Per: Laia Torregrosa Sauret (Resp. Dept. R+D)
1. La conservació dels aliments: la refrigeració
La conservació d’aliments, consisteix en l’aplicació de tecnologies encarregades de perllongar la vida comercial dels productes i la seva disponibilitat per al consum, protegint-los de microorganismes patògens i altres agents responsables del seu deteriorament (Aguilar-Morales, 2012). Des de fa segles, fins i tot mil·lennis, han existit diferents mètodes de conservació, que s’han consolidat i han anat perfeccionant; un dels avenços més importants fou la refrigeració.
En l’antiguitat s’utilitzava fred natural com, per exemple, neu i gel i, s’emmagatzemava en zones fredes subterrànies. El 1755 es va realitzar el primer experiment per baixar artificialment la temperatura d’un producte, el professor William Cullen, va aconseguir crear una petita quantitat de gel mitjançant èter dietílic com a refrigerant. Tres anys després, John Hadley i Benjamin Franklin van realitzar les primeres proves documentades sobre la teoria de l’aire condicionat, aconseguint baixar la temperatura d’un termòmetre de 64 graus Fahrenheit fins als 7 graus. Però no va ser fins a mitjan segle XIX que el fred es va aplicar de forma industrial.
2. Sistemes de conservació de la fruita
Les fruites proporcionen molts nutrients essencials, com les vitamines i les fibres. Són un aliment altament beneficiós per a la salut i el manteniment del nostre cos, però, a la vegada, són un aliment perible. Al llarg de la història s’han dipositat grans esforços per tal de crear nous sistemes per allargar la seva vida comercial dels productes frescos.
A finals del segle XIX es va descobrir que la fruita madura més lentament quan és emmagatzemada en una atmosfera baixa d’oxigen per a coadjuvar l’acció conservant del fred (Dalrymple, 1969). Amb l’objectiu de donar valor afegit a la fruita, el 1925 va néixer el concepte d’atmosfera controlada (AC) (Yahia E., 1995). Kidd and West (1927) van ser els primers a estudiar els efectes de l’aplicació de la tecnologia d’AC per conservar fruita durant la seva maduració. No obstant això, fins a la dècada dels cinquanta, l’AC no va començar a ser una tecnologia emergent a tot el món (Prange, 2005). Des de llavors, la tecnologia d’AC ha experimentat un continu desenvolupament i refinament, donant lloc a diferents mètodes, però sempre amb un objectiu comú: perllongar l’emmagatzematge de la fruita mantenint la seva qualitat des del camp fins a la forquilla.
A la dècada dels 70, les millores de l’AC van donar lloc a dues tècniques diferents: ILOS (Initial Low Oxygen Stress) i RLOS (Repeated Low Oxygen Stress).
La tècnica de conservació ILOS consisteix a produir un estrès baixant els nivells d’oxigen de l’interior de la cambra frigorífica a l’inici de la conservació en fred durant dues setmanes reduint el nivell d’oxigen de la fruita (≈0.5 kPa O2), seguit d’un emmagatzematge en condicions d’AC (Eaves et al., 1969). Calvo et al. (2015) van conservar peres de la varietat ‘Beurré d’Anjou’ durant 9 mesos sota condicions d’ILOS (0.5 kPa O2 i 0.1 kPa CO2) seguides d’una conservació a nivells molt baixos d’oxigen ULO (Ultra Low Oxygen levels) (1.0 kPa O2 i 0.1 kPa CO2) i van analitzar la qualitat final. Observaren una reducció dels trastorns superficials i interns en comparació amb les peres tractades amb difenilamina (DPA, diphenylamine) i amb peres emmagatzemades sota una atmosfera normal. Ramokonyane (2016) va emmagatzemar peres de la varietat ‘Packham’s Triumph’ sota condicions ILOS a 0.7 kPa O2 durant 10 dies seguits d’una AC, observant que sota aquestes condicions es podia controlar l’aparició de l’escaldat superficial.
