
Holanda (Países Bajos)
0,34
Rusia
0,12
Singapur
0,07
Azerbaijan
0,06
Total (t)
(BCE, 2015)
17,42
17
1.2 PARDEAMIENTO ENZIMÁTICO EN FRUTOS FRESCOS
1.2.1
PARDEAMIENTO POR POLIFENOLOXIDASA (PPO)
El pardeamiento enzimático es un proceso oxidativo que genera importantes
cambios en las características físicas, químicas y nutricionales de los productos
hortofrutícolas. La presencia de este fenómeno en los frutos frescos, se debe ya
sea a procesos fisiológicos desarrollados en la maduración o bien a operaciones
tecnológicas equivocas, realizadas durante la recolección y la poscosecha de los
mismos. Un efecto directo del pardeamiento enzimático a parte de la pérdida de la
calidad del color; es la reducción de la aceptabilidad en el consumidor
(Damodaran, Parkin, y Fennema, 2010, p. 407; Simpson, 2012, p. 56).
Las reacciones del pardeamiento enzimático, en general, conducen a cambios
indeseados en la textura, sabor y valor nutricional de las frutas, que disminuyen
su calidad y vida útil; y originan además pérdidas económicas. Se estima que
alrededor de un 50 % de pérdidas en algunas frutas tropicales se producen como
resultado de estas reacciones (González et al., 2005, p. 290; Lozano, 2006, p.
163; Yildiz, 2009, pp. 342, 343).
Las enzimas relacionadas con el pardeamiento enzimático reciben los nombres
de polifenoloxidasas,
fenoloxidasas,
tirosinasas,
cresolasa o
catecolasas
denominadas en forma general como fenolasas; las que se hallan ampliamente
distribuidas en las frutas. Estas enzimas se caracterizan por tener la misma
estructura del centro activo, conformado por un núcleo de dos átomos de cobre.
Las fenolasas pertenecen al grupo de las oxidorreductasas y están conformadas
por la monofenol monooxigenasa (EC 1.14.18.1) y la catecol oxidasa (EC
1.10.3.1) (Damodaran et al., 2010, p. 405; Yildiz, 2009, p. 322).
Los compuestos químicos insaturados con estructuras de monofenoles, ortodifenoles y polifenoles son los sustratos naturales más comunes de las
polifenoloxidas; entre ellos: catecol, tirosina, ácido cafeico, ácido protocatéquico,
ácido gálico, ácido clorogénico, dopamina, flavonoles, entre otros. En la Figura 1.3
18
se muestra la estructura de algunos sustratos que se caracterizan por contener un
anillo aromático con uno o más grupos hidroxilo junto con un número determinado
de otros sustituyentes (Badui, 2013, pp. 322, 324; Bello, 2008, pp. 323-325;
Damodaran et al., 2010, pp. 407, 408; González et al., 2005, p. 157; Simpson,
2012, pp. 58, 59).
O
OH
OH
HOOC
OH
HO
NH2
HO
HO
OH
COOH
HO
Ácido protocatéquico
Ácido cafeico
Tirosina
Catecol
HO
OH
OH
HO
OH
OH
HO
O
HC
CH
C
O
COOH
Ácido gálico
O
CH2
CH2
NH2
C OH
Dopamina
HO
OH
HO
Ácido clorogénico
Figura 1.3. Principales sustratos fenólicos de la polifenoloxidasa presente en los productos
hortofrutícolas
La polifenoloxidasa (PPO) y los sustratos fenólicos de hallan en compartimientos
celulares autónomos y separados dentro del tejido vegetal, es por eso que en
frutas sanas no tienen lugar los procesos oxidativos; por lo contrario cuando las
frutas son peladas, cortadas, golpeadas o sufren algún tipo de infección; las
polifenoloxidasas entran en contacto con los sustratos fenólicos y en presencia
del oxígeno del aire producen la oxidación enzimática de los compuestos
fenólicos a orto-quinonas, que rápidamente se polimerizan y forman melaninas
con pigmentaciones pardas. Al parecer la polimerización de estos compuestos
ayuda a la cicatrización de heridas provocadas por patógenos invasores; y sirve
por tanto como medio de defensa de las plantas (Astiasarán y Martínez, 2000, p.
205; De la Rosa et al., 2010, p. 110; González et al., 2005, p. 156; Simpson, 2012,
p. 51).
19
1.2.2
MODO DE ACCIÓN DE LAS POLIFENOLOXIDASAS
Las polifenoloxidasas habitualmente catalizan dos tipos de reacciones a través de
las cuales se inicia el pardeamiento enzimático; estas se muestran a continuación:
OH
OH
OH
+
O2
+
+
2H
PPO
+
R
R
OH
O
OH
H2 O
[1.1]
O
+
1/2O2
PPO
+
H2 O
R
[1.2]
La primera reacción constituye la actividad fenol hidroxilasa o cresolasa, que
hidroxila
los
sustratos
fenólicos
en
posición
orto
y
produce
fenoles
ortohidroxilados o difenoles; mientras que la segunda es la base de la actividad
polifenoloxidasa o catecolasa, que oxida los difenoles producidos y los convierte
en ortoquinonas; esta últimas son altamente reactivas y se polimerizan no
enzimáticamente para producir macromoléculas de estructura química compleja
denominadas como melaninas, las cuales originan pigmentos de color marrón
rojizo o pardos y además son las responsables de la pérdida de calidad visual y
nutricional de las frutas (Badui, 2013, p. 323; Damodaran et al., 2010, p. 405;
González et al., 2005, pp. 156, 157; Simpson, 2012, p. 57).
En la Figura 1.4 se presenta el mecanismo de reacción simplificado, mediante el
cual las polifenoloxidasa catalizan las reacciones del pardeamiento enzimático.
20
PPO
OH
PPO
OH
OH
O2
O
1/2O2
O
Melaninas
H2O
Actividad cresolasa
R
R
Monofenol
o-Difenol
Polimerización
R
o-Quinona
Actividad catecolasa
Reacciones de la actividad cresolasa
proteína-Cu 2
proteína-Cu 2
+
+ O2
proteína-Cu 2
+
O2 + monofenol + 2H
proteína-Cu 2
+2
proteína-Cu 2
-
+2
proteína-Cu 2
+ 2e
O2
+ o-Difenol + H2O
+
Reacciones generales de la actividad catecolasa
+2
proteína-(Cu 2 )n
+ ne
+
proteína-(Cu 2 )n
+ O2
+
proteína-(Cu )n
O2
activación
+2e
o-Difenol
-
+2e
Monofenol
o-Difenol
-
o-Difenol
o-Quinona
o-Quinona
+
proteína-(Cu )nO + OH
n=2 cuando predomina la actividad cresolasa
n=1 cuando predomina la actividad cresolasa
Figura 1.4. Mecanismo simplificado de la acción de las polifenoloxidasas
(Simpson, 2012, p. 58)
-
21
1.2.3
FACTORES MEDIOAMBIENTALES RELACIONADOS CON LA ACCIÓN
ENZIMÁTICA
El proceso de pardeamiento enzimático está limitado por varios factores, dentro
de los que se enfatizan el pH del medio de reacción, la temperatura, la
concentración del sustrato y de la enzima y la disponibilidad de agua; estos
factores tienen influencia directa sobre la actividad enzimática (Badui, 2013, pp.
285-290; Laurila, Kervinen, y Ahvenainen, 1998, p. 54).
La actividad de PPO depende del pH, ya que la concentración de iones hidronio
afecta el grado de ionización de los aminoácidos de la enzima, del sitio activo, del
sustrato o del complejo enzima-sustrato y además influye en la estructura
tridimensional de la enzima y por ende la afinidad que tenga la enzima por el
sustrato. La PPO presenta pH estrechos de actividad óptima, generalmente de
entre 5 y 7; y se desactiva a pH menores a 3 (Badui, 2013, p. 285; Battaner, 2013,
p. 155).
En forma general la velocidad de toda reacción e incluso de las enzimáticas
incrementa con la temperatura al aumentar la energía cinética de las moléculas;
sin
embargo,
incrementos
excesivos
en
la
temperatura
favorecen
la
desnaturalización progresiva de las enzimas y con ello la pérdida su capacidad
catalítica. La temperatura sobre la actividad enzimática tiene efectos de activación
e inactivación; definiéndose el óptimo de temperatura como aquel donde la
velocidad de reacción es máxima. La mayoría de las enzimas tienen una
temperatura óptima de entre 30 y 45 °C y a temperaturas superiores a los 60 °C
se desnaturalizan (Badui, 2013, p. 287; Damodaran et al., 2010, pp. 387, 388).
Las enzimas actúan de forma más eficiente si la concentración del sustrato está
en exceso con relación a la concentración de la enzima, esto ya que bajo estas
circunstancias existe mayor probabilidad de colisiones entre las moléculas de la
enzima y el sustrato (Badui, 2013, p. 289; Battaner, 2013, pp. 135-140).
22
La disponibilidad de agua afecta a la velocidad de las reacciones enzimáticas ya
que está, actúa como medio de difusión, y dilución o concentración de solutos;
proporciona estabilidad y plasticidad a las proteínas; y además funciona como
cosustrato en las reacciones hidrolíticas. Es por tanto que el control de la
disponibilidad de agua afecta a la actividad y estabilidad de las enzimas
(Damodaran et al., 2010, p. 397).
1.2.4
FACTORES PRECOSECHA
Y POSCOSECHA
QUE AFECTA AL
PARDEAMIENTO ENZIMÁTICO
Son varios los parámetros precosecha que influyen en el desarrollo del
pardeamiento enzimático de las frutas; entre ellos: las prácticas agrícolas, el tipo
suelo, la fertilización, las condiciones climáticas y la forma de cosecha. Excesos
en la cantidad de agua y de nitrógeno, o una baja contribución de calcio implican
una mayor susceptibilidad al pardeamiento y reducción del tiempo de vida útil
(Garcia y Barrett, 2002, p. 4; González et al., 2005, p. 163).
Durante la poscosecha y el procesamiento de las frutas y hortalizas, la intensidad
del pardeamiento enzimático depende de factores como: la especie y variedad, la
madurez, la naturaleza y contenido de sustratos fenólicos, la actividad de las
enzimas endógenas, la disponibilidad de oxígeno y la compartimentalización de
las enzimas y los sustratos. En frutos en crecimiento el contenido de sustratos
fenólicos es más alto que en frutos maduros, por lo que la actividad enzimática en
estos también es mayor (González et al., 2005, pp. 160, 163).
1.2.5
CONTROL DEL PARDEAMIENTO ENZIMÁTICO
Para que las reacciones del pardeamiento enzimático se produzcan es necesario
tres componentes: un enzima activa, un sustrato fenólico adecuado y
disponibilidad de oxígeno; por lo cual si se limita o excluye alguno de estos tres
23
componentes
se
inhibe
potencialmente
los
procesos
enzimáticos
del
pardeamiento (Herrera, Bolaños, y Luts, 2003, p. 40).
Badui (2013), Bello (2008) y Damodaran et al. (2010) señalan que el control del
pardeamiento enzimático se lo puede realizar por métodos físico y químicos o una
combinación de ambos (pp. 288, 331, 408). Entre ellos: tratamiento térmico,
deshidratación, refrigeración y/o congelación, exclusión de oxígeno, tratamientos
químicos y alternativamente la aplicación de radiaciones ionizantes
Los tratamientos térmicos, la deshidratación y la refrigeración y/o la congelación
son alternativas viables, siempre y cuando el tiempo para su aplicación no cause
efectos adversos en las frutas o sus derivados; tales como pardeamientos
intolerables, cambios en la textura y modificaciones en las características
organolépticas, que alteren la calidad global del fruto. De forma general se conoce
que las enzimas se inactivan a temperaturas de entre 70 a 90 °C en tiempos
cortos, sin embargo; al calentar los frutos se producen cambios indeseables, por
lo tanto el tratamiento térmico no siempre es recomendable. Con la refrigeración
y/o congelación se retarda la velocidad de reacciones enzimáticas, sin embargo
incluso en frutas congeladas pueden presentarse procesos oxidativos pero a
velocidades muy bajas (Badui, 2013, pp. 288, 324; Herrera et al., 2003, p. 40; Hui
et al., 2006, p. 60; Orrego, 2003, p. 255).
La deshidratación es un método convencional de conservación de alimentos; cuyo
objetivo principal es reducir la actividad de agua (aw) de las frutas, hasta valores
críticos donde la actividad y estabilidad de las enzimas puedan verse afectadas.
La disminución de forma controlada de la aw se realiza generalmente por
deshidratación osmótica, que consiste en la inmersión de frutas enteras o
cortadas en jarabes de maíz o soluciones concentradas de sacarosa; bajo estas
condiciones se tiene dos flujos en contracorriente; un flujo de agua y solutos
desde la fruta hacia el medio y otro flujo del medio a la fruta con una posible
incorporación de agentes conservantes, antimicrobianos y antipardeamiento
(Alzamora, Guerrero, Nieto, y Vidales, 2004, p. 11; Ibarz y Barbosa, 2005, pp.
621, 622).
24
La exclusión de oxígeno se realiza mediante el uso de recubrimientos o películas
comestibles que limitan la disponibilidad de O2. La eliminación del O2 se la debe
realizar hasta niveles tales en los que no se dé un metabolismo anaeróbico que
conlleve a alteraciones de las propiedades organolépticas. Adicionalmente se
puede emplear empaques en atmósferas modificas (MAP) que se utilizan
principalmente para alimentos mínimamente procesados; este método busca
reducir la tasa de respiración y las reacciones enzimáticas, al empacar los
productos con bajas concentraciones de O2
y altas de CO2 (Bhat, Alias, y
Paliyath, 2011, p. 51; Damodaran et al., 2010, p. 408; Merodio y Escribano, 2003,
p. 196).
Los tratamientos químicos son los más habituales dentro del estudio de la
inhibición del pardeamiento enzimático; estos incluyen el uso de agentes
reductores,
acidulantes,
inhibidores
enzimáticos,
agentes
quelantes
e
inactivadores de la polifenoloxidasa (Damodaran et al., 2010, p. 408; Simpson,
2012, p. 60).
Los agentes reductores como los sulfitos (se incluye el SO2, los bisulfitos y los
metasulfitos), los tioles, el ácido ascórbico y la cisteína; actúan ya sea reduciendo
las o-quinonas a difeonoles o bien, conjugando químicamente las o-quinonas
retardando así su polimerización y consecuente formación de melaninas; sin
embargo, su acción es limitada debido a que se consumen durante en el proceso
inhibitorio. Otro efecto importante de estos agentes, es la inactivación completa de
las polifenoloxidasas, debida a la reacción de los sulfitos con las o-quinonas que
forman sulfoquinonas, las que inhiben irreversiblemente las PPO. El uso de los
sulfitos en los alimentos es multipropósito, ya que actúan como agentes
antimicrobianos e inhibidores enzimáticos y no enzimáticos, pero su uso se halla
restringido por la FDA (Food and Drug Administration) porque genera efectos
adversos sobre la salud. Además, la adición de sulfitos está limitada a 500 ppm
puesto que promueven sabores desagradables (Bello, 2008, pp. 331, 332;
Cameán y Repetto, 2012, pp. 472-473; Damodaran et al., 2010, pp. 408-410; De
la Rosa et al., 2010, p. 209; González et al., 2005, pp. 292, 293).
25
La adición de acidulantes tales como el ácido cítrico, málico, ascórbico o fosfórico;
inhibe el pardeamiento enzimático gracias a que se reduce el pH óptimo de acción
de las polifenoloxidasas (pHൎ7). Mejores resultados se obtiene mediante la
adición de ácido ascórbico puesto que como ya se explicó, tiene además
capacidad reductora. A pH menores a 3 se inhibe completamente la acción de las
fenolasas, sin embargo es poco práctico alcanzar este pH, debido a que bajo
estas condiciones se alteran las propiedades sensoriales y la calidad de las frutas
(Badui, 2013, p. 325; Hui et al., 2006, p. 79; Simpson, 2012, pp. 60-62).
Los inhibidores enzimáticos análogos a los sustratos naturales, ocupan
competitivamente el sitio de los compuesto fenólicos con lo cual inhibe la actividad
de las polifenoloxidasas; entre estos se tiene: el ácido cinámico, p-cumárico,
ferúlico y benzoico. Otros inhibidores como las sales de haluros, el cianuro, el
monóxido de carbono y ciertos reactivos tiólicos, se coordinan al sitio activo de la
polifenoloxidasa inhibiendo competitivamente su actividad. Inhibidores como la
tropolona y el 4-hexilresorcinol, también se asemejan a los sustratos nativos y se
coordinan vigorosamente con el cobre del sitio activo; sin embargo su uso aún no
está regulado para alimentos. El 4-hexilresorcinol es efectivo a bajas
concentraciones, no blanquea los pigmentos y es estable químicamente; pero no
inhibe completamente el pardeamiento, por lo que se emplea en combinación con
ácido ascórbico incrementado así su efectividad. Otro inhibidor potencial es el
ácido kójico que se identificó en cultivos de Aspergillus y Penicillium spp, este se
coordina con el centro activo de la polifenoloxidasa, su uso está limitado a
productos fermentados con estos organismos (Damodaran et al., 2010, pp. 408410; González et al., 2005, pp. 165, 300).
Los agentes quelantes como el etilendiamino tetraacético (EDTA), los ácidos
oxálicos y los cítricos incluidos los zumos de estos ácidos, se coordinan con el
cobre del sito activo de la polifenoloxidasa y ocasionalmente eliminan el cobre. El
EDTA es además, un agente acomplejante con eficaz acción sobre la inhibición
enzimática de varias frutas y hortalizas que tiene la ventaja de no conferir sabor al
alimento (Damodaran et al., 2010, p. 408; González et al., 2005, p. 299; Laurila et
al., 1998, p. 55).
26
Comúnmente, el control eficaz del pardeamiento enzimático se logra mediante
una combinación de agentes antipardeamiento. Una combinación típica consiste
de un agente químico tal como el ácido ascórbico, un acidulante, tal como ácido
cítrico, y el agente quelante como EDTA (Simpson, 2012, p. 60).
Las enzimas pueden ser inactivadas por la exposición a las radiaciones ionizantes
(rayos gamma y electrones acelerados), sin embargo las dosis requeridas para
este efecto, son al menos 10 veces mayor que las necesarias para la eliminación
de microorganismos. Las actividades enzimáticas residuales luego de la
aplicación de radiaciones ionizantes, pueden poner en riesgo las propiedades
organolépticas y el valor nutritivo del alimento. Por otro lado, la aplicación de
irradiación puede provocar cambios bioquímicos indeseables. De hecho, el
pardeamiento enzimático puede agravarse por los tratamientos de irradiación,
puesto que puede alterar la permeabilidad de los compartimientos celulares
favoreciendo el contacto entre la polifenoloxidasa y sus sustratos. De forma
general se conoce que el control del pardeamiento enzimático por irradiación está
condicionado por la clase y concentración de enzima que se desee inactivar, la
actividad de agua, la pureza del extracto enzimático empleado, la relación de los
efectos in vitro (enzimas purificadas) frente a los in situ (sistemas alimentarios), la
disponibilidad de oxígeno, el pH y la temperatura (Fennema, 2000, p. 582; Garcia
y Barrett, 2002, p. 16).
En varias ocasiones es aconsejable aplicar tratamientos combinados para control
del pardeamiento enzimático. Por ejemplo, utilizar un tratamiento térmico
moderado para inactivar las enzimas, seguido por irradiación para esterilizar; o
también refrigeración de las frutas luego de ser irradiadas. Estas estrategias
tienen efectos sinérgicos sobre la eficacia de la inhibición del pardeamiento
enzimático en los frutos frescos (Fennema, 2000, p. 583).
