Tecnologías de envasado para frutas y hortalizas frescas

1.7. TECNOLOGÍAS DE ENVASADO PARA FRUTAS Y VERDURAS FRESCAS Rafael Gavara, Pilar Hernández-Muñoz rgavara@iata.csic.es Packaging Group, Instituto de Agroquímica y Tecnología de los Alimentos, IATA-CSIC

Índice 1.

2.

3.

3.1.

3.2.

Introducción Envasado en atmosfera modificada (MAP) Sistemas de envasado activo Envases activos para controlar la composición atmosférica del espacio de cabeza Envasado activo antimicrobiano

1 4 7 9 14

Resumen El envasado es una de las principales tecnologías para reducir o retrasar los cambios físicos, químicos y microbiológicos que tienen lugar en las frutas y hortalizas después de la cosecha, lo que reduce la pérdida de calidad y aceptabilidad durante la distribución y comercialización.

Entre las alternativas de envasado, el envasado en atmósfera modificada (MAP) es la tecnología de conservación más común para productos frescos, ya que puede ayudar a disminuir la tasa de respiración, retardar o prevenir el crecimiento microbiano y reducir la actividad metabólica y la pérdida de humedad en frutas y verduras. Si bien esta tecnología de envasado en combinación con la refrigeración puede retrasar el deterioro del producto fresco, no siempre es suficiente para mantener la calidad del producto durante el período de comercialización deseado. Como alternativa, el envasado activo abre una forma efectiva y económica de aumentar la vida útil del producto fresco durante el transporte y la comercialización.

1. Introducción Las frutas y hortalizas son alimentos altamente perecederos por lo que un sistema de envasado apropiado es esencial para mantener la seguridad y la calidad del producto desde el campo hasta la mesa. Las etapas sucesivas del manejo, transporte y comercialización de frutas y hortalizas frescas conllevan diferentes necesidades y, por lo tanto, imponen diferentes demandas en el sistema de envase y embalaje (Figura 1).

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1. Bases de la tecnología poscosecha

Figura 1. Efectos de los envases en la conservación de frutas y verduras frescas

Tanto los fabricantes de envases como los envasadores desarrollan continuamente nuevos envase y tecnologías de envasado para frutas y hortalizas frescas respondiendo a la demanda de productos frescos o mínimamente procesados con las máximas garantías de calidad y seguridad.

En un primer paso para mejorar la estabilidad del producto se emplean sistemas que reducen el daño por golpes y colisiones en envases de producto a granel que se incorporan a las cajas de madera, cartón o plástico. La Figura 2 muestra algunos de estos sistemas.

Figura 2. Sistemas de protección contra daños físicos causados por colisión

En las últimas décadas, uno de los métodos más utilizados para mejorar la conservación de los alimentos frescos es el empleo y control de mezclas gaseosas en el espacio de cabeza. Una composición adecuada de los gases en la atmósfera interior del envase puede reducir el crecimiento microbiano, la velocidad de las reacciones químicas internas o las interacciones con el entorno. La tecnología de envasado en atmósfera modificada (MAP, por sus siglas en inglés) consiste en reemplazar el aire ambiente con una mezcla de gases, normalmente N2, O2 y CO2, en ciertas proporciones iniciales que evolucionan con el tiempo en función de la naturaleza del producto, las características del envase y las condiciones de almacenamiento (Catalá y Gavara, 2000). En frutas y hortalizas frescas, el envasado en atmósfera modificada ayuda a reducir la tasa de respiración, la actividad metabólica y la pérdida de humedad del producto y a reducir o prevenir el crecimiento microbiano, además de proteger contra daños mecánicos durante la manipulación comercial (Kader y Watkins, 2000). La tecnología de envasado en atmósfera

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1.7. Tecnologías de envasado para frutas y verduras frescas

modificada proporciona una manera efectiva y de costo relativamente bajo para prolongar la vida útil de las frutas y verduras frescas y garantizar su calidad y seguridad alimentaria.

En la práctica, MAP debe adaptarse a las demandas específicas para cada producto y condiciones de distribución y comercialización, ya que los efectos de la composición atmosférica particulares no son los mismos. La elección adecuada del envase debe tener en cuenta las propiedades de barrera contra diferentes gases y vapores, ya que la atmósfera que se genera naturalmente después del sellado del envase es el resultado del equilibrio entre la captación y emisión de gases por parte del producto y la difusión de gases a través de las paredes del envase. Cuando se envasan frutas o verduras de alta velocidad de respiración, es conveniente utilizar el aire como la atmósfera inicial, ya que su composición cambiará rápidamente hasta que se alcance un estado estacionario o una atmósfera modificada en equilibrio, que debe estar tan cerca como sea posible de las condiciones de conservación óptima del producto.