La tècnica de conservació RLOS consisteix en l’aplicació de repetits estressos baixant el contingut d’oxigen de la cambra frigorífica al llarg de la conservació. Conservant a nivells baixos d’oxigen i, per tal d’evitar la fermentació de la fruita, s’ha de controlar el contingut d’etanol en la polpa de la fruita durant l’emmagatzematge en AC (Prange et al., 2015). Fadanelli et al. (2015), van aplicar la tecnologia RLOS per conservar pomes, aplicant entre 2 i 3 estressos al llarg del període de conservació, mentre que Kawhena et al. (2018) van emmagatzemar peres ‘Packham s Triumph’ baixant els nivells d’oxigen a 0.5 kPa durant 7 dies un cop al mes durant els 10 mesos d’emmagatzematge. Zanella and Stürz (2013) van observar que les pomes ‘Red Delicious’ emmagatzemades durant 6 mesos sota condicions RLOS retenien millor la qualitat inicial i reduïen substancialment la severitat de la incidència d’escaldat superficial.
El 1996, Höhn et al., (1996) van introduir un nou concepte: AC retardada, consisteix a emmagatzemar la fruita entre dues i vuit setmanes sota atmosfera normal a baixa temperatura abans de reduir els nivells d’oxigen de l’interior de la cambra frigorífica amb l’objectiu d’evitar fisiopaties com les cavitats internes i la descomposició de la polpa. Es va concloure que una AC retardada de 21 dies pot reduir entre un 50 i un 90% la formació d’enfosquiment en peres ‘Conference’ (Img. 2). Un altre estudi realitzat per Saquet et al. (2001), va mostrar que una AC retardada redueix els trastorns d’enfosquiment interns en peres ‘Conference’. Recentment, Saquet et al. (2017) van investigar l’aplicació d’AC retardada per conservar peres ‘Rocha’ i van observar que els trastorns interns depenien de la pressió parcial d’oxigen.
Imatge 2 Trastorns d’enfosquiment intern en peres ‘Conference’ conservades durant 4 mesos sota condicions d’emmagatzematge que indueixen a l’enfosquiment (sense període de refredament, 1% d’O2, 10% de CO2, -1 ° C). Els símptomes es poden dividir en quatre categories, que no necessàriament tenen el mateix origen. (A) Enfosquiment radial; (B) Enfosquiment asimètric; (C) Taques marrons i punts secs entre l’extensió dels cinc carpels; (D) Cavitats aleatòries (Franck et al., 2007).
El 1982 es va publicar la primera investigació sobre la tecnologia més recent, l’atmosfera controlada dinàmica (DCA, de les seves sigles en anglès), amb l’objectiu d’emmagatzemar fruita a llarg termini, mantenint la qualitat postcollita i controlant els trastorns fisiològics (Alique and de la Plaza, 1982).
2.1 Equips necessaris per a l’aplicació d’atmosfera controlada
L’AC permet retardar la maduració del fruit retardant el seu estovament i reduint la pèrdua de sabor i aroma. Gràcies a l’hermeticitat de la càmera es redueix la deshidratació del producte. A més, permet reduir les alteracions fisiològiques i fúngiques. Per tal de poder aplicar una atmosfera controlada es necessiten equips i sensors d’alta eficiència, el que comporta una inversió inicial elevada (Img.3). Per tal d’optimitzar tota la instal·lació, és important proveir-se d’equips d’última generació.
Imatge 3 Esquema dels equips necessaris per a una instal·lació d’atmosfera controlada.
– Analitzador de gasos: permet mesurar i controlar l’evolució dels nivells d’O2 i CO2 a l’interior de la càmera. Treballant a nivells tan baixos d’oxigen es requereix un analitzador acurat i calibrat a fi d’evitar que els productes hortofructícoles emmagatzemats es facin malbé.