27
1.3 IRRADIACIÓN DE FRUTAS
1.3.1
GENERALIDADES
La aplicación de radiaciones ionizantes (irradiación) a productos hortofrutícolas se
realiza por varios propósitos, entre ellos: desinfestación de insectos, disminución
de la carga microbiana, inhibición o retraso de los procesos de maduración y
senescencia e inhibición de las reacciones enzimáticas. La irradiación de
alimentos se considera también, como una pasteurización en frío cuyo objetivo es
extender el tiempo de vida útil de los productos que se comercializan y consumen
en fresco (Arvanitoyannis, 2010, p. 518; Bello, 2008, p. 450; Díaz, 2009, p. 324;
Rahman y Ahmed, 2012, p. 967).
Los rayos gamma (ߛ), rayos-X o un haz de electrones de alta energía (partículas
ߚ), son los tipos de radiaciones ionizantes que potencialmente se usan para la
conservación de alimentos (Brennan y Almudí, 2008, p. 149). Los rayos gamma y
el haz de electrones de alta energía, son los más usados en aplicaciones
alimenticias; diferenciándose entre ellos, por su capacidad de penetración y su
poder de ionización; es así que, los rayos gamma son más penetrantes que los
electrones acelerados, sin embargo estos últimos tienen mayor poder de
ionización. Los rayos-X al igual que los rayos gamma tienen buena capacidad de
penetración; sin embargo la conversión de electricidad a rayos-X es ineficiente y
costosa por lo cual esta tecnología es la menos usada (Korkmaz y Polat, 2005,
pp. 389-391; Tucker, 2008, pp. 236, 237).
Las radiaciones ionizantes se caracterizan por tener la capacidad de producir
ionización y excitación en los átomos del alimento tratado, pero su nivel de
energía está restringido para que no interaccionen con el núcleo y no se induzca
radioactividad; es así que los rayos-X se pueden emplear hasta una energía de 5
MeV; los electrones acelerados hasta una energía de 10 MeV; y los rayos gamma
provenientes de fuentes de cobalto-60 producen dos ondas de radiación con
energías comprendidas entre 1,17 y 1,33 Mev (Fan, 2010, pp. 427, 428; Ladaniya,
2008, p. 404).
28
1.3.2
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
Las ventajas de la irradiación de frutas y en general de los alimentos, son las
siguientes:
-
Se considera un proceso en frío, por lo que se puede tratar alimentos
envasados y congelados (Díaz, 2009, p. 320).
-
Los alimentos pueden ser irradiados luego del envasado, evitándose una
contaminación ulterior (Roca y Almela, 2004, p. 28)
-
Los alimentos irradiados exhiben características organolépticas similares a
los productos frescos (Bello, 2008, p. 456).
-
En las frutas, a dosis bajas (1 kGy) las pérdidas nutricionales son mínimas
(Brennan y Almudí, 2008, p. 171).
-
Su aplicación no genera cambios químicos nocivos, por tanto es una
alternativa de sustitución a los tratamientos químicos convencionales
(Bello, 2008, p. 456; Casp y Abril, 2003, p. 485).
-
No deja ningún tipo de residuos en los alimentos.
-
La apariencia de las frutas no varía visiblemente.
No todos los efectos de la irradiación son positivos, y se presentan algunos
inconvenientes:
-
Ciertos frutos fresco presentan mayor radiosensibilidad que otros, y se
pueden desarrollar modificaciones sensoriales inaceptables (Fellows, 2000,
pp. 233, 234).
-
El elevado costo de la instalación, los aspectos de regulación y seguridad
del proceso y limitada aceptabilidad del consumidor; hacen que la
comercialización de alimentos irradiados sea aun restringida (Casp y Abril,
2003, p. 485).
29
1.3.3
EFECTOS Y OBJETIVOS
Según Brennan y Almudí (2008) y Díaz (2009), el mecanismo de acción de la
irradiación se desarrolla a través de tres etapas: la acción física primaria sobre los
átomos; los cambios químicos provocados por la acción física; y los efectos
biológicos sobre las células vivas de los alimentos (pp. 150, 323).
Los electrones de alta energía inciden sobre los átomos, ocasionando un aumento
de energía en los electrones orbitales; de esta forma estos electrones pueden ser
o bien expulsados completamente, o bien movidos a orbitales de mayor energía;
dando como resultado global la ionización y excitación de los átomos
respectivamente. Los electrones acelerados ceden su energía dentro de pocos
centímetros en la superficie del alimento por lo que el límite práctico de
penetración en alimentos es de alrededor de 4 cm empleando su energía máxima
autorizada (10 Mev). Los rayos gamma y los rayos-X en cambio; son
considerados fotones y su interacción más relevante con los átomos y/o
moléculas, es el efecto Compton. Los fotones inciden sobre los átomos
expulsando electrones orbitales, cediendo parte de su energía y cambiando de
dirección, de esta manera un fotón logra ocasionar varios efectos Compton y
puede penetrar profundamente dentro del alimento. Los electrones expulsados
con suficiente energía consiguen ocasionar más ionizaciones y excitaciones en
los átomos vecinos. El resultado global de los efectos físicos es la formación de
moléculas e iones excitados con cantidades anómalas de energía (Brennan y
Almudí, 2008, pp. 150-153; Rahman y Ahmed, 2012, pp. 973, 974).
La ruptura de los iones y moléculas excitadas y de su reacción con moléculas
vecinas, desencadena una serie de reacciones químicas que conllevan a la
formación de compuestos químicamente estables; a este proceso se denomina
radiólisis y a los radicales resultantes, productos radiolíticos. En las frutas y
vegetales los productos radiolíticos del agua que los conforma, toman vital
importancia, ya que son los responsables de las alteraciones químicas de
proteínas, carbohidratos, grasas, ácidos nucleicos y de los componentes
minoritarios tales como las vitaminas. Estas alteraciones pueden deberse a los
30
efectos directos de la incidencia de las radiaciones y en caso de las soluciones
acuosas, a los efectos de los productos radiolíticos del agua (Brennan y Almudí,
2008, p. 154; Díaz, 2009, pp. 323, 324).
El objetivo principal de la irradiación es generar cambios en las células vivas de
los agentes contaminantes como microorganismos, bacterias, insectos y
parásitos; o en las células de frutas y vegetales frescos. Este objetivo se da por
acción de los efectos biológicos de la irradiación, que ocasionan daños en el ácido
desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN) de los contaminantes.
Los cambios en la composición celular del ADN se facilitan ya sea por la acción
directa de la radiación sobre el material genético; o por los efectos indirectos, a
través de la producción de radicales libres, esencialmente de agua, que dañan el
ADN (Bello, 2008, pp. 453, 454; Brennan y Almudí, 2008, p. 155; Fellows, 2000, p.
239; Tucker, 2008, p. 239).
Los efectos de la irradiación sobre los componentes de los alimentos son
importantes por su influencia en la calidad y el valor comercial. Los principales
parámetros de calidad afectados por las radiaciones ionizantes son la apariencia,
la textura, el sabor y los valores nutricionales. Los cambios en la calidad debido a
la irradiación o almacenamiento son a menudo influenciados por actividades
fisiológicas y enzimáticas en respuesta a las acciones ambientales (Sommers y
Fan, 2013, pp. 271-284).
Las enzimas son proteínas, y por lo tanto, todos los efectos de la irradiación sobre
las proteínas también son aplicables a las enzimas. El efecto de la irradiación
sobre las enzimas se puede medir por cambios en la actividad de la enzima, y en
las frutas frescas, la irradiación a dosis bajas puede causar cambios en la
actividad enzimática, debido principalmente a los cambios metabólicos (Sommers
y Fan, 2013, p. 82)
La irradiación de las proteínas resultan en desaminación, descarboxilación,
reducción del enlace disulfuro, la oxidación de grupos sulfhidrilo, modificaciones
de restos de aminoácidos, y la escisión (ruptura) del péptido de cadena y
31
agregaciones. Por lo tanto, el efecto directo de la irradiación sobre las enzimas es
también la desaminación y descarboxilación, afectando así a la actividad
enzimática; e indirectamente se afecta la integridad de las membranas celulares
permitiendo que los sustratos entren en contacto con las enzimas previamente
compartimentadas, dando paso a las reacciones de pardeamiento y cambios en la
textura (Komolprasert y Morehouse, 2004, p. 98; Korkmaz y Polat, 2005, p. 397).
La dosis de radiación aplicada a un alimento, depende directamente del propósito
deseado; es así que, en función de la dosis se pueden lograr distintos objetivos,
tal como se aprecia en la Tabla 1.8.
Tabla 1.8. Dosis de radiación aplicadas para diferentes objetivos
Rango
Dosis (kGy)
0,02 – 0,15
Productos
Objetivos
Inhibición
de
la
Papas, cebollas, ajos, raíz de
germinación durante el
jengibre, etc.
almacenamiento
Retraso de
fisiológicos
(maduración)
procesos
0,10 – 1,0
Frutas y hortalizas frescas
0,20 – 1,0
Cereales, legumbres, granos
de café, especias, frutas
Desinfección de insectos
frescas y secas, nueces,
y parásitos
pescado y carne frescos y
secos, cerdo fresco
0,15 – 1,0
Frutas y hortalizas frescas
Bajo
Control fitosanitario
1 – 10
Cárnicos frescos, mariscos,
Extensión de la vida útil
verduras y frutas
2–8
Carne cruda de aves y carne Reducción microbiana o
molida
pasteurización
Medio
10 – 30
Especias secas, hierbas y
Descontaminación
otros condimentos vegetales
microbiana
secos
25 – 75
Carne,
aves,
mariscos,
alimentos procesados, dietas
hospitalarias
y
para
astronautas estériles
Alto
Esterilización industrial
(combinada
con
tratamiento
térmico
suave)
(Rahman y Ahmed, 2012, pp. 969, 970; Santamaria, 2003, p. 110)
32
1.3.4
IRRADIACIÓN
COMBINADA
CON
OTROS
TRATAMIENTOS
POSCOSECHA
Sommers y Fan (2013) presentan una revisión de los estudios realizados en
relación a la combinación de la irradiación con otros tratamientos (pp. 284-288); y
en la Tabla 1.9 se muestra un resumen de lo expuesto.
Tabla 1.9. Resultados de la irradiación de alimentos combinada con otros tratamientos
poscosecha
Producto
Lechuga
fresca
cortada
Lechuga
Iceberg
cortada
Melones
frescos
cortados
Tratamientos
Resultados
Reducción
de
la
población
Cloración e irradiación a dosis de
microbiana sin afectación en la
0,15 - 0,5 kGy
firmeza
Almacenamiento en MAP
irradiación a 0,5 y 10 kGy
Reducción del pardeamiento del
e tejido de la lechuga por el
decremento de la cantidad de O2 en
los empaques
Sumersión en agua caliente a 47
°C por 2 minutos seguida de
irradiación a 0; 0,5; 1,0 y 2,0
kGy
A dosis de 0,5 y 1,0 kGy con
sumersión a 47 °C, la lechuga tiene
mejor calidad visual y menor
pardeamiento que la tratada a 5 °C
Desinfección del melón entero
con cloro (200 ppm), combinada
con un tratamiento en un haz de
electrones a dosis de 0,7 y 1,4
kGy
Extensión del tiempo de vida útil del
melón en rodajas y reducción de la
carga microbiana, sin afectación en
el color, el sabor y la textura de los
trozos de melón
Reducción de la carga microbiana y
Pasteurización superficial de la
la calidad de los melones cortados se
fruta (76 °C, 3 min) antes de
mantuvo durante el almacenamiento
cortarse e irradiación a 0,5 kGy
a4°C
Manzanas
“Galas”
frescas
cortadas
Inmersión en ascorbato de calcio
al 7% combinada con irradiación
a 0,5 y 1,0 kGy y posterior
almacenamiento a 10 °C
Mejoramiento de la seguridad
microbiologica, manteniendo la
calidad de los trozos de manzana
fresca recién cortada
Cebollas
verdes
frescas
cortadas
Decremento del recuento de
Tratamiento con agua caliente aerobios totales y extensión de la
(50 °C, 20 s) con irradiación a vida útil, manteniendo la calidad
bajas dosis (0,5 – 1,5 kGy)
visual y el color verde de las
cebollas
(Sommers y Fan, 2013, pp. 284-288)
33
La irradiación de alimentos por sí sola, no siempre permite lograr los objetivos
deseados, ya sea por la severidad del tratamiento o por el encarecimiento de los
costos. Es así que, la combinación con otros tratamientos poscosecha es una
alternativa viable y eficaz para alcanzar los resultados esperados. La irradiación a
dosis bajas, se puede combinar con refrigeración, tratamiento térmico leve, altas
presiones, envasado en atmosfera modificadas (MAP) o tratamientos químicos.
La combinación de estos tratamientos pueden generar en ocasiones efectos
aditivos y en otras sinérgicos (Brennan y Almudí, 2008, pp. 169, 171).
1.3.5
IRRADIADORES
Las instalaciones que se usan industrialmente para la irradiación de alimentos son
las fuentes de cobalto-60 y los aceleradores de electrones. Alrededor del 90 % de
las instalaciones corresponden a fuentes de isótopos y el 10 % restante a los
aceleradores (Díaz, 2009, p. 327; Fellows, 2000, p. 236).
1.3.5.1 Fuente de isótopos
Los rayos gamma se generan a partir de radioisótopos de cobalto-60 (Co60) y
alternativamente de cesio-137 (Ce137). El Co60 se desintegra en forma controlada
a Ni60 estable, con la emisión de rayos gamma en dos longitudes de onda con
niveles de energía de 1,17 y 1,33 Mev; y una vida media de 5,26 años, resultando
en una disminución de su actividad en aproximadamente un 1,1 % por mes. La
actividad promedio del Co60 y del Ce137 es de 222 - 370 x 1010 becqerel (Bq),
donde cada Bq equivale a una desintegración por segundo, pero generalmente se
emplean los curies (Ci) donde un Ci equivale a 3,7 x 1010 Bq (Rahman y Ahmed,
2012, p. 976; Sommers y Fan, 2013, pp. 30-32).
El radioisótopo de Co60 se halla encapsulado en fuentes con forma de tubos
(lápices), que se disponen en un diseño geométrico determinado (p. ej. cilindros,
placas) y están soportados en un portafuentes (rack). Una fuente de Co 60 emite
34
radiación de forma continua e ininterrumpida por tanto los tubos deben
reemplazarse periódicamente para mantener una actividad relativamente
constante (Brennan y Almudí, 2008, p. 156).
Las plantas de irradiación se diseñan para operación en batch o en continuo. En
la configuración por lotes, los productos alimenticios son expuestos a la radiación
durante un determinado período de tiempo, hasta que el alimento haya absorbido
la dosis requerida para el propósito deseado. En los sistemas continuos, los
alimentos pasan a través del recinto de radiación a una velocidad específica, que
asegura que el alimento recibe la dosis de radiación requerida; este modo de
operación es más conveniente para el procesamiento a gran escala (Tucker,
2008, p. 237).
Los irradiadores de categoría IV son de tipo panorámico y cuentan con una
cámara de irradiación, una piscina de almacenamiento, un sistema transportador,
un panel de control automático y depósitos para los productos irradiados y no
irradiados. La cámara de irradiación es un recinto constituido por paredes de
hormigón gruesas y puertas con blindajes de plomo para evitar la liberación de
radiación al ambiente. En la piscina de agua se almacena la fuente cuando no se
usa; el agua absorbe completamente la radiación a la superficie, resguardando
así, al personal que entra y sale de la cámara. El sistema de control permite al
personal operar la fuente y además cuenta con un sistema de interbloqueo y
alarma que evita que la fuente suba a la cámara cuando las puertas no estén
completamente cerradas (Díaz, 2009, p. 328; Sommers y Fan, 2013, pp. 32, 33)
1.3.5.2 Irradiador de la Escuela Politécnica Nacional
La Escuela Politécnica Nacional (EPN) cuenta con un irradiador de tipo
panorámico con almacenamiento de la fuente radioactiva en húmedo y donde el
radioisótopo utilizado es el Co60 que se halla encapsulado en 12 fuentes (lápices
de 1x2x35 cm3) soportadas en un rack cilíndrico de 12 lápices.
35
Las instalaciones disponen de un sistema automático de elevación de la fuente;
una piscina de almacenamiento en agua de 4,5 m de profundidad; un sistema de
control e interlock que se opera de forma manual; y una cámara de irradiación con
paredes de hormigón y una puerta de blindaje de plomo. Las paredes y la puerta
son 1,5 cm de espesor y el techo de 1,4 cm. En el diseño original del irradiador la
actividad máxima de la fuente fue de 150 000 Ci (curies); y la actividad actual es
de 1 626 Ci (Luna y Santos, 2011, pp. 14-17).
En la Figura 1.5 se muestra un esquema de las facilidades con las que cuenta el
irradiador de la EPN.
Figura 1.5. Esquema de las instalaciones del irradiador batch de la EPN
36
1.3.6
LEGISLACIÓN
La irradiación de alimentos está limitada por la legislación vigente en cada país
donde se ha autorizado su uso. Actualmente la irradiación se usa de forma
comercial en 40 países dentro de límites específicos de dosis de radiación. En
Estados Unidos la FDA regula las fuentes de radiación que se utilizan para irradiar
alimentos, y aprueba una fuente luego de que se haya determinado que es seguro
irradiar un alimento determinado. La FDA exige que los alimentos irradiados sean
etiquetados con el símbolo internacional de irradiación (Figura 1.6). El símbolo
radura debe fijarse con la declaración “tratado con irradiación” o “tratado por
irradiación”. Los alimentos al granel, como los producto hortofrutícolas, deben
estar etiquetados de forma individual o tener una etiqueta al lado del envase de
comercialización (Brennan y Almudí, 2008, p. 165; FDA, 2014).
Figura 1.6. Símbolo internacional de irradiación “radura”
Para frutas y hortalizas frescas, la FDA autorizó el uso de radiaciones ionizantes
hasta 1 kGy; y el Comité Conjunto de Expertos en Irradiación de Alimentos
(JECFI) constituido por la Organización de las Naciones Unidas para la
Agricultura y la Alimentación (FAO); la Organización Mundial de la Salud (OMS); y
el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA), concluyó luego de varios
estudios, que la aplicación de una dosis de hasta 10 kGy permite garantizar la
inocuidad de los alimentos tratados. Sin embargo, el Codex Alimentarius de la
FAO, en su norma estándar: CODEX STAN 106-1983, REV. 1-2003, manifiesta
37
que se podrá irradiar alimentos a dosis superiores a los 10 kGy para lograr una
finalidad tecnológica legítima (Díaz, 2009, pp. 316-317; Fellows, 2000, pp. 234,
235; Kader, 2002, pp. 42, 295).
En Ecuador la legislación en materia de irradiación de alimentos es escasa,
estableciéndose únicamente directrices generales del etiquetado, en la Ley
Orgánica de Consumo, Nutrición y Salud Alimentaria y en la Norma Técnica
Ecuatoriana NTE INEN 1324-1; en ambas se establece que el proveedor y
expendedor de alimentos procesados debe etiquetar los productos alimenticios
que hayan sido tratados con radiación ionizante de acuerdo a las regulaciones
internacionales vigentes (COPISA, 2014, p. 22; INEN, 2014, pp. 8, 9).
38
2 PARTE EXPERIMENTAL
2.1 DETERMINACIÓN DEL RANGO DE DOSIS DE RADIACIÓN Y
EL EFECTO DE LA IRRADIACIÓN SOBRE LA CALIDAD
GLOBAL DE LA NARANJILLA
2.1.1
CARACTERIZACIÓN INICIAL DE LA NARANJILLA
Se caracterizaron de forma individual 40 frutos de naranjilla de jugo de la variedad
INIAP Quitoense-2009, procedentes de una plantación ubicada en la Parroquia
Santa Rosa, Cantón El Chaco, Provincia de Napo. Los frutos cosechados en
madurez fisiológica (frutos pintones, 3/4 madurez, 75% de color amarillo) se
clasificaron y seleccionaron en función de las especificaciones de la Norma
Técnica Ecuatoriana INEN 2303 (2009) (INEN, 2009, pp. 2-4); luego se lavaron y
desinfectaron por inmersión en una solución de hipoclorito de sodio de 100 ppm
durante 15 min, se enjuagaron con agua corriente y se secaron al ambiente.
