7.1.3. Frutas y hortalizas

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2.2.4 Frutas y hortalizas
Frutas y hortalizas
Las frutas constituyen un grupo de alimentos indispensable para el equilibrio de la
dieta humana, especialmente por su aporte de fibra y vitaminas. Junto con las hortalizas,
son fuente casi exclusiva de vitamina C.
La gran diversidad de especies, con sus distintas propiedades organolépticas y la
distinta forma de prepararlas, hacen de ellas productos de una gran aceptación por parte de
los consumidores, sobre todo del sur de Europa.
En España, el consumo de frutas frescas ha sufrido, sin embargo, un descenso
paulatino. Así, en 1990 se consumieron 105.3 kg per capita, frente a 84.5 kg en 1995. Por el
contrario, el consumo de derivados de fruta se incrementó en el mismo período desde 12.8
kg per capita a 15.5 kg, compensando en parte el descenso del consumo de fruta fresca.
El Código Alimentario Español otorga la denominación genérica de frutas al «fruto,
infrutescencia, la semilla o las partes carnosas de órganos florales que hayan alcanzado un
grado adecuado de madurez y sean propias para el consumo humano». Asimismo, el
Código clasifica las frutas atendiendo a dos criterios.
Fisiología y bioquímica de la maduración de frutos
Las reacciones químicas que hacen posible la vida reciben el nombre conjunto de
metabolismo. La formación de grandes moléculas a partir de moléculas pequeñas recibe el
nombre de anabolismo. El anabolismo requiere de aportación de energía. El catabolismo es
la degradación o fragmentación de moléculas grandes en moléculas más pequeñas, proceso
que muchas veces libera energía. La respiración es el principal proceso catabólico que
libera energía en todas las células e implica la degradación oxidativa de los azúcares a
dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O), (Nelson y Cox, 2000).
Las frutas no se encuentran vivas sólo cuando están unidas a la planta de
procedencia; tras la recolección, continúan estándolo y siguen desarrollando los procesos
metabólicos y manteniendo los sistemas fisiológicos que operaban mientras se hallaban
unidas al vegetal del que proceden (Wills et al, 1998).
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2.2.4 Frutas y hortalizas
Una característica importante de los vegetales y por tanto de los frutos, es el hecho
de que respiran tomando oxígeno (O2) y desprendiendo dióxido de carbono (CO2) y calor.
También transpiran, es decir pierden agua. Mientras permanecen unidas a las plantas de
procedencia las pérdidas ocasionadas por la respiración y la transpiración se compensan
mediante el flujo de la savia que contiene agua, productos fotosintetizados (especialmente
sacarosa y almidón) y minerales.
Tras la recolección, continúan respirando y transpirando y como han perdido
contacto con la fuente de agua, productos de la fotosíntesis y minerales, dependen
exclusivamente de sus reservas alimenticias y de su propio contenido en agua. Por tanto, las
pérdidas de sustratos respirables no se compensan y se inicia el deterioro. En otras palabras,
las frutas son, una vez recolectados, productos perecederos (Wills et al, 1998).
Respiración
La maduración organoléptica requiere de la síntesis de proteínas nuevas y ácidos
nucleicos, así como nuevos pigmentos y componentes del sabor, que son sintetizados a
través del metabolismo secundario. Estos procesos anabólicos requieren tanto energía como
un esqueleto de carbono. Estos son suministrados en el fruto, como en otros tejidos, por la
respiración (Nelson y Cox, 2000).
La respiración es un proceso metabólico fundamental, tanto en el producto
recolectado, como en cualquier producto vegetal vivo. Puede describirse como la
degradación oxidativa de los productos más complejos normalmente presentes en las
células, como el almidón, los azúcares y los ácidos orgánicos, a moléculas más simples,
como el bióxido de carbono y el agua, con liberación de energía y otras moléculas que
pueden ser utilizadas en las reacciones sintéticas acaecidas en las células (Wills et al.,
1998).