– Absorbidor o depuradora de CO2: la composició de la mescla de gasos dins de les càmeres pateix canvis continus en funció de l’activitat metabòlica del producte emmagatzemat i els absorbidors són necessaris per eliminar l’excés de CO2. Els absorbidors es classifiquen generalment segons el material absorbent: Ca(OH)2, NaOH, H2O, zeolites, carbó actiu, segons la manera d’absorció (és a dir, químic o físic), o segons la manera de pas de l’aire a través de l’agent absorbent. Els absorbidors més populars usen carbó actiu, el qual absorbeix les molècules de CO2.
– Generador de nitrogen: la reducció més ràpida del nivell d’O2 a l’atmosfera s’obté mitjançant l’ús de generadors de nitrogen o mitjançant l’alimentació amb nitrogen. Baixar l’O2 a nivells d’atmosfera controlada en estat estacionari mitjançant tècniques no biològiques és desavantatjós des d’un punt de vista financer, a causa de l’alt consum de combustible o de nitrogen. Els generadors de nitrogen separen selectivament l’aire per produir un sistema de nitrogen enriquit mitjançant l’ús de carbó actiu. Actualment els sistemes més utilitzats són els generadors de nitrogen amb tecnologia PSA (Pressure Swing Adsorption) (Img.4).
Imatge 4 Foto d’un absorbidor de nitrogen PSA per atmosfera controlada (Besseling).
– Vàlvula equilibradora de pressió: les vàlvules permeten compensar les diferències de pressió per prevenir danys a la cambra. Es tracta d’un dispositiu de seguretat i entra en funcionament quan es produeixen depressions o sobrepressions a l’interior de la càmera.
– Pulmons de compensació: els pulmons o bosses d’expansió, permeten compensar les variacions de pressió de l’interior de la càmera sense modificar el contingut d’oxigen de la cambra. S’instal·len a l’exterior de les cambres i és molt important realitzar un bon disseny per assegurar una capacitat suficient.
– Hermeticitat: l’hermeticitat és un prerequisit fonamental, les parets de les cambres han de tenir una alta estanquitat per garantir el manteniment de les concentracions de gasos desitjades. En cas contrari, l’oxigen exterior entraria per difusió a l’interior de la càmera a través dels porus de les parets.
ILERFRED ha estat la pionera a Espanya, des de fa més de 25 anys, en la introducció de les plantes generadores de nitrogen per a la reducció de l’oxigen en càmeres. Substituint els antics reductors catalítics d’oxigen mitjançant la combustió amb propà.
2.2 L’atmosfera controlada dinàmica
L’emmagatzematge sota condicions de DCA permet conservar al nivell d’oxigen més baix tolerat pel fruit, també anomenat nivell d’oxigen més baix (LOL, de les seves sigles en anglès), adaptant les concentracions de gas dinàmicament en funció de la resposta fisiològica canviant del producte. Mantenint el nivell d’oxigen el més a prop possible del punt de compensació anaeròbic (ACP). Si el sistema detecta un estrès fisiològic del producte, augmenta el nivell d’oxigen fins que la resposta del producte torni al llindar òptim, sempre per damunt del llindar de fermentació (Img.5). La maduració dels fruits mantinguts a aquests nivells d’oxigen es pot retardar de manera més efectiva que emmagatzemant sota una AC clàssica. En aquestes condicions, els processos d’oxidació i senescència també s’alenteixen (Saquet, 2019).
Imatge 5 Consum d’oxigen i producció de diòxid de carboni (Prange et al., 2011).
La tecnologia DCA requereix un control precís de les concentracions de gasos i el monitoratge de la resposta metabòlica de la fruita, per assegurar que el procés de fermentació de la fruita (respiració anaeròbica) no s’iniciï. La resposta metabòlica de la fruita és monitorada per un sensor i les concentracions de gas a DCA es regulen d’acord amb el senyal proporcionat per aquest sensor. Actualment, al mercat hi ha tres tipus de sensors que es basen en mesuraments de: fluorescència de clorofil·la (DCA-CF) (Img.6), quocient respiratori (DCA-RQ) i contingut d’etanol en la polpa de fruita (DCA- EtOH) o en l’atmosfera de cambra (DCA-DCS).