Los parámetros físico-químicos analizados fueron: peso, diámetro, longitud,
firmeza, pH y contenido de sólidos solubles totales (SST); y el parámetro
bioquímico, actividad enzimática de la polifenoloxidasa (PPO).
-
Peso: Se midió la masa de cada fruto incluido su cáliz y pedúnculo, usando
una balanza electrónica marca BOECO, modelo BBA-51, capacidad de 4
100 g, y apreciación de 0,01 g.
-
Diámetro: Se midió el diámetro de la sección ecuatorial de la fruta, con un
calibrador para frutas marca CRANSTON, capacidad de 100 mm, y
apreciación de 0,25 mm.
-
Longitud: Se midió la longitud de cada naranjilla, con un calibrador marca
Mc CORMICK, capacidad de 152 mm y apreciación de 12,7 mm.
39
-
Firmeza: Se determinó la firmeza con la ayuda de un penetrómetro
manual, marca McCormick, Fruit Preasure Tester, modelo FT 327,
capacidad de 5 N, y apreciación de 0,05 N; provisto de un punzón de 6 mm
de diámetro. Se retiró la cáscara en dos lados opuestos a la zona
ecuatorial de la fruta, luego se insertó el punzón perpendicularmente a la
superficie de la fruta sin cáscara, ejerciendo un presión constante y
uniforme, finalmente se registró el valor obtenido. Los resultados se
expresaron en Newton (N).
-
Sólidos solubles totales y pH: Para la determinación de los SST y el pH,
se obtuvo el jugo de cada naranjilla; para lo cual la fruta se peló, cortó, y
licuó, enseguida se tamizó la pulpa obtenida para separar las semillas. En
el jugo obtenido; se midió los SST en un refractómetro portable, marca
BOECO, modelo VBR32, capacidad de 32 °Brix, y apreciación de 0,2 °Brix;
según el método AOAC 932.12 (AOAC, 2005). Se colocaron dos gotas de
jugo sobre el prisma del refractómetro y se reportó la lectura en °Brix.
El pH se midió en un pH-metro calibrado en el rango de 4 a 7, marca
Hanna Instruments, modelo HI3220, según el método AOAC 981.12
(AOAC,
2005).
Se
sumergió
el
electrodo
del
pH-metro
en
aproximadamente 50 mL de jugo, se esperó que el pH se estabilice y se
reportó directamente la lectura obtenida.
-
Actividad enzimática de la polifenoloxidasa: La actividad enzimática se
determinó en extractos enzimáticos preparados con la naranjilla entera
(pulpa + corteza); para esto se homogenizaron 100 g de fruta en 100 mL de
buffer fosfato 0,2 M; pH 6 durante 30 s; se tamizó para separar la cáscara y
las semillas, se centrifugó el jugo obtenido a 3 500 rpm durante 15 min, se
filtró el sobrenadante y se recolectó el filtrado en viales de vidrio de 20 mL,
constituyendo este último, el extracto enzimático que fue almacenado en
congelación hasta su uso. La determinación de la actividad enzimática se
realizó mediante un monitoreo espectrofotométrico, según el método de
Potig & Joslyn 1948, citado por Avallone, Cravzon, Montenegro, y Pellizzari
40
(2001), con ciertas modificaciones (pp. 1-4). Se atemperó 19,2 mL de
buffer fosfatos 0,2 M y 0,6 mL de catecol 0,1 M en un baño termostático a
30 °C durante 30 min, luego se adicionaron 0,2 mL de extracto enzimático,
se homogenizó rápidamente y se midió la absorbancia de la muestra a 420
nm durante 5 minutos a intervalos de 30 s. Con las lecturas obtenidas se
construyó una curva de absorbancia en función del tiempo y a partir de la
pendiente de la parte lineal de la curva se determinó la actividad enzimática
de la PPO en U/g según se detalla en el Anexo III.
2.1.2
PREPARACIÓN DE LA FRUTA PARA LA IRRADIACIÓN
Para esta etapa de la experimentación se utilizaron un total de 160 naranjillas de
jugo de la variedad INIAP Quitoense-2009 con un peso total aproximado de 28 kg.
La fruta se cosechó en madurez fisiológica (frutos pintones), a primeras horas de
la mañana; y se trasportaron a las instalaciones del Laboratorio de Química
Orgánica del Departamento de Ciencias Nucleares (DCN), donde los frutos se
seleccionaron en función de la calidad y apariencia externa, descartando aquellos
con daño físico, sin cáliz y pedúnculo, con manchas y todos los que no
cumpliesen con los estándares de calidad establecidos en la NTE INEN 2303
(2009): Frutas frescas. Naranjilla. Requisitos.
Una vez seleccionados los frutos, estos se clasificaron en relación a su calibre, es
decir todos cuyo diámetro ecuatorial sea mayor a 68 mm (naranjilla gruesa);
seguidamente los frutos se lavaron en agua corriente y se desinfectaron por
inmersión en una solución de hipoclorito de sodio de 100 ppm, durante 15
minutos; se enjuagaron con agua limpia, se secaron con toallas absorbentes y se
identificaron con marcador de tinta permanente.
Finalizado el proceso de desinfección e identificación, las naranjillas dispuestas
en 7 lotes de 20 frutos se colocaron en canastillas plásticas previamente
desinfectadas con una solución de hipoclorito de sodio al 2 %, y se irradiaron en
la fuente de Co60 del Laboratorio de Tecnología de Radiaciones (LTR) del DCN.
41
Ubicadas las naranjillas dentro de la cámara de irradiación, esta se cerró de
acuerdo a los procedimientos de seguridad establecidos por el LTR; y se subió la
fuente a la cámara, donde las frutas se irradiaron durante los tiempos de
exposición determinados para cada dosis de radiación requerida. La disposición
física de las canastillas alrededor del castillo de lápices de la fuente, dentro de la
cámara de irradiación, se muestra en la Figura 2.1.
Transcurrido el tiempo de exposición a la radiación correspondiente a la primera
dosis de estudio (250 Gy), se retiraron 20 frutos a los que se les realizó los
análisis físicos, químicos y sensoriales establecidos. La naranjilla restante se
irradió hasta completar los tiempos de exposición de las dosis de radiación de
500, 1 000, 1 500, 2 000 y 3 000 Gy respectivamente. Para cada dosis, se
muestreo un total de 20 naranjillas, considerándose dosis de radiación aditivas.
Figura 2.1. Disposición física de la naranjilla en las canastillas plásticas, alrededor de la
fuente de Co60
42
2.1.3
DISEÑO EXPERIMENTAL
El ensayo se realizó con un diseño experimental completamente al azar de un
solo factor; donde el factor de estudio fue la dosis de radiación a niveles de 250,
500, 1 000, 1 500, 2 000, 2 500 y 3 000 Gy respectivamente; y las variables de
respuesta del experimento fueron la calidad sensorial global de la fruta, apariencia
del fruto, firmeza, sólidos solubles totales (SST), pH y la actividad enzimática de la
PPO. Se usó 1 lote de 20 naranjillas sin irradiar como control.
2.1.4
ANÁLISIS FISICO QUÍMICO, SENSORIAL Y BIOQUÍMICO
Para evaluar el efecto de la radiación gamma sobre la calidad global de la
naranjilla se midieron los parámetros que se describen a continuación,
ejecutándose cada medición por triplicado.
-
Apariencia general de la fruta: La apariencia se evaluó con base en la
calidad visual global externa de la naranjilla; para ello se estableció una
escala de valoración del 1 al 5. Donde 5 se asignó a todas las naranjillas
que mantuvieron las características propias de la fruta, turgentes y con
cáliz firme; y 1 se asignó a las frutas con daños físicos extremos, presencia
de manchas y severamente deshidratadas. Se utilizó en el formulario
presentado en el Anexo II, para el registro de datos.
-
Calidad sensorial global: La calidad sensorial se valoró en función de la
presencia o ausencia de sabor y aroma extraños a la fruta. Por lo cual, se
asignó una escala arbitraria del 1 al 5; donde 5 se asignó a las frutas con
sabor y aroma característicos y 1 a las frutas con pérdida total de sabor y
aroma propios de la naranjilla. Los datos se registraron en el formulario
presentado en el Anexo II.
-
Firmeza: Se determinó la firmeza, como se describe en el acápite 2.1.1; y
los resultados se reportaron en Newton (N).
43
-
Sólidos solubles totales (SST) y pH: La determinación de los SST y el
pH se realizó en el jugo de 3 naranjillas; para esto, las frutas se pelaron,
cortaron y licuaron y seguidamente se tamizó la pulpa obtenida para
separar las semillas. En el jugo obtenido se midieron los SST y el pH según
la metodología descrita en el acápite 2.1.1.
-
Actividad enzimática de la polifenoloxidasa: Se determinó la actividad
enzimática de la PPO, utilizando la metodología descrita en el acápite
2.1.1. Para este caso el extracto enzimático se preparó con 2 naranjillas y
las mediciones se realizaron en 5 réplicas.
2.2 DETERMINACIÓN DE LA DOSIS DE RADIACIÓN NECESARIA
PARA INHIBIR EL PARDEAMIENTO ENZIMÁTICO EN LA
NARANJILLA
Esta etapa de la experimentación se ejecutó al mismo tiempo que la etapa
anterior, y se determinó la actividad enzimática de la polifenoloxidasa tanto en la
fruta fresca como en los extractos enzimáticos reservados de la caracterización
inicial de la naranjilla. Esto se realizó debido a la amplia variabilidad en los
resultados de la actividad enzimática encontrados en la caracterización inicial de
la materia prima.
Las dosis de estudio fueron 250, 500, 1 000, 1 500, 2 000, 2 500 y 3 000 Gy; para
cada dosis se muestrearon aleatoriamente 10 naranjillas, con las cuales se
prepararon extractos enzimáticos con 2 naranjillas enteras y se determinó la
actividad enzimática con la metodología especificada en el acápite 2.1.1; de igual
forma se irradiaron 5 extractos a cada dosis de estudio y se les midió la actividad
enzimática.
44
2.3 ESTUDIO
DEL
EFECTO
DE
LOS
PROCESOS
DE
IRRADIACIÓN Y REFRIGERACIÓN SOBRE LA CALIDAD
POSCOSECHA
Y
LA
POLIFENOLOXIDASA
ACTIVIDAD
(PPO)
DE
LA
FRUTA
PARA
LA
DE
LA
NARANJILLA
IRRADIADA
2.3.1
PREPARACIÓN
DE
LA
IRRADIACIÓN
Y
ALMACENAMIENTO
Para este experimento se emplearon 450 naranjillas con un peso total aproximado
de 77 kg. La fruta se seleccionó como se indica en el acápite 2.1.2, se lavó de
forma manual en agua corriente, se desinfectó por inmersión en una solución de
hipoclorito de sodio de 100 ppm durante 15 minutos, se enjuagó y se secó e
identificó. Se irradiaron 225 naranjillas a la dosis de radiación determinada en el
acápite 2.2 y las restantes se emplearon como control (naranjilla sin irradiar).
La naranjilla preparada se colocó en gavetas plásticas, las cuales se distribuyeron
alrededor de la fuente de Co60 y se expuso la fruta a la radiación gamma durante
el tiempo requerido para la dosis determinada. Con el objetivo de homogenizar y
mejorar la distribución de la radiación sobre la fruta, a la mitad del tiempo, se
detuvo la irradiación, se giraron las gavetas y se prosiguió con el tratamiento
hasta completar el tiempo total de exposición.
Una vez terminado el proceso de irradiación la fruta se almacenó en refrigeración
a 8 °C y 90 % HR hasta 60 días; y en forma paralela se almacenó el control a
iguales condiciones de temperatura y humedad relativa.
Los análisis físico, químico, bioquímico, fisiológico (tasa de respiración) y
sensorial se realizaron al inicio del experimento y tras transcurrir 15, 30, 45 y 60
días de almacenamiento refrigerado a las condiciones establecidas más 7 días a
20 °C y 80 % HR, para simular el tiempo de vida en estante. En cada salida se
45
muestrearon aleatoriamente un total de 40 naranjillas, a las cuales se les
determinó los parámetros que se detallan abajo.
2.3.2
DISEÑO EXPERIMENTAL
Durante el estudio poscosecha, se empleó un diseño en bloques completos al
azar, con el fin de evaluar un posible efecto del factor tiempo sobre las variables
de respuesta: firmeza, SST, pH, acidez titulable, pérdida de peso, apariencia,
calidad
sensorial,
tasa
de
respiración
y
actividad
enzimática
de
la
polifenoloxidasa. El factor principal de interés seguirá siendo la dosis de radiación
determinada en el experimento anterior, y el tiempo constituirá el factor de bloque.
2.3.3
ANÁLISIS
FÍSICO,
QUÍMICO,
SENSORIAL,
FISIOLÓGICO
Y
BIOQUÍMICO
Durante la evaluación de la calidad poscosecha de los frutos irradiados, se
determinaron los siguientes parámetros:
-
Firmeza
-
Sólidos solubles totales (°Brix)
-
pH
-
Acidez titulable (% ácido cítrico)
-
Pérdida de peso
-
Calidad visual (apariencia)
-
Calidad sensorial (sabor, aroma, dureza, acidez, dulzor y presencia o
ausencia de sabores extraños)
-
Tasa de respiración
-
Actividad enzimática de la PPO
46
La firmeza, sólidos solubles totales, pH y actividad enzimática de la PPO, se
evaluaron de acuerdo a lo descrito en el acápite 2.1.1; mientras que los demás
parámetros se determinaron como se describe a continuación.
2.3.3.1 Acidez titulable
La acidez titulable se determinó usando el método potenciométrico, para lo cual
se diluyeron 5 mL de muestra de pulpa hasta 50 mL empleando agua destilada,
luego se tituló con una solución de hidróxido de sodio 0,1N hasta alcanzar un pH
de 8,2. La acidez titulable se reportó como porcentaje de ácido cítrico, según el
método AOAC 942.15 (AOAC, 2005).
El cálculo de la acidez titulable se lo realizó con la siguiente formula.
ൌ ͳͲͲ ή ݂௔ ή ܸே௔ைு ή ܰே௔ைு ή
௙
௏೚
[2.1]
Donde:
-
A: acidez del producto en porcentaje en masa de ácido cítrico
-
fa: factor del ácido cítrico (0,064)
-
V NaOH: volumen del NaOH utilizado (mL)
-
N NaOH: normalidad de la solución de NaOH (0,1 N)
-
f: Factor de corrección del NaOH (0,995)
-
Vo: volumen de la alícuota de jugo de naranjilla (mL)
2.3.3.2 Pérdida de peso
Se determinó el porcentaje de pérdida de peso de toda la fruta almacenada en
refrigeración; para lo cual se pesó la naranjilla al inicio del experimento y en cada
47
salida de la cámara de maduración. El cálculo se lo realizó con la ecuación
presentada abajo.
Ψ‫݌‬±‫ ݋ݏ݁݌݁݀ܽ݀݅݀ݎ‬ൌ ௐ೚ ିௐ೔
ௐ೚
ൈ ͳͲͲ
[2.2]
Donde:
-
Wo: peso de la naranjilla al inicio del experimento (g)
-
Wi: peso de la naranjilla en cada muestreo del experimento (g)
2.3.3.3 Calidad visual
En la evaluación de la calidad visual de fruta, se valoraron los atributos: pérdida
de turgencia, daño físico, aparición de manchas, y marchitez del cáliz. Se
evaluaron 40 frutos en cada muestreo, subdivididos en grupos de 10 unidades.
La valoración se realizó bajo los criterios que se presentan en la Tabla 2.1; cuya
escala de evaluación se muestra en el Anexo IV y los datos se registraron en el
formulario presentado en el Anexo V.
Tabla 2.1. Escala de valoración para a evaluación de la calidad visual de la naranjilla de
jugo INIAP Quitoense-2009, durante el almacenamiento refrigerado
Atributos
Valor
Turgencia
Daños físicos
Marchitez del cáliz
1
Deshidratación extrema
> 50 %
Extrema
2
Deshidratación severa
30 % - 50 %
Severa
3
Deshidratación moderada
10 % - 30 %
Moderada
4
Deshidratación leve
0 % - 10 %
Leve
5
Fruta fresca
Ninguno
Ninguna
48
En base a la escala de valoración establecida se calculó el índice de calidad
visual para cada atributo con la siguiente fórmula:
‫ܫ‬ൌ
௡భ ାଶ௡మ ାଷ௡య ାସ௡ర ାହ௡ఱ
[2.3]
ே
Donde:
-
I:
-
n1-n5: número de frutos con valoración de 1 a 5
-
N:
índice de evaluación de la calidad visual
número total de frutos evaluados
La calificación final de la calidad visual se realizó en base a los rangos del índice
de calidad visual como se muestra en la Tabla 2.2.
Tabla 2.2. Escala de valoración de la calidad visual final de la naranjilla de jugo INIAP
Quitoense-2009, durante el almacenamiento refrigerado
Calificación
4-5
3-4
<3
Categorización
I: Conserva características iniciales
II: Presenta ligero deterioro, consumible
III: No comerciable
(Astiasarán y Martínez, 2000, p. 262)
2.3.3.4 Calidad sensorial
El análisis sensorial se efectuó a través de una prueba de calificación con escalas
no estructuradas (Alzamora et al., 2004, pp. 59-62; Ibarz y Barbosa, 2005, pp. 4754; Lawless y Heymann, 2010, pp. 155, 156). Un panel semientrenado
conformado por 12 jueces evaluó los atributos: aroma (sabor + olor), dureza,
acidez, dulzor; y presencia y/o ausencia de sabores extraños.
Para la preparación de las muestras se tomaron de forma aleatoria 7 naranjillas
por cada salida. De las frutas se retiró la cáscara y se eliminaron los extremos
49
para utilizar únicamente la parte central. Cada panelista recibió dos rodajas de
fruta (pulpa + mucilago) de 1 cm de grosor; las muestras fueron entregadas en
platos desechables, junto con trinches y un vaso de agua para cada panelista. Los
panelistas realizaron el análisis sensorial bajo luz natural y reportaron los
resultados según su apreciación en el formato presentado en el Anexo VI.
2.3.3.5 Tasa de respiración (TR)
La tasa de respiración se determinó en relación a la producción de dióxido de
carbono (CO2); usando un sistema dinámico de respiración provisto de un flujo de
aire continúo, a las condiciones de almacenamiento establecidas.
En las cámaras de respiración se colocó alrededor de 1 kg de naranjilla entera. La
determinación de TR se realizó por triplicado tanto para la fruta irradiada como
para el control.
Las muestras de aire se tomaron al ingreso y a la salida de las cámaras de
respiración; el muestreo se lo ejecutó por duplicado empleando jeringuillas de 1
mL. Se determinó el porcentaje de CO2 en las muestras tomadas en un
Analizador
Rápido
de
CO2/O2,
Post-Harvest
Research,
VIA-
510.
Las
determinaciones se realizaron tres veces por semana a lo largo de todo el periodo
de almacenamiento previsto.
La tasa de respiración se determinó en mg CO2/kg·h, empleando la siguiente
ecuación:
ܶோ ൌ
଴ǡ଺ൈ௙ൈሺ௅ೞ ି௅ಶ ሻൈ஼ೄ೅ವ ൈఘ಴ೀమ
௠ൈ௅ೄ೅ವ
Donde:
-
TR:
Tasa de respiración (mg CO2/kg·h)
[2.4]
50
-
0,6:
constante de transformación de unidades
-
f:
flujo de aire de la cámara (mL/min)
-
LS:
medida de CO2 del analizador a la salida de la cámara (cm)
-
LE:
medida de CO2 del analizador a la salida de la cámara (cm)
-
CSTD: concentración de CO2 en el estándar usado (% vol.)