Aunque el envasado y el enfriamiento en atmósfera modificada retrasan el deterioro de las frutas y hortalizas frescas, no siempre son suficientes para mantener la calidad del producto durante todo el período de comercialización deseado. Una alternativa emergente que se está promoviendo es el uso de sistemas de envasado activo, que está demostrando un éxito creciente para ciertos productos. Esta técnica de conservación de alimentos se basa en hacer uso de las posibles interacciones entre el envase y el producto y/o el medio ambiente. Cuando las frutas y verduras se almacenan en una atmósfera modificada, generan y consumen gases como el oxígeno y el dióxido de carbono. Ciertas sustancias que generan o eliminan estos gases pueden incluirse en el envase y ayudan a mantener una atmósfera más adecuada para la conservación del alimento.

Se denomina sistema de envasado activo al sistema alimento/envase/ambiente que funciona de manera coordinada para mejorar la calidad y seguridad de los alimentos envasados y aumentar su vida útil (Catalá y Gavara, 2001). Esta definición amplía el concepto de envase: en lugar de un simple contenedor o "envase pasivo", se convierte en un "envase activo" que desempeña un papel activo en el mantenimiento o incluso la mejora de la calidad de los alimentos envasados.

El sistema de envasado corrige las deficiencias del sistema de conservación de varias formas: a) puede actuar sobre la composición de la atmósfera interna mediante el uso de materiales o sustancias permelectivas que emiten o retienen gases y vapores, b) sobre la composición o características del alimento mediante la liberación de sustancias que tienen un efecto beneficioso sobre el mismo, o c) absorbiendo o reteniendo componentes indeseables.

Se han propuesto muchos tipos diferentes de envases activos para controlar diferentes problemas de pérdida o deterioro de la calidad de los alimentos que incluyen: a) el control de gases (oxígeno, dióxido de carbono, etileno, etc.) y la humedad dentro del envase, b) la liberación de conservantes químicos o aromas, c) la retención de sabores desagradables y sustancias indeseables, y d) el control de la contaminación microbiana. Muchos de estos tienen aplicaciones en envases de frutas y verduras.

Este capítulo analiza ambas tecnologías, MAP y envasado activo para la comercialización de frutas y verduras frescas.

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1. Bases de la tecnología poscosecha

2. Envasado en atmosfera modificada (MAP) El objetivo básico de la tecnología de envasado en atmósfera modificada (MAP) es reducir la tasa de respiración, la emisión de etileno y el crecimiento microbiano, y retardar el deterioro enzimático mediante cambios en el medio gaseoso que rodea al producto. La modificación de la atmósfera generalmente implica reducir la concentración de O2 y aumentar la de CO2 porque esto disminuye la tasa de respiración de frutas o vegetales frescos, así como toda la actividad aeróbica. El CO2 actúa como un agente bacteriostático y fungistático, retrasando y reduciendo la multiplicación de microorganismos aeróbicos y posponiendo la senescencia del producto. Por lo tanto, la atmósfera adecuada debe seleccionarse cuidadosamente para limitar todas las actividades indeseables y para extender la vida útil del producto. Es obvio que la mejor composición del gas dependerá de las características del producto y de las condiciones de producción y almacenamiento.

En frutas y hortalizas frescas, se puede crear una atmósfera modificada de equilibrio (envasado de atmósfera modificada de equilibrio, EMAP) mediante un equilibrio de los gases involucrados en los procesos metabólicos entre los procesos de respiración del producto y la permeación a través del material de envasado (Eskin y Robinson, 2001), es decir, cuando las tasas de generación de CO2 y consumo de O2 son iguales a las tasas de transferencia a través del envase a la temperatura de almacenamiento (ver Figura 3). La efectividad del sistema se logra controlando los factores que afectan la respiración del producto (temperatura, concentración de etileno, luz, etc.) o las tasas de transmisión de gas (permeabilidad del polímero, espesor y área de la película, temperatura, humedad relativa, etc.).

Figura 3. Evolución de la atmósfera del envase de una bolsa con 200 g de lechuga Iceberg

Los EMAP inadecuados hacen que el producto se exponga a presiones parciales de O2 y CO2 más allá de los límites de tolerancia del producto. Por ejemplo, el uso de envases de baja permeabilidad da como resultado concentraciones bajas de O2 y elevadas de CO2, lo que lleva al desarrollo de sabores desagradables (acumulación de etanol, acetaldehído y otros compuestos volátiles), ablandamiento de los tejidos vegetales, desarrollo de reacciones de deterioro fisiológico, mayor susceptibilidad al ataque de patógenos y al crecimiento de microorganismos anaeróbicos debido a la reducción o eliminación de O2 en el espacio de cabeza (Eskin y Robinson, 2001). Por otro lado, el uso de envases excesivamente permeables, conduce a altas concentraciones de oxígeno y bajas concentraciones de dióxido de carbono que no producirán el efecto deseado y el producto mostrará un envejecimiento rápido.

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1.7. Tecnologías de envasado para frutas y verduras frescas

Las composiciones de atmósfera modificada de equilibrio óptimo para productos frescos varían según la especie, el estado de maduración, la temperatura y la duración del almacenamiento (Kader, 1996). En general, la cantidad de O2 requerida para prolongar la vida útil de los productos frescos es inferior a la de la composición del aire, siempre dependiendo del producto que se envasa, pero nunca por debajo del 1%, evitando así la respiración anaeróbica y el desarrollo de microorganismos anaerobios. La presión parcial de CO2 a menudo es alta, para suprimir la síntesis de etileno y el crecimiento microbiano. Estos dos objetivos se logran seleccionando un material polimérico con permeabilidad adecuada para estos gases (Hurme et al., 2002) (Figura 4).