Imatge 6 Foto del sensor FruitObserver (FO) fabricat per (Besseling, The Netherlands) i comercialitzat per ILERFRED.
2.1.1 Avantatges i limitacions de la DCA
La tecnologia DCA-CF exerceix efectes positius en comparació amb l’AC clàssica durant l’emmagatzematge de pomes, controlant diferents trastorns fisiològics relacionats amb la senescència (Zanella et al., 2008, 2005). D’acord amb Prange et al. (2011), DCA-CF prevé l’escaldat superficial a la pera. No obstant això, el nombre de sensors necessaris en una càmera s’ha de triar d’acord amb l’heterogeneïtat del producte, fet que pot ser molt costós. A més a més, la quantitat de fruita analitzada per sensor determinar la fermentació de tota la cambra és petita.
La tecnologia DCA-RQ ha demostrat resultats satisfactoris en pomes (Bessemans et al., 2016). Les càmeres han de ser completament hermètiques. El principal avantatge és que el sensor considera la totalitat del producte emmagatzemat dins de la cambra. Però en cas de no homogeneïtat del producte conservat pot produir resultats molt dispars en una mateixa cambra.
El DCA-EtOH és una tècnica manual i molt costosa de temps, i no és representativa de tota la cambra. No és una tecnologia autònoma i cal agafar fruita de dins la cambra una vegada que es controla l’atmosfera.
El DCA-DCS analitza una mostra petita, de manera que els valors mesurats poden no ser representatius de tota la cambra. Els llindars d’etanol tolerats per la fruita encara no estan ben definits, ja que part de la quantitat d’etanol acumulat pot ser metabolitzat per la fruita. A causa de l’alta solubilitat en aigua de l’etanol, la major part de l’etanol produït a través de la fermentació roman en les cèl·lules (Gupta et al., 2000), el que fa que la concentració d’etanol mesurada a l’atmosfera sigui menor, subestimant l’estrès d’oxigen experimentat per la fruita (Pesis, 2005).
És evident que el dilema de triar les condicions òptimes de l’atmosfera es pot superar controlant contínuament la composició de l’atmosfera d’emmagatzematge en funció de la resposta del producte, encara que per desenvolupar el sensor o sistema ideal encara queden moltes preguntes per respondre (Torregrosa, 2020).
3. Referències
Aguilar-Morales, J., 2012. Métodos de conservación de alimentos. Red Tercer Milenio.
Alique, R., de la Plaza, J.L., 1982. Dynamic controlled atmosphere for apple storage. Proc. Meet. IIR Comm. B2, C2 D1. Sofia, Bulg. 342–349.
Bessemans, N., Verboven, P., Verlinden, B.E., Nicolaï, B.M., 2016. A novel type of dynamic controlled atmosphere storage based on the respiratory quotient (RQ-DCA).
Postharvest Biol. Technol. 115, 91–102. https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2015.12.019
Calvo, G., Salvador, M.E., Sanchez, E., 2015. Control of superficial scald in Beurré d’Anjou pears with low oxygen levels. Acta Hortic. 879–882.
https://doi.org/10.17660/actahortic.2002.596.153
Dalrymple, G.D., 1969. The development of an agricultural technology: controlled atmosphere storage of fruits. Technol. Cult. 10 (1), 35–48.
Eaves, C.A., Forsyth, F.R., Lockhart, C.L., 1969. Recent developments in storage research at Kentville, Nova Scotia. Can. Inst. Food Technol. J. 2, 46–51.