-
ρCO2: densidad de CO2 a la presión y temperatura de trabajo (g/L)
-
m:
-
LSTD: medida de CO2 del registrador del estándar usado (cm)
masa del producto (kg)
2.4 DISEÑO BÁSICO DE UN PROCESO DE ELABORACIÓN DE
PULPA DE NARANJILLA IRRADIADA
El diseño básico del proceso de elaboración de pulpa congelada de naranjilla de
la variedad INIAP Quitoense-2009, incluyó a la irradiación como una operación
unitaria alternativa para inhibir el pardeamiento enzimático de la pulpa. Para su
planteamiento se fijó una capacidad de producción de 1 228,5 kg de naranjilla por
mes; que corresponde al 10 % del promedio de exportaciones de naranjilla
ecuatoriana registradas en los años 2013 y 2014 (BCE, 2015).
Para el proceso de irradiación se consideró que la fuente de Co60 del Laboratorio
de Tecnología de Radiaciones (LTR) de la EPN fue repotenciada hasta una
actividad de 100 000 Ci, alcanzando una tasa de dosis de 24 000 Gy/h.
Con base a los diagramas de bloques (BFD) y de flujo (PFD) propuestos se
realizaron los balances de masa y energía del proceso y se seleccionaron los
principales equipos para el procesamiento de la naranjilla.
51
3 RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1 DETERMINACIÓN DEL RANGO DE DOSIS DE IRRADIACIÓN
Y EL EFECTO DE LA RADIACIÓN SOBRE LA CALIDAD
GLOBAL DE LA NARANJILLA
3.1.1
CARACTERIZACIÓN INICIAL DE LA MATERIA PRIMA
Para la caracterización inicial de la materia prima se utilizaron 40 frutos de
naranjilla de jugo de la variedad INIAP Quitoense-2009. Los frutos se cosecharon
en madurez fisiológica (3/4 madurez, 75 % de color amarillo), se clasificaron y
seleccionaron en función de las especificaciones de la Norma Técnica
Ecuatoriana INEN 2303 (2009) (INEN, 2009, pp. 2-4). Los parámetros
fisicoquímicos analizados fueron: peso, diámetro, longitud, firmeza, pH, sólidos
solubles totales (SST); y el parámetro bioquímico, actividad enzimática de la
polifenoloxidasa (PPO).
En la Tabla 3.1 se presentan los resultados obtenidos de la caracterización inicial
de la naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009.
Tabla 3.1. Caracterización fisicoquímica y bioquímica inicial de la naranjilla de jugo
INIAP Quitoense-2009
Parámetro
Peso (g)
Valor
170,30 ± 13,35
Diámetro (mm)
70,33 ± 1,50
Longitud (mm)
58,44 ± 1,48
Firmeza (N)
35,17 ± 5,33
pH
3,14 ± 0,03
Sólidos solubles totales (° Brix)
8,05 ± 0,31
Actividad enzimática PPO (U/g) 76,59 ± 34,39
‫ݔ‬ҧ ൅ ߪሺ݊ ൌ ͶͲሻ
52
El peso promedio de los frutos fue de 170,30 g con una desviación estándar de
7,84 %; el diámetro y la longitud promedios fueron de 70,33 mm y 58,44 mm
respectivamente con una desviación estándar de 1,50 %. En la Norma Técnica
Ecuatoriana INEN 2303 (2009), se establece que el calibre de la naranjilla de jugo
se determina en relación al diámetro de la sección ecuatorial, la longitud y el peso
de la fruta; por tanto, con los resultados obtenidos se estableció que la naranjilla
utilizada para la experimentación corresponde a un calibre Grande, puesto que se
obtuvo un diámetro mayor 68 mm; una longitud mayor a 55 mm y peso mayor a
130 g (INEN, 2009, p. 2).
El pH de 3,4 y los sólidos solubles totales (SST) de 8,05 °Brix obtenidos; son
similares a los valores presentados en Revelo et al. (2010), donde se reportan
valores de pH de 2,72 ± 0,06 y de SST de 9,55 ± 2,75 °Brix. Sin embargo, cabe
indicar que los resultados ahí reportados corresponden a análisis con fruta
cosechada madura (100 % de coloración amarilla) (p. 99).
La firmeza promedio fue de 35,17 N y presenta un 15,15 % de desviación
estándar. Esta dispersión es considerable, lo que probablemente se debe al
método de medición empleado; puesto que cuando se usa un penetrómetro
manual las mediciones de firmeza se ven influenciadas por la uniformidad de la
fuerza que se aplique para penetrar la pulpa de la fruta. Revelo et al. (2010)
reportó un valor de firmeza de 5,70 ± 2,51 kgf (55,90 N) para naranjilla de jugo
variedad INIAP Quitoense-2009 (p.99); mientras que Proaño (2008) reportó un
valor promedio de 22,95 ± 10,11 N para naranjilla de jugo (Solanum quitoense
Lam. variedad quitoense) (p.43). Estos resultados presentan desviaciones
estándar altas, lo cual podría justificar la incertidumbre existente en las
mediciones realizadas con un penetrómetro manual.
La determinación de la actividad enzimática se realizó por espectrofotometría en
extractos frescos parcialmente purificados, que se prepararon a partir de la pulpa
y el pericarpio de la naranjilla. La determinación se realizó cada 30 s por 5 min a
420 nm; y los parámetros de medición fueron: pH 6,0; temperatura 30 °C;
concentración del sustrato (catecol) 0,1 M; y 0,2 ml de extracto enzimático. La
53
evaluación de la actividad enzimática de la PPO se hizo al graficar la absorbancia
en función del tiempo usando la pendiente de la parte lineal de la curva construida
(Avallone et al., 2001, pp. 1, 2; Mejía et al., 2014, pp. 108, 109; Mogollon,
Lizarazo, y Quintero, 2010, pp. 114, 115; Ochoa y Guerrero, 2012, pp. 118, 119).
La actividad enzimática de la PPO determinada presentó una amplia variación,
con valores entre 34,95 U/g y 154,61 U/g, un rango de 119,67 U/g y una
desviación estándar del 44,91 %. Mogollon et al. (2010) reportaron diferencias en
la evaluación de la actividad enzimática de la polifenoloxidasa en extractos
obtenidos a partir de la corteza y la pulpa del lulo o naranjilla. Los valores
promedio reportados fueron de 123,50 ± 15,45 U en la pulpa y de 1 333,83 ±
583,33 U en la corteza; con una desviación estándar de 12,51 % y 43,73 %
respectivamente; con lo cual concluyeron que la corteza es el material vegetal con
mayor actividad enzimática (p. 117).
Para Mejía et al. (2014) las variaciones en la actividad enzimática se pueden
atribuir a las diferencias en la metodología de extracción, las condiciones de
medición de la actividad enzimática, el grado de madurez, la presencia de
isoenzimas en relación al desarrollo fisiológico de los frutos, y la diversidad de
sustratos fenólicos naturales presentes en las plantas y la afinidad de la
polifenoloxidasa por estos. Por otra parte, la composición de los sustratos
fenólicos es dependiente del cultivar, la especie, el grado de madurez y las
condiciones ambientales predominantes en el cultivo y en el almacenamiento en
poscosecha (pp. 111, 115).
Para la evaluación de la radiosensibilidad de la naranjilla de jugo variedad INIAP
Quitoense-2009, se irradió la fruta a dosis de 250, 500, 1 000, 1 500, 2 000, 2 500
y 3 000 Gy respectivamente; como control naranjilla se usó sin irradiar. Las
variables de respuesta analizadas fueron: la calidad sensorial global del fruto,
apariencia externa del fruto, firmeza, sólidos solubles totales (SST), pH y actividad
enzimática de la PPO. El tratamiento estadístico de los resultados se realizó en el
programa STATGRAPHICS Centurión XVI, mediante el análisis de varianza
simple (ANOVA), empleando el procedimiento de comparaciones múltiples LSD
54
(Mínima diferencia significativa) de Fisher, con un nivel de significancia (α) de 0,05
y un nivel de confianza del 95 %.
3.1.2
APARIENCIA Y CALIDAD SENSORIAL GLOBAL
La radiación gamma tuvo efectos estadísticamente significativos (p < 0,05) sobre
la apariencia externa de la naranjilla, para el rango de 1 000 a 3 000 Gy en
relación al control, tal como se muestra en la Figura 3.1. Sin embargo, el efecto
neto de la irradiación sobre la apariencia no fue considerable, puesto que para
dosis de hasta 500 Gy la valoración promedio fue de 5, que representa a la
naranjilla fresca recién cosechada y de buena calidad; y para el rango de 1 000 a
3 000 Gy la calificación fue superior a 4 lo que implica que la naranjilla presentó
leves daños físicos en su corteza. Por tanto, se estableció que la apariencia
general de la naranjilla no varió a consecuencia de la irradiación.
5,3
Apariencia
5,1
4,9
4,7
4,5
4,3
4,1
0
250
500
1000
1500
2000
2500
3000
Dosis (Gy)
Figura 3.1. Gráfico de medias e intervalos LSD para la apariencia externa de la naranjilla
sin irradiar (0 Gy) y luego de ser irradiadas a las dosis de estudio
Abad (2014) concluyó que para el tomate de árbol (fruta perteneciente a la familia
de las solanáceas al igual que la naranjilla) la apariencia del tomate no cambia
luego de ser irradiado hasta dosis de 3 000 Gy (p. 99).
55
En la Figura 3.2, se aprecia que hubo diferencias estadísticamente significativas
(p < 0,05) para las dosis de 1 000, 1 500, 2 000, 2 500 y 3 000 Gy respecto al
control y el rango de 250 a 500 Gy, con una pérdida progresiva del sabor y aroma
propios de la fruta por arriba de los 1 000 Gy. Hasta los 500 Gy la calidad
sensorial global de la naranjilla se conservó; a los 1 000 Gy la valoración
promedio fue de 4, que correspondió a cambios leves en el sabor y aroma; en el
rango de 1 500 a 2 500 Gy la valoración promedio fue de 3, que representó
variaciones moderadas en el sabor y aroma; y finalmente a 3 000 Gy la valoración
media fue de 2, que significó una pérdida total del sabor y aroma característicos
de la naranjilla.
6
Calidad sensorial
5
4
3
2
1
0
250
500
1000
1500
2000
2500
3000
Dosis (Gy)
Figura 3.2. Gráfico de medias e intervalos LSD para la calidad sensorial global de la
naranjilla sin irradiar (0 Gy) y luego de ser irradiada a las dosis de estudio
La calidad sensorial global de tres cultivares de tomate de árbol: “anaranjado”,
“anaranjado gigante” y “morado gigante, no experimentaron cambios, luego de
exponerse la fruta fresca a radiación gamma a dosis comprendidas entre 250 y
3 000 Gy (Abad, 2014, p. 51). Samaniego (2014) por su parte reportó que la
radiación ultravioleta deteriora el sabor a fruta en los zumos de las dos variedades
de naranjilla utilizadas en su investigación (Dulce e Híbrida), la afectación superó
el 50 % con respecto al zumo fresco de naranjilla para tiempos de tratamiento de
150 min en la variedad Dulce y 270 min en la Híbrida; además evidenció el
56
desarrollo de sabores extraños en los zumos de naranjilla híbrida luego de ser
irradiados (p. 111).
La alteración del sabor en la naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009 irradiada a
dosis superiores a 1 000 Gy se podría atribuir a que la irradiación de frutas a dosis
altas puede inducir cambios bioquímicos por efecto de la radiolisis del agua y la
formación de radicales libres con elevado potencial reductor y oxidante que
probablemente podrían alterar la calidad sensorial global de la fruta. Los efectos
negativos de la radiación gamma sobre las propiedades sensoriales de las frutas
dependen de varios factores, entre los que destacan, el tipo de fruta y su estado
fisiológico, la dosis de radiación y las condiciones bajo las cuales se irradia el
alimento (Herrero y Romero, 2006, p. 73).
3.1.3
PROPIEDADES FISICOQUÍMICOS
La determinación de los sólidos solubles totales se realizó con un refractómetro
de mano de rango bajo (0 – 32 °Brix); obteniéndose un promedio de 8,47 °Brix
para el control; un máximo de 9,00 °Brix a 1 000 Gy; y un mínimo de 8,73 °Brix a
250 Gy. La irradiación incrementó ligeramente la cantidad de SST en la naranjilla,
con incrementos de 6,26 % y 3,07 % para el máximo y mínimo respectivamente,
en relación al control. A pesar de lo mencionado, el efecto de la irradiación sobre
los SST fue estadísticamente significativo; hallándose diferencias entre los SST
determinados a las dosis de estudio y los obtenidos para el control, tal como se
aprecia en la Figura 3.3.
Los valores reportados para los SST a todas las dosis de estudio cumplen con los
requisitos establecidos en la NTE INEN 2303 para naranjilla de jugo en madurez
comercial, ya que los SST son mayores a 6,00 °Brix (INEN, 2009, p. 4); y también
son similares a los reportados por Revelo et al. (2010) que determinaron valores
promedios de SST de 9,55 ± 0,75 °Brix para la naranjilla cosechada en madurez
comercial (madura) (p. 99).
57
Sólidos solubles totales (°Brix)
9,3
9,1
8,9
8,7
8,5
8,3
0
250
500
1000
1500
2000
2500
3000
Dosis (Gy)
Figura 3.3. Gráfico de medias e intervalos LSD para los sólidos solubles totales de la
naranjilla sin irradiar (0 Gy) y luego de ser irradiada a las dosis de estudio
El pH se determinó en el jugo fresco de naranjilla recién tratada, con el uso de un
pH-metro digital calibrado en el rango de 4,01 y 7,01. Como se muestra en la
Figura 3.4, los valores obtenidos difieren estadísticamente entre el control y la
dosis de 500 Gy, mientras que con las otras dosis de estudio el valor de pH se
mantiene constante. Esto se debe probablemente a la variabilidad de la materia
prima y más no, al efecto neto del tratamiento con radiaciones ionizantes.
3,5
3,4
pH
3,3
3,2
3,1
3
0
250
500
1000
1500
2000
2500
3000
Dosis (Gy)
Figura 3.4. Gráfico de medias e intervalos LSD para el pH de la naranjilla sin irradiar (0
Gy) y luego de ser irradiada a las dosis de estudio
58
Los valores de pH reportados para todas las dosis de estudios son similares a los
presentados en la caracterización inicial de la materia prima, por tanto se
estableció que el pH no varía con el tratamiento proporcionado.
La firmeza de la naranjilla empleada en esta parte de la experimentación, se
mantuvo en alrededor de 31,58 N hasta la dosis de 500 Gy, a partir de lo cual
disminuyó gradualmente hasta un valor mínimo de 6,81 N a los 3 000 Gy, tal
como se aprecia en la Figura 3.5. Con respecto a la naranjilla sin irradiar existe
una diferencia estadísticamente significativa para dosis por arriba de los 1 000 Gy;
y en el rango de 2 000 a 3 000 Gy las diferencias estadísticas dejaron de ser
significativas; pero con un porcentaje de reducción de firmeza que supera el 70 %.
40
Firmeza (N)
30
20
10
0
250
500
1000
1500
2000
2500
3000
Dosis (Gy)
Figura 3.5. Gráfico de medias e intervalos LSD para la firmeza de la naranjilla sin irradiar
(0 Gy) y luego de ser irradiada a las dosis de estudio
El ablandamiento o pérdida de firmeza de los frutos es un proceso normal dentro
de los procesos fisiológicos de maduración y almacenamiento en poscosecha;
conforme avanza este proceso, la degradación de la pared celular primaria de las
células vegetales se da por incremento de la actividad enzimática de la celulasa y
la hidrólisis de compuestos pécticos (Agustí, 2010, p. 149). La pérdida de firmeza
en la naranjilla tratada con radiación gamma puede explicarse, por el hecho que la
radiación puede romper los compuestos pécticos y la celulosa, alterando la
59
respuesta fisiológica de los frutos, cuyo efecto directo es el ablandamiento
(Fennema, 2000, p. 1189).
En estudios realizados para otras frutas, se reportaron resultados similares a los
presentados en esta investigación; es así que, Abad (2014) determinó que el
tomate de árbol (Solanum betaceum Cav.) del cultivar “morado gigante”
experimentó una pérdida de firmeza del 40 % producto de la exposición a
radiación gamma a una dosis de 3 000 Gy; y Arévalo, Saucedo, y Bustos (2002)
establecieron una pérdida súbita de la firmeza al día 1 y 3 después de tratar
aguacate Hass (Persea americana Mill.) con radiación gamma a dosis de 100 y
150 Gy (p. 670).
3.1.4
ACTIVIDAD ENZIMÁTICA DE LA POLIFENOLOXIDASA (PPO)
La actividad enzimática de la PPO se determinó al igual que en la caracterización
inicial de la materia prima; con el protocolo descrito en el Anexo III y con 5
réplicas de medición para cada dosis; evaluándose la actividad enzimática en los
extractos obtenidos inmediatamente después de irradiar la naranjilla recién
cosechada y también en los extractos reservados de la caracterización inicial que
se almacenaron en congelación previo al tratamiento.
En las Figuras 3.6 y 3.7 se puede apreciar que la irradiación tuvo un efecto
inhibitorio parcial en la actividad enzimática de la polifenoloxidasa, ya que ésta
disminuyó en relación a la actividad determinada en los extractos enzimáticos de
naranjilla sin irradiar.
En el experimento realizado con la naranjilla fresca, la actividad enzimática de la
polifenoloxidasa varió entre un máximo de 147,35 U/g para el control y un mínimo
de 74,78 U/g para una dosis de 1 500 Gy; presentándose diferencias
estadísticamente significativas entre el control y el rango de dosis comprendido
entre 500 y 3 000 Gy, tal como se evidencia en la Figura 3.6.
60
170
Actividad PPO (U/g)
150
130
110
90
70
50
0
250
500
1000
1500
2000
2500
3000
Dosis (Gy)
Figura 3.6. Gráfico de medias e intervalos LSD para la actividad enzimática de la PPO en
la naranjilla fresca sin irradiar (0 Gy) y en la naranjilla irradiada a las dosis de estudio
En cambio, en la experimentación realizada con los extractos enzimáticos
guardados de la caracterización inicial de la materia prima, la actividad enzimática
varió entre un máximo de 72,13 U/g para el control y un mínimo 34,09 U/g para
los 3 000 Gy; hallándose diferencias estadísticas significativas entre la actividad
enzimática del control y la de las dosis de 500, 1 000, 1 500, 2 500 y 3 000 Gy, tal
como se ve en la Figura 3.7.
Actividad PPO (U/g)
100
80
60
40
20
0
0
250
500
1000
1500
2000
2500
3000
Dosis (Gy)
Figura 3.7. Gráfico de medias e intervalos LSD para la actividad enzimática de la PPO en
los extractos de naranjilla sin irradiar (0 Gy) y en los extractos irradiados a las dosis de
estudio
61
De los resultados obtenidos, se puedo determinar que el rango de dosis de
radiación gamma para tratar naranjilla de jugo variedad INIAP Quitoense-2009,
fue el comprendido entre 250 y 500 Gy ya que permitió conservar la calidad global
de la fruta y a su vez inhibió parcialmente el pardeamiento enzimático por
polifenoloxidasa reduciendo su actividad en al menos un 38 % en comparación
con los resultados hallados para la naranjilla sin irradiar. Como la naranjilla tratada
con radiación gamma fue destinada para la elaboración de pulpa de fruta; la
firmeza no constituyó un parámetro determinante en la selección del rango de
dosis de radiación; y la irradiación a dosis superiores de los 500 Gy no fue viable
ya que no se hallaron efectos inhibitorios superiores y el costo-beneficio del
tratamiento no se justifica.