Figura 4. Factores a considerar en el envasado en atmosfera modificada de productos frescos

La industria de envases flexibles ha respondido a los requisitos específicos de permeabilidad a gas de los productos frescos gracias a la variedad de materiales plásticos con una amplia gama de permeabilidades que permite lograr atmósferas modificadas en equilibrio adecuadas. Los más utilizados son el polietileno de baja densidad (LDPE), el polipropileno (PP) y el cloruro de polivinilo (PVC) plastificado o flexible (Catalá y Gavara, 2000). Se están desarrollando materiales con permeabilidades selectivas, es decir, con relaciones variables de permeabilidad a los gases de respiración que permiten alcanzar la composición de equilibrio final adecuada para el producto envasado. La Tabla 1 presenta los valores de permeabilidad al oxígeno, dióxido de carbono y vapor de agua de varios materiales básicos, así como películas de biopolímero. Como puede verse, en la mayoría de los materiales, la permeabilidad al CO2 es cuatro veces mayor que la del O2, aunque varios materiales han ampliado las opciones para lograr las condiciones óptimas de MAP.

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1. Bases de la tecnologĂ­a poscosecha

Tabla 1. Permeabilidad al oxĂ­geno, diĂłxido de carbono (a 23 ℃) y tasa de transmisiĂłn de vapor de agua (a 38 ℃ y 90% HR) de diversos materiales para MAP

PolĂ­mero LDPE MDPE HDPE EVA PP ABS PS PVC rĂ­gido PVC flexible PET Ă cido polilĂĄctico AlmidĂłn/pululano Quitosano 90% HR Gluten 40%RH Gluten 90%RH

PO2 đ?’„đ?’Žđ?&#x;‘ ∙ đ?’Žđ?’Ž đ?’Žđ?&#x;? ∙ đ?’…Ă­đ?’‚ ∙ đ?’‚đ?’•đ?’Ž 196 100 73 180 59 80 100 1,9 93 1,8 148,5 3,59 10,4 0,25 14,3

PCO2 đ?’„đ?’Žđ?&#x;‘ ∙ đ?’Žđ?’Ž đ?’Žđ?&#x;? ∙ đ?’…Ă­đ?’‚ ∙ đ?’‚đ?’•đ?’Ž 984 400 228 1100 216 350 300 7,9 300 9,44 481 7,7 175 1,1 97

WVTR đ?’ˆ ∙ đ?’Žđ?’Ž đ?’Žđ?&#x;? ∙ đ?’…Ă­đ?’‚ 0,4 0,28 0,17 4,5 0,1 6 4 1,2 10 0,5

PCO2/ PO2 5 4 3,1 6,1 3,7 4,4 3 4,2 3,2 5,2 3,2 2,1 17 6 25

Los productos frescos con tasas de respiraciĂłn muy altas, como fresas, brĂłcoli, espĂĄrragos o champiĂąones, requieren pelĂ­culas con una permeabilidad muy alta a los gases. Las pelĂ­culas producidas a partir de polietileno metalocĂŠnico presentan permeabilidades en el rango de 500 a 1000 cm3.mm/m2.dĂ­a.atm, asĂ­ como una mayor claridad y el inicio de termosellado a baja temperatura. Aditivos especiales, incluidas microcargas inorgĂĄnicas, se incorporan a los polĂ­meros para generar discontinuidades alcanzĂĄndose permeabilidades superiores a 10.000 cm3.mm/m2.dĂ­a.atm (LeMaire, 2004; Rooney, 1995). Alternativamente, se puede conseguir elevados intercambios de gases con materiales porosos o microperforados obtenidos por perforaciĂłn mecĂĄnica o por radiaciĂłn lĂĄser. Al seleccionar la cantidad y el diĂĄmetro de los poros, se pueden controlar las concentraciones de O2, CO2 y etileno dentro del envase, evitando la acumulaciĂłn de gas en el espacio de cabeza (Lee et al., 1992).

TambiĂŠn se estĂĄ haciendo uso de pelĂ­culas y recubrimientos a base de proteĂ­nas y polisacĂĄridos, que pueden proporcionar permeabilidades selectivas para el CO2 y el O2 diferentes, extendiendo asĂ­ la vida Ăştil de algunas frutas y verduras (Guilbert, 1997). Como se puede ver en la Tabla 1, estas pelĂ­culas proporcionan relaciones de permeabilidad de CO2/O2 altas y, por lo tanto, permiten mantener una concentraciĂłn baja de O2 mientras se evita el daĂąo por exceso de CO2.

