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ESCUELA POLITCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERA QUMICA Y AGROINDUSTRIA

ESTUDIO DE LA INHIBICIN DEL PARDEAMIENTO ENZIMTICO POR IRRADIACIN Y DE LA CALIDAD POSCOSECHA DURANTE

EL ALMACENAMIENTO REFRIGERADO DE LA NARANJILLA (Solanum quitoense Lam.) IRRADIADA

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIN DEL TTULO DE INGENIERO QUMICO

LUIS GABRIEL MONTENEGRO RIVERA

[email protected]

DIRECTOR: ING. MARA CATALINA VASCO CARRILLO, PhD.

[email protected]

CO-DIRECTOR: ING. SILVIA AZUCENA VALENCIA CHAMORRO, PhD.

[email protected]

Quito, Diciembre 2015

Escuela Politcnica Nacional 2015

Reservados todos los derechos de reproduccin

DECLARACIN

Yo, Luis Gabriel Montenegro Rivera, declaro que el trabajo aqu descrito es de mi

autora; que no ha sido previamente presentado para ningn grado o calificacin

profesional; y, que he consultado las referencias bibliogrficas que se incluyen en

este documento.

La Escuela Politcnica Nacional puede hacer uso de los derechos

correspondientes a este trabajo, segn lo establecido por la Ley de Propiedad

Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.

__________________________

Luis Gabriel Montenegro R.

CERTIFICACIN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por el Sr. Luis Gabriel

Montenegro Rivera, bajo mi supervisin.

___________________________ Ing. Catalina Vasco, PhD.

DIRECTORA DE PROYECTO

____________________________ Ing. Silvia Valencia Chamorro, PhD.

CODIRECTORA DE PROYECTO

AUSPICIO

La presente investigacin cont con el auspicio financiero del proyecto interno PII-

DCN-2013-001: Estudio de la inhibicin del pardeamiento enzimtico por

irradiacin y de la calidad poscosecha de la naranjilla (Solanum quitoense Lam.)

durante el almacenamiento refrigerado posterior, que se realiz en el

Departamento de Ciencias Nucleares.

AGRADECIMIENTO

Ante todo, a Dios por su infinito amor y por todas las bendiciones derramadas

sobre m y los mos.

A mi familia entera por ser lo ms importante en mi vida. A mi esposa e hija, a mis

padres, a mis hermanas y por su puesto a mis sobrinos y sobrinas.

Al Departamento de Ciencias Nucleares DCN, al Departamento de Ciencia de

Alimentos y Biotecnologa DECAB y a la Escuela Politcnica Nacional EPN, por la

apertura, por los laboratorios facilitados para la ejecucin de esta investigacin, y

por el apoyo econmico concedido.

A las ingenieras, Catalina Vasco y Silva Valencia por su apoyo incondicional, su

paciencia y su gua oportuna.

A Jeiny por compartirme su experiencia y a todos quienes estuvieron

ayudndome en el desarrollo experimental de este estudio, entre ellos: a la Sra.

Rosala por proveerme de naranjilla y a mi hermana Gilmy por ayudarme a

cosecharla; a Gaby, Pao, Evelin, Anita, Oscar, Carlos, Natalia, Ruth, Luis y a Isa

por darme una manito en los laboratorios.

Al personal docente, tcnico y administrativo del Laboratorio de Qumica Orgnica

e Investigaciones Aplicadas por todo el tiempo de calidad compartido.

A mis amigos Xavy, Luchito, Danny e Ivn y a mis amigas Gaby A., Caro, Grace y

Geovanna, porque de una u otra manera me alentaron para seguir.

DEDICATORIA

Al motor de mi vida, Emmily Gabriela

A mis padres Luis y Fanny

A mi compaera de vida y apoyo incondicional, Laurita Katerine

i

NDICE DE CONTENIDOS

PGINA RESUMEN xi INTRODUCCIN xii 1 REVISIN BIBLIOGRFICA 1

1.1 Naranjilla (Solanum quitoense Lam.) 1 1.1.1 Generalidades 1 1.1.2 Variedades 3

1.1.2.1 Variedades comunes tradicionales 3 1.1.2.2 Naranjilla de jugo mejorada 3 1.1.2.3 Hbridos comerciales 4

1.1.3 Caractersticas fisicoqumicas y nutricionales 4 1.1.4 Usos y beneficios 6 1.1.5 Fisiologa de los frutos 7

1.1.5.1 Respiracin 7 1.1.5.2 Transpiracin 8

1.1.6 Manejo poscosecha 9 1.1.6.1 Recoleccin o cosecha 10 1.1.6.2 Seleccin y Clasificacin 10 1.1.6.3 Pre enfriamiento 12 1.1.6.4 Limpieza y Desinfeccin 12 1.1.6.5 Secado y encerado 13 1.1.6.6 Empaque y transporte 13 1.1.6.7 Almacenamiento 14

1.1.7 Estadsticas de produccin y exportacin 14

1.2 Pardeamiento enzimtico en frutos frescos 17 1.2.1 Pardeamiento por polifenoloxidasa (PPO) 17 1.2.2 Modo de accin de las polifenoloxidasas 19 1.2.3 Factores medioambientales relacionados con la accin

enzimtica 21 1.2.4 Factores precosecha y poscosecha que afecta al pardeamiento

enzimtico 22 1.2.5 Control del pardeamiento enzimtico 22

1.3 Irradiacin de frutas 27

1.3.1 Generalidades 27 1.3.2 Ventajas y desventajas 28 1.3.3 Efectos y objetivos 29 1.3.4 Irradiacin combinada con otros tratamientos poscosecha 32 1.3.5 irradiadores 33

1.3.5.1 Fuente de istopos 33 1.3.5.2 Irradiador de la escuela politcnica nacional 34

1.3.6 Legislacin 36

ii

2 PARTE EXPERIMENTAL 38

2.1 Determinacin del rango de dosis de irradiacin y el efecto de la radiacin sobre la calidad global de la naranjilla 38 2.1.1 Caracterizacin inicial de la naranjilla 38 2.1.2 Preparacin de la fruta para la irradiacin 40 2.1.3 Diseo experimental 42 2.1.4 Anlisis fisico qumico, sensorial y bioqumico 42