3.2 DETERMINACIÓN
NECESARIA
DE
PARA
LA
DOSIS
INHIBIR
EL
DE
IRRADIACIÓN
PARDEAMIENTO
ENZIMÁTICO EN LA NARANJILLA
La determinación de la dosis de radiación gamma necesaria para inhibir la acción
enzimática de las polifenoloxidasas, se realizó en base al análisis estadístico de
los resultados presentados en el experimento anterior. La dosis seleccionada fue
aquella que aparte de inhibir la actividad de la PPO permitió conservar las
características fisicoquímicas y sensoriales de la naranjilla de jugo INIAP
Quitoense-2009 a niveles aceptables para el consumo en fresco y posterior
almacenamiento refrigerado, para el estudio del tiempo de vida útil en
postratamiento.
De los resultados presentados en el acápite 3.1 se estableció que la calidad
sensorial global de la fruta y la actividad enzimática de la PPO, fueron las
variables de respuesta determinantes para la selección de la dosis de radiación
necesaria para inhibir el pardeamiento enzimático en la naranjilla de jugo INIAP
Quitoense-2009. La calidad sensorial de la fruta disminuyó drásticamente a partir
de los 1 000 Gy, con la pérdida progresiva del sabor y aroma característicos de la
62
naranjilla; mientras que la actividad enzimática de la PPO experimentó un
porcentaje de inhibición de alrededor del 40% hasta los 500 Gy; y por arriba de
esta dosis de radiación el tratamiento no tuvo efectos inhibitorios significativos tal
como se aprecia en la Tabla 3.2 y Tabla 3.3 y se comprueba en los gráficos de
medias e intervalos LSD de las Figuras 3.6 y 3.7.
Tabla 3.2. Porcentaje de inhibición de la actividad enzimática de la polifenoloxidasa en la
naranjilla recién cosechada irradiada a las dosis de estudio
Tratamiento
Dosis (Gy)
Control
Irradiación
Inhibición (%)
Actividad PPO (U/g)
250
117,5
20,2
500
90,8
38,4
1 000
90,2
38,8
74,8
49,3
2 000
81,9
44,4
2 500
88,7
39,8
3 000
84,1
42,9
1 500
147,3
Tabla 3.3. Porcentaje de inhibición de la actividad enzimática de la polifenoloxidasa en los
extractos enzimáticos de naranjilla irradiados a las dosis de estudio
Tratamiento
Dosis (Gy)
Control
Irradiación
Inhibición (%)
Actividad PPO (U/g)
250
87,2
49,0
43,8
500
71,8
43,1
40,0
1 000
77,7
41,9
46,1
1 500
67,4
36,1
46,5
2 000
92,8
53,2
42,6
2 500
66,1
36,1
45,3
3 000
53,3
34,1
36,1
63
La inactivación de la polifenoloxidasa mediante radiaciones gamma no fue total
para el rango de dosis de estudio, sin embargo se pudo alcanzar un porcentaje de
inhibición superior al 38 %, que permitió mitigar parcialmente la acción de la
polifenoloxidasa, manteniendo la calidad global de la naranjilla y dando la
posibilidad de procesar la naranjilla irradiada.
La actividad de la polifenoloxidasa disminuyó en respuesta al tratamiento con
irradiación gamma, lo cual se debió presumiblemente a la ionización del agua
intracelular que conlleva a alteraciones bioquímicas en las enzimas por efecto de
los radicales libres sobre ellas; sin embargo, los efectos de la radiación gamma
pueden ser también contrarios a la inhibición o inactivación, puesto que las
radiaciones ionizantes tienen la capacidad de destruir los compartimientos
celulares y tisulares permitiendo de esta forma poner en contacto los sustratos
fenólicos naturales con la polifenoloxidasa, dando paso al proceso oxidativo en
presencia de oxígeno molecular del ambiente (Chen et al., 2010, pp. 6-8;
Mesquita y Queiroz, 2013, pp. 409-410).
A pesar que las polifenoloxidasas pueden ser inactivadas por las radiaciones
gamma, las dosis requeridas para inactivación total están muy por arriba de las
necesarias para la desinfección o estilización, estas son 10 veces mayores a las
requeridas para eliminar los microorganismos. La inhibición de la actividad
enzimática por radiaciones ionizantes, están influenciada por el tipo de enzima
que se trate, la concentración de la enzima, la actividad de agua, la pureza del
extracto enzimático utilizado para su determinación, la concentración de oxígeno,
el pH, la temperatura y la relación de los efectos in vitro (enzimas purificadas)
frente a los in situ (sistemas alimentarios). En general las dosis requeridas para la
inactivación enzimática son menores para soluciones diluidas de enzimas, siendo
los extractos enzimáticos parcialmente o poco purificados más resistentes a la
irradiación frente a las preparaciones purificadas; con esto se pudo explicar el
comportamiento de los extractos parcialmente purificados frente al tratamiento
con irradiación; como se observa en la Figura 3.7 la disminución de la actividad
enzimática de la PPO no tuyo mayor importancia con el aumento de la dosis de
64
radiación, a partir de los 250 Gy manteniéndose la actividad enzimática
prácticamente inalterable (Fennema, 2000, pp. 582, 583).
En función de los resultados obtenidos, la dosis de radiación seleccionada para el
estudio poscosecha fue de la 500 Gy, ya que esta dosis permitió conservar las
propiedades fisicoquímicas como pH, SST y firmeza; la apariencia y la calidad
sensorial
global;
e
inhibió
parcialmente
la
actividad
enzimática
de
la
polifenoloxidasa en la naranjilla.
3.3 ESTUDIO
DEL
EFECTO
DE
LOS
PROCESOS
DE
IRRADIACIÓN Y REFRIGERACIÓN SOBRE LA CALIDAD
POSCOSECHA
Y
POLIFENOLOXIDASA
LA
(PPO)
ACTIVIDAD
DE
LA
DE
LA
NARANJILLA
IRRADIADA
Para el estudio de la calidad poscosecha se emplearon 450 naranjillas, de las
cuales la mitad se irradió a una dosis de 500 Gy y la otra mitad se usó como
control; todos los frutos se almacenaron hasta 60 días a 8 °C y 90 %HR, más 7
días a temperatura ambiente (20 °C) y 80 %HR para simular el tiempo de vida en
estante. Se muestrearon 40 frutos por cada periodo de almacenamiento (15, 30,
45 y 60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20°C y 80 %HR), tanto del tratamiento
como del control. Los parámetros analizados durante el estudio poscosecha
fueron: firmeza, pH, SST (°Brix), acidez titulable, pérdida de peso, tasa de
respiración, actividad enzimática de la PPO, calidad visual de los frutos en base a
la turgencia, daños físicos y marchitez del cáliz; y además se realizó un análisis
sensorial.
El análisis estadístico de los resultados obtenidos se hizo en el programa
STATGRAPHICS Centurión XVI, usando un diseño experimental en bloques
completos al azar, para evaluar un posible efecto del factor tiempo sobre las
variables de respuesta estudiadas.
65
3.3.1
PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS
Se estudió el efecto de la irradiación y el almacenamiento refrigerado sobre las
propiedades fisicoquímicas: firmeza, pH, sólidos solubles totales (SST), acidez
titulable y pérdida de peso. Al inicio del experimento (0 días de almacenamiento),
el tratamiento por irradiación no tuvo efectos estadísticos significativos sobre la
firmeza de la fruta en comparación con el control; cuyos resultados concuerdan
con lo obtenido en la caracterización inicial de la fruta y en el experimento
anterior. Sin embargo; durante todo el periodo de almacenamiento refrigerado,
existieron diferencias estadísticas significativas entre la firmeza de la naranjilla sin
irradiar y la tratada con una dosis de radiación gamma de 500 Gy, tal como se
muestra en la Tabla 3.4 y la Figura 3.8.
Tabla 3.4. Firmeza, pH, sólidos solubles totales y acidez titulable de la naranjilla de jugo
INIAP Quitoense-2009 irradiada a 500 Gy y almacenada hasta 60 días a 8 °C y 90 %HR
más 7 días a 20 °C y 80 %HR
TRATAMIENTOS
PERIODOS DE ALMACENAMIENTO
0
1
2
3
4
2,12 ± 0,60a
Firmeza (N)
Control
36,16 ± 2,62a
11,16 ± 2,36a
7,85 ± 1,79a
2,82 ± 1,55a
Irradiación
33,22 ± 1,35a
0,00 ± 0,00b
0,00 ± 0,00b
0,00 ± 0,00b 0,00 ± 0,00b
pH
Control
3,18 ± 0,09b
3,17 ± 0,09b
3,22 ± 0,06b 3,22 ± 0,06b 3,52 ± 0,16b
Irradiación
3,24 ± 0,08b
3,20 ± 0,21b
3,24 ± 0,03b 3,15 ± 0,09b 3,34 ± 0,07c
Sólidos solubles totales (°Brix)
Control
7,80 ± 0,20c
8,56 ± 0,46c
8,72 ± 0,33c
8,84 ± 0,26c
9,08 ± 0,23c
Irradiación
7,76 ± 0,38c
8,24 ± 0,33c
8,80 ± 0,37c
9,12 ± 0,11c
9,00 ± 0,28c
Acidez titulable (% ácido cítrico)
Control
3,36 ± 0,28d
2,57 ± 0,11d
2,14 ± 0,16d 2,01 ± 0,10d 1,89 ± 0,20d
Irradiación
2,76 ± 0,20e
2,24 ± 0,34e
2,01 ± 0,05d
1,86 ± 0,03e 1,74 ± 0,12d
‫ݔ‬ҧ േ ߪሺ݊ ൌ ͷሻ
Letras diferentes en una misma columna y para el mismo parámetro indican diferencias estadisticas
significativas (p < 0,05)
0: Inicio del experimento (0 días de almacenamiento)
1: Primer periodo de almacenamiento (15 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20°C y 80 %HR)
2: Segundo periodo de almacenamiento (30 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20°C y 80 %HR)
3: Tercer periodo de almacenamiento (45 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20°C y 80 %HR)
4: Cuarto periodo de almacenamiento (60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20°C y 80 %HR)
66
13,9
Firmeza (N)
11,9
9,9
7,9
5,9
Control
Irradiación
Tratamiento
Figura 3.8. Gráfico de medias e intervalos LSD de la firmeza de la naranjilla almacenada
hasta 60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20 °C y 80 %HR, sin ningún tratamiento
(control) e irradiada a 500 Gy
De la Tabla 3.4 y la Figura 3.9 se aprecia que la firmeza de la naranjilla sin irradiar
fue disminuyendo progresivamente con el tiempo de almacenamiento; al primer
periodo de almacenamiento la firmeza se disminuyó en un 69,14 % y al cuarto
periodo la disminución de la firmeza alcanzó un porcentaje de 94,14%; por lo
contrario la firmeza de la naranjilla irradiada experimentó un decremento brusco,
con un 100 % de pérdida a partir del primer periodo de almacenamiento.
En la Figura 3.10 se muestra el comportamiento de la firmeza de la fruta al inicio
del experimento y durante los periodos de almacenamiento refrigerado; y se pudo
corroborar el decremento substancial en la firmeza a lo largo del almacenamiento,
tal como se manifestó arriba. En refrigeración, los resultados obtenidos son
similares a los reportados por Proaño (2008) quien determinó que la firmeza de
tres ecotipos de naranjilla almacenada a 8 °C y 90 %HR comienza a disminuir a
partir del día 15 hasta que en el día 28 los frutos pierden toda su firmeza (pp. 62,
63).
67
50,0
40,0
Firmeza (N)
30,0
20,0
10,0
0,0
0
1
-10,0
2
3
4
Periodos de almacenamiento
Control
Irradiación
Figura 3.9. Firmeza de la naranjilla al inicio del experimento y en cada uno de los
periodos de almacenamiento refrigerado
39
Firmeza (N)
29
19
9
-1
0
1
2
3
4
Periodos de almacenamiento
Figura 3.10. Gráfico de medias e intervalos LSD de la firmeza de la naranjilla al inicio del
experimento y en cada uno de los periodos de almacenamiento refrigerado
La pérdida de firmeza es un fenómeno propio de los procesos de maduración y
senescencia; y los tratamientos poscosecha con radiaciones ionizantes y
refrigeración han sido usados en varias frutas para extender su tiempo de vida
útil, a través del retraso de estos procesos. El efecto de los tratamientos
mencionados se ha estudiado en tomate de árbol, pera, mandarina y naranja
dulce, etc.; es así que: en el tomate de árbol (Solanum betaceum Cav.) el
68
tratamiento con irradiación a una dosis de 500 Gy en combinación con
recubrimientos comestibles permitió disminuir la pérdida de firmeza durante el
almacenamiento hasta 75 días a 5 °C y 90 %HR (Abad, 2014, pp. 75, 76); en la
pera William tratada con radiación gamma en un rango de 1,50 a 1,70 KGy y
almacenada a 3 °C y 80 %HR hasta 45 días, la firmeza de la fruta fue superior a
la del control (Wani, Hussain, Meena, y Dar, 2008, p. 989); y en la mandarina
“Nagpur” y la naranja “Monsambi”, tratadas hasta 1,5 KGy y almacenadas a una
temperatura de 6-7 °C y 90-95 % HR por 75 y 95 días respectivamente, la dosis
de radiación aplicada no provocó efectos significativos sobre la firmeza de estas
frutas (Ladaniya, Singh, y Wadhawan, 2003, p. 674).
La firmeza de la naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009 disminuyó durante el
almacenamiento, con una significativa pérdida de firmeza en la naranjilla
irradiada, que permitió inferir que la naranjilla es muy sensible a la radiación
gamma y que a pesar que los efectos negativos sobre la firmeza no son
inmediatos, estos se manifiestan drásticamente durante el almacenamiento
refrigerado. El decremento significativo en la firmeza de la naranjilla irradiada se
podría deber posiblemente a que la radiación gamma lesionó a la fruta afectando
su pared celular, que provocó una degradación severa de las sustancias pécticas
y la hemicelulosa; también se podría atribuir a un incremento de las actividades
de las enzimas protopectinasa y pectinmetilestearasa (Ladaniya et al., 2003, p.
672; Wani et al., 2008, p. 984).
El pH y los sólidos solubles totales no fueron influenciados significativamente por
la irradiación. Entre la naranjilla tratada y el control no se presentó una diferencia
estadística significativa tal como se muestra en la Tabla 3.4 y se corrobora en la
Figura 3.11 y Figura 3.12; en tanto que el tiempo de almacenamiento si originó
efectos significativos; encontrándose un ligero incremento en el pH en el cuarto
periodo de almacenamiento, tal como se aprecia en la Figura 3.13; y un
incremento exponencial en los sólidos solubles totales hasta el segundo periodo
de almacenamiento refrigerado, posterior a éste no existieron diferencias
estadísticas significativas tal cual se muestra en la Figura 3.14.
69
4,0
pH
3,0
2,0
1,0
0,0
0
1
2
3
4
Periodos de almacenamiento
Control
Irradiación
Figura 3.11. pH de la naranjilla al inicio del experimento y en cada uno de los periodos de
almacenamiento refrigerado
Sólidos solubles (°Brix)
10,0
9,0
8,0
7,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
0
1
2
3
4
Periodos de almacenamiento
Control
Irradiación
Figura 3.12. Sólidos solubles totales de la naranjilla al inicio del experimento y en cada
uno de los periodos de almacenamiento refrigerado
70
3,5
pH
3,4
3,3
3,2
3,1
0
1
2
3
4
Periodos de almacenamiento
Sólidos solubles totales (°Brix)
Figura 3.13. Gráfico de medias e intervalos LSD del pH de la naranjilla al inicio del
experimento y en cada uno de los periodos de almacenamiento refrigerado
9,2
8,8
8,4
8
7,6
0
1
2
3
4
Periodos de almacenamiento
Figura 3.14. Gráfico de medias e intervalos LSD de los sólidos solubles totales de la
naranjilla al inicio del experimento y en cada uno de los periodos de almacenamiento
refrigerado
El contenido de sólidos solubles totales incrementó con el tiempo, tanto para la
naranjilla sin irradiar como para la irradiada, esto podría deberse a que el proceso
de maduración no se retardó por efecto de la radiación ni tampoco con la
disminución de la temperatura de almacenamiento. Varios estudios revelan que el
contenido de los SST de algunas frutas (arándonos, frambuesas, manzanas,
peras y mandarinas) no se ve afectado significativamente por el tratamiento
71
combinado de irradiación y refrigeración; y además que los SST tienden a
incrementarse durante el almacenamiento (Golding et al., 2014, p. 50; Pérez et
al., 2009, pp. 648, 649; Zhang, Deng, Fu, y Weng, 2014, pp. 7-12). Por otro lado,
Proaño (2008) reportó que los SST en la naranjilla aumentan durante el
almacenamiento refrigerado, y verse afectados por la reducción de la temperatura
(p. 72).
De la Tabla 3.4 y la Figura 3.15 se observa que para la acidez titulable existió
diferencias estadísticas significativas entre la naranjilla tratada y el control a lo
Acidez titulabel (% ácido cítrico)
largo del almacenamiento refrigerado.
2,4
2,3
2,2
2,1
2
Control
Irradiación
Tratamiento
Figura 3.15. Gráfico de medias e intervalos LSD de la acidez titulable de la naranjilla
almacenada hasta 60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20 °C y 80 %HR, sin ningún
tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy
La acidez titulable disminuyó en el tiempo de almacenamiento refrigerado según
se muestra en la Figura 3.16 y Figura 3.17; este comportamiento es concordante
con el incremento del contenido de sólidos soluble totales presentado en la Figura
3.12 y Figura 3.14. Este resultado es además, análogo al obtenido por Abad,
(2014) quien indica que esto se podría explicar por la reducción de los ácidos
orgánicos en el proceso de maduración para la formación de compuestos volátiles
aromáticos (p. 80).
Acidez titulable (%ácido cítrico)
72
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
0
1
2
3
4
Periodos de almacenamiento
Control
Irradiación
Acidez titulable (% ácido cítrico)
Figura 3.16. Acidez titulable de la naranjilla al inicio del experimento y en cada uno de los
periodos de almacenamiento refrigerado
3,2
2,8
2,4
2
1,6
0
1
2
3
4
Periodos de almacenamiento
Figura 3.17. Gráfico de medias e intervalos LSD de la acidez titulable de la naranjilla al
inicio del experimento y en cada uno de los periodos de almacenamiento refrigerado
La pérdida de peso se determinó en cada salida para todos los frutos
muestreados. Tal como se muestra en la Figura 3.18, la pérdida de peso
incremento con el tiempo hasta un porcentaje promedio de 18,33 % al cuarto
periodo de almacenamiento; sin embargo no existieron diferencias estadísticas
significativas (p > 0,05) entre el control y la naranjilla irradiada.
73
Pérdida de peso (%)
25,0
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
1
2
3
4
Periodos de almacenamiento
Control
Irradiación
Figura 3.18. Pérdida de peso de la naranjilla almacenada hasta 60 días a 8 °C y 90 %HR
más 7 días a 20 °C, sin ningún tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy
La transpiración es el principal proceso fisiológico por el cual las frutas pierden
agua y con ello peso, deteriorando su calidad y valor comercial para el consumo
en fresco (Garcia y Garcia, 2001, p. 23).