Se espera que la prĂłxima generaciĂłn de pelĂ­culas que se estĂĄn desarrollando ahora pueda ajustar su permeabilidad al gas a las necesidades particulares del producto envasado. AsĂ­ se utilizan materiales polĂ­meros que pueden variar su permeabilidad en relaciĂłn con los cambios de temperatura, produciendo una transformaciĂłn reversible en su matriz polimĂŠrica de un estado cristalino a un estado amorfo una vez que se alcanza una temperatura determinada (Hurme et al., 2002). Aunque en general se aconsejan bajas temperaturas para productos frescos porque se ralentiza su metabolismo, es frecuente la exposiciĂłn a temperaturas fluctuantes durante el transporte, almacenamiento y comercializaciĂłn. Estos cambios son un

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1.7. Tecnologías de envasado para frutas y verduras frescas

problema en el diseño de EMAP porque la dependencia con la temperatura de la respiración es diferente a la de la permeabilidad (Cameron et al., 1995). Por lo tanto, cuando la temperatura aumenta, la respiración tiende a aumentar más que la permeación, pudiéndose alcanzar condiciones fermentativas. Este efecto adverso podría contrarrestarse con un dispositivo de seguridad como una válvula o película sensible a la temperatura que permita que ingrese más O2 al subir la temperatura por encima de un valor umbral (Exama et al., 1993) Una de las claves del éxito en la aplicación industrial del envasado en atmósfera modificada para frutas y verduras frescas es una elección adecuada de los materiales de envasado y las condiciones de trabajo. En la práctica industrial, los sistemas de envasado generalmente se optimizan a través de sucesivas experiencias de "prueba y error". En otras palabras, se prueban diferentes materiales y condiciones de trabajo y la evolución de la atmósfera dentro del envase y de las características clave de calidad y frescura del producto envasado se monitorea durante el período de almacenamiento. Debido a que estas pruebas requieren mucho tiempo y no siempre proporcionan resultados definitivos, se está prestando mucha atención y esfuerzo a los estudios de modelización de procesos para predecir y optimizar los procesos de envasado.

El primer paso hacia el modelado MAP para un producto en particular debe ser estudiar el efecto de los diversos gases en el producto y determinar el rango de composición de la atmósfera más adecuado para mantener la calidad del producto. Esto normalmente se realiza analizando la evolución del producto durante un período de almacenamiento en atmósfera controlada con el producto expuesto a una mezcla constante de gas (Almenar et al., 2006). Un ejemplo de este tipo de estudios puede encontrarse en los artículos de Castellanos et al., 2016 y 2017.

3. Sistemas de envasado activo Durante las últimas décadas, se han desarrollado las tecnologías de envasado activo, nuevas tecnologías de conservación de alimentos basadas en el uso o la mejora de los mecanismos de interacción del sistema alimento/envase/entorno para mejorar la calidad y seguridad de los alimentos envasados y aumentar su vida útil. Esto da lugar al concepto de envasado activo como un sistema de envasado que tiene un efecto deseable en los alimentos envasados, además de servir como recipiente y como barrera pasiva frente al entorno externo.

Las regulaciones europeas de 2004 sobre materiales y objetos destinados a entrar en contacto con alimentos definen a los materiales y artículos activos como materiales y artículos destinados a prolongar la vida útil o para mantener o mejorar el estado de los alimentos envasados y están diseñados para incorporarlos deliberadamente. componentes que liberarían o absorberían sustancias en o desde el alimento envasado o del entorno que rodea al alimento (Reglamento (CE), 2004).

El concepto de envase activo tiene su base en las hojas que se usan tradicionalmente en numerosos países para cubrir ciertos productos y que dan al producto compuestos aromáticos o enzimas responsables de algunas de las características sensoriales por las cuales estos alimentos son apreciados, así como agentes antimicrobianos que ayudan a conservarlos. Los envases activos han tenido un gran éxito comercial y ya se han utilizado para muchos usos muy diversos.

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1. Bases de la tecnología poscosecha

Hay muchas formas de desarrollar envases activos, pero, básicamente, solo hay dos mecanismos: colocar el elemento activo en un dispositivo independiente dentro del envase junto con el producto, o hacer que el elemento activo sea parte de los materiales que forman las paredes o los cierres de los envases. Desde que estas tecnologías comenzaron a desarrollarse, la forma habitual de introducir un elemento activo ha sido utilizar una pequeña bolsa, paquete o etiqueta con la sustancia. La mayor parte de la primera generación de sistemas de envasado activo funciona de esta manera y sigue siendo un método ampliamente utilizado.

La alternativa, que ya se está utilizando para algunos productos, es hacer que el principio activo sea parte del material de envase (ver Figura 5). De esta manera, no hay nada extraño en el interior del paquete que llame la atención de los consumidores y plantee dudas sobre la seguridad de los alimentos que van a consumir. También simplifica la tecnología de envasado eliminando el paso de colocar el sistema activo dentro del envase.

Figura 5. Incorporación de agentes activos en las estructuras del envase

Se han desarrollado envases activos para controlar diferentes problemas de deterioro de alimentos o pérdida de calidad. Los sistemas activos para controlar las atmósferas de los envases o la contaminación microbiana están encontrando aplicaciones en el envasado de frutas y vegetales frescos. La Figura 6 muestra un diagrama de las tecnologías de envasado activo más comunes para productos frescos.

Figura 6. Esquema de los mecanismos de actividad de las principales tecnologías de envasado activo utilizadas en la comercialización de productos vegetales frescos.

