Por: Laia Torregrosa Sauret (Resp. Dept. I+D)
1. La conservación de los alimentos: la refrigeración
La conservación de alimentos, consiste en la aplicación de tecnologías encargadas de prolongar la vida comercial de los productos y su disponibilidad para el consumo, protegiéndolos de microorganismos patógenos y otros agentes responsables de su deterioro (Aguilar-Morales, 2012). Des de hace siglos, incluso milenios, han existido diferentes métodos de conservación, que se han consolidado y se han perfeccionado; entre ellos se encuentra la refrigeración.
En la antigüedad se utilizaba frío natural como, por ejemplo, nieve y hielo y, se almacenaba en zonas frías subterráneas. En el 1755 se realizó el primer experimento para bajar artificialmente la temperatura de un producto. El profesor William Cullen, logró crear una pequeña cantidad de hielo usando éter dietílico como refrigerante. Tres años después, John Hadley y Benjamin Franklin realizaron las primeras pruebas documentadas para la teoría del aire acondicionado, consiguiendo bajar la temperatura de un termómetro de 64 grados Fahrenheit hasta los 7 grados. Pero no fue hasta mediados del siglo XIX que el frío se aplicó de forma industrial.
2. Sistemas de conservación de la fruta
Las frutas proporcionan muchos nutrientes esenciales, como las vitaminas y las fibras. Son un alimento altamente beneficioso para la salud y el mantenimiento de nuestro cuerpo, pero, a su vez, son un alimento perecedero. A lo largo de la historia se han depositado grandes esfuerzos a fin de crear nuevos sistemas para alargar su vida comercial de los productos frescos.
A finales del siglo XIX se descubrió que la fruta madura más lentamente cuando es almacenada en una atmósfera baja de oxígeno para coadyuvar la acción conservante del frío (Dalrymple, 1969). Con el objetivo de dar valor añadido a la fruta, en 1925 nació el concepto de atmósfera controlada (AC) (Yahia E., 1995). Kidd and West (1927) fueron los primeros en estudiar los efectos de la aplicación de la tecnología de AC para conservar fruta durante su maduración. Sin embargo, hasta la década de los 50, la AC no empezó a ser una tecnología emergente en todo el mundo (Prange, 2005). Desde entonces, la tecnología de AC ha experimentado un continuo desarrollo y refinamiento, dando lugar a diferentes métodos, pero siempre con un objetivo común: prolongar el almacenamiento de la fruta manteniendo su calidad des del campo hasta el tenedor.
En la década de los 70, las mejoras de la AC dieron lugar a dos técnicas diferentes: ILOS (Initial Low Oxygen Stress) y RLOS (Repeated Low Oxygen Stress).
La técnica de conservación ILOS consiste en producir un estrés bajando los niveles de oxígeno del interior de la cámara frigorífica al inicio de la conservación en frío durante dos semanas reduciendo el nivel de oxígeno de la fruta (≈0.5 kPa O2), seguido de un almacenamiento en condiciones de AC (Eaves et al., 1969). Calvo et al. (2015) conservaron peras ‘Beurré d’Anjou’ durante 9 meses bajo condiciones de ILOS (0.5 kPa O2 y 0.1 kPa CO2) seguidas de una conservación a niveles muy bajos de oxígeno ULO (Ultra Low Oxygen levels) (1.0 kPa O2 y 0.1 kPa CO2) y analizaron la calidad final. Observaron una reducción de los trastornos superficiales e internos en comparación con las peras tratadas con difenilamina (DPA, diphenylamine) y con peras almacenadas bajo atmósfera normal. Ramokonyane (2016) almacenó peras ‘Packham’s Triumph’ bajo condiciones de ILOS a 0.7 kPa O2 durante 10 días seguido de una AC, observando que bajo estas condiciones se podía controlar la aparición del escaldado superficial.
La técnica de conservación RLOS consiste en la aplicación de repetidos estreses bajando el contenido de oxígeno de la cámara frigorífica a lo largo de la conservación. Conservando a niveles bajos de oxígeno y, a fin de evitar la fermentación de la fruta, se debe controlar el contenido de etanol en la pulpa de la fruta durante el almacenamiento en AC (Prange et al., 2015). Fadanelli et al. (2015), aplicaron la tecnología RLOS para conservar manzanas, aplicando entre 2 y 3 estreses a lo largo del período de conservación, mientras que Kawhena et al. (2018) almacenaron peras ‘Packham’s Triumph’ bajando los niveles de oxígeno a 0.5 kPa durante 7 días una vez al mes durante los 10 meses de almacenamiento. Zanella and Stürz (2013) observaron que las manzanas ‘Red Delicious’ almacenadas durante 6 meses bajo condiciones RLOS retenían mejor la calidad inicial y reducían sustancialmente la severidad de la incidencia de escaldado superficial.