Abad (2014) determinó que en el tomate de árbol tratado con una dosis de
radiación de 500 Gy, la pérdida de peso se disminuye en un 42 % en relación a
los frutos sin tratamiento, almacenados hasta 75 días a 5 °C y 90 % HR más 7
días a 20 °C (p. 72); mientras que McDonald et al. (2013) establecieron que en la
naranja navel “Lane Late” tratada con una dosis de 400 y 600 Gy, la pérdida de
peso es significativamente superior a la de los frutos no irradiados, almacenados
hasta 3 semanas a 5 °C seguido de 1 semana a 20 °C (p. 96). De lo expuesto se
podría decir que el efecto de la radiación gamma difiere según el tipo y la variedad
de fruta que se trate e incluso si ésta pertenece a la misma familia; además se
podría establecer que la irradiación y el almacenamiento refrigerado no fueron
efectivos para el control de la pérdida de peso en la naranjilla de jugo INIAP
Quitoense-2009.
74
3.3.2
CALIDAD VISUAL
La calidad visual se evaluó para los 40 frutos muestreados en cada periodo de
almacenamiento refrigerado; en base a los atributos: turgencia; daños físicos; y
marchitez del cáliz según la escala de valoración mostrada en el Anexo IV. La
valoración se realizó usando un escala del 1 al 5; donde 5 representaba a los
frutos con las características propias de la naranjilla recién cosechada y 1 a los
frutos con una pérdida extrema de su calidad visual.
Los resultados obtenidos en la evaluación de la calidad visual de la naranjilla
tratada con irradiación y almacenada en refrigeración hasta 60 días se presentan
en la Tabla 3.5.
Tabla 3.5. Evaluación de la calidad visual de la naranjilla almacenada hasta 60 días a 8 °C
y 90 % HR más 7 días a 20 °C, sin ningún tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy
TRATAMIENTOS
PERIODOS DE ALMACENAMIENTO
0
1
2
3
4
Turgencia
Control
5,00 ± 0,00a
3,28 ± 0,13b
1,73 ± 0,34a
1,35 ± 0,17b
1,55 ± 0,58b
Irradiación
5,00 ± 0,00a
2,28 ± 0,49c
1,61 ± 0,31a
2,00 ± 0,22c
2,78 ± 0,43c
Daños físicos
Control
4,68 ± 0,13d
3,70 ± 0,14e
3,05 ± 0,34e
2,70 ± 0,29d
2,93 ± 0,15d
Irradiación
4,70 ± 0,00d
2,43 ± 0,56f
1,78 ± 0,57f
2,25 ± 0,38d
2,63 ± 0,42d
Marchitez del cáliz
Control
5,00 ± 0,00g
3,23 ± 0,33h
2,00 ± 0,39h
1,70 ± 0,14g
1,60 ± 0,08g
Irradiación
5,00 ± 0,00g
1,93 ± 0,10j
1,38 ± 0,28j
1,55 ± 0,21g
1,48 ± 0,43g
‫ݔ‬ҧ േ ߪሺ݊ ൌ ͶͲሻ
Letras diferentes en una misma columna y para el mismo parámetro indican diferencias estadisticas
significativas (p < 0,05)
0: Inicio del experimento (0 días de almacenamiento)
1: Primer periodo de almacenamiento (15 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20°C y 80 %HR)
2: Segundo periodo de almacenamiento (30 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20°C y 80 %HR)
3: Tercer periodo de almacenamiento (45 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20°C y 80 %HR)
4: Cuarto periodo de almacenamiento (60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20°C y 80 %HR)
75
La turgencia disminuyó con el tiempo de almacenamiento tanto para el control
como para la naranjilla tratada; mientras que el tratamiento con irradiación no
confirió efectos estadísticamente significativos en relación al control durante todo
el periodo de almacenamiento.
Los resultados obtenidos de la evaluación de la turgencia se muestran en la
Figura 3.19 y Figura 3.20. Al inicio del experimento la calificación de la naranjilla
irradiada fue de 5, puesto que la turgencia se mantuvo inalterable al igual que la
de la naranjilla fresca recién cosechada. Sin embargo, en el primer periodo de
almacenamiento la turgencia disminuyó significativamente; con calificaciones de 3
y 2 para el control y la naranjilla irradiada respectivamente; la calificación 3
representó a la naranjilla con deshidratación moderada y 2 a la naranjilla con
deshidratación severa. Para los periodos posteriores al primer periodo de
almacenamiento refrigerado la calificación promedio para el control y la naranjilla
irradiada estuvo en el rango de 2 a 1, que significó que la naranjilla se hallaba
deshidratada en el rango de severo a extremo; presentándose una calificación
atípica de 3 para el lote muestreado en el cuarto periodo de almacenamiento
según se observa en la Figura 3.19.
6,0
Turgencia
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
0
1
2
3
4
Periodos de almacenamiento
Control
Irradiación
Figura 3.19. Turgencia de la naranjilla al inicio del experimento y en cada uno de los
periodos de almacenamiento refrigerado
76
5,4
Turgencia
4,4
3,4
2,4
1,4
0
1
2
3
4
Periodos de almacenamiento
Figura 3.20. Gráfico de medias e intervalos LSD de la turgencia de la naranjilla al inicio
del experimento y en cada uno de los periodos de almacenamiento refrigerado
En la valoración de los daños físicos presentes en la superficie de la naranjilla; el
tratamiento con irradiación tuvo efectos estadísticamente significativos. Sin
embargo, la calificación promedio durante el almacenamiento se mantuvo en
alrededor de la ponderación 3 que correspondió a un 10 a 30 % de daños físicos,
tal como se puede apreciar en la Figura 3.21.
3,6
Daños físicos
3,4
3,2
3
2,8
2,6
Control
Irradiación
Tratamiento
Figura 3.21. Gráfico de medias e intervalos LSD de los daños físicos en la naranjilla
almacenada hasta 60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20 °C y 80 %HR, sin ningún
tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy
77
El efecto de tiempo de almacenamiento sobre los daños físicos en la naranjilla se
presenta en las siguientes figuras.
6,0
Daños físicos
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
0
1
2
3
4
Periodos de almacenamiento
Control
Irradiación
Figura 3.22. Daños físicos en la naranjilla al inicio del experimento y en cada uno de los
periodos de almacenamiento refrigerado
5,1
Daños Físicos
4,6
4,1
3,6
3,1
2,6
2,1
0
1
2
3
4
Periodos de almacenamiento
Figura 3.23. Gráfico de medias e intervalos LSD de los daños en la naranjilla al inicio del
experimento y en cada uno de los periodos de almacenamiento refrigerado
La valoración respecto a los daños físicos varió de un valor de 4,76 al inicio del
experimento; 3,06 en el primer periodo; 2,45 en el segundo y tercer periodos y un
78
2,78 al final del experimento. Esta variación implicó que al inicio del experimento
los frutos se hallaban sanos, sin golpes ni daños físicos aparentes y que a partir
del primer periodo de almacenamiento los daños físicos no superaron el 30 % en
la superficie total de la naranjilla, esto para el promedio entre el tratamiento y el
control; sin hallarse diferencia estadísticas significativas en el lapso de los 30 a los
60 días de almacenamiento tal como se observa en la Figura 3.23. Ahora bien, si
se analiza el tratamiento de forma individual (Tabla 3.5 y Figura 3.22) se verificó
que la calificación a partir del primer periodo de almacenamiento fue de alrededor
de 2 que implicó la presencia de manchas y daños físicos en un 30 a 50 % en la
superficie de la naranjilla; evidenciándose mayor predominación de daños físicos
en la naranjilla irradiada que en el control; lo cual se podría atribuir a que los
daños mecánicos ocasionados durante la poscosecha de la fruta son más
evidentes en la fruta tratada, puesto que la radiación debilitó la corteza de la
naranjilla.
La marchitez del cáliz tuvo una calificación de 2,71 para el control y 2,27 para el
tratamiento; por tanto la valoración para este atributo fue de moderada y severa
respectivamente; hallándose diferencias estadísticas significativas tal como se
evidencia en la Figura 3.24.
Marchitez del cáliz
2,9
2,7
2,5
2,3
2,1
Control
Irradiación
Tratamiento
Figura 3.24. Gráfico de medias e intervalos LSD de la marchitez del cáliz de la naranjilla
almacenada hasta 60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20 °C y 80 %HR, sin ningún
tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy
79
La marchitez del cáliz al inicio de la experimentación tuvo una valoración de 5,
pero a partir del primer periodo de almacenamiento la valoración decayó,
asignándosele un puntaje próximo a 2 que representó una marchitez severa del
cáliz; y desde el segundo periodo de almacenamiento, no se hallaron diferencias
estadística significativas (p > 0,05) tal como se distingue en la Figura 3.25 y
Figura 3.26 y se verifica en los resultados presentados en la Tabla 3.5.
6,0
Marchitez del cáliz
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
0
1
2
3
4
Periodos de almacenamiento
Control
Irradiación
Figura 3.25. Marchitez del cáliz de la naranjilla al inicio del experimento y en cada uno de
los periodos de almacenamiento refrigerado
Marchitez del cáliz
5,3
4,3
3,3
2,3
1,3
0
15
30
45
60
Tiempo (Días)
Figura 3.26. Gráfico de medias e intervalos LSD de la marchitez del cáliz de la naranjilla
al inicio del experimento y en cada uno de los periodos de almacenamiento refrigerado
80
La calificación final de la calidad visual se realizó con la determinación del índice
de calidad, cuyos resultados se presentan en la Tabla 3.6.
Tabla 3.6. Índice de calidad visual de la naranjilla almacenada hasta 60 días a 8 °C y 90
% HR más 7 días a 20 °C, sin ningún tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy
ATRIBUTO
TRATAMIENTO
PERIODOS DE
ALMACENAMIENTO
CONTROL
IRRADIACIÓN
0
I
I
1
II
III
2
III
III
3
III
III
4
III
III
0
I
I
1
II
III
2
II
III
3
III
III
4
III
III
0
I
I
1
II
III
2
III
III
3
III
III
4
III
III
Turgencia
Daños físicos
Marchitez del cáliz
n=40
I = 4-5, II = 3-4, III £ 3
I: mantiene características iniciales
II: presenta deterioro pero es consumible
III: no comerciable
La naranjilla sin irradiar obtuvo una categorización de II hasta el primer periodo de
almacenamiento, que implicó que la fruta presentó ligeros deterioros en relación a
los atributos evaluados pero que aun así era idónea para su comercialización;
mientras que la naranjilla irradiada presentó severos defectos a partir del primer
periodo de almacenamiento por lo que se categorizó como III, lo que significó que
la fruta no era apta para su comercialización.
81
El deterioro de la calidad visual externa (apariencia) de los frutos está influenciado
por la pérdida de turgencia, los daños físicos durante el transporte y el
almacenamiento y la aparición de manchas u hongos sobre la corteza de la fruta.
Para el caso de la naranjilla de jugo de la variedad INIAP Quitoense-2009, la
calidad visual presentó una afectación considerable en relación a los daños físicos
y la marchitez del cáliz; lo cual se podría atribuir a que la dosis de radiación
suministrada a la fruta causó daños irreversibles sobre la pared celular de la
naranjilla, ocasionando como ya se mencionó, perdida de firmeza y peso; y por
ende deterioro de la calidad visual de la naranjilla durante el almacenamiento. A
pesar que no se visualizó una presencia substancial de hongos sobre la superficie
de la fruta; la irradiación no originó los efectos esperados en relación a la calidad
visual, ya que los atributos evaluados obtuvieron calificación inferiores a las de la
naranjilla sin irradiar.
3.3.3
CALIDAD SENSORIAL
El análisis sensorial se efectuó con un panel semientrenado conformado por 12
jueces quienes recibieron dos rodajas de fruta (pulpa + mucilago) de alrededor de
1 cm de grosor para evaluar los atributos: aroma (sabor + olor); dureza; acidez;
dulzor; y la presencia y/o ausencia de sabores extraños. La calificación de los
atributos se realizó mediante una prueba descriptiva de escalas no estructuradas,
según el formato mostrado en el Anexo VI; y los resultados obtenidos para cada
atributo valorado se presentan en la Tabla 3.7.
El aroma fue determinado por la sinergia del sabor y el olor de naranjilla; y según
la percepción de los panelista no varió con el tratamiento ni tampoco con el
tiempo, encontrándose una calificación promedio superior a 5, que significó que la
naranjilla tratada conservó sus características propias respecto al aroma. Este
resultado concuerda con la calificación obtenida para los sabores extraños que en
promedio fue de 1,5 lo cual implicó ausencia de sabores distintos al de la
naranjilla.
82
Tabla 3.7. Evaluación sensorial de la naranjilla almacenada hasta 60 días a 8 °C y 90 %
HR más 7 días a 20 °C, sin ningún tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy
TRATAMIENTOS
PERIODOS DE ALMACENAMIENTO
0
1
2
3
4
Aroma (Sabor + Olor)
Control
5,18 ± 2,42a
4,84 ± 2,55a
4,96 ± 2,86a
5,75 ± 2,59a
5,61 ± 2,28a
Irradiación
5,47 ± 2,62a
5,86 ± 2,39a
3,71 ± 2,24a
4,33 ± 2,13a
4,50 ± 2,68a
Dureza
Control
5,14 ± 2,08b
4,86 ± 2,48b
2,78 ± 1,47b
4,41 ± 2,23b
3,99 ± 2,25b
Irradiación
5,48 ± 2,09b
2,63 ± 1,82c
1,82 ± 1,80b
1,43 ± 0,89c
2,38 ± 1,59b
Acidez
Control
6,24 ± 1,67c
6,38 ± 2,38c
5,63 ± 2,01c
6.23 ± 2,41c
6,14 ± 1,60c
Irradiación
6,42 ± 1,73c
4,55 ± 2,87c
3,23 ± 2,22d
4,68 ± 3,04c
5,41 ± 2,86c
Dulzor
Control
3,00 ± 1,88d
2,98 ± 2,54d
3,10 ± 2,04d
3.49 ± 1,92d
3,26 ± 1,79d
Irradiación
2,92 ± 1,32d
3,51 ± 2,50d
3,90 ± 2,41d
3,48 ± 2,54d
4,10 ± 1,60d
Sabores Extraños
Control
0,79 ± 0,95e
1,51 ± 2,10e
2,13 ± 2,74e
1,14 ± 1,41e
1,32 ± 1,96e
Irradiación
1,08 ± 1,10e
1,75 ± 2,61e
2,81 ± 1,89e
1,37 ± 2,32e
1,37 ± 2,24e
‫ݔ‬ҧ േ ߪሺ݊ ൌ ͳʹሻ
Letras diferentes en una misma columna y para el mismo parámetro indican diferencias estadisticas
significativas p < 0,05
0: Inicio del experimento (0 días de almacenamiento)
1: Primer periodo de almacenamiento (15 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20°C y 80 %HR)
2: Segundo periodo de almacenamiento (30 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20°C y 80 %HR)
3: Tercer periodo de almacenamiento (45 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20°C y 80 %HR)
4: Cuarto periodo de almacenamiento (60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20°C y 80 %HR)
Para la apreciación de los panelistas, el dulzor no se modificó a causa de la
irradiación, siendo éste resultado concordante con los valores obtenidos en la
determinación analítica de los sólidos solubles totales (°Brix) presentados en la
Tabla 3.4. Estadísticamente el dulzor se mantuvo invariable en el tiempo, sin
embargo se halló una tendencia creciente en el tiempo, que concuerda con los
resultados presentados en la Figura 3.14.
Tanto la irradiación como el tiempo de almacenamiento no provocaron efectos
estadísticamente significativos en el aroma, el dulzor y los sabores extraños; pero
83
la irradiación si lo hizo en la dureza y la acidez tal como se aprecia en la Figura
3.27 y la Figura 3.28.
4,7
4,3
Dureza
3,9
3,5
3,1
2,7
2,3
Control
Irradiación
Tratamiento
Figura 3.27. Gráfico de medias e intervalos LSD de la dureza de la naranjilla almacenada
hasta 60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20 °C y 80 %HR, sin ningún tratamiento
(control) e irradiada a 500 Gy
6,8
6,4
Acidez
6
5,6
5,2
4,8
4,4
Control
Irradiación
Tratamiento
Figura 3.28. Gráfico de medias e intervalos LSD de la acidez de la naranjilla almacenada
hasta 60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20 °C y 80 %HR, sin ningún tratamiento
(control) e irradiada a 500 Gy
Del análisis sensorial se estableció que la naranjilla irradiada se hallaba menos
firme y menos ácida en comparación con el control; concordando los resultados
84
reportados en la Figura 3.27 y Figura 3.28 con los obtenidos de las
determinaciones analíticas de la firmeza y la acidez titulable presentados en la
Figura 3.9 y Figura 3.16
Adicionalmente los panelistas observaron variaciones en la apariencia de la pulpa
de la naranjilla irradiada, en comparación con la pulpa del control. Estas
diferencias se apreciaron a partir del primer periodo de almacenamiento, y se
debieron principalmente al daño de la pulpa ocasionado por la irradiación. Los
panelistas apreciaron que la pulpa se desprendió de la parte interna de la corteza
y ésta se volvió algo gelatinosa. El daño producido en la pulpa se aprecia en la
Figura 3.29; y este de podría atribuir al efecto negativo de la radiación gamma
sobre la pared celular de la corteza que indujo pérdida de textura y
ablandamiento. Este resultado es similar al reportado por Abad (2014) que halló
que la irradiación de tomate de árbol a una dosis de 500 Gy durante el
almacenamiento refrigerado, provocó daño en la pulpa de la fruta con migración
del color de la piel hacia la pulpa (pp. 70, 71, 84).
A
B
Figura 3.29. Corte transversal de frutos de naranjilla A) naranjilla sin irradiar y B)
naranjilla irradiada
3.3.4
TASA DE RESPIRACIÓN
La tasa de respiración se determinó en relación a la concentración de CO 2
determinada a entrada y la salida de las cámaras de respiración, que contenían
85
alrededor de 1 kg de fruta. Las determinaciones del porcentaje de CO 2 se
realizaron en un Analizador Rápido de CO2/O2, Post-Harvest Research, VIA- 510;
por triplicado y cada 3 días; a las condiciones de almacenamiento establecidas
para el control y la naranjilla irradiada.
Los valores reportados en la Figura 3.30 son los obtenidos hasta los 15 días de
almacenamiento refrigerado; puesto que el analizador de gases presentó
deficiencias técnicas que imposibilitaron su uso, y fue llevado a mantenimiento y
Tasa de respiración (mg CO2/Kg h)
reparación.
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Tiempo (Días)
Control
Irradiada
Figura 3.30. Tasa de respiración de la naranjilla almacenada hasta 60 días a 8 °C y
90 %HR más 7 días a 20 °C, sin ningún tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy
De la Figura 3.30 se puede apreciar que la tasa de respiración de la naranjilla
irradiada es superior a la del control, con una tendencia decreciente hasta los 10
días de almacenamiento; esto permitió advertir que los procesos metabólicos de
deterioro se estaban dando de forma más rápida en la naranjilla tratada. Sin
embargo, a los 15 días de almacenamiento la tasa de respiración fue igual tanto
para el control como para la naranjilla tratada, a partir de lo cual no se pudo
monitorizar el comportamiento de la tasa de respiración de la fruta, por las causas
antes mencionadas.
86
3.3.5
ACTIVIDAD ENZIMÁTICA DE LA POLIFENOLOXIDASA (PPO)
Se investigó en el efecto de la radiación gamma sobre la inhibición del
pardeamiento enzimático por polifenoloxidasa en la naranjilla, durante el
almacenamiento refrigerado. La naranjilla de jugo de la variedad INIAP Quitoense2009 se irradió a una dosis de 500 Gy y se almacenó a 8 °C y 90 %HR durante un
periodo total de 60 días más 7 días a condiciones ambientales (20 °C y 80 %HR)
para simular el tiempo de vida en anaquel. Se realizaron muestreos para cada
periodo de almacenamiento (15, 30, 45 y 60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a
20°C y 80 %HR) y se determinó espectrofotométricamente la actividad enzimática
de la polifenoloxidasa para la naranjilla tratada y para el control.