Fadanelli, L., Turrini, L., Zeni, F., Buglia, L., 2015. Apples: DCA storage with repeated gas stress – the experience in the management of commercial cells. Acta Hortic. 1071, 725–730. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2015.1071.96
Franck, C., Lammertyn, J., Ho, Q.T., Verboven, P., Verlinden, B., Nicolaï, B.M., 2007. Browning disorders in pear fruit. Postharvest Biol. Technol. 43, 1–13.
https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2006.08.008
Gupta, A.K., Teja, A.S., Chai, X.S., Zhu, J.Y., 2000. Henry’s constants of n-alkanols (methanol through n-hexanol) in water at temperatures between 40°C and 90°C. Fluid Phase Equilib. 170, 183–192. https://doi.org/10.1016/S0378-3812(00)00350-2
Höhn, E., Jampen, M., Dätwyler, D., 1996. Kavernenbildung in Conférence − Risikoverminderung. Schweiz. Z. Obs. und Weinbau 7, 180–181.
Kawhena, T.G., Opara, U.L., Botes, W.J., Fawole, O.A., 2018. Effect of repeated low oxygen stress (RLOS) on physiological disorders, physico-chemical properties and sensory parameters of “Packham’s Triumph” pears. Acta Hortic. 1201, 65–74. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2018.1201.10
Kidd, F., West, C., 1927. Atmosphere control in fruit storage. Gt. Britain Dep. Sci. Ind. Res. Food Investig. Board Rep. 32–33.
Pesis, E., 2005. The role of the anaerobic metabolites, acetaldehyde and ethanol, in fruit ripening, enhancement of fruit quality and fruit deterioration. Postharvest Biol. Technol. 37, 1–19. https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2005.03.001
Prange, R.K., 2005. Innovation in controlled atmosphere technology. Stewart Postharvest Rev. 1, 1–11. https://doi.org/10.2212/spr.2005.3.9
Prange, R.K., Delong, J.M., Wright, A.H., 2011. Storage of pears using dynamic controlled-atmosphere (DCA), a non-chemical method, in: Acta Horticulturae. pp. 707–718.
Prange, R.K., Wright, A.H., DeLong, J.M., Zanella, A., 2015. A review on the successful adoption of dynamic controlled-atmosphere (DCA) storage as a replacement for diphenylamine (DPA), the chemical used for control of superficial scald in apples and pears. Acta Hortic. 1071, 389–396.
Ramokonyane, T.M., 2016. Effects of dynamic controlled atmosphere and initial low oxygen stress on superficial scald of ‘Granny Smith’ apples and ‘Packham’s Triumph’ pears. Stellenbosch University.
Saquet, A.., Streif, J., Bangerth, F., 2001. On the involvement of adenine nucleotides in the development of brown heart in ‘ Conference ’ pears during delayed controlled. Gartenbauwissenschaft 66, 140–144.
Saquet, A.A., 2019. Storage of pears. Sci. Hortic. (Amsterdam). 246, 1009–1016. https://doi.org/10.1016/J.SCIENTA.2018.11.091
Saquet, A.A., Streif, J., Almeida, D.P.F., 2017. Responses of ‘Rocha’ pear to delayed controlled atmosphere storage depend on oxygen partial pressure. Sci. Hortic. (Amsterdam). 222, 17–21. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2017.05.006
Torregrosa, L., 2020. Changes in quality parameters during growth, cold storage and shelf life of ‘Conference’ pears: from orchard to consumer. TDX (Tesis Dr. en Xarxa).
Yahia E., 1995. La tecnología de las atmósferas modificadas y controladas parte I. Hoticultura Int. 37–39.
Zanella, A., Cazzanelli, P., Panarese, A., Coser, M., Cecchinel, M., Rossi, O., 2005. Fruit fluorescence response to low oxygen stress: Modern storage technologies compared to 1-MCP treatment of apple. Acta Hortic. 682.
Zanella, A., Cazzanelli, P., Rossi, O., 2008. Dynamic controlled atmosphere (DCA) storage by the means of chlorophyll fluorescence response for firmness retention in apple. Acta Hortic. 796, 77–82. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2008.796.7
Zanella, A., Stürz, S., 2013. Replacing DPA postharvest treatment by strategical application of novel storage technologies controls scald in 1/10th of EU’s apples producing area. Acta Hortic. 1012, 419–426. https://doi.org/10.17660/ActaHortic.2013.1012.53