2.2 Determinacin de la dosis de irradiacin necesaria para inhibir el

pardeamiento enzimtico en la naranjilla 43

2.3 Estudio del efecto de los procesos de irradiacin y refrigeracin sobre la calidad poscosecha y la actividad de la polifenoloxidasa (PPO) de la naranjilla irradiada 44 2.3.1 Preparacin de la fruta para la irradiacin y almacenamiento 44 2.3.2 Diseo experimental 45 2.3.3 Anlisis fsico, qumico, sensorial, fisiolgico y bioqumico 45

2.3.3.1 Acidez titulable 46 2.3.3.2 Prdida de peso 46 2.3.3.3 Calidad visual 47 2.3.3.4 Calidad sensorial 48 2.3.3.5 Tasa de respiracin (TR) 49

2.4 Diseo bsico de un proceso de elaboracin de pulpa de naranjilla

irradiada 50 3 RESULTADOS Y DISCUSIN 51

3.1 Determinacin del rango de dosis de irradiacin y el efecto de la radiacin sobre la calidad global de la naranjilla 51 3.1.1 Caracterizacin inicial de la materia prima 51 3.1.2 Apariencia y calidad sensorial global 54 3.1.3 Propiedades fisicoqumicos 56 3.1.4 Actividad enzimtica de la polifenoloxidasa (PPO) 59

3.2 Determinacin de la dosis de irradiacin necesaria para inhibir el

pardeamiento enzimtico en la naranjilla 61

3.3 Estudio del efecto de los procesos de irradiacin y refrigeracin sobre la calidad poscosecha y la actividad de la polifenoloxidasa (PPO) de la naranjilla irradiada 64 3.3.1 Propiedades fisicoqumicas 65 3.3.2 Calidad visual 74 3.3.3 Calidad sensorial 81 3.3.4 Tasa de respiracin 84 3.3.5 Actividad enzimtica de la polifenoloxidasa (PPO) 86

iii

3.4 Diseo bsico de un proceso de elaboracin de pulpa de naranjilla irradiada 91 3.4.1 Definicin del producto 91 3.4.2 Capacidad de produccin 92 3.4.3 Materia prima e insumos 92 3.4.4 Descripcin del proceso y definicin del diagrama de bloques

(BFD) 93 3.4.5 Balances de masa y energa y definicin del diagrama de

flujo del proceso (PFD) 96 3.4.6 Seleccin de los equipos principales 100

4 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 110

4.1 Conclusiones 110 4.2 Recomendaciones 111

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS 112 ANEXOS 124

iv

NDICE DE TABLAS

PGINA Tabla 1.1. Clasificacin taxonmica de la naranjilla 1 Tabla 1.2. Composicin nutricional de la naranjilla 5 Tabla 1.3. Composicin qumica y nutricional de las variedades

comerciales de naranjilla en el Ecuador 5 Tabla 1.4. Composicin fisicoqumica de la naranjilla de jugo mejorada,

INIAP Quitoense-2009 6 Tabla 1.5. Clasificacin de la naranjilla en funcin del calibre 11 Tabla 1.6. Clasificacin de la naranjilla en funcin de su categora 11 Tabla 1.7. Total de exportaciones de naranjilla ecuatoriana por pas de

destino, para los aos 2013 y 2014 16 Tabla 1.8. Dosis de radiacin aplicadas para diferentes objetivos 31 Tabla 1.9. Resultados de la irradiacin de alimentos combinada con otros

tratamientos poscosecha 32 Tabla 2.1. Escala de valoracin para a evaluacin de la calidad visual de la

naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009, durante el almacenamiento refrigerado 47

Tabla 2.2. Escala de valoracin de la calidad visual final de la naranjilla de

jugo INIAP Quitoense-2009, durante el almacenamiento refrigerado 48

Tabla 3.1. Caracterizacin fisicoqumica y bioqumica inicial de la

naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009 51 Tabla 3.2. Porcentaje de inhibicin de la actividad enzimtica de la

polifenoloxidasa en la naranjilla recin cosechada irradiada a las dosis de estudio 62

Tabla 3.3. Porcentaje de inhibicin de la actividad enzimtica de la

polifenoloxidasa en los extractos enzimticos de naranjilla irradiados a las dosis de estudio 62

Tabla 3.4. Firmeza, pH, slidos solubles totales y acidez titulable de la

naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009 irradiada a 500 Gy y almacenada hasta 60 das a 8 C y 90 %HR ms 7 das a 20 C y 80 %HR 65

v

Tabla 3.5. Evaluacin de la calidad visual de la naranjilla almacenada hasta 60 das a 8 C y 90 % HR ms 7 das a 20 C, sin ningn tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy 74

Tabla 3.6. ndice de calidad visual de la naranjilla almacenada hasta 60 das

a 8 C y 90 % HR ms 7 das a 20 C, sin ningn tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy 80

Tabla 3.7. Evaluacin sensorial de la naranjilla almacenada hasta 60 das a

8 C y 90 % HR ms 7 das a 20 C, sin ningn tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy 82

Tabla 3.8. Porcentaje de inhibicin de la actividad enzimtica de la

polifenoloxidasa en la naranjilla almacenada hasta 60 das a 8 C y 90 %HR ms 7 das a 20 C, sin ningn tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy 87