Las determinaciones se realizaron en 5 réplicas y se halló que efectivamente la
irradiación inhibe parcialmente la actividad de la polifenoloxidasa, reduciéndose
su actividad en aproximadamente un 29,30 % en relación al control, tal como se
muestra en la Figura 3.31 y en la Tabla 3.8.
Actividad PPO (U/g)
45
41
37
33
29
25
Control
Irradiación
Tratamiento
Figura 3.31. Gráfico de medias e intervalos LSD de la actividad enzimática de la
polifenoloxidasa en la naranjilla almacenada hasta 60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a
20 °C y 80 %HR, sin ningún tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy
87
Tabla 3.8. Porcentaje de inhibición de la actividad enzimática de la polifenoloxidasa en la
naranjilla almacenada hasta 60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20 °C, sin ningún
tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy
Control*
Irradiación*
Actividad PPO (U/g)
Actividad PPO (U/g)
0
50,80 ± 20,02a
44,26 ± 5,08c
12,9
1
51,43 ± 17,43a
33,10 ± 5,24d
35,6
2
31,41 ± 6,41b
23,80 ± 3,74e
24,1
3
37,10 ± 4,99b
20,61 ± 2,93e
44,4
4
31,25 ± 11,56b
20,90 ± 2,97e
33,0
Periodos de almacenamiento
Inhibición (%)
‫ݔ כ‬ҧ േ ߪሺ݊ ൌ ʹͲሻ
Letras diferentes en una misma columna indican diferencias estadisticas significativas p < 0,05
Existieron diferencias estadísticas significativas (p < 0,05) en relación al
tratamiento (Figura 3.31) y también a los periodos de almacenamiento (Tabla 3.8).
Actividad PPO (U/g)
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0
1
2
3
4
Periodos de almacenamiento
Control
Irradiación
Figura 3.32. Actividad enzimática de la polifenoloxidasa en la naranjilla almacenada
hasta 60 días a 8 °C y 90 %HR más 7 días a 20 °C, sin ningún tratamiento (control) e
irradiada a 500 Gy
En la Figura 3.32 se observa el comportamiento de la actividad enzimática de la
PPO en relación al tiempo de almacenamiento; para la naranjilla irradiada la
actividad de la PPO disminuyó progresivamente hasta el segundo periodo de
almacenamiento a partir de lo cual no se hallaron diferencias estadísticas
88
significativas; en cambio para el control no se evidenció una tendencia especifica
del comportamiento de la actividad de la PPO, manteniéndose prácticamente
constante hasta el primer periodo de almacenamiento; luego experimentó una
disminución al segundo periodo, luego de lo cual no se encontraron diferencias
significativas.
La polifenoloxidasa se halla contenida en forma natural en las frutas; y la
importancia de su estudio radica en que esta enzima es la principal responsable
de las reacciones de pardeamiento enzimático, que comercialmente es
indeseable, debido a que su acción altera las propiedades sensoriales y
nutricionales de los productos y por ende su comercialización. Se han estudiado
diversos métodos de inhibición del pardeamiento enzimático, entre ellos están los
métodos tradicionales como el tratamiento térmico y la adición de productos
químicos; y los métodos alternativos, como por ejemplo: altas presiones
hidrostáticas, ultrasonido, pulsos eléctrico, radiaciones ionizantes y no ionizantes,
y la utilización de métodos combinados (Mesquita y Queiroz, 2013, pp. 403-412).
El tratamiento término es quizás el método más efectivo para inactivar la
polifenoloxidasa, a pesar que su uso debería estar limitado a frutas que estén
destinadas a congelación ya que la elevación de la temperatura provoca pérdidas
de textura y el desarrollo de procesos no enzimáticos (Pérez, 2003, pp. 82-97).
(Gasull y Becerra, 2006) determinaron que la actividad de la PPO en la pera se
inactiva en su totalidad con un tratamiento durante 10 minutos a 70°C y en la
manzana durante 30 minutos a 70°C; y que la inactivación térmica de la PPO se
da mediante una cinética de reacción de primer orden. Adicionalmente
concluyeron que el ácido ascórbico es el inhibidor más eficaz para las frutas
estudiadas, ya que actúa más como antioxidante que como inhibidor (pp. 73, 74).
Por otro lado, autores como Denoya et al. (2012) estudiaron el efecto de
tratamiento combinado de aditivos químicos sobre la inhibición enzimática, y
determinaron que el tratamiento con 2 % ácido ascórbico, 1 % ácido cítrico y 0,5%
EDTA es el más efectivo para inhibir la polifenoloxidasa en manzanas Granny
89
Smith mínimamente procesadas, hallándose porcentajes de inhibición por arriba
del 85 % hasta 16 días de almacenamiento climatizado a 1,5 °C (pp. 265-267).
Civera (2012) estudió el efecto de las altas presiones hidrostáticas (HPP) en
combinación con Stevia Rebaudiana como antioxidante natural, en la actividad de
la peroxidasa (POD) y la polifenoloxidasa (PPO) de un extracto enzimático de
pulpa combinada de papaya, mango y naranja; y determinó que el tratamiento con
HPP en ausencia de stevia, inhibió hasta en un 97 % la actividad de PPO y un
94% la actividad de POD, y concluyó que el uso de stevia confirió un efecto
sinérgico sobre la inhibición de las enzimas estudiadas, encontrándose mejores
resultados con el incremento de la concentración de stevia y manteniéndose las
características sensoriales y nutricionales propias de las frutas (pp. 8-16).
En manzanas mínimamente procesadas también se ha investigado el uso de
ultrasonido en combinación con ácido ascórbico; es así que los resultados
reportados por Jang y Moon (2011) revelaron el tratamiento simultáneo con ácido
ascórbico y ultrasonido durante el almacenamiento, tenía efectos inhibidores
sinérgicos sobre la polifenoloxidasa y la peroxidasa que son las enzimas
relacionadas con el pardeamiento enzimático y que los efectos de la aplicación
individual de los tratamientos fueron ineficientes (pp. 446-448).
Otro de los tratamientos no convencionales investigados es el uso de microondas,
y Paredes (2012) determinó que el horneo de manzanas a 1 200 W de potencia
durante tiempos de 2, 3 y 4 minutos inactiva la polifenoloxidasa a porcentajes
superiores al 90 %, sin influir la variedad de fruta sobre la acción inhibitoria de las
microondas (p. 110).
Las investigaciones relacionadas a la inhibición del pardeamiento enzimático en la
naranjilla o lulo son escasos, sin embargo; se ha estudiado la utilización de:
agentes antioxidantes, pulsos eléctricos de alta intensidad, radiación ultravioleta, y
radiación gamma que es el caso particular en la presente investigación. Los
resultados obtenidos en estas investigaciones se resumen enseguida.
90
El uso de inhibidores de la polifenoloxidasa fue estudiado por Mogollon et al.
(2010) quienes encontraron que el ácido cítrico a 500 ppm es más apto para la
inhibición de la PPO en la pulpa de lulo, con porcentajes de inhibición del 59,60
%; mientras que para los extractos enzimático obtenidos de la corteza el
metabisulfito a 1 000 ppm es el mejor, con porcentajes de inhibición de alrededor
de 56,08 % (p. 116).
Vilcaguano (2013) investigó el efecto de los pulsos eléctricos de alta intensidad de
campo sobre la actividad enzimática del néctar de naranjilla, y obtuvo que el
tratamiento a una frecuencia de 250 Hz durante 45 min inhibe la actividad de la
PPO en un 10 % al inicio del experimento y durante el almacenamiento a 7 °C
hasta 14 días la actividad enzimática incremento en otro 10 % para el néctar
tratado, mientras que la actividad del control (sin tratamiento) incremento en un
94,80 %. Si bien el porcentaje de inhibición no fue importante, el tratamiento y la
refrigeración tuvieron efectos sinérgicos, conservándose las propiedades
sensoriales del néctar de naranjilla (pp. 65-67).
Samaniego (2014) por su parte estudió el efecto de la radiación ultravioleta sobre
la actividad enzimática de la polifenoloxidasa y la peroxidasa en el jugo de
naranjilla, determinando la influencia del tiempo de irradiación sobre la acción de
la enzimas, y obtuvo que la actividad de la PPO se inhibió en un 45,8 % a 270 min
de tratamiento y en un 34,8 % a 150 min, para las variedades de naranjilla Híbrida
y Dulce, respectivamente; mientras que la actividad de la PDO no se vio afectada
por la radiación UV (pp. 72, 77).
Para el caso del presente estudio, la radiación gamma no inhibió en su totalidad la
actividad de la polifenoloxidasa; sin embargo los resultados del análisis sensorial
permitieron establecer que el tratamiento no modificó el aroma de la naranjilla a
pesar de sufrir una pérdida total de la firmeza. Los resultados obtenidos
permitieron establecer que la naranjilla tratada bajo las condiciones antes
expuestas, cumple con los requisitos específicos establecidos por la NTE INEN
2337 (2008) para pulpas de frutas, ya que la fruta es adecuada para la
elaboración de pulpas al no alterarse las características sensoriales propias de la
91
fruta, estar exenta de olores y sabores extraños y presentar un contenido de
solidos solubles totales (°Brix) superior a 6 (INEN, 2008, pp. 3,4)
3.4 DISEÑO BÁSICO DE UN PROCESO DE ELABORACIÓN DE
PULPA DE NARANJILLA IRRADIADA
Se planteó el diseño básico de un proceso para la elaboración de pulpa
congelada de naranjilla, de la variedad INIAP Quitoense-2009, en el que se
incluyó a la irradiación como una operación unitaria alternativa, para inhibir el
pardeamiento enzimático en la pulpa, a fin de obtener un producto con las
características nutricionales y sensoriales propias de la fruta. El diseño del
proceso se realizó con base a los diagramas de bloques (BFD) y de flujo (PFD)
planteados, sobre los cuales se hizo los balances de masa y energía.
Para el proceso de irradiación se asumió que la fuente de Co60 del Laboratorio de
Tecnología de Radiaciones (LTR) de la EPN fue repotenciada hasta una actividad
de 100 000 Ci y que ésta operaria 8 horas al día, 240 días al año.
3.4.1
DEFINICIÓN DEL PRODUCTO
El producto a obtenerse es una pulpa congelada de naranjilla irradiada, con un
contenido de sólidos solubles totales superior a 8 °Brix; un pH promedio de 3,0;
de coloración amarilla característica; de sabor y olor propios de la naranjilla; y sin
evidencias aparentes de pardeamiento enzimático; estas características se
establecieron con base a los resultados obtenidos en el acápite 3.3. La pulpa de
naranjilla a producirse, cumpliría con los requisitos físicos, químicos, sensoriales y
microbiológicos establecidos por la norma técnica ecuatoriana INEN 2337:2008
(INEN, 2008, pp. 1-8).
92
La pulpa de fruta se envasaría al vacío en fundas plásticas de polietileno natural
de alta densidad (HDPE) y en presentaciones de 500 gr; con un tiempo de vida
útil de 6 meses en congelación.
3.4.2
CAPACIDAD DE PRODUCCIÓN
La capacidad de producción se fijó en relación a las exportaciones de naranjilla
que realizó el Ecuador en los años 2013 y 2014; asumiendo que los volúmenes de
exportación reportados por el Banco Central del Ecuador, corresponden a fruta
industrializada siendo su principal producto, pulpa congelada de fruta, puesto que
la alta perecibilidad de la naranjilla impide exportarla como fruta fresca. Por tanto,
se procesarían 1 228,5 kg/mes de naranjilla, que corresponde al 10 % del
promedio de exportaciones de naranjilla. Además se asumió que si el diseño
planteado fuese implementado; una planta de procesamiento de naranjilla de jugo
operaría 8 horas al día y 5 días a la semana, con lo cual se procesarían 60 kg de
fruta al día; y su modo de operación sería semicontinuo.
3.4.3
MATERIA PRIMA E INSUMOS
La materia prima que se utilizaría, es la naranjilla de jugo de la variedad INIAP
Quitoense-2009, procedente principalmente de la Provincia de Napo. Los
proveedores de la naranjilla serían los pequeños y medianos productores
agrícolas de la zona rural de la provincia, quienes garantizarían entregar la fruta
cosechada en madurez de fisiológica (75 % coloración amarilla) y que cumpla con
los requisitos establecidos en la Tabla 21 de la norma técnica INEN 2303:2009
(INEN, 2009, p. 4).
1
Requisitos físico químicos mínimos para naranjilla cosechada en madurez fisiológica:
- Acidez titulable (% ácido cítrico): 2,4
- Sólidos solubles totales (°Brix): 6,0
- Índice de madurez (°Brix/acidez): 2,5
93
Las fundas plásticas de HDPE, se adquirirían a la industria local para una
capacidad de empaque de 500 g, cuyas dimensiones aproximadas son 6” x 8” y
de calibre 2 (espesor en µm).
3.4.4
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO Y DEFINICIÓN DEL DIAGRAMA DE
BLOQUES (BFD)
Las operaciones unitarias que se realizarían para la producción de pulpa
congelada de naranjilla irradiada, son las que se describen a continuación:
-
Recepción de la materia prima: En esta etapa del proceso se recepta
(pesaje) la naranjilla entregada por los proveedores y se verifica que
cumpla con los requisitos exigidos y descritos en el acápite 3.4.3. Se
realiza además, un control de calidad de la naranjilla recibida con base a la
norma NTE INEN 2303:2009; los parámetros analizados son: sólidos
soluble totales (°Brix) y acidez titulable (% ácido cítrico), usando los
métodos de ensayo NTE INEN 380 y 381 respectivamente.
-
Selección: Esta operación se realiza en forma manual y función de la
apreciación visual, separando todos los frutos con daños mecánicos u otros
daños (hongos, pudriciones, etc.). También se realiza una limpieza previa,
removiendo las pelusas de la fruta, partículas de polvo, u otras sustancias
ajenas a la superficie de la fruta. Para esta etapa, se consideró que los
desperdicios alcanzarían un máximo de 5 % del total de fruta fresca
receptada.
-
Lavado y desinfección: Los frutos son inmersos en una solución de
hipoclorito de sodio de 100 ppm durante 15 minutos. Con base a la
experimentación realizada se determinó que se emplearían 1,25 kg de
agua clorada por cada kilogramo de fruta procesada.
94
-
Escurrido: Se enjuagan los frutos desinfectados, se dejan escurrir y se
secan al ambiente para remover el agua superficial. Esta operación se
ejecuta empleando aire forzado proveniente de un ventilador; colocando la
naranjilla en canastillas plásticas con un máximo de dos filas de fruta.
-
Irradiación: La naranjilla se irradia a una dosis de 500 Gy en la fuente de
Co60 del LTR. El tiempo de exposición a la radiación gamma para los 60
kg/día es de 1 minuto y 15 segundos, puesto que la cámara de irradiación
de la fuente, tiene un volumen de 41,6 m3 y permite irradiar 125 kg/carga
con una tasa de dosis de 24 000 Gy/h.
-
Almacenamiento: Una vez irradiada la fruta, esta se coloca en una
cámara de maduración a 20 °C y 80 %HR durante 7 días, a fin de que los
frutos alcancen la madurez comercial (100 % coloración amarilla) y
desarrollen en forma completa el sabor y aroma característicos de la
naranjilla.
-
Despulpado: Siendo el rendimiento en pulpa del 80 %, la fruta se procesa
en un despulpador industrial, y se separan la cáscara y las semillas.
-
Envasado y sellado: La pulpa de naranjilla irradiada obtenida, se envasa
al vacío en fundas de polietileno natural de alta densidad, en
presentaciones de 500 g.
-
Congelación: Las fundas de pulpa de naranjilla se colocan en gavetas
plásticas y se almacenan en congelación a una temperatura aproximada de
-20 °C. La congelación de la pulpa se la realiza considerando que el
gradiente de temperatura es de 18 °C a -20 °C.
En la Figura 3.33 se presenta en diagrama de bloques del proceso, en el cual se
especifican los flujos másicos de las corrientes principales.
Naranjilla fresca
60 kg/día
Naranjilla dañada
3 kg/día
SELECCIÓN
LAVADO
Naranjilla
lavada
Pulpa congela de Naranjilla
45,60 kg/día (91 fundas/día)
CONGELACIÓN
ENVASADO
11/05/2015
Luis Gabriel Montenegro Rivera
ELABORADO POR:
PÁGINAS:
1 DE 1
BFD
DISEÑO BÁSICO DE UN PROCESO DE ELABORACIÓN
DE PULPA DE NARANJILLA IRRADIADA
PROYECTO:
FECHA:
Cáscara y semillas
11,40 kg/día
Pulpa de Naranjilla
DESPULPADO
Naranjilla madura
ALMACENAMIENTO
Naranjilla irradiada
IRRADIACIÓN
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AGROINDUSTRIA
Fundas de HDPE
91 fundas/día
Agua clorada 100ppm
72,25 kg/día
ESCURRIDO
Naranjilla
seca
Figura 3.33. Diagrama de bloques para la elaboración de pulpa de naranjilla irradiada a una dosis de 500 Gy
RECEPCIÓN
Naranjilla
Agua clorada 100ppm
71,25 kg/día
95
96
3.4.5
BALANCES DE MASA Y ENERGÍA Y DEFINICIÓN DEL DIAGRAMA DE
FLUJO DEL PROCESO (PFD)
El balance de masa para el proceso de elaboración de pulpa de naranjilla
irradiada, se realizó en relación a la metodología y las consideraciones descritas
arriba. Un resumen de materia prima e insumos requeridos se presentan en la
Tabla 3.9.
Tabla 3.9. Resumen del balance de masa para el proceso de elaboración de pulpa
congelada de naranjilla irradiada
Materia Prima / Insumo
Cantidad (kg/día) / (fundas/día)
Naranjilla fresca
60
Desperdicios de naranjilla
3
Agua clorada 100 ppm
71,25
Pulpa de Naranjilla irradiada
45,60
Cáscaras y semillas
11,40
Fundas de HPDE
91
Para la formulación del balance de energía se consideró únicamente el proceso
de congelación, que es en el cual se debe retirar energía del sistema para obtener
la pulpa congelada de naranjilla irradiada. En el planteamiento del balance se
tomaron en cuenta: el calor de enfriamiento (18 °C a -1°C), calor latente de fusión
y el calor de subenfriamiento (-1°C a -20 °C).
La base de cálculo fue 45,6 kg/día de pulpa de naranjilla irradiada que se
deberían congelar. Las magnitudes termodinámicas involucradas en el proceso de
congelación se obtuvieron de bibliografía y se enlistan a continuación:
-
Calor específico de enfriamiento: ‫݌ܥ‬ଵ ൌ ͵ǡ͸ͺ
Calor latente de congelación: ߣ௖௢௡௚ ൌ ͵ͳʹ
௞௃
௞௚
௞௃
௞௚Ԩ
(Orrego, 2003, p. 67)
(Orrego, 2003, p. 249)
݇‫ܬ‬
Calor específico de subenfriamiento: ‫ ʹ݌ܥ‬ൌ ʹǡͲͳ ݇݃Ԩ (Orrego, 2003, p. 249)
97
Con las consideraciones realizadas, el balance de energía para el proceso de
congelación se desarrolla en las siguientes ecuaciones:
ܳ‫ ݋݀ܽݎ݅ݐ݁ݎ‬ൌ ܳܿ݁݀݅݀‫݋‬
[3.1]
ܳ‫ ݋݀ܽݎ݅ݐ݁ݎ‬ൌ ݂ܳ݁݊ ൅ ܳܿ‫ ݃݊݋‬൅ ܳ‫݂ܾ݊݁ݑݏ‬
[3.2]
ܳ‫ ݋݀ܽݎ݅ݐ݁ݎ‬ൌ ݉‫ ͳ݌ܥ‬οܶͳ ൅ ݉ߣܿ‫ ݃݊݋‬൅ ݉‫ ʹ݌ܥ‬οܶʹ
[3.3]
݇݃
݇‫ܬ‬
݇‫ܬ‬
݇‫ܬ‬
ܳ‫ ݋݀ܽݎ݅ݐ݁ݎ‬ൌ Ͷͷǡ͸ ݀Àܽ ቄ͵ǡ͸ͺ ݇݃Ԩ ሾͳͺԨ െ ሺെͳԨሻሿ ൅ ͵ͳʹ ݇݃ ʹǡͲͳ ݇݃Ԩ ሾെͳԨ െ ሺെʹͲԨሻሿቅ [3.4]
݇‫ܬ‬
ܳ‫ ݋݀ܽݎ݅ݐ݁ݎ‬ൌ ͳͻͲͺ͹ǡ͹ ݀Àܽ ൎ ͷǡ͵
ܹ݇െ݄
݀Àܽ
[3.5]
El diagrama de flujo de procesos se muestra en la Figura 3.34; en este se
presenta el resumen de corrientes, donde se especifican los flujos másicos, la
temperatura, la presión y el estado de cada corriente.