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3.1. Envases activos para controlar la composición atmosférica del espacio de cabeza Uno de los principales focos de atención en el desarrollo de envases para productos frescos es el control y la modificación de la composición del espacio de cabeza. En consecuencia, se han diseñado varias tecnologías de envasado activo para obtener una composición de gas adecuada (oxígeno, dióxido de carbono, humedad y etileno) para la conservación de un alimento específico.

Secuestradores de oxígeno El oxígeno es un reactivo necesario para la mayoría de los procesos metabólicos y bioquímicos que tienen lugar durante la maduración de los productos de frutas y verduras, por lo que reduciendo su concentración se pueden ralentizar estos procesos (Jayas y Jeyamkondan, 2002).

Altos niveles de O2 conducen al crecimiento de microorganismos, al desarrollo de sabores desagradables, a cambios de color y pérdidas nutricionales, lo que provoca una reducción general de la vida útil del producto envasado (Ozdemir y Floros, 2004). La reducción del oxígeno a los niveles más bajos posibles, sin dar lugar a la glucólisis anaeróbica o la producción de metabolitos fermentativos que causan sabores desagradables, produce una reducción en la tasa de respiración del producto, una disminución o supresión de la síntesis de etileno, una desaceleración del catabolismo y del ablandamiento de sustancias peptídicas por solubilización y reducción de sustancias de reserva.

El uso de sistemas de captación de oxígeno es una de las mejores formas de controlar el oxígeno presente en el espacio de cabeza del envase, ya que puede reducir la concentración de oxígeno a niveles muy bajos (incluso menos de 0.01%) que son imposibles de lograr por barrido de gases o vacío (Smith et al., 1990). Las tecnologías de absorción de oxígeno se basan en la oxidación de compuestos tales como polvo de hierro, ácido ascórbico, dienos fotosensibles, glucosa (reacción enzimática catalizada por la glucosa oxidasa y alcohol oxidasa), ácidos grasos insaturados (ácidos oleico, linoleico y linolénico), glucosa alcalina, etc. (Eskin y Robinson, 2001; Suppakul et al., 2003), que normalmente se combinan y se colocan en sobres hechos de un material permeable al oxígeno. Los sistemas más utilizados son los que se basan en polvo de hierro (1 g de hierro reacciona con 300 ml de O2) junto con derivados de ácido ascórbico o enzimas. Los sobres comerciales que contienen polvo de hierro absorben entre 5 y 2,000 ml de O2, dependiendo de la cantidad de activo contenido, y son más efectivos en combinación con materiales de envase con barrera contra el oxígeno, que evitan su saturación y pérdida de eficacia (Ahvenainen y Hurme, 1997). Algunos secuestradores de oxígeno se incorporan en las paredes del envase como se recoge en la Tabla 2.

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1. Bases de la tecnología poscosecha

Tabla 2. Secuestradores de oxígeno comerciales para el envasado de alimentos Actividad Film secuestrador O2 Film secuestrador O2 Film secuestrador O2 Etiqueta secuestradora O2 Etiqueta secuestradora O2 Recubrimiento secuestrador O2 Sachet secuestrador O2, generador CO2 Sachet secuestrador O2, generador CO2

Nombre Comercial Darfresh FlavalocTM Fresh Activ-pak FreshMax Freshilizer

Empresa Cryovac, Sealed Air Corporation, Duncan, SC, USA, www.sealedair.com/products/food/ Garwood Packaging Inc., Indianapolis, USA, freepatentsonline.com/6866832.html CSP Technologies, USA, www.csptechnologies.com/ Multisorb Technologies, US, www.multisorb.com/products/ Toppan Printing, Japan, www.toppan.co.jp/english/ International Paper (USA) www.yet2.com/app/insight/tmrdetails/1030?sid=200

Ageless

Mitsubishi Gas Chemical, Japan, www.keepsafe.ca/scavengers.shtml

Freshmax

Multisorb Technologies, USA, www.multisorb.com/products/oxygen/

Para un rendimiento adecuado, estos absorbentes suelen ir acompañados de materiales de envase con baja permeabilidad al O2, como láminas de aluminio, EVOH, PVdC, etc. (Catalá y Gavara, 1997). Sin embargo, como los productos frescos no pueden envasarse en condiciones anaeróbicas, los secuetradores de oxígeno no deben utilizarse para eliminar el oxígeno, sino para reducir la concentración de este gas a niveles adecuados.