En 1996, Höhn et al. (1996) introdujeron el nuevo concepto de AC retardada, consiste en almacenar la fruta entre dos y ocho semanas bajo atmósfera normal a baja temperatura antes de reducir los niveles de oxígeno del interior de la cámara frigorífica con el objetivo de evitar fisiopatías como las cavidades internas y la descomposición de la pulpa. Se concluyó que una AC retardada de 21 días puede reducir entre un 50 y un 90% la formación de pardeamiento en peras ‘Conference’ (Img. 2). Otro estudio realizado por Saquet et al. (2001), mostró que una AC retardada reduce los trastornos de pardeamiento interno en peras ‘Conference’. Recientemente, Saquet et al. (2017) investigaron la aplicación de AC retardada para conservar peras ‘Rocha’ y observaron que los trastornos internos dependían de la presión parcial de oxígeno.
Imagen 2 Trastornos de pardeamiento interno en peras ‘Conference’ conservadas durante 4 meses bajo condiciones de almacenamiento que inducen al pardeamiento (sin período de enfriamiento, 1% de O2, 10% de CO2, −1 °C). Los síntomas se pueden dividir en cuatro categorías, que no necesariamente tienen el mismo origen. (A) Pardeamiento radial; (B) Pardeamiento asimétrico; (C) Manchas marrones y puntos secos entre la extensión de los cinco carpelos; (D) Cavidades aleatorias (Franck et al., 2007).
En 1982 se publicó la primera investigación acerca de la tecnología más reciente, la atmósfera controlada dinámica (DCA, de sus siglas en inglés), con el objetivo de almacenar fruta a largo plazo, manteniendo la calidad postcosecha y controlando los trastornos fisiológicos (Alique and de la Plaza, 1982).
2.1 Equipos necesarios para la aplicación de atmÓsfera controlada
La AC permite retrasar la maduración del fruto retrasando su ablandamiento y reduciendo la pérdida de sabor y aroma. Gracias a la hermeticidad de la cámara se reduce la deshidratación del producto. Además, permite reducir las alteraciones fisiológicas y fúngicas. Por otro lado, se precisan equipos y sensores de alta eficiencia lo que conlleva una inversión inicial elevada (Img. 3). A fin de optimizar toda la instalación, es importante proveerse de equipos de última generación.
Imagen 3 Esquema de los equipos necesarios para una instalación de atmósfera controlada.
– Analizador de gases: permite medir y controlar la evolución de los niveles de O2 y CO2 en el interior de la cámara. Trabajando a niveles tan bajos de oxígeno se requiere un analizador preciso y calibrado a fin de evitar que los productos hortofrutícolas almacenados se dañen.
– Absorbedor o depuradora de CO2: la composición de la mezcla de gases dentro de las cámaras sufre cambios continuos en función de la actividad metabólica del producto almacenado y los absorbedores son necesarios para eliminar el exceso de CO2. Los absorbedores se clasifican generalmente según el material absorbente: Ca(OH)2, NaOH, H2O, zeolitas, carbón activo, según el modo de absorción (es decir, químico o físico), o según el modo de paso del aire a través del agente absorbente. Los absorbedores más populares usan carbón activo, el cual adsorbe las moléculas de CO2.
– Generador de nitrógeno: la reducción más rápida del nivel de O2 en la atmósfera se obtiene mediante el uso de generadores de nitrógeno o mediante la alimentación con nitrógeno. Bajar el O2 a niveles de atmósfera controlada en estado estacionario mediante técnicas no biológicas es desventajoso desde un punto de vista financiero, debido al alto consumo de combustible o de nitrógeno. Los generadores de nitrógeno separan selectivamente el aire para producir un sistema de nitrógeno enriquecido mediante el uso de carbón activo. Actualmente los sistemas más utilizados son los generadores de nitrógeno con tecnología PSA (Pressure Swing Adsorption) (Img.4).
Imagen 4 Foto de un absorbedor de nitrógeno PSA para atmósfera controlada (Besseling).
– Válvula equilibradora de presión: las válvulas permiten compensar las diferencias de presión para prevenir daños en la cámara. Se trata de un dispositivo de seguridad y entra en funcionamiento cuando se producen depresiones o sobrepresiones en el interior de la cámara.
– Pulmones de compensación: los pulmones o bolsas de expansión, permiten compensar las variaciones de presión del interior de la cámara sin modificar el contenido de oxígeno de la cámara. Se instalan en el exterior de las cámaras y es muy importante realizar un buen diseño para asegurar una capacidad suficiente.