Pulpa congelada
Naranjilla fresca
BA-101
CF-304
14
18
Fundas HDPE
Naranjilla dañada
2
3
EN-303
13
BT-102
Cáscaras y semillas
12
4
11
5
9
ES-104
CI-201
8
26/05/2015
Luis Gabriel Montenegro Rivera
PÁGINAS:
1 DE 1
PFD
DISEÑO BÁSICO DE UN PROCESO DE ELABORACIÓN
DE PULPA DE NARANJILLA IRRADIADA
ELABORADO POR:
FECHA:
7
CM-301
20
6
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AGROINDUSTRIA
10
PROYECTO:
DE-302
LA-103
Agua clorada
Figura 3.34. Diagrama de flujo para la elaboración de pulpa de naranjilla irradiada a una dosis de 500 Gy
15
-20
1
98
99
A continuación se presenta la simbología de los equipos mostrados en el
diagrama de flujo de procesos, junto con la codificación empleada por cada área
de procesos.
Tabla 3.10. Simbología de los equipos principales utilizados para la elaboración de pulpa
congelada de naranjilla irradiada
Área
Proceso
Simbología del Equipo
Codificación
BA-101
Recepción
Balanza
Selección
Banda transportadora
BT-102
1
Lavado y desinfección
LA-103
Lavadora de frutas
ES-104
Escurrido
Canastillas plásticas
2
CI-201
Irradiación
Cámara de irradiación
100
Tabla 3.10. Simbología de los equipos principales utilizados para la elaboración de pulpa
congelada de naranjilla irradiada (continuación…)
Almacenamiento
CM-301
Cuarto de maduración
DE-302
Despulpado
Despulpadora industrial
3
Envasado
EN-303
Envasadora al vacío
Congelación
CF-304
Cuarto frío
3.4.6
SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS PRINCIPALES
Se eligieron los equipos principales, en función del diseño planteado y la
capacidad de producción fijada; para lo cual se consultaron los catálogos de
equipos de proveedores nacionales e internacionales.
En las siguientes tablas se describen las especificaciones técnicas de cada uno
de los equipos y materiales principales, que serían utilizados en el proceso de
elaboración de pulpa de naranjilla irradiada diseñado.
101
Tabla 3.11. Hoja de especificaciones técnicas de la balanza industrial
BALANZA INDUSTRIAL
Fabricante: PCE Inst.
Modelo: PCE-SD 153C
IDENTIFICACIÓN
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
MATERIAL DE FABRICACIÓN
FUNCIÓN
Dimensiones: 400 x 620 x 850 x 870 mm
Capacidad: 150 kg
Apreciación: 1 kg
Alimentación: 12 V / 1,4 A
Temperatura operativa: -10 ºC a +40 ºC
Peso: aprox. 12 kg
Acero lacado con un plato de pesaje de acero
revestido de plástico.
Pesar la naranjilla receptada
Balanza PCE-SD 153C
102
Tabla 3.12. Hoja de especificaciones técnicas de la banda transportadora
BANDA TRANSPORTADORA DE SELECCIÓN
IDENTIFICACIÓN
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
MATERIAL DE FABRICACIÓN
FUNCIÓN
Fabricante: NIKO
Modelo: JT3000
Dimensiones:
L = 3 000 mm
W = 450 mm
W1 = 620 mm
H = 1 500 mm
Alimentación: 0,25 kW
Peso: 90 kg
Otras:
- Montada sobre ruedas giratorias
- Regulación de altura de las patas
- Regulación de velocidad con regulador de
frecuencia en la caja de comando central
Acero inoxidable, con banda de material no
tóxico.
Seleccionar y separar las naranjillas de mala
calidad, y transportar la fruta al lavado.
Banda transportadora de selección JT3000
103
Tabla 3.13. Hoja de especificaciones técnicas de la lavadora de frutas
LAVADORA DE INMERSION CON ASPERSIÓN
IDENTIFICACIÓN
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
MATERIAL DE FABRICACIÓN
FUNCIÓN
Fabricante: CI TALSA
Modelo: LIA-1
Dimensiones:
L = 2 233 mm
W = 1 028 mm
H = 1 738 mm
Capacidad: Hasta 1 t/h y un tanque con
capacidad para almacena 0,5 m3 de agua
Potencia:
Bomba Gould: 1,5 HP (1,12 kW)
Motorreductor FLENDER SC63: 1,2 HP (0,9 kW)
Peso: aprox. 250 kg
Acero inoxidable
Lavar y desinfectar la naranjilla
Lavadora de inmersión con aspersión LIA-1
104
Tabla 3.14. Hoja de especificaciones técnicas de las canastillas plásticas
CANASTILLAS PLÁSTICAS
Fabricante: PICA
Modelo: 912071
IDENTIFICACIÓN
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
MATERIAL DE FABRICACIÓN
FUNCIÓN
Dimensiones:
L = 60 cm
W = 40 cm
H = 18,5 cm
Capacidad: 25 kg
Apilamiento: 300 kg (12 canastillas apiladas)
Polipropileno
Manejar la naranjilla en las diferentes etapas de
procesamiento
Canastilla plástica 912071
105
Tabla 3.15. Hoja de especificaciones técnicas de la fuente de Co60
FUENTE DE Co60
IDENTIFICACIÓN
Fabricante: EPN
Modelo: Clase II (Irradiador panorámico con
blindaje húmedo)
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
Dimensiones de la cámara de irradiación:
L = 4,0 m
W = 4,0 m
H = 2,6 m
Espesor de las paredes = 1,5 m
Espesor de la puerta = 1,5 m
Espesor del techo = 1,4
Capacidad: 125 kg/día a 100 000 Ci
MATERIAL DE FABRICACIÓN
FUNCIÓN
Fuente: Radioisótopo Co60
Paredes: Hormigón
Puerta: Plomo
Irradiar la naranjilla a una dosis de 500 Gy
Irradiador de la EPN
106
Tabla 3.16. Hoja de especificaciones técnicas de la cámara de maduración
CÁMARA DE MADURACIÓN
Fabricante: DAWSON
Modelo: SB12
IDENTIFICACIÓN
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
MATERIAL DE FABRICACIÓN
FUNCIÓN
Dimensiones:
L = 6,06 m
W = 2,86 m
H = 2,64 m
Capacidad: 10 palés; 10,88 m2
Peso en vacío: 3 150 kg
Alimentación: 35 A, 380 V
Refrigerante: R404a
Rango de temperatura: -30°C a 50°C
Acero inoxidable
Almacenar la naranjilla a 20°C y 80 %HR para
que alcance la madurez comercial
Cámara de maduración
107
Tabla 3.17. Hoja de especificaciones técnicas de la despulpadora de frutas
DESPULPADORA DE FRUTAS
IDENTIFICACIÓN
Fabricante: IMARCA C.A.
Modelo: 10050
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
Dimensiones:
L = 85 cm
W = 23 cm
H = 47 cm
Alimentación: 110 V, 60 Hz
Potencia: ½ CV
Peso: 22 kg
Capacidad: 50 a 110 kg/h
MATERIAL DE FABRICACIÓN
FUNCIÓN
Acero inoxidable AISI 430
Despulpar y refinar la naranjilla con un
rendimiento del 80 % en pulpa
Despulpadora 10050
108
Tabla 3.18. Hoja de especificaciones técnicas de la envasadora al vacío
ENVASADORA AL VACÍO
Fabricante: ASTIMEC S.A.
Modelo: J-V002
IDENTIFICACIÓN
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
MATERIAL DE FABRICACIÓN
FUNCIÓN
Dimensiones del equipo: 490 x 540 x 510 mm
Dimensiones de la cámara: 435 x 420 x 170 mm
Tipo de sellado: Dos costuras paralelas planas de
2,0 mm
Alimentación: 220 V, 60 Hz
Consumo: aprox. 0,8 kW
Peso: aprox. 60 kg
Acero inoxidable AISI 304
Envasar y sellar las fundas con pulpa de naranjilla
Empacadora al vacío J-V002
109
Tabla 3.19. Hoja de especificaciones técnicas del cuarto frío
CUARTO FRÍO
Fabricante: DAWSON
Modelo: SB12
IDENTIFICACIÓN
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
MATERIAL DE FABRICACIÓN
FUNCIÓN
Dimensiones:
L = 6,06 m
W = 2,86 m
H = 2,70 m
Capacidad: 12 palés; 13,67 m2
Peso en vacío: 3 150 kg
Alimentación: 25 A, 380 V
Refrigerante: R404a
Rango de temperatura: -30°C a 18°C
Acero inoxidable
Congelar y almacenar la pulpa de naranjilla
irradiada
Cuarto frío SB12
110
4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1 CONCLUSIONES
-
La naranjilla caracterizada cumple con los requisitos físico químicos
exigidos por la NTE INEN 2303:2009, clasificándose como de Grado Extra
(fruta sin defectos) y de Calibre Grande (m > 130 g; θ > 68 mm; l > 55 mm).
-
La actividad enzimática de la polifenoloxidasa en la caracterización de la
naranjilla tuvo una amplia variación, con valores entre 34,95 U/g y 154,61
U/g, un rango de 119,67 U/g y una desviación estándar del 44,91 %.
-
La apariencia externa de los frutos, el pH y los sólidos solubles totales se
mantuvieron invariables en el rango de dosis de estudio; sin embargo la
calidad sensorial global y la firmeza si fueron afectados significativamente
por la radiación gamma por arriba de los 1 000 Gy.
-
La dosis que permitió conservar la calidad global de la naranjilla y a su vez
inhibir parcialmente (> 38%) la actividad enzimática de la PPO fue la de
500 Gy.
-
Durante el almacenamiento refrigerado el tratamiento con radiación gamma
no tuvo efectos estadísticos significativos en el pH, los sólidos solubles
totales, la acidez titulable y la pérdida de peso; pero si en la firmeza y la
actividad enzimática de la PPO.
-
La firmeza en la naranjilla irradiada disminuyó en un 100 % a los 15 días de
almacenamiento; mientras que en la naranjilla sin irradiar la disminución de
la firmeza superó el 70 % a partir de los 15 días de almacenamiento.
111
-
La actividad enzimática de la PPO en la naranjilla irradiada disminuyó
hasta en un 30 % en relación al control, durante el almacenamiento
refrigerado.
-
La tasa de respiración en la naranjilla irradiada fue mayor que la del control
hasta los 10 primeros días de almacenamiento y permitió advertir que los
procesos metabólicos de deterioro se estaban dando de forma más rápida
en la naranjilla tratada.
-
Se diseñó un proceso para la elaboración de pulpa congelada de naranjilla
irradiada, el cual incluyó las operaciones de: recepción, selección, lavado y
desinfección,
escurrido,
irradiación,
almacenamiento,
despulpado,
envasado, y congelación; con una capacidad de procesamiento de 60
kg/día de fruta fresca y un requerimiento energético de 5,03 kWh/día.
4.2 RECOMENDACIONES
-
Estudiar el efecto de la irradiación sobre la acción enzimática de las
polifenoloxidasas, en extractos enzimáticos más purificados a fin de reducir
la variabilidad de los resultados de actividad enzimática.
-
Evaluar la posibilidad de emplear radiación gamma en combinación con un
tratamiento térmico suave para obtener un efecto sinérgico sobre las
polifenoloxidasas y comprobar si se puede inactivar por completo la
enzima.
-
Realizar un nuevo estudio de inhibición de pardeamiento enzimático con
naranjilla cosechada en madurez comercial, para verificar la posibilidad de
obtener porcentajes de inhibición de la actividad de la polifenoloxidasa
superiores a los del presente estudio.
112
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Eléctricos de Alta Intensidad de Campo sobre la Actividad Enzimática
del Néctar de Naranjilla (Solanum quitoense Lam.). (Trabajo de
Graduación.
Modalidad:
Trabajo
Estructurado
de
Manera
Independiente (TEMI). Presentado como requisito previo a la
obtención del Título de Ingeniera en Alimentos, otorgado por la
Universidad Técnica de Ambato, a través de la Facultad de Ciencia e
Ingeniería en Alimentos.), Universidad Técnica de Ambato, Ambato,
Ecuador.
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124
ANEXOS
125
ANEXO I
TABLA DE COLOR PARA LA COSECHA DE LA NARANJILLA DE
JUGO INIAP QUITOENSE 2009
Figura AI.1. Tabla de color para la recolección de naranjilla de jugo variedad INIAP
Quitoense-2009
(Brito et al., 2012)
126
ANEXO II
FORMULARIO DE REGISTRO PARA LA EVALUACIÓN DE LA
CALIDAD GLOBAL DE LA NARANJILLA
Fecha: ……………………………………………………………
Dosis: …………………………………………………………….
Tabla AII.1. Formulario para la evaluación de la calidad global de la naranjilla de jugo
INIAP Quitoense-2009
Apariencia de los frutos
N°
1
2
3
4
Calidad sensorial global
5
1
2
3
4
5
Observaciones:
......................................................................................................................................................…………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………...
127
ANEXO III
DETERMINACIÓN DE LA ACTIVIDAD POLIFENOLOXIDASA
Principio
La actividad de la polifenoloxidasa se determina realizando un monitoreo
espectrofotométrico a 420 nm y 30 °C, usando como sustrato una solución de
catecol 0,1 M. De la curva absorbancia en función del tiempo, se obtiene la
pendiente de la porción lineal de la curva a partir de lo cual se determina la
actividad de la polifenoloxidasa en U/g.
Equipos y Materiales
-
Vasos de precipitación
-
Embudos
-
Porta embudos
-
Papel filtro
-
Tubos para centrifuga con tapa
-
Frascos de vidrio con tapa
-
Pipetas
-
Micropipetas automáticas
-
Celdas para espectrofotómetro
-
Cronómetro
-
Termómetro
-
Espectrofotómetro HACH DR 900
-
Balanza analítica
-
Baño maría
-
Centrifuga
-
Licuadora
128
Reactivos
-
Solución A, Fosfato de sodio monobásico 0,2 M: Pesar 6,0 g de fostafo de
sodio monobásico (NaH2PO4), disolver y aforar a 250 ml con agua
destilada.
-
Solución B, Fosfato de sodio dibásico 0,2 M: Pesar 7,098 g de fostafo de
sodio dibásico (Na2HPO4), disolver y aforar a 250 ml con agua destilada.
-
Solución Buffer Fosfato 0,2 M; pH 6,0: Medir 219,25 ml de la Solución A y
adicional 30,75 ml de la Solución B, medir el pH y aforar a 500 ml con agua
destilada.
-
Solución de Catecol 0,1 M: Pesar 0,275 g de pirocatecol, disolver y aforar a
25 ml con agua destilada.
Procedimiento
EXTRACTO ENZIMÁTICO
-
Pesar 100 gramos de fruta (pulpa + corteza) refrigerada a 8°C
-
Adicionar 100 ml de buffer fosfato, pH 6 (solución refrigerada)
-
Homogenizar durante 30 segundos
-
Centrifugar el filtrado a 3500 rpm durante 15 min
-
Filtrar el sobrenadante sobre papel filtro
-
El sobrenadante, constituye el extracto enzimático, que se mantendrá en
congelación hasta su uso.
DETERMINACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA
-
En un Erlenmeyer adicionar 19,2 ml de Solución Buffer fosfato 0,2 M; pH
6,0.
-
Agregar 0,6 ml de catecol 0,1 M.
-
Colocar en baño maría a 30 °C durante 30 minutos.
-
Adicionar 0,2 ml de extracto enzimático.
-
Homogenizar rápidamente y medir espectrofotométricamente a 420 nm,
usando como blanco la mezcla reaccionante sin adicionar la muestra.
129
-
Realizar un monitoreo espectrofotométrico durante 5 minutos a intervalos
de 30 segundos.
-
Una unidad de actividad de PPO, se definió como la cantidad de extracto
enzimático que acusó un aumento en la absorbancia de 0,001 unidades
por minuto, y se calcula con la siguiente ecuación.
Donde:
ܷ
ܽ ή ܸ௠
‫ ܽݏܽ݀݅ݔ݋݈݋݂݈݊݁݅݋݌ܽܿ݅ݐž݉݅ݖ݊݁݀ܽ݀݅ݒ݅ݐܿܣ‬൬ ൰ ൌ
݃
ͲǡͲͲͳ ή ܸ௘ ή ܲ௠
-
a: Pendiente de la parte lineal de la curva Absorbancia Vs. Tiempo
-
Vm: Volumen total de muestra homogenizada con buffer en ml
-
Ve: Volumen de extracto enzimático usado para la reacción en ml
-
Pm: Peso de la muestra en g
Deshidratación leve
Fresca
Deshidratación
moderada
3
Deshidratación
severa
2
Figura AIV.1. Escala para evaluar la turgencia en la naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009
4
5
TURGENCIA
Quitoense-2009. Los atributos valorados fueron: la turgencia; los daños físicos; y la marchitez del cáliz.
Deshidratación
extrema
1
En las siguientes figuras se muestras las escalas para la evaluación de la calidad visual de la naranjilla de jugo INIAP
ESCALA PARA LA EVALUACIÓN DE LA CALIDAD VISUAL DE NARANJILLA
ANEXO IV
130
0 % - 10%
Ninguno
10 % - 30%
3
30 % - 50%
2
Figura AIV.2. Escala para evaluar los daños físicos en la naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009
4
5
DAÑOS FÍSICOS
> 50 %
1
131
Leve
Ninguna
Moderada
3
Severa
2
Figura AIV.3. Escala para evaluar la marchitez del cáliz en la naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009
4
5
MARCHITEZ DEL CÁLIZ
Extrema
1
132
133
ANEXO V
FORMULARIO DE REGISTRO PARA LA EVALUACIÓN DE LA
CALIDAD VISUAL DE NARANJILLA
Submuestra: …………………………………………………
Fecha: …………………………………………………………….
Hora: ………………………………………………………………
Tabla AV.1. Formulario para la evaluación de la calidad visual de la naranjilla de jugo
INIAP Quitoense-2009
Daño físico y aparición de
Marchitez del cáliz
manchas
Pérdida de turgencia
N°
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
Observaciones:
.....................................................................................................................................................…………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
134
ANEXO VI
FORMULARIO DE REGISTRO PARA EL ANÁLISIS SENSORIAL
DE NARANJILLA
Nombre: ………………………………………………………………..
Fecha: ……………………………………………………………………
Hora: ……………………………………………………………………...
Usted ha recibido un total de dos muestras para evaluar. La valoración de cada
atributo realícela en el orden establecido. Para la calificación dibuje una línea
vertical en la escala presentada, e identifique sobre la línea trazada con el código
de la muestra entregada.
ATRIBUTOS
Aroma
(Olor + sabor)
Débil
Intenso
Dureza
Muy Blando
Muy Duro
Acidez
Débil
Intenso
Débil
Intenso
Dulzor
Sabores extraños
Ausencia
Presencia
Observaciones: ........................................................................................................................................................
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………………………………………………
Gracias por su colaboración
CV/SV/LM