A pesar de que la respiración se lleva a cabo, obviamente, en todos los frutos,
existen diferencias marcadas tanto en las tasas como en los patrones de cambio de esta
respiración en las frutas, así como de los factores externos del ambiente, tales como
disponibilidad del sustrato, disponibilidad de oxígeno, temperatura, plaguicidas, sequías
(Lyons y Breidenbach, 1990), características del tejido como si es inmaduro, maduro o
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senescente son factores que determinan la actividad respiratoria. La respiración es
generalmente más alta durante los estados tempranos de desarrollo y decrece conforme
maduran los órganos de la planta.
Etileno
El etileno es una hormona vegetal que, concertadamente con otras hormonas
vegetales (auxinas, giberelinas, quininas y ácido abscísico) controlan el proceso de
maduración de las frutas (Wills et al., 1998).
El etileno (C2H4) es un regulador de crecimiento vegetal simple de dos carbonos que
se produce naturalmente que tiene numerosos efectos sobre el crecimiento, desarrollo y
vida útil de almacenamiento de muchas frutas y vegetales (Pratt, 1975).
Las plantas producen etileno, pero únicamente en tejido de frutos climatéricos o en
tejido con lesiones o cuando es atacado por alguna enfermedad se produce en cantidades
suficientes para afectar al tejido adyacente. El etileno suprime su propia síntesis en todos
los tejidos, excepto en tejido de frutos climatéricos. Cuando un fruto climatérico comienza
a madurar, la inhibición por retroalimentación negativa del etileno en la síntesis de etileno
cambia a una promoción por retroalimentación positiva en la que el etileno estimula su
propia síntesis (producción autocatalítica) y se producen cantidades copiosas de etileno
(Yang, 1987).
Biosíntesis del etileno
La biosíntesis de etileno constituye una etapa importante del proceso de maduración
de los frutos climatéricos. La síntesis de etileno es el punto de partida de una serie de
reacciones que conducen al fruto al estado de madurez (Grierson, 1987). Esta sucesión de
eventos comprende: la fijación del etileno a un receptor, como consecuencia, tiene lugar
una síntesis de novo de ARN mensajeros, lo que determina la síntesis de los enzimas que
intervienen en los cambios bioquímicos, tales como, la síntesis de pigmentos, la
degradación de clorofila y de almidón, y la degradación de la pared que contribuye al
ablandamiento del fruto. Entre estos enzimas se encuentran los responsables de la
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2.2.4 Frutas y hortalizas
biosíntesis de etileno. Se trata pues de un proceso de síntesis autocatalítica del etileno,
característico de los frutos climatéricos (Pech et al., 1991).
El proceso de maduración, en los frutos no climatéricos, no parece estar asociado a
la actuación del etileno ni a su biosíntesis. La expresión de los genes de la maduración esta
regulada, probablemente, por otras hormonas (Pech et al., 1991).
La producción de etileno es promovida por estreses como el frío (Wang, 1990) y las
heridas (Abeles et al., 1992), y este etileno inducido por el estrés puede promover la
maduración del fruto. Sin embargo, estos estreses también inducen otros cambios
fisiológicos (incremento en la respiración y en el metabolismo fenilpropanoide) y es difícil
deducir si es el estrés “per se” o uno de los cambios inducidos por el estrés (ej. estimulación
en la producción de etileno) el que está produciendo el efecto (Wang, 1990).
En las plantas vasculares superiores, una vía biosintética relativamente simple
produce etileno (Figura 1). El aminoácido metionina (MET) es el punto de partida para la
síntesis de etileno. Es convertido en S-adenosil metionina (SAM) mediante la adición de
adenina y SAM es convertido en ácido 1-aminociclopropano carboxílico (ACC) por la
enzima ACC sintetasa. La producción de ACC es frecuentemente el paso regulador para la
síntesis de etileno. Un número de factores intrínsecos (ej. estado de desarrollo) y
extrínsecos (ej. heridas) influyen en esta vía metabólica (Yang, 1987).