Emisores/adsorbedores de CO2 El aumento de la cantidad de dióxido de carbono dentro del envase es muy beneficioso para prolongar la vida útil de ciertas frutas y verduras porque retrasa su respiración, reduce los cambios de color, mejora la textura y retrasa el desarrollo de bacterias, mohos y levaduras. La emisión de dióxido de carbono para mantener concentraciones del 20% o más, puede usarse para suprimir el crecimiento microbiano (Ozdemir y Floros, 2004) y también para prevenir el colapso del paquete o el vacío parcial causado por el consumo de O2 por productos de frutas y verduras de alta respiración o si se usa un absorbente de O2 (Vermeiren et al., 1999; López-Rubio et al., 2004). Los emisores de CO2 también ayudan a neutralizar las altas tasas de transmisión de CO2 de la mayoría de los materiales poliméricos (P (CO2) / P (O2) ~ 3-4). Sobres que contienen bicarbonato de sodio (Rooney, 1997) pueden generar el dióxido de carbono requerido para controlar la respiración del producto. Estos sobres se presentan principalmente en forma de función dual, es decir, la emisión de dióxido de carbono se acompaña de la absorción de oxígeno por el carbonato ferroso o una mezcla de ácido ascórbico y bicarbonato de sodio (Rooney, 1995), como en Ageless® y Freshmax® (Tabla 2). Estos sobres generalmente se colocan en envases hechos de materiales sintéticos que son poco permeables al CO2 (Catalá y Gavara, 1997).

Para algunas frutas y verduras con altas tasas de respiración, el uso de materiales permeables es insuficiente para liberar el gas generado, lo que resulta en concentraciones excesivas de CO2

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1.7. Tecnologías de envasado para frutas y verduras frescas

dentro del envase y la consecuente aparición de malos olores o cambios de color rotura de tejidos, etc. Para estos productos, se emplean absorbentes de CO2 que utilizan hidróxido de calcio o carbón activado como agente activo (Català y Gavara, 2001).

Secuestradores de etileno El etileno, una hormona vegetal producida durante la maduración de frutas y verduras, es responsable de modificar su calidad y longevidad al aumentar las tasas de respiración, suavizar los tejidos y acelerar el envejecimiento (Zagory, 1995). También promueve la degradación de la clorofila, dando lugar a una serie de trastornos fisiológicos como las manchas de color marrón en la lechuga, el amarilleo de los guisantes, el sabor amargo de las zanahorias, el brote en patatas, el endurecimiento de los espárragos, etc. (Tregunno y Tewari, 2000).

La adición de absorbentes de etileno a los envases para productos de frutas y vegetales está dando buenos resultados en la prolongación de la vida útil del producto, facilitando así la comercialización y la exportación. Estos absorbentes se colocan actualmente dentro de un sobre, aunque la tendencia actual es integrarlos en el material que constituye la pared del envase.

De todas las sustancias absorbentes de etileno (Tabla 3), la sustancia básica utilizada es el permanganato de potasio (4-6%) integrado en un sustrato inerte como gel de sílice, alúmina, perlita, vermiculita, etc. (Abeles et al., 1992; Piergiovanni, 1998). Este compuesto se comercializa en sobres que lo mantienen separado del producto envasado porque es potencialmente peligroso. Comercialmente, la actividad de los absorbentes de etileno y la capacidad de absorción de etileno se rigen por el área de superficie de la bolsita y la cantidad de la sustancia activa. El permanganato oxida el etileno a acetato y etanol, cambiando de color púrpura a marrón como consecuencia de su reducción. El carbón activado es otro absorbente de etileno basado en su sorción y posterior eliminación, aunque requiere la presencia de un catalizador.

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1. Bases de la tecnología poscosecha

Tabla 3. Secuestradores de etileno comerciales Actividad Sachets secuestradores

Nombre Comercial Peakfresh

Sachets secuestradores

Ethylene Control

Sachets secuestradores

Green Keeper

Sachets secuestradores

Retarder

Sachets secuestradores

Neupalon, Neopak

Sachets secuestradores

Hatofresh

Bolsa secuestradora

Orega

Bolsa secuestradora

BO

Bolsa secuestradora

Profresh

Bolsa secuestradora Bolsa secuestradora Cartón secuestrador Cartón secuestrador

Primavera Glad Keep Fresh Fresh Case FrissPack

Compañia Multiflex Packaging Pty Ltd, Victoria, Australia, www.peakfresh.com/index1.htm Ethylene Control Inc., USA, www.ethylenecontrol.com / Disgarmat, Spain, http://greenkeeperiberia.es/sachets-de-etileno/ Bioconservacion, Spain, www.bioconservacion.com Sekisui Jushi, Japan, www.sekisuijushi.cn/en/index.htm Honshu Paper, Japan, www.kamipa.co.jp/eng/index.htm l Cho Chang Heung San Co. Ltd., Korea, trade.coa.gov.tw:8080/Chinese/TOD/Korea.jsp Odja Shoji Co. Ltd., Japan, www.envaseyembalaje.com.mx/revista2005 Kemia-Handels, Austria, www.kemia.at Inpack Co., Italy Borden Filmpac Ltd, Auckland, New Zealand, Tohoku Industry Co., USA Dunapack Ltd, Hungary www.dunapack.hu/dp012012.html