Tabla 3.9. Resumen del balance de masa para el proceso de elaboracin de

pulpa congelada de naranjilla irradiada 96 Tabla 3.10. Simbologa de los equipos principales utilizados para la

elaboracin de pulpa congelada de naranjilla irradiada 99 Tabla 3.11. Hoja de especificaciones tcnicas de la balanza industrial 101 Tabla 3.12. Hoja de especificaciones tcnicas de la banda transportadora 102 Tabla 3.13. Hoja de especificaciones tcnicas de la lavadora de frutas 103 Tabla 3.14. Hoja de especificaciones tcnicas de las canastillas plsticas 104 Tabla 3.15. Hoja de especificaciones tcnicas de la fuente de Co60 105 Tabla 3.16. Hoja de especificaciones tcnicas de la cmara de maduracin 106 Tabla 3.17. Hoja de especificaciones tcnicas de la despulpadora de frutas 107 Tabla 3.18. Hoja de especificaciones tcnicas de la envasadora al vaco 108 Tabla 3.19. Hoja de especificaciones tcnicas del cuarto fro 109 Tabla AII.1. Formulario para la evaluacin de la calidad global de la

naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009 125 Tabla AV.1. Formulario para la evaluacin de la calidad visual de la

naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009 133

vi

NDICE DE FIGURAS

PGINA Figura 1.1. Naranjilla de jugo (Solanum quitoense Lam.), variedad INIAP

Quitoense-2009 2 Figura 1.2. Produccin de naranjilla a nivel nacional 15 Figura 1.3. Principales sustratos fenlicos de la polifenoloxidasa presente

en los productos hortofrutcolas 18 Figura 1.4. Mecanismo simplificado de la accin de las polifenoloxidasas 20 Figura 1.5. Esquema de las instalaciones del irradiador batch de la EPN 35 Figura 1.6. Smbolo internacional de irradiacin radura 36 Figura 2.1. Disposicin fsica de la naranjilla en las canastillas plsticas,

alrededor de la fuente de Co60 41 Figura 3.1. Grfico de medias e intervalos LSD para la apariencia externa

de la naranjilla sin irradiar (0 Gy) y luego de ser irradiadas a las dosis de estudio 54

Figura 3.2. Grfico de medias e intervalos LSD para la calidad sensorial

global de la naranjilla sin irradiar (0 Gy) y luego de ser irradiada a las dosis de estudio 55

Figura 3.3. Grfico de medias e intervalos LSD para los slidos solubles

totales de la naranjilla sin irradiar (0 Gy) y luego de ser irradiada a las dosis de estudio 57

Figura 3.4. Grfico de medias e intervalos LSD para el pH de la naranjilla

sin irradiar (0 Gy) y luego de ser irradiada a las dosis de estudio 57 Figura 3.5. Grfico de medias e intervalos LSD para la firmeza de la

naranjilla sin irradiar (0 Gy) y luego de ser irradiada a las dosis de estudio 58

Figura 3.6. Grfico de medias e intervalos LSD para la actividad

enzimtica de la PPO en la naranjilla fresca sin irradiar (0 Gy) y en la naranjilla irradiada a las dosis de estudio 60

Figura 3.7. Grfico de medias e intervalos LSD para la actividad

enzimtica de la PPO en los extractos de naranjilla sin irradiar (0 Gy) y en los extractos irradiados a las dosis de estudio 60

vii

Figura 3.8. Grfico de medias e intervalos LSD de la firmeza de la naranjilla almacenada hasta 60 das a 8 C y 90 %HR ms 7 das a 20 C y 80 %HR, sin ningn tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy 66

Figura 3.9. Firmeza de la naranjilla al inicio del experimento y en cada uno

de los periodos de almacenamiento refrigerado 67 Figura 3.10. Grfico de medias e intervalos LSD de la firmeza de la

naranjilla al inicio del experimento y en cada uno de los periodos de almacenamiento refrigerado 67

Figura 3.11. pH de la naranjilla al inicio del experimento y en cada uno de

los periodos de almacenamiento refrigerado 69 Figura 3.12. Slidos solubles totales de la naranjilla al inicio del

experimento y en cada uno de los periodos de almacenamiento refrigerado 69

Figura 3.13. Grfico de medias e intervalos LSD del pH de la naranjilla al

inicio del experimento y en cada uno de los periodos de almacenamiento refrigerado 70

Figura 3.14. Grfico de medias e intervalos LSD de los slidos solubles

totales de la naranjilla al inicio del experimento y en cada uno de los periodos de almacenamiento refrigerado 70

Figura 3.15. Grfico de medias e intervalos LSD de la acidez titulable de la

naranjilla almacenada hasta 60 das a 8 C y 90 %HR ms 7 das a 20 C y 80 %HR, sin ningn tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy 71

Figura 3.16. Acidez titulable de la naranjilla al inicio del experimento y en

cada uno de los periodos de almacenamiento refrigerado 72 Figura 3.17. Grfico de medias e intervalos LSD de la acidez titulable de la


Figura 3.18. Prdida de peso de la naranjilla almacenada hasta 60 das a

8 C y 90 %HR ms 7 das a 20 C, sin ningn tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy 73

Figura 3.19. Turgencia de la naranjilla al inicio del experimento y en cada

uno de los periodos de almacenamiento refrigerado 75 Figura 3.20. Grfico de medias e intervalos LSD de la turgencia de la


viii

Figura 3.21. Grfico de medias e intervalos LSD de los daos fsicos en la


Figura 3.22. Daos fsicos en la naranjilla al inicio del experimento y en

cada uno de los periodos de almacenamiento refrigerado 77 Figura 3.23. Grfico de medias e intervalos LSD de los daos en la


Figura 3.24. Grfico de medias e intervalos LSD de la marchitez del cliz

de la naranjilla almacenada hasta 60 das a 8 C y 90 %HR ms 7 das a 20 C y 80 %HR, sin ningn tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy 78

Figura 3.25. Marchitez del cliz de la naranjilla al inicio del experimento y

en cada uno de los periodos de almacenamiento refrigerado 79 Figura 3.26. Grfico de medias e intervalos LSD de la marchitez del cliz

de la naranjilla al inicio del experimento y en cada uno de los periodos de almacenamiento refrigerado 79

Figura 3.27. Grfico de medias e intervalos LSD de la dureza de la


Figura 3.28. Grfico de medias e intervalos LSD de la acidez de la


Figura 3.29. Corte transversal de frutos de naranjilla A) naranjilla sin

irradiar y B) naranjilla irradiada 84 Figura 3.30. Tasa de respiracin de la naranjilla almacenada hasta 60 das a