El reservorio de ACC disponible para la producción de etileno puede ser
incrementado por factores que incrementen la actividad de ACC sintetasa, o bien puede ser
reducido por la aplicación de reguladores de crecimiento (ej. daminozida) o reducido por
una reacción colateral que forma malonil-ACC (MACC), que es relativamente inerte
biológicamente. En el paso final, el ACC es oxidado por la Enzima Formadora de Etileno
(EFE), también conocida como ACC oxidasa para formar etileno.
Esta reacción de oxidación requiere la presencia de oxígeno y, bajos niveles de
dióxido de carbono activan a la Enzima Formadora de Etileno (EFE). Mientras que el nivel
de actividad de EFE está usualmente en exceso de lo que se necesita en la mayoría de los
tejidos, puede experimentar un incremento dramático en actividad en frutos durante su
maduración y en respuesta a la exposición a etileno (Abeles et al., 1992).
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METIONINA
MACC
SAM
MADURACIÓN
SENESCENCIA
AUXINA
HERIDAS
ENFRIAMIENTO
SEQUÍA
INUNDACIONES
ACC SINTETASA
+
ACC
AVG
AOA
ACC OXIDASA (EFE)
(CO2, O2)
+
MADURACIÓN
ETILENO
-
C2H4
ANAEROBIOSIS, COBALTO
TEMPERATURA,
ATRAPADORES
DE RADICALES LIBRES
Figura 1. Biosíntesis de etileno (Saltveit, 1999).
Frutos climatéricos y no climatéricos
Un fenómeno ampliamente estudiado en la maduración de las frutas, es el patrón
respiratorio conocido como el climaterio (Biale, 1962).
Los frutos pueden ser clasificados en general como climatéricos y no climatéricos
basándonos en sus patrones de respiración y síntesis de etileno durante la maduración
(Tabla 1). Los frutos climatéricos presentan un pico característico de la actividad
respiratoria durante la maduración, llamado climaterio respiratorio. Este pico puede
corresponder con la madurez de consumo, o puede precederla o venir después, dependiendo
del fruto en cuestión.
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2.2.4 Frutas y hortalizas
Tabla 1. Clasificación de frutas y vegetales según su tipo de respiración.
Climatéricos
No climatéricos
Mango
Cítricos
Kivi
Piña
Durazno
Fresa
Plátano
Aceituna
Árbol de pan
Arandino
Chabacano
Cacao
Chirimoya
Espárragos
Fruta de la pasión
Lechuga
Guanábana
Pimiento
Guayaba
Tamarindo
Zapote
Fuente: IMIT, 1994
La magnitud del pico puede variar enormemente entre frutos. Es importante hacer
notar que los frutos con mayores tasas respiratorias, como plátanos y aguacates, tienden a
madurar más rápidamente y por lo tanto son más perecederos. Esto ha conducido a la
regulación de la respiración como un posible objetivo para la manipulación bioquímica de
la vida de anaquel (Wills, 1977).
Este incremento respiratorio está asociado con un patrón similar de síntesis de
etileno, el cual puede darse antes del aumento de la actividad respiratoria, a veces en forma
simultánea y en otros casos después (Figura 2).
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2.2.4 Frutas y hortalizas
Figura 2. Pautas de crecimiento, respiración y producción de etileno de órganos vegetales
climatéricos y no climatéricos (Wills, 1977).
El etileno dispara los procesos enzimáticos causantes de la mayor parte de los
cambios en la composición química, los cuales afectan las propiedades físicas y
organolépticas y marcan el paso al envejecimiento. La producción de etileno por los frutos
es variable al igual que la respiración (Gómez- Lim, 1996). De tal manera que todos los
frutos climatéricos se caracterizan por tener incrementos transitorios en la respiración y en
la síntesis de etileno.
El período inmediatamente anterior al pico climatérico, cuando el nivel de respiración es
mínimo, es conocido como preclimaterio.
Durante el climaterio se da un cambio de composición de los frutos, y una vez alcanzado
cierto valor de etileno, el proceso es irreversible. Se produce una serie de cambios
fisiológicos, como aumento en la permeabilidad de las membranas y otros bioquímicos
como síntesis de ácidos nucleicos y de proteínas y un incremento en la actividad enzimática
(Wills, 1977).
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En contraste, los frutos no climatéricos simplemente exhiben una disminución gradual en
su respiración durante la maduración y tampoco presentan un incremento en la tasa de
producción de etileno. En la tabla 2 se presenta la clasificación de los productos
hortofrutícolas de acuerdo a su velocidad de respiración y producción de etileno.
Tabla 2. Clasificación de productos hortofrutícolas de acuerdo a su velocidad de respiración
y producción de etileno
Rango a 5 oC
Intervalo a 20 oC
Mg de CO2/Kg/h
l C2H4/Kg/h
Muy baja
<5
< 0.1
Baja
5-10
0.1-1.0
Moderada
10-20
1.0-10.0
Alta
20-40
10.0-100.0
Muy alta
40-60
> 100.0
Extremadamente alta
> 60
------------
Clase
Fuente: IMIT, 1994
Importancia de la madurez en la calidad de las frutas
La maduración es una de las etapas fundamentales en la vida de los frutos, que se
caracteriza por ser un período de diferenciación de tejidos, acompañado de la síntesis y
acción de ciertos enzimas responsables de los cambios de los constituyentes químicos y de
las propiedades físicas y organolépticas de los mismos. En su fase final, “ripening” o
maduración organoléptica, los frutos adquieren las propiedades sensoriales que los definen
como comestibles. Puesto que en las frutas el metabolismo continúa activo una vez
separados de la planta, se comprende que su calidad y su valor nutritivo estarán
influenciados por las modificaciones que tienen lugar no sólo en la planta sino tras la
cosecha, durante su transporte, conservación y posterior elaboración (Albi y Gutiérrez,
1991).
Las frutas, una vez alcanzada la madurez, están muy expuestas al deterioro, debido
a enfermedades fisiológicas, o bien por el ataque de microorganismos. Al estado de
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2.2.4 Frutas y hortalizas
madurez óptimo (desde el punto de vista organoléptico) sigue inmediatamente la
desorganización y senectud de los tejido; ablandamiento excesivo, pardeamiento
enzimático, etc. Esquemáticamente se puede considerar la vida de una fruta como formada
por cuatro fases:
División celular
(Floración)
Aumento del volumen
de
las
células
(crecimiento)
Maduración
Vejez y muerte
La maduración de los frutos es el proceso que sigue al desarrollo con diversos
cambios en ellos, que han sido interpretados como señal de una calidad para consumo; es
así como los gustos y preferencias de los consumidores definen en sentido práctico
(comercial) la madurez del fruto, aunque su estado puede ser distinto de la función del
producto de la naturaleza (Wills et al., 1998). Esto define en varios aspectos la relación del
producto con su vida útil, período comercial en el cual el producto puede permanecer en
buenas condiciones de calidad bajo almacenamiento (Kader, 1992a).
La madurez de cosecha debe corresponder a un determinado estado de desarrollo, el
cual asegure que la fruta complete los procesos fisiológicos de maduración, para obtener
una calidad mínima aceptable por el consumidor (madurez de consumo), como son los
cambios de color verde, desarrollo de pigmentos característicos de cada fruta, aumento de
los sólidos solubles, disminución de la firmeza y de la acidez; y asegure un almacenamiento
prolongado manteniéndose una buena calidad y libre de desórdenes fisiológicos
(Luchsinger, 1996; Guarinoni, 2000).
La madurez es un componente integral de la calidad, especialmente en el contexto
de la madurez comercial. Puede distinguirse claramente entre madurez fisiológica y
madurez comercial u hortícola. En el grado de madurez comercial óptima, el producto debe
tener la calidad óptima para el consumo (por ejemplo, debe encontrarse organolépticamente
maduro, en el caso de los frutos no climatéricos, como las naranjas) o ser capaz de
alcanzarla (Kader y Mitchell, 1989).
La madurez fisiológica se refiere a aquel estadío en la vida de un fruto, en el que se
ha alcanzado el máximo grado de desarrollo y en el que el organismo ha madurado lo
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2.2.4 Frutas y hortalizas
suficiente como para poder alcanzar la madurez de consumo (Kader, 1992). Por lo tanto, la
calidad de las frutas y hortalizas depende en gran medida de sus características al momento
del corte o separación de la planta y de las condiciones de su manejo postcosecha, como
son el transporte, la conservación, el empacado, etc.
Principales cambios durante la maduración de los frutos
La maduración es el resultado de un complejo conjunto de transformaciones,
muchas de las cuales es probable que sean independientes entre sí. Estas transformaciones
modifican la composición química y estructura del fruto y hacen posible que frutos, en
principio, verdes, duros, de sabor y olor débiles se presenten en la maduración vivamente
coloreada, blanda y perfumada y con la calidad sensorial deseada del consumidor
(Romojaro y Riquelme, 1994).
Durante la maduración, el fruto sufre una serie de modificaciones fisicoquímicas
(Wills et al., 1998). Entre estos cambios se mencionan:
1.Cambio de color, por degradación de la clorofila, por medio de sistemas químicos o
enzimáticos. Se desenmascaran los pigmentos carotenoides (naranja y amarillo)
y los
antocianos (azules, rojos). También habrá nueva síntesis de pigmentos. El color es el más
manifiesto entre los cambios experimentados por muchos frutos durante la maduración, y
con frecuencia, el más importante de los criterios utilizados por el consumidor para decidir
si el fruto está maduro o no, es el del color.
2. Pérdida de firmeza como consecuencia de la degradación de protopectinas insolubles
que pasan a pectinas solubles, con lo cual la pulpa tendrá menos dureza cuando el fruto es
maduro. Durante la maduración la firmeza de los frutos generalmente tiende a disminuir
debido a enzimas que actúan a nivel de pared celular, la cual da las principales
características de firmeza. La firmeza esta directamente relacionada con la textura, el
termino textura indica las propiedades que se perciben a través del sentido del tacto, es un
atributo importante de calidad que influye en los hábitos alimentarios, la salud oral y la
preferencia del consumidor. Las enzimas que se han postulado como las principales
responsables del proceso de ablandamiento de las frutas son la poligalacturonasa o
pectinasa y la pectin metil esterasa (Wills, 1977).
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2.2.4 Frutas y hortalizas
3. Pérdida de peso. La pérdida de peso es una consecuencia directa de la de agua.
Durante la postrecolección ocurre una pérdida de peso que se acompaña por otros cambios
como pérdida de firmeza. Su consecuencia, además de una reducción en peso, es el
arrugamiento en la superficie y el ablandamiento de las frutas.
4. Modificación del sabor. El fruto sufre una serie de cambios organolépticos,
principalmente de olor y sabor, que están ligados a una variación de concentraciones o
modificaciones de las siguientes sustancias: hidratos de carbono, ácidos, taninos, productos
orgánicos volátiles.
a) Hidratos de carbono. Durante la maduración hay degradación en el contenido de
carbohidratos poliméricos, almidón y hemicelulosas, particularmente frecuente en la casi
total conversión del almidón en azúcares. Este cambio cuantitativamente es el más
importante asociado con la maduración de frutas y hortalizas (Albi y Gutiérrez, 1991).
Estas transformaciones
tienen el doble efecto de alterar tanto el gusto como la textura,
ésta mejora al principio al producirse un ablandamiento y empeora cuando éste se hace
excesivo. A pesar del consumo de una parte de los azúcares por la actividad respiratoria, se
produce un aumento de su contenido que hace a los productos más dulces y aceptables,
este aumento provienen de la hidrólisis ya sea del almidón o bien de hemicelulosas de
paredes celulares. El almidón acumulado durante el crecimiento cuando llega la
maduración y senescencia
se degrada a azúcares solubles, principalmente glucosa,
sacarosa, fructosa, esto es afectado por la condición fisiológica de las frutas y vegetales al
igual que por la temperatura y el tiempo de almacenamiento. La hidrólisis del almidón es
uno de los cambios mas comunes que acompaña la maduración de muchos frutos
climatéricos, El hecho de que los azúcares, glucosa, fructosa y sacarosa sean
interconvertidos en los tejidos vegetales, es la causa de que se produzcan variaciones en sus
perfiles y que se acumulen unos u otros en las diferentes clases de frutos durante la
maduración. Debido a que el dulzor de cada azúcar es diferente, es frecuente no encontrar
buena correlación entre el sabor dulce y el contenido de sólidos solubles
b) Ácidos. La maduración de la fruta es acompañada por cambios en los ácidos
orgánicos Estos alcanzan su máximo durante el crecimiento y desarrollo de la fruta en el
árbol. La maduración presupone un descenso de la acidez, debido a que los ácidos
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2.2.4 Frutas y hortalizas
orgánicos son degradados o bien convertidos a azúcares disminuyendo, consiguientemente,
su concentración en el curso de la misma siendo este incremento en el contenido de
azúcares responsable de la dulzura de las frutas. En el momento de la maduración la acidez
alcanza un valor promedio de 3 miliequivalentes por 100 g de fruta, según la variedad de
que se trate.
c) Sustancias volátiles. Los componentes orgánicos volátiles que aparecen durante
el desarrollo y la maduración fisiológica de los frutos, cuyo metabolismo se activa con la
maduración organoléptica, son responsables del aroma de las frutas y al aumentar su
concentración y variando su perfil junto con el contenido de azúcares y ácidos y la riqueza
en taninos (astringentes), son los responsables más importantes o al menos los que van a
incidir más en la calidad sensorial de aquellos. Están constituidas principalmente por
ésteres, alcoholes, aldehídos y cetonas. Estos compuestos sólo representan una baja
fracción de la emisión volátil de las frutas, el carbono desprendido bajo esta forma sólo
representa del 0.1 al 1% del carbono desprendido bajo la forma de anhídrido carbónico y
además está constituido por un 80% de etileno desprovisto de olor. Entre los compuestos no
volátiles que contribuyen al sabor de las frutas, hay que mencionar preferentemente los
flavonoides, constituyentes fenólicos astringentes, que desaparecen en parte durante la
maduración.
Otros cambios que se pueden dar durante la maduración son: pérdida de vitamina C,
disminución de los elementos minerales, síntesis de proteína en aumento debido a que se da
la síntesis de muchas enzimas. Todas estas modificaciones varían según las variedades y
otros factores agronómicos y climáticos.
Los cambios fisiológicos más importantes son los de la actividad respiratoria y los
del ritmo de producción de etileno (Wills, 1977).
2.2.4 Frutas y hortalizas
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Un resumen de estos cambios se menciona en la siguiente tabla:
Tabla 3. Cambios durante la maduración.
Azúcares
Fructosa, glucosa y sacarosa
Dulzor. Aumentan con la
maduración
Ácidos
Compuestos fenólicos
Polisacáridos
Málico
Acidez. Disminuyen con la
Cítrico
maduración
Ac. Caféíco
Astringencia. Bajan con la
Taninos
maduración.
Almidón
Dan consistencia firme a los
Pectinas
frutos. Se hidrolizan durante la
maduración
Colorantes
Clorofila
En frutas verdes. Se degrada en
la maduración.
Vitaminas
C
Baja en la maduración
Aromas
Complejos
Aumentan en la madurez
Varios
Ácidos
Su degradación se exalta en el
Fenoles
climaterio respiratorio
Pectinas
Clorofila
Varios
Azúcares
Su biosíntesis se exalta en el
Carotenoides
climaterio respiratorio
Antocianos
Aromas
Fuente: Primo Yúfera, 1997