Sin embargo, como la aceptación por parte del consumidor del uso de bolsitas absorbentes de etileno es limitada, la incorporación de los absorbentes en la matriz polimérica se está convirtiendo en una práctica cada vez más extendida. Se han desarrollado films con arcillas y zeolitas (Matsui, 1989; Sacharow, 2002) de plásticos como el polietileno. Existe cierta controversia acerca de por qué estas películas tienen éxito. En lugar de la eliminación de etileno por el polímero activo, la razón real podría ser la liberación rápida del envase a través de los poros o discontinuidades generadas en la película. El etileno se difunde más rápidamente a través de los poros generados que a través de la permeabilidad del propio material y los poros causan una rápida disminución en el CO2 y un aumento en el oxígeno, lo que favorece una disminución en el etileno, y los tres ejercen conjuntamente un efecto sobre la vida útil del producto envasado (Zagory, 1995). Estas propiedades de transporte de masa en el polímero dependen de la cantidad de material inorgánico incorporado. El uso de films de poliolefinas microperforados por estiramiento biaxial también proporciona control de la permeación de etileno, así como otros gases, lo que permite su aplicación a la conservación de productos de frutas y verduras (López-Rubio et al., 2004). También se conoce cómo la actividad y la reactividad del etileno se ven afectadas por otros gases como el oxígeno o el dióxido de carbono. En general, altas cantidades de CO2 y bajas cantidades de O2 evitan el uso de absorbentes de etileno.

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Controlador de humedad Como resultado de la transpiración del producto, el vapor de agua se acumula dentro del envase y se elimina parcialmente en el ambiente a través de las paredes del envase. Dependiendo del producto, esto puede provocar cambios no deseados, como el endurecimiento como resultado de la desecación, la absorción de la humedad de la superficie, la generación y acumulación de agua líquida y la condensación en el material de envase. El efecto resultante en la apariencia del producto puede llevar al rechazo del consumidor (Hurme et al., 2002). La cantidad de humedad que se acumula dentro del envase es el resultado de la humedad generada por el producto y el agua transferida a través de la pared del envase, factores que dependen de la tasa de respiración del producto y de las fluctuaciones de temperatura (Suppakul et al., 2003) y, en menor medida, en las propiedades de sorción del producto (Mazza y Jayas, 2001).

Actualmente existen varios sistemas para evitar los inconvenientes asociados con la transpiración de frutas y verduras que incluyen sistemas de control de humedad o sistemas de amortiguamiento que pueden alcanzar los valores de humedad relativa deseados en el espacio de cabeza (Ozdemir y Floros, 2004); otros, como los sistemas de absorción de humedad, simplemente absorben el agua emitida por el producto (Opperman et al., 1999); finalmente, los sistemas antivaho evitan la condensación en gotas de agua en la pared interna del envase (Rooney, 1995; Suppakul et al., 2003; Vermeiren et al., 1999).

Materiales desecantes en sobres, almohadillas y etiquetas que absorben la humedad, se están utilizando con éxito en el envasado de frutas y verduras. Logran una reducción del contenido de agua en la superficie del producto al reducir la fase de vapor en el espacio de cabeza del paquete, controlando así el crecimiento de mohos, levaduras y bacterias (Vermeiren et al., 1999). Son una solución para envasar productos tales como tomates y aguacates que no pueden conservarse a bajas temperaturas, ya que esto podría provocar pérdidas de color y sabor, mientras que mantenerlos a temperatura ambiente genera una gran acumulación de humedad en la atmósfera que los rodea. Los materiales utilizados como desecantes incluyen gel de sílice, óxido de calcio, cloruro de calcio, arcillas naturales y almidón modificado, que se pueden usar solos o en combinación (Ozdemir y Floros, 2004). Las aplicaciones que han aparecido en el mercado incluyen se incluyen en la Tabla 4.

Tabla 4. Sistemas comerciales de control de humedad Actividad Sachets control H2O bolsas, etiquetas, papel

Nombre Comercial Desipak, Sorb-it, 2-in-1, Natrasorb, Trisorb, Minipax, Strippax, DesiMax Drikette

Film control H2O

Pichit

Film control H2O

Thermarite

Film control H2O

Peaksorb

Film control H2O

Toppan

Compañía Multisorb Technologies Inc., USA, www.multisorb.com Showa Denko Co., Japan, www.sdk.co.jp/html/english Thermarite, Malaysia , www.thermarite.com.my Peakfresh Products, Australia, www.peakfresh.com/index1.htm TM Toppan Printing Co., Japan

Otra forma de reducir la presencia de agua líquida es mediante el uso de películas humectantes,

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1. Bases de la tecnología poscosecha

que consiste en un material humectante colocado entre dos capas de una película delgada de polímero que es altamente permeable al vapor de agua. La aplicación de recubrimientos comestibles sobre frutas (Guilbert et al., 1997; Cuq et al., 1995) también se puede utilizar para controlar la transpiración del producto. Aunque la cera se ha utilizado tradicionalmente para evitar la deshidratación de estos productos, actualmente hay una gran variedad de formulaciones, incluidas proteínas, polisacáridos y mezclas, disponibles actualmente y que se utilizan con éxito (Fernández, 2000).

Para controlar la cantidad de agua líquida generada por algunas frutas y verduras dentro del envase, varias compañías han desarrollado láminas absorbentes que consisten básicamente en un polímero superabsorbente como sales de poliacrilato y copolímeros de almidón intercalado entre dos capas de polímero microporoso (Matsui, 1989; Rooney, 1995). Estos dispositivos generalmente se colocan en las bandejas en las que se comercializa el producto fresco.