– Hermeticidad: La hermeticidad es un prerrequisito fundamental, las paredes de las cámaras deben tener una alta estanqueidad para garantizar el mantenimiento de las concentraciones de gases deseadas. En caso contrario, el oxígeno exterior entraría por difusión al interior de la cámara a través de los poros de las paredes.
ILERFRED ha sido la pionera en España, desde hace más de 25 años, en la introducción de las plantas generadoras de nitrógeno para la reducción del oxígeno en cámaras. Sustituyendo a los antiguos reductores catalíticos de oxígeno mediante la combustión con propano.
2.2 La atmósfera controlada dinámica
El almacenamiento bajo condiciones de DCA permite conservar el nivel de oxígeno más bajo tolerado por el fruto, también llamado nivel de oxígeno más bajo (LOL, de sus siglas en inglés), adaptando las concentraciones de gas dinámicamente en función de la respuesta fisiológica cambiante del producto. Manteniendo el nivel de oxígeno lo más cerca posible del punto de compensación anaeróbico (ACP). Si el sistema detecta un estrés fisiológico del producto, aumenta el nivel de oxígeno hasta que la respuesta del producto vuelva al umbral óptimo, siempre por encima del umbral de fermentación (Img.5). La maduración de los frutos mantenidos a estos niveles de oxígeno puede retrasarse de manera más efectiva que almacenándolos bajo una AC clásica. En tales condiciones, los procesos de oxidación y senescencia también se ralentizan (Saquet, 2019).
Imagen 5 Consumo de oxígeno y producción de dióxido de carbono (Prange et al., 2011).
La tecnología DCA requiere un control preciso de las concentraciones de gases y monitorizar la respuesta metabólica de la fruta, para asegurar que el proceso de fermentación de la fruta (respiración anaeróbica) no se inicie. La respuesta metabólica de la fruta es monitoreada por un sensor y las concentraciones de gas en DCA se regulan de acuerdo con la señal proporcionada por ese sensor. Actualmente, en el mercado hay tres tipos de sensores que se basan en mediciones de: fluorescencia de clorofila (DCA-CF) (Img.6), cociente respiratorio (DCA-RQ) y contenido de etanol en la pulpa de fruta (DCA-EtOH) o en la atmósfera de cámara (DCA-DCS).
Imagen 6 Foto del sensor FruitObserver (FO) fabricado por (Besseling, The Netherlands) y comercializado por ILERFRED.
2.1.1 Ventajas y limitaciones de la DCA
La tecnología DCA-CF ejerce efectos positivos en comparación con la AC clásica durante el almacenamiento de manzanas, controlando diferentes trastornos fisiológicos relacionados con la senescencia (Zanella et al., 2008, 2005). De acuerdo con Prange et al. (2011), DCA-CF previene el escaldado superficial en la pera. Sin embargo, el número de sensores necesarios en una cámara debe elegirse de acuerdo con la heterogeneidad del producto almacenado, hecho que puede ser muy costoso. Además, la cantidad de fruta analizada por el sensor para determinar la fermentación de toda la cámara es pequeña.
La tecnología DCA-RQ ha demostrado resultados satisfactorios en manzanas (Bessemans et al., 2016). Las cámaras deben ser completamente herméticas. La principal ventaja es que el sensor considera la totalidad del producto almacenado dentro de la cámara. Pero en caso de no homogeneidad del producto conservado puede producir resultados muy dispares en una misma cámara.
El DCA-EtOH es una técnica manual y muy costosa de tiempo, y no es representativa de toda la cámara. No es una tecnología autónoma y es necesario coger fruta dentro de la cámara una vez que se controla la atmósfera.
El DCA-DCS analiza una muestra pequeña, por lo que los valores medidos pueden no ser representativos de toda la cámara. Los umbrales de etanol tolerados por la fruta aún no están bien definidos, ya que parte de la cantidad del etanol acumulado puede ser metabolizada por la fruta. Debido a la alta solubilidad en agua del etanol, la mayor parte del etanol producido a través de la fermentación permanece en las células (Gupta et al., 2000), lo que hace que la concentración de etanol medida en la atmósfera sea menor, subestimando el estrés de oxígeno experimentado por la fruta (Pesis, 2005).
Es evidente que el dilema de elegir las condiciones óptimas de la atmósfera se puede superar controlando continuamente la composición de la atmósfera de almacenamiento en función de la respuesta del producto, aunque para desarrollar el sensor o sistema ideal todavía quedan muchas preguntas por responder (Torregrosa, 2020).
3. Referencias
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.
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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.
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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.
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