8 C y 90 %HR ms 7 das a 20 C, sin ningn tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy 85

Figura 3.31. Grfico de medias e intervalos LSD de la actividad enzimtica

de la polifenoloxidasa en la naranjilla almacenada hasta 60 das a 8 C y 90 %HR ms 7 das a 20 C y 80 %HR, sin ningn tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy 86

ix

Figura 3.32. Actividad enzimtica de la polifenoloxidasa en la naranjilla almacenada hasta 60 das a 8 C y 90 %HR ms 7 das a 20 C, sin ningn tratamiento (control) e irradiada a 500 Gy 87

Figura 3.33. Diagrama de bloques para la elaboracin de pulpa de

naranjilla irradiada a una dosis de 500 Gy 95 Figura 3.34. Diagrama de flujo para la elaboracin de pulpa de naranjilla

irradiada a una dosis de 500 Gy 98 Figura AI.1. Tabla de color para la recoleccin de naranjilla de jugo

variedad INIAP Quitoense-2009 125

Figura AIV.1. Escala para evaluar la turgencia en la naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009 130

Figura AIV.2. Escala para evaluar los daos fsicos en la naranjilla de jugo

INIAP Quitoense-2009 131

Figura AIV.3. Escala para evaluar la marchitez del cliz en la naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009 132

x

NDICE DE ANEXOS

ANEXO I Tabla de color para la cosecha de la naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009 125 ANEXO II Formulario de registro para la evaluacin de la calidad global de la naranjilla 126 ANEXO III Determinacin de la actividad polifenoloxidasa 127 ANEXO IV Escala para la evaluacin de la calidad visual de naranjilla 130 ANEXO V Formulario de registro para la evaluacin de la calidad visual de naranjilla 133 ANEXO VI Formulario de registro para el anlisis sensorial de naranjilla 134

xi

RESUMEN

El objetivo de esta investigacin fue estudiar la inhibicin del pardeamiento

enzimtico por irradiacin y la calidad poscosecha durante el almacenamiento

refrigerado de la naranjilla (Solanum quitoense Lam.) irradiada. En el desarrollo

experimental se utiliz naranjilla de jugo de la variedad INIAP Quitoense-2009

cosechada en madurez fisiolgica (75 % de coloracin amarilla).

Se evaluaron las propiedades fsico, qumico y bioqumicas de la naranjilla de jugo

en el rango de dosis de 250 a 3 000 Gy. La naranjilla irradiada se almacen hasta

60 das a 8 C y 90 %HR, realizando muestreos cada 15 das ms un tiempo de 7

das de almacenamiento a 20 C y 80 %HR para simular el tiempo de vida en

estante, y se determin la firmeza, pH, SST (Brix), acidez titulable, prdida de

peso (%), actividad enzimtica de la polifenoloxidasa (PPO), la calidad sensorial y

la apariencia de los frutos. Como control se us naranjilla sin irradiar. Finalmente

se plante un diseo bsico para la elaboracin de pulpa congelada de naranjilla,

en el que se incluy a la irradiacin como una operacin unitaria alternativa para

mitigar el pardeamiento enzimtico en la pulpa.

Se determin que la dosis de 500 Gy permite conservar las propiedades: pH,

slidos solubles totales (SST), firmeza y apariencia y calidad sensorial global de

los frutos; e inhibir la actividad de la PPO en un 38,37 %. Durante el estudio

poscosecha, el tratamiento con radiacin gamma inhibi la actividad enzimtica

en un 29,31 %, sin hallarse diferencias estadsticas significativas en el pH, SST,

acidez titulable y la prdida de peso; a pesar que hubo una prdida total de la

firmeza de la naranjilla tratada.

La irradiacin permiti inhibir parcialmente (> 30%) el pardeamiento enzimtico,

conservando las caractersticas propias de la naranjilla y pudindole procesar

para obtener una pulpa congelada de naranjilla irradiada que cumplira con los

requisitos fsico, qumico y sensoriales establecidos por la norma tcnica

ecuatoriana INEN 2337:2008, para pulpas de fruta.

xii

INTRODUCCIN

La naranjilla (Solanum quitoense Lam.) es una fruta climatrica originaria del

Ecuador que posee gran aceptacin en los mercados nacionales e internacionales

por considerarse una fruta extica de alto valor nutritivo y de sabor y aroma

caractersticos (FAO, 2006). En nuestro pas se produce naranjilla a nivel

comercial en la regin amaznica, donde se cultivan las variedades comunes:

agria, Baeza dulce y espinosa; los hbridos: Puyo, Palora y Mera; y la naranjilla de

jugo de la variedad INIAP Quitoense-2009 que se caracteriza por ser ms

resistente al ataque de plagas y enfermedades, presentar alta productividad y

reunir buenas caractersticas de calidad que le hacen apetecida para el consumo

en fresco e industrializado (Revelo et al., 2010, pp. 27-30). Sin embargo, esta

fruta es altamente perecible por lo que su tiempo de consumo en fresco es corto,

debindosele comercializar principalmente procesada en forma de jugo o pulpa.

Adems, durante su procesamiento presenta una marcada tendencia al

pardeamiento enzimtico, proceso oxidativo que genera cambios en las

caractersticas organolpticas y prdidas del valor nutricional (Meja et al., 2014,

p. 108).

Las reacciones del pardeamiento enzimtico, estn catalizadas esencialmente por

las polifenoloxidasas (PPO), enzimas caracterizadas por tener dos tomos de

cobre en su centro activo. Las PPO y los sustratos fenlicos de hallan en

compartimientos celulares autnomos y separados dentro del tejido vegetal, es

por esto que en las frutas sanas no tienen lugar los procesos oxidativos; por el

contrario cuando estas experimentan algn dao mecnico, las polifenoloxidasas

entran en contacto con los sustratos fenlicos y en presencia del oxgeno

molecular catalizan la hidroxilacin de monofenoles a orto-difenoles que se oxidan

enzimticamente a orto-quinonas, las cuales polimerizan rpidamente para formar

melaninas con pigmentaciones pardas (Astiasarn y Martnez, 2000, p. 205; De la

Rosa, Alvarez, y Gonzles, 2010, p. 110; Gonzlez, Gardea, y Cuamea, 2005, p.