Para evitar la formación de gotitas en el material de empaque que pueda impedir la inspección visual de los contenidos, se incorporan aditivos antivaho como etoxilatos o monoglicéridos no iónicos antes de su extrusión. Estos aditivos se usan debido a su capacidad para reducir la tensión superficial entre el polímero y el agua condensada (tienen el grupo apolar unido al plástico y el grupo polar en la interfase), por lo que las gotas que se condensan en la superficie del plástico tienden a unirse y formar una película delgada continua. Esto permite al consumidor ver el contenido claramente a través del material, aunque no afecta al producto porque no altera la cantidad de agua líquida dentro del envase (Hurme et al., 2002; Suppakul et al., 2003).

3.2.

Envasado activo antimicrobiano

El desarrollo de microorganismos es la principal causa de deterioro en frutas y vegetales frescos.

Estos productos pueden estar contaminados por esporas y microorganismos que permanecen latentes hasta que las condiciones ambientales (humedad, O2, temperatura) sean favorables para su desarrollo. El uso de agentes antimicrobianos, compuestos que inhiben el crecimiento de mohos y bacterias sin presentar un riesgo para la salud del consumidor, es uno de los posibles métodos de control microbiológico. Sin embargo, su aplicación directa en la superficie del producto mediante pulverización o inmersión puede no ser muy efectiva, ya que su rápida difusión dentro del producto limita su efecto sobre la microbiota en superficie. Una alternativa es la tecnología de envasado activo antimicrobiano, que consiste en incorporar el agente activo en el envase para su posterior liberación a fin de mantener una concentración inhibitoria mínima en la superficie del producto durante un tiempo determinado. Sustancias antimicrobianas volátiles pueden incorporarse al envase, retenerse en materiales adsorbentes o colocarse en sobres porosos o permeables que los liberarán en el espacio de cabeza (Labuza y Breene, 1989; Toyo Ink MFG Co., 1992). La emisión de sustancias volátiles antimicrobianas como el etanol, el dióxido de azufre y el dióxido de carbono de los sobres requiere materiales de envasado con una permeabilidad media o alta para esos gases.

Alternativamente, ya sea volátil o no, el agente activo puede introducirse en el polímero durante el procesamiento o aplicarse como un recubrimiento en la pared del envase (El Ghaouth et al., 1991). A pesar de esta amplia gama de posibilidades, no hay muchas aplicaciones comerciales de polímeros antimicrobianos disponibles para los alimentos, aunque son un foco de interés en gran parte de la investigación (Matsui, 1989).

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1.7. Tecnologías de envasado para frutas y verduras frescas

Las películas de polímeros antimicrobianos pueden proporcionar una liberación lenta de sustancias bactericidas o fungicidas compatibles con alimentos (Català y Gavara, 2001). Los agentes antimicrobianos que se han incorporado con éxito en envases y han demostrado ser muy efectivos incluyen dióxido de azufre, extracto de semilla de pomelo, imidazol, nisina, sorbato, etanol, etileno, lisozima, etil isocianato, etc. (Rooney, 1997).

La emisión de compuestos volátiles puede controlar el crecimiento de hongos como Botrytis cinerea y Penicillium, Aspergillus y Rhizopus spp. en cítricos y bayas, aumentando su vida útil (Suppakul et al., 2003). El SO2, incorporado en el material como metabisulfito, es el más comúnmente usado debido a su efectividad contra el crecimiento de mohos en frutas como la uva (Suppakul et al., 2003; Ozdemir y Sadikoglu, 1998; Opperman et al., 1999; Thomas et al., 1995).

Una gran cantidad de investigación se concentra en el uso de compuestos fungicidas y bactericidas obtenidos de frutas y verduras. Los compuestos que forman parte del aroma, como el hexenal, el 1-hexenol y el benzoato de metilo, son eficaces para inhibir el crecimiento del hongo Botrytis cinerea en fresas (Fallik et al., 1998). Del mismo modo, 2-nonanona es otro compuesto de aroma volátil que muestra propiedades fungicidas y fungistáticas, lo que aumenta la vida útil de las fresas y manzanas (Almenar et al., 2002; Leepipattanawit et al., 1997) (Figura 6). Los extractos naturales de plantas también son aditivos antimicrobianos muy efectivos y se han desarrollado materiales polímeros antimicrobianos impregnados con derivados de estos extractos (Suppakul et al., 2003).

Figura 6. Sistema de envasado antimicrobiano para fresas basado en la liberación de nonanona

Las películas y recubrimientos comestibles pueden prevenir el deterioro de la fruta o producto vegetal al reducir la tasa de respiración, proporcionando una buena barrera a la pérdida de humedad, etc., como se comentó anteriormente en la sección MAP, además de mejorar la apariencia del producto. La incorporación de agentes antimicrobianos por medio de recubrimientos comestibles está adquiriendo gran importancia en la conservación de frutas y verduras que normalmente se procesan y distribuyen en MAP (Ozdemir y Sadikoglu). En consecuencia, parecen presentar una alternativa a las películas sintéticas en la conservación de frutas y verduras frescas o ligeramente procesadas.

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