TRATAMIENTO CON RADIACIÓN UV: ALTERNATIVA EN LA

TRATAMIENTO CON RADIACIÓN UV: ALTERNATIVA EN LA
POSCOSECHA DE LECHUGA (Lactuca sativa) VARIEDAD BATAVIA
EN LA SABANA DE BOGOTÁ
Luis Carlos Suárez1 y Yineth Piñeros Castro2 *
1
Facultad de Ciencias Naturales, Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano. 2
Departamento de Ingeniería, Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano.
[email protected]; * [email protected]
Resumen
En los últimos años se ha buscado el desarrollo de tecnologías y procesos para garantizar la
inocuidad y calidad en frutas y hortalizas frescas, así como procesos para prolongar la vida
útil. Con este fin, se ha utilizado la radiación UV-C, como alternativa de desinfección de
alimentos de forma eficiente y no invasiva. Por otro lado, la lechuga es una hortaliza
considerada como funcional; sin embargo un inapropiado manejo durante la poscosecha
afecta su calidad, ocasiona pérdidas significativas, las cuales son superiores al 20% en la
Sabana de Bogotá. En este trabajo, se realizó el diseño de un equipo a nivel piloto para
realizar radiación UV-C a lechuga Batavia, el cual consideró la geometría de la hortaliza. Se
realizaron tratamientos con 3 y 7 lámparas (30 W y 254 nm) y tiempos de exposición de 5 y
15 min sobre lechugas provenientes de Mosquera (Cundinamarca). Además se evaluó su
efecto sobre las propiedades funcionales de la lechuga (actividad antioxidante y contenido de
compuestos fenólicos) y su incidencia sobre la población de mohos y levaduras y
microorganismos mesófilos. Los resultados indican que el tratamiento con 7 lámparas por 15
minutos, promueve la formación de compuestos con actividad antioxidante (equivalentes de
trolox), pasando de valores de 0,11 mg/100 gramos de lechuga fresca en el control a 0,28
mg/100 mg de lechuga fresca. Con esta dosis además se logra una reducción de 1,5 unidad
logarítmica en la población microbiana nativa de mohos y levaduras y microorganismos
mesófilos. A bajas dosis de radiación (3 lámparas y 5 minutos), no se observó una reducción
significativa en las poblaciones microbianas. Estos resultados demuestran que el tratamiento
de radiación UV-C es una alternativa en la poscosecha de la lechuga Batavia cultivada en la
Sabana de Bogotá.
Palabras clave: lechuga Batavia, poscosecha, radiación UV
Abstract
In the last years, new technologies and process to guaranty the safety and quality in fruits
and fresh vegetables, as well as the process to extend the shelf life has been developed. One
of them is the use of UV – C radiation, as an alternative for food disinfection in an efficient
and not invasive way. On the other hand, the lettuce is a vegetable that is considered as
functional; however, an inappropriate postharvest handling affects its quality, and causes
loses far superior than 20% in the Bogotá Sabana. In this paper, it was carried out the design
of a pilot equipment to do a UV–C radiation to a Batavia lettuce, in which the vegetable´s
13
geometry was considered. There were made treatments with 3 and 7 lamps ( 30 W and
254 nm) and exposure time of 5 and 15 min on lettuces from Mosquera (Cundinamarca). It
was evaluated the radiation effect on the functional properties of the lettuce (antioxidant
activity and phenolic compounds) and its incidence on the natival population of mold, yeast
and mesophilic microorganism count. The results shows that the treatment of 7 lamps for 15
minutes, promote the formation of compounds with antioxidant activity (Trolox activity),
changing the values from 0,11 mg/100 g of fresh lettuce to 0,28 mg/100 mg. The radiation
treatment showed that it was possible to achieve a 1,5 logarithm unit reduction in the native
microbial population of mold and yeast and mesophilic microorganism. With low radiation
doses (3 lamps and 5 minus), there was not a meaningful reduction in the microbial
population. These results show that the UV–C radiation treatment is an alternative in the
postharvest of the Batavia lettuce grown in the Bogotá Sabana.
Key words: iceberg lettuce, postharvest, UV radiation
1. INTRODUCCIÓN
En los últimos años se ha buscado el
desarrollo de tecnologías y procesos para
garantizar inocuidad y calidad en frutas y
hortalizas frescas, así como para obtener
de un periodo de vida útil apropiado para
su comercialización a nivel internacional y
reducir el porcentaje de pérdidas en la
poscosecha. Una de las estrategias es la
implementación
de
procesos
de
desinfección no invasiva, dentro de las
cuales se encuentra la tecnología de
radiación UV.
Es importante resaltar que existe la
tendencia actual a la demanda de
alimentos menos procesados, inocuos y
que presenten una conservación de sus
características organolépticas, por lo cual
existen estrictos requisitos en cuanto
inocuidad y seguridad (Consejo Regional
de
Competitividad
de
Bogotá
y
Cundinamarca 2005). El consumo de
hortalizas frescas ha ido aumentando,
pero de igual forma los riesgos en la salud,
debido principalmente a la presencia de
microorganismos patógenos (Altekruse et
al. 1997; Beuchat 1996) lo que ha
generado una restricción en el mercado
internacional.
En Colombia, la lechuga Batavia
representa el 22,65% del área sembrada
en hortalizas en la sabana de Bogotá, con
un mayor número de área sembrada en
los municipios de Madrid, Mosquera y
Cota, y un rendimiento promedio de 22,6
toneladas por hectárea (SISAC, 2002).
Las pérdidas poscosecha se dan
básicamente por pérdida de agua, pérdida
del color verde (amarillamiento), daño
mecánico, tasa de respiración alta y
podredumbre (Kitinoja et al. 1994). En la
Sabana de Bogotá se ha encontrado que
en el proceso de recolección y
poscosecha, las pérdidas alcanzan valores
superiores al 20% por lo que la aplicación
de
tecnologías
eficientes
resulta
indispensable
(Piñeros-Castro et al.
2010).
Se conoce acerca de la eficacia de la
radiación del UV-C contra una gran
variedad de microorganismos, mesófilos,
aerobios, aerobios facultativos, bacterias
acido lácticas, entre otros (Wright et al.
2000). La irradiación ultravioleta (UV-C)
es una tecnología alternativa a la
esterilización química utilizada para
reducir el crecimiento de microorganismos
en
alimentos
y
además
induce
mecanismos de defensa en tejido vegetal
14
metabólicamente activo, provocando la
producción de fitoalexinas (Douillet-Breuil
et
al.
1999)
y
antioxidantes
(González‐Aguilar
et
al.
2001).
Adicionalmente el uso de la luz ultravioleta
como una alternativa de desinfección
ofrece ventajas desde el punto de vista
logístico, no genera ningún tipo de
residuos en el alimento y no existen
restricciones legales (López-Rubira et al.
2005).
Actualmente aquellos métodos
alternativos, no invasivos aplicados en el
acondicionamiento de las hortalizas como
tecnologías de radiación UV, tratamientos
de conservación y empaque (atmósferas
modificadas, compuestos antietileno, etc)
han tomado fuerza en los cultivos de
hortalizas ya que mejoran la calidad, el
tiempo de vida útil y garantizan alimentos
seguros (Allende et al. 2006).
Se ha reportado que el tratamiento de
radiación UV-C aplicada a la lechuga
cortada, permitió la reducción de actividad
microbiana, sin afectar el contenido de
azúcares y ácidos orgánicos (Allende and
Artés 2003). Los mejores resultados se
obtuvieron con dosis de 2.37 KJm-2,
encontrando
reducciones
de
microorganismos aeróbicos, aeróbicos
facultativos así como bacterias mesófilas.
Bajo este contexto, en este trabajo se
realizó el diseño de un equipo a nivel
piloto para realizar radiación UV a lechuga
batavia, y se evaluó el nivel de
inactivación
microbiana
y
algunas
propiedades funcionales de la hortaliza
estudiada.
2. METODOLOGIA
2.1 Equipos
La radiación se llevó a cabo por
medio de una máquina diseñada
específicamente para este proceso, la cual
está conformada por 15 lámparas que
generan luz ultravioleta de 30 W (GW30)
(Harrington and Valigosky 2007), ubicadas
radialmente en relación con la ubicación
de la lechuga, para garantizar radiación de
forma uniforme. La cámara de radiación se
encuentra totalmente aislada del entorno,
debido al daño bien conocido sobre la piel
y los ojos del operario que puede
ocasionar la radiación UV. Además la
cámara posee un ventilador para evitar la
acumulación de ozono en el interior. Para
controlar las diferentes dosis, el equipo
cuenta con interruptores de energía que
permiten el encendido de diferente número
de lámparas. El equipo adicionalmente
cuenta con una bandeja construida en
acrílico con perforaciones para el soporte
de las hortalizas de diámetro entre 16-18
cm.
2.1. Materiales y métodos:
Se utilizó material vegetal procedente
de un mismo lote, cosechado y
suministrado por la empresa Productos
Agrícolas Agua Clara (Mosquera Cundinamarca),
las
cuales
fueron
cosechadas en la mañana. Las lechugas
se clasificaron por color uniforme y
ausencia de daños fisiológicos y
mecánicos, además de un proceso de
selección por tamaño (16 cm -18 cm. de
diámetro). Inmediatamente cosechadas,
se trasladaron a las instalaciones de la
Universidad Jorge Tadeo Lozano, donde
se procedió a realizar el tratamiento de
radiación UV, con diferente número de
lámparas (3 y 7) y tiempos de exposición
(5 y 15 min). Se evaluó lechuga sin
tratamiento como control del experimento.
En la Figura 1, se encuentran las
fotografías del equipo y durante el proceso
de radiación UV de lechuga Batavia.
15
A
C
B
D
Figura 1. Fotografías de (A y B) interior del equipo utilizado para la radiación UV, obsérvese
la distribución radial de las lámparas y la bandeja de soporte para las lechugas, (C)
Material vegetal utilizado en los experimentos y (D) proceso de ingreso de las
lechugas a la cámara de irradiación.
2.3. Diseño experimental y análisis
estadístico
2.4. Determinación de parámetros
funcionales
Se utilizó un diseño experimental
factorial completamente aleatorio 22 con
tres réplicas. Los factores fueron número
de lámparas (3 y 7) y tiempo de
exposición (5 y 15 minutos). Las variables
de respuesta del diseño experimental
fueron
contenido
de
compuestos
fenólicos,
actividad
antioxidante
y
población de mesófilos y mohos y
levaduras. Se realizó un análisis de
varianza con un nivel de confianza del
95% (p < 0.05) y prueba de comparación
de medicas (Test de Tukey) utilizado el
software Statgraphics Plus 5.1. (Ver
documento anexo).
Extracción para la determinación de
contenido de compuestos fenólicos, y
actividad antioxidante por el método de
DPPH: se pesaron 5 gramos de lechuga y
se homogenizaron (Ultra-turrax T25
Basic) con 5 mL de de metanol al 99,9%
(Merck), en un baño con hielo.
Posteriormente se centrifugó a 10000 rpm
durante 5 minutos y el sobrenadante se
utilizó
para
la
determinación
de
compuestos
fenólicos
y
actividad
antioxidante.
La concentración de compuestos
fenólicos totales fue determinada por
método espectrofotométrico, usando el
reactivo de Folin-Ciocalteu (Panreac,
16
251567.1609) (Singleton and Rossi Jr,
1965). Los resultados fueron expresados
en equivalentes de ácido gálico en
mg/100g de lechuga fresca, se utilizó
ácido gálico como referencia (Sigma
G7384). La actividad antioxidante total se
determinó por el método del DPPH (2,2diphenyl-1-picrylhydrazyl) (Brand-Williams
et al. 1995). La actividad antioxidante total
fue expresada como equivalentes de
Trolox (TEAC) en mg/g de lechuga fresca.
2.5 Análisis Microbiológico
Se tomaron 10 gramos de lechuga
fresca y se adicionaron en 90 mL de agua
peptonada (Tryptone Phosphate water
Buffered peptone, Scharlau) al 0,1%. Se
hicieron diluciones seriadas apropiadas
tomando 1 mL de esta y se realizó la
siembra por duplicado. Se realizaron
conteos sobre placa de microorganismos
mesófilos aerobios (Plate count agar,
Oxoid) a una temperatura de 35ºC a las
48 horas, coliformes (Violet red bile agar,
Scharlau) a una temperatura de 35 ºC a
las 48 horas, y de hongos y levaduras
(Potato dextrose agar, Oxoid) a una
temperatura de 30 ºC a las 96 horas de
cultivo
III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1 Compuestos fenólicos y actividad
antioxidante
Estadísticamente ambos factores influyen
de forma significativa sobre estas
variables de respuesta.
El contenido de compuestos fenólicos
aumentó 2,25 veces el valor del control
hasta un valor máximo de 0,58 mg/100 g
de lechuga fresca, con el tratamiento de
15 minutos y 7 lámparas. En la misma
Figura se observa una tendencia similar
de los datos de actividad antioxidante
alcanzando un valor de 0,28 mg/100 g de
lechuga fresca, valor superior al 0,11
mg/100 g de lechuga fresca obtenido en
el control. Se encontró que con
tratamientos de menos tiempo y número
de lámparas no se presenta una
diferencia significativa con el control.
Este comportamiento se presenta en
las lechugas al ser sometidas a la
radiación, proceso que ocasiona la
activación de mecanismos de defensa del
material vegetal. Se ha reportado que
dosis de 4-14 KJM-2 de radiación UV-C
aplicada a cabezas de brócoli aumenta la
síntesis de fenoles totales y los
flavonoides, junto con una mayor
capacidad antioxidante (Costa et al.
2006). En otros alimentos (mango) se ha
observado que el tratamiento con UV-C
induce la acumulación de poliaminas, las
cuales pueden actuar como antioxidantes,
causando una reducción de los síntomas
de daño por frío y el deterioro de los
tejidos (González‐Aguilar et al. 2001).
En la Figura 2, se encuentran
representados los datos del contenido de
compuestos fenólicos (A) y actividad
antioxidante de lechuga batavia (B)
control y tratada con UV. Se observa un
mayor nivel de estos compuestos
funcionales con el mayor número de
lámparas (control<tratado 3 lámparas <
tratado 7 lámparas), para los dos niveles
de
tiempo
de
exposición.
17
A)
B)
Figura 2. Comportamiento antes y después del tratamiento de irradiación UV,
A) Compuestos fenólicos, B) Actividad antioxidante
18
3.2 Población de mesófilos, hongos y
levaduras
En la Figura 3, se presentan los datos
resultantes del conteo de microorganismos
nativos presentes en la lechuga antes y
después del proceso de irradiación con
UV-C. Se encontró que los factores
estudiados (número de lámparas y tiempo
de
exposición)
tienen
influencia
estadísticamente significativa sobre estas
variables de respuesta. El efecto de la
radiación ultravioleta se ve reflejado
claramente en la reducción de la población
microbiana en general. Los resultados
más
satisfactorios
son
aquellos
encontrados mediante el uso de dosis
elevadas de radiación y tiempos
prolongados de exposición.
exposición especialmente con el mayor
número de lámparas. La máxima
reducción se obtuvo en aproximadamente
1,5
unidades
logarítmicas
en
el
tratamiento con 7 lámparas y 15 minutos
de exposición. Se ha reportado que el
efecto de la radiación UV sobre los
microorganismos se da a nivel del ADN,
sin que las células sean capaces de
repararse (Lado and Yousef, 2002).
Los resultados obtenidos en este
trabajo son coherentes con lo ya expuesto
en trabajos anteriores en lechuga, donde
se encontró que el crecimiento de
microorganismos aeróbicos y de mesófilos
fue menor que el crecimiento en muestras
no irradiadas (Allende and Artés 2003).
Se encontró que la disminución de la
población microbiana evaluada es mayor
con un aumento en el tiempo de
A)
19
B)
Figura 3. Comportamiento microorganismos nativos antes y después del tratamiento
de irradiación UV A) mesófilos B) mohos y levaduras
Es importante mencionar que no se
encontró daño fisiológico en las muestras
tratadas con radiación UV. Se evidenció
que efectivamente la luz ultravioleta ofrece
ventajas a las empresas procesadores de
alimentos, en la medida que no produce
ningún residuo, no tiene ninguna
restricción legal, es fácil de usar y es letal
para gran parte de los microorganismos
como se ha reportado previamente
(Bintsis et al. 2000).
3.
CONCLUSIONES
Se logró el ensamble y evaluación de
una máquina de radiación UV, para
desinfección de alimentos. Su diseño fue
apropiado para el tratamiento de lechuga
batavia. Los resultados obtenidos sirven
de base para proponer el diseño de
equipos que puedan funcionar de forma
continua.
Se observó que la radiación afecta los
parámetros nutricionales de la lechuga
batavia; la radiación ocasionó un aumento
en la síntesis de compuestos fenólicos y
en la actividad antioxidante en las
lechugas tratadas, el cual fue mayor con el
mayor número de lámparas y el tiempo de
exposición.
El tratamiento con luz UV- C, en la
poscosecha de la lechuga Batavia
cultivada en la sabana de Bogotá,
disminuye la población de
mesófilos,
hongos y levaduras nativos, por lo que
constituyen una alternativa en el proceso
de desinfección en la poscosecha, que
puede seguir siendo evaluada.
20
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AGRADECIMIENTOS
Este trabajo se realizó bajo el
proyecto “Aplicación de tecnologías para
el manejo poscosecha de brócoli,
espinaca y lechuga” financiado por el
Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural
y la Universidad de Bogotá Jorge Tadeo
Lozano, en el grupo de investigación
APRA Aprovechamiento de Recursos
Agroalimentarios
del
Programa
de
Ingeniería de Alimentos.
22