156; Simpson, 2012, p. 51).

xiii

La irradiacin es una pasteurizacin en fro cuyos propsitos en las frutas frescas

son: desinfestacin de insectos, control fitosanitario, retraso de los procesos de

maduracin y senescencia e inhibicin de las reacciones enzimticas

(Arvanitoyannis, 2010, p. 518; Bello, 2008, p. 450; Daz, 2009, p. 324; Rahman y

Ahmed, 2012, p. 967).

En Ecuador se han estudiado diversas metodologas de inhibicin del

pardeamiento enzimtico en la naranjilla, entre ellas: tratamiento trmico

(Oquendo, 1980, p. 121); tratamiento qumico con el uso de cido ascrbico y

preservantes (Mosquera, 2008, p. 76); aplicacin de pulsos elctricos de alta

intensidad (Vilcaguano, 2013, pp. 65-67); y uso de radiacin ultravioleta

(Samaniego, 2014, p. 72). Todos estos estudios se realizaron ya se en el jugo o

en el nctar de la naranjilla; sin embargo no se ha estudiado la posibilidad de

inhibir el pardeamiento enzimtico en la naranjilla, mediante el tratamiento con

radiacin gamma previo a su procesamiento. Por ello, el objetivo de esta

investigacin fue estudiar el efecto de la irradiacin sobre la actividad enzimtica

de la polifenoloxidasa y la calidad poscosecha de la naranjilla durante el

almacenamiento refrigerado a condiciones de temperatura y humedad relativa

establecidas; adems se dise un proceso de elaboracin de pulpa congelada

de naranjilla irradiada.

1

1 REVISIN BIBLIOGRFICA

1.1 NARANJILLA (Solanum quitoense Lam.)

1.1.1 GENERALIDADES

La naranjilla (Solanum quitoense Lam.) es una planta semisilvestre perteneciente

a la familia de las Solanceas (FAO, 2006); su desarrollo y produccin se da

favorablemente en zonas con clima tropical y subtropical hmedo; la naranjilla

comn o de jugo se cultiva a altitudes de entre 800 y 1 700 msnm, a temperaturas

comprendidas entre 17 y 29 C; con precipitaciones ptimas de 2 500 mm/ao, a

humedades relativas comprendidas entre 78 y 92 % y a pH entre 5,3 y 6,0

(Revelo et al., 2010, pp. 13, 14).

La clasificacin taxonmica de la naranjilla se presenta en la Tabla 1.1.

Tabla 1.1. Clasificacin taxonmica de la naranjilla

Reino Vegetal

Divisin Angiosperma

Subdivisin Dicotilednea

Clase Simptala

Subclase Pentacclica

Orden Tubifloras

Familia Solancea

Seccin Lasiocarpa

Gnero Solanum

Especie quitoense

Variedad quitoense (sin espinas); septentrionale (con espinas)

Nombres comunes

Naranjilla en Ecuador y Per; lulo en Colombia; naranjilla de castilla en Espaa; quito orange en Estados Unidos; morelle de Quito en Francia; gele terong en Holanda y berenjena de olor en Costa Rica

(FAO, 2007; Revelo et al., 2010, p. 24)

2

Morfolgicamente la naranjilla se describe como una planta con una raz principal

fibrosa de hasta 50 cm; el tallo es robusto, semileoso, cilndrico y velloso con o

sin espinas; la naranjilla comn alcanza una altura de hasta 2,0 m y los hbridos

hasta 1,3 m; las hojas son de forma oblonga y ovaladas de 30 a 40 cm de largo;

las flores son de color blanco con forma estrellada; los frutos son bayas esfricas,

globosas o levemente achatadas, con un dimetro comprendido entre 4 a 8 cm y

un peso entre 80 a 100 g, de color amarillo intenso, amarillo rojizo o naranja en la

madurez y cubiertos de una suave y tupida pilosidad; la pulpa es verdosa y de

sabor agridulce; y las semillas son dicotiledneas, lisas y redondas de 2 a 3 mm

de dimetro de color blanquecino cremoso (ASOHOFRUCOL, 2012; FAO, 2006;

Heiser y Anderson, 1999, p. 381; INEN, 2009, p. 1; Revelo et al., 2010, pp. 24-27).

En la Figura 1.1, se muestra la naranjilla de jugo INIAP Quitoense-2009.

Figura 1.1. Naranjilla de jugo (Solanum quitoense Lam.), variedad INIAP Quitoense-2009

La naranjilla es originaria de los bosques hmedos subtropicales de Ecuador,

Colombia y Per, localizados a lo largo de la Cordillera de los Andes, a una altura

comprendida entre los 1 200 y 2 500 msnm (Angulo, 2006, p. 7; FAO, 2006). La

diversidad primaria de esta solancea se encuentra distribuida en Colombia,

Ecuador y Per, con presencia de taxones relacionados en Venezuela, Centro

Amrica, Brasil y una especie en Asia (Heiser y Anderson, 1999, p. 381; Lobo,

2006, p. 46).

3

1.1.2 VARIEDADES

En general se distinguen dos variedades principales de naranjilla; la Solanum

quitoense Lam. var. quitoense que no posee espinas, y la Solanum quitoense

Lam. var. septentrionale o espinosa (Angulo, 2006, p. 12; Medina, Sanchz,

Camayo, Lobo, y Martnez, 2008, p. 5).

En el Ecuador se cultivan y comercializan las siguientes variedades de naranjilla e

hbridos:

1.1.2.1 Variedades comunes tradicionales

En nuestro pas se cultivan las variedades: agria, Baeza dulce y espinosa; estas

tienen gran aceptabilidad en el mercado, sin embargo la superficie cultivada es

nicamente del 5 % de un total de 9 450 ha cultivadas; debido a la susceptibilidad

al ataque de enfermedad y plagas, tales como; el nemtodo del nudo de la raz,

perforadores del tallo y fruto y a la marchitez vascular. La naranjilla comn tiene

una importante acogida en el mercado local por su calidad, y se considera una

fruta promisoria en el mercado internacional, pero los altos costos de produccin,

la reducida oferta y los altos niveles residuales de pesticidas en la fruta, reducen

el consumo interno y las posibilidades de exportacin como fruta fresca (Revelo et

al., 2010, pp. 27, 28).

1.1.2.2 Naranjilla de jugo mejorada

Ante la problemtica de la naranjilla comn, el Instituto Nacional Autnomo de

Investigaciones Agropecuarias INIAP, dentro de su Programa de Fruticultura

desarroll un plan de mejoramiento de la naranjilla, y purific mediante varios

ensayos realizados entre los aos 2008 y 2009 una nueva variedad de naranjilla

de jugo, denominada como INIAP Quitoense-2009, misma que proviene de una

seleccin de la variedad Baeza. Esta nueva variedad de naranjilla es ms

4

resistente al ataque de enfermedades y plagas; sus plantas alcanzan alturas de

hasta 2 m, con tallos y hojas sin espinas, frutos redondos de buen tamao y pulpa

verde con bajos niveles oxidativos. Adems presenta alta productividad y buenas

caractersticas de calidad que le hace muy apetecida para el consumo en fresco e

industrializado (Revelo et al., 2010, p. 28).

1.1.2.3 Hbridos comerciales

Revelo et al. (2010) indican que en el Ecuador se cultivan y comercializan los

hbridos: Puyo, Palora y Mera (pp. 29, 30).

- Hbrido Puyo; proveniente del cruzamiento entre la naranjilla comn

variedad agria y la naranjilla jbara del Oriente o cocona. Se estima que

alrededor del 50 % de la produccin nacional corresponde a este hbrido.

- Hbrido Palora; resultado del cruzamiento entre la naranjilla comn

variedad Baeza roja y la variedad cocona Yantzaza. Aproximadamente el

40 % de la superficie cultivada pertenece a este hbrido.

- Hbrido Mera o espinuda; posee caractersticas similares al hbrido

Palora, pero es susceptible a marchitez vascular. Este hbrido se cultiva

principalmente en la regin Amaznica con un 93 % de la produccin

nacional.

1.1.3 CARACTERSTICAS FISICOQUMICAS Y NUTRICIONALES

La naranjilla posee un importante contenido de vitamina C, hierro, fosforo,

vitamina A, potasio y calcio (FAO, 2006). En la Tabla 1.2 se detalla la composicin

nutricional promedio en 100 g de pulpa de naranjilla y en la Tabla 1.3 se

especifica la composicin qumica y nutricional de las variedades comerciales de

naranjilla en el Ecuador.

5

Tabla 1.2. Composicin nutricional de la naranjilla

Componente Promedio en 100 g de pulpa

Valor energtico (cal) 28,0

Humedad (%) 91,6

Carbohidratos (g) 6,8

Protena (g) 0,7

Fibra (g) 0,4

Ceniza (g) 0,6

Grasa (g) 0,1

Vitamina A (mg) 50,0

cido ascrbico (mg) 65,0

Tiamina (mg) 0,6

Niacina (mg) 1,5

Calcio (mg) 8,0

Fsforo (mg) 14,0

Hierro (mg) 0,4 (Clix y Duarte, 2007, p. 33)

Tabla 1.3. Composicin qumica y nutricional de las variedades comerciales de naranjilla en el Ecuador

Caracterstica Variedad

Hbrido Palora Hbrido Puyo Agria

Humedad (%) 91,62 90,18 85,90

Ceniza (%) 0,52 0,51 0,82

Protenas (%) 0,41 0,66 1,31

Fibra (%) 1,22 1,69 3,25

Acidez (%) 2,22 1,56 0,95

Alcaloides (%) 0,05 0,05 0,05

Slidos solubles (%) 5,70 5,00 6,00

Slidos totales (%) 8,93 14,12 9,82

Azucares totales (%) 1,93 2,83 2,19

Vitamina C (mg/100g) N/D 83,50 3,70 (Revelo et al., 2010, p. 38)

6

A continuacin se detallan las propiedades fisicoqumicas de la naranjilla de jugo

mejorada, INIAP Quitoense-2009.

Tabla 1.4. Composicin fisicoqumica de la naranjilla de jugo mejorada, INIAP Quitoense-2009

Caracterstica Promedio

Peso del fruto (g) 109,50

Largo del fruto (cm) 58,60

Dametro (cm) 55,60

Pulpa (%) 58,80

Corteza (%) 24,70

Semilla (%) 16,40

pH 2,72

Acidez Titulable (% cido ctrico) 2,51

Slidos soluble (oBrix) 9,60

Color de pulpa Verde (Revelo et al., 2010, p. 39)

1.1.4 USOS Y BENEFICIOS

Los frutos de la naranjilla se pueden consumir en fresco o procesados; y son

principalmente utilizados para la elaboracin de pulpas, nctares, jugos, helados,

mermeladas, conservas, salsas y postres (Bone, Coronel, y Ramrez, 2001, p. 61;

Lim, 2013, p. 420). En la cocina Ecuatoriana la naranjilla es usada como

ingrediente extico en la preparacin de salsas de platos gourmet, ensaladas de

frutas y vegetales y tambin como decoracin (Revelo et al., 2010, p. 98). En

Colombia en Cauca y Valle, un plato conocido como champs es preparado

fundamentalmente con jugo de naranjilla poco fermentado (Angulo, 2006, p. 13).

La naranjilla a nivel mundial poseen gran aceptacin por considerarse una fruta

extica, de sabor y aroma agradables (FAO, 2006).

7

La naranjilla tiene un alto contenido de vitamina C, inclusive mayor que el de los

ctricos comunes, su consumo evita la anemia gracias a la fijacin del hierro en el

cuerpo, previene enfermedades respiratorias y adems tiene propiedades

antioxidantes (Revelo et al., 2010, p. 39). El importante contenido de hierro en la

naranjilla, le atribuye propiedades tonificantes y diurticas; el jugo de naranjilla

ayuda a disolver ciertas toxinas del organismo y tambin facilita la eliminacin del

cido rico en la sangre (Angulo, 2006, p. 13; FAO, 2006).

El fsforo y vitamina A presente en la naranjilla, favorece la formacin de uas,

huesos y cabello. El fruto de naranjilla es refrescante, concilia el sueo, alivia

enfermedades nervisosas, mejora los casos de arteriosclerosis y tambin regula

la hipertensin (Tamayo, Bernal, Hincapi, y Londoo, 2001, p. 1).

1.1.5 FISIOLOGA DE LOS FRUTOS

Los frutos de naranjilla al cosecharse y separarse de la planta continan con sus

procesos metablicos (respiran, transpiran, maduran), hasta que se deterioran o

envejecen en la senescencia. La fruta luego de ser cosechada vive a expensas de

la cantidad de nutrientes que haya acumulado durante las etapas de formacin,

crecimiento y desarrollo de la planta; es por tanto que su vida til depende

directamente de la reservas alimenticias propias de la fruta (Garcia y Garcia,

2001, p. 15).

1.1.5.1 Respiracin

La respiracin no es ms que una serie de reacciones catalizadas por enzimas,

en donde las reservas alimenticias de la fruta (azucares, almidones, cidos

orgnicos, etc.), son oxidadas en presencia de oxigeno (O2) y consecuentemente

se tiene la produccin de agua (H2O), dixido de carbono (CO2) y la liberacin de

energa, la que puede ser almacenada en las molculas adenosn trifosfato (ATP)

o bien se libera en forma de calor. La produccin de energa permite el desarrollo

8

de las actividades fisiolgicas necesarias para que la fruta pueda vivir despus de

ser cosechada (Astiasarn y Martnez, 2000, pp. 196, 197; Paull y Duarte, 2010,

p. 104).

La tasa de respiracin es un ndice de la vida til de las frutas, que expresa la

cantidad de CO2 que un kilogramo de fruta produce en una hora, debido al

proceso de respiracin, e indica la rapidez con la cual son gastadas las reservas

alimenticias de la fruta. La naranjilla recolectada en estado pintn (75 % de

coloracin amarilla) tiene una tasa de respiracin de 56,5 mg CO2/kg-h a 20 C

(Garcia y Garcia, 2001, pp. 17, 81).

Segn la intensidad de respiracin y la produccin de etileno durante la

maduracin organolptica, se distinguen dos tipos de frutas, las climatricas y las

no climatricas. Los procesos fisiolgicos de respiracin, produccin de etileno y

el desarrollo de caractersticas organolpticas (salor, color, aroma, textura) se

intensifican en los frutos climatricos; mientras que en los no climatricos, lo

niveles de respiracin y produccin de etileno son bajos y los frutos maduran

organolpticamente en la planta (Arias y Toledo, 2000, pp. 12, 13; Ulloa, 2007, pp.

36-38). La naranjilla es una fruta climatrica por lo cual debe cosecharse en

madurez fisiologa (fruto pintn) para que alcance su madurez comercial durante

la poscosecha (FAO, 2006).

1.1.5.2 Transpiracin

El agua es el principal componente de las frutas (80% a 95%); despus de su

recoleccin, estas pierden agua en estado de vapor a travs del rea expuesta al

ambiente, dndose as el proceso de transpiracin. Cuando la presin de vapor

del medio circundante es menor que la de la fruta, se produce la transferencia de

agua desde la fruta hacia el medio, ocasionado deshidratacin y prdida de peso.

Estos efectos se traducen en el deterioro de la calidad de la fruta y decremento de

su valor comercial (Fennema, 2000, p. 1122).

9

1.1.6 MANEJO POSCOSECHA

La poscosecha es el periodo comprendido entre la cosecha y la llegada de la fruta

al consumidor final, ya sea como fruta fresca o como producto procesado. Un

adecuado manejo poscosecha de la fruta, requiere un vasto conocimiento de sus

caractersticas fsicas y adems de las tcnicas de recoleccin, seleccin y

limpieza, almacenamiento, empaque y transporte del producto hasta que llega al

consumidor final (Reina, Araujo, y Manrique, 1998, p. 13).

La norma tcnica ecuatoriana NTE INEN 2303:2009 establece los requisitos

especficos que debe cumplir la naranjilla para su consumo en fresco (INEN,

2009, p. 3). Los frutos de naranjilla deben poseer las siguientes caractersticas

fsicas:

- Frutos enteros.

- Tener la forma caracterstica de la naranjilla.

- Presentar la base del pednculo (cliz).

- Frutos sanos (libres de ataques de plagas y/o enfermedades, que

demeriten la calidad interna del fruto).

- Estar libres de humedad externa anormal producida por mal manejo en las

etapas poscosecha (recoleccin, acopio, seleccin, clasificacin,

adecuacin, empaque, almacenamiento y transporte).

- Estar exentos de cualquier olor y/o sabor extrao (provenientes de otros

productos, empaques o recipientes y/o agroqumicos, con los cuales hayan

estado en contacto).

- Presentar aspecto fresco y consistencia firme.

- Estar exentos de materiales extraos (tierra, polvo, agroqumicos y cuerpos

extraos) visibles en el producto o en su empaque.

El correcto manejo poscosecha de la naranjilla est dado por la realizacin

acertada de las siguientes operaciones:

10

1.1.6.1 Recoleccin o cosecha

La cosecha de naranjilla se inicia entre los 8 y 9 meses luego del trasplante; sin

embargo se alcanza su mxima produccin despus de los 12 meses de edad; la

produccin de la fruta es permanente y su recoleccin se realiza en lapsos de 8 a

15 das en funcin de la demanda del mercado. La naranjilla se cosecha en

estado pintn (3/4 madurez, 75% de color anaranjado). La forma de cosecha y el

ndice de madurez influyen en el tiempo de vida til de los frutos (Revelo et al.,

2010, pp. 38, 96).

La recoleccin de las frutas se realiza en forma manual con el uso de guantes y

tijeras para conservar el pednculo y el cliz; esto evita la deshidratacin y el

ataque de microorganismo y hongos en el punto de abscisin. Adems es

aconsejable utilizar recipientes poco profundos y reducir la excesiva manipulacin

a fin de disminuir los daos mecnicos (golpes, magulladuras, etc.). La cosecha

se inicia en horas de la maana con buena luminosidad, bajas temperaturas y

humedades relativas altas (sin condensacin), y se recolectan los frutos en

estados de madurez homogneos segn la tabla de color mostrada en el Anexo I

(Garcia y Garcia, 2001, pp. 39, 81)

1.1.6.2 Seleccin y Clasificacin

La seleccin es la primera operacin de la poscosecha cuyo objetivo es separar

los frutos idneos para la comercializacin y desechar las frutas descompuestas,

enfermas o con residuos de pesticidas. La clasificacin de la naranjilla se realiza

generalmente por calibre y por color (Paull y Duarte, 2012, p. 351).

Segn la norma tcnica ecuatoriana NTE INEN 2303:2009, el calibre de la

naranjilla se determina en funcin del dimetro de la seccin ecuatorial de la fruta,

la longitud y la masa. En la Tabla 1.5 se muestra la clasificacin de la naranjilla en

funcin de su calibre.

11

Tabla 1.5. Clasificacin de la naranjilla en funcin del calibre

Calibre Masa (g) Dimetro ecuatorial (mm) Longitud (mm)

Naranjilla Hibrido Puyo

Grande > 80 > 50 > 47

Mediana 80 - 50 45 - 50 47 - 43

Pequea < 50 < 45 < 43

Naranjilla de jugo

Grande > 130 > 68 > 55

Mediana 130 - 80 60 - 68 55 - 45

Pequea < 80 < 60 < 45 (INEN, 2009, p. 2)

Independientemente del tamao y color, la clasificacin de la naranjilla admite tres

grados con sus respectivas tolerancias, y que se detallan en la Tabla 1.6.

Tabla 1.6. Clasificacin de la naranjilla en funcin de su categora

Categora Caractersticas Tolerancia

Grado Extra

La naranjilla debe tener buenas caractersticas fsicas; su calibre y color deben ser caractersticos de la variedad. No deben tener defectos superficiales, nicamente defectos leves que no afecten su calidad global y su estado de conservacin.

Mximo 5% en nmero o en peso de naranjilla que no corresponda a los requisitos de este grado.

Grado I

Los frutos deben tener el color y la forma caractersticos de la variedad; pudindose aceptar los siguientes defecto leves que no afecte la calidad global de la naranjilla; estos son:

- Defectos leves de forma (alargamientos o deformaciones);

- Defectos leves de color provocados por el sombreamiento producido por el contacto entre los frutos en el arbusto y cicatrices superficiales ocasionadas por plagas. Estos defectos no deber ser ms del 5% del rea total del fruto.

Mximo 10% en nmero o en peso de naranjilla que no corresponda a los requisitos de esta categora.

12

Tabla 1.6. Clasificacin de la naranjilla en funcin de su categora (continuacin)

Grado II

Comprenden las naranjilla que no pueden clasificarse en los grados anteriores, pero que se halla en buen estado. Se admiten los siguientes defectos leves:

- Defectos leves de forma (alargamientos o deformaciones);

- Defectos leves de color provocados por el sombreamiento producido por el contacto entre los frutos en el arbusto y cicatrices superficiales ocasionadas por plagas. Estos defectos no deber ser ms del 10% del rea total del fruto.

Se admite hasta el 10% en nmero o en peso de los frutos que no cumplan los requisitos de esta grado, ni los requisitos generales, con excepcin de las productos con daos mecnicos severos.

(INEN, 2009, pp. 2, 3)

1.1.6.3 Pre enfriamiento

Esta operacin se puede realizar ya sea por inmersin en agua limpia y fra (4

C), o corriente durante 15 a 30 min. Luego es necesario escurrir y dejar secar a

la sombra las frutas a fin de evitar el ataque por hongos y el recalentamiento de

las mismas. El pre enfriamiento es necesario cuando la fruta se cosecha madura

o sobremadura y tambin cuando va a ser transportada por largos trayectos. La

recoleccin a primeras horas de la maana puede reducir la requerimiento del pre

enfriamiento, debido a que se tiene baja temperatura y humedad relativa alta, con

lo cual se evita tambin la deshidratacin de la naranjilla (Garcia y Garcia, 2001,

pp. 43, 86; Kitinoja y Kader, 2003)

1.1.6.4 Limpieza y Desinfeccin

La limpieza de la naranjilla se realiza con el objetivo de remover impurezas

visibles (polvo, residuos agroqumicos, etc.) y pelusas de la superficie de la fruta;

esta operacin se hace con mtodos en seco o en hmedo. La limpieza en

hmedo se lleva a cabo mediante operaciones como el tamizado y la abrasin

13

con el respectivo uso de zarandas y costales; en los dos casos se usan

aproximadamente 8 kg de fruta y mediante movimientos longitudinales y laterales

se desprenden la pelusas de la superficie de la fruta, durante este proceso se

debe cuidar de no provocar dao mecnico por golpes con la zaranda o maltrato

brusco en el costal; mientras que la limpieza en hmedo se hace por inmersin o

aspersin; aqu la fruta se frota con un cepillo giratorio o se hace frotar las

naranjillas entre s con el uso de chorros de agua (Clix y Duarte, 2007, p. 28).

La desinfeccin de naranjilla se hace por inmersin de los frutos en una solucin

de tego 51 al 1% y tiabendazol a 1 500 ppm, o en una solucin de hipoclorito de

sodio de 50 ppm; que se lleva a cabo durante un tiempo de 10 a 15 minutos y

posteriormente se enjuaga. Este proceso permite disminuir la carga microbiana y

mitigar el ataque de hongos y bacterias (FAO, 2006; Garcia y Garcia, 2001, p. 85).

1.1.6.5 Secado y encerado

Luego de la limpieza y desinfeccin es imprescindible que se remueva el agua

superficial de la naranjilla. Esta operacin se realiza con aire forzado y

preferiblemente con aire caliente a 40 C; los frutos se colocan en bandejas o en

la mismas canastilla en un mximo de dos capas y se hace circular el aire con un

ventilador (Garcia y Garcia, 2001, p. 85).

Con el encerado se restablece la cera natural de la corteza que se pierde en las

operaciones anteriores, adems permite mejorar la apariencia visual de los frutos.

La formulacin y concentracin de la cera al igual que su fluidez debe ser probada

antes de aplicarse al producto final (FAO, 2006).

1.1.6.6 Empaque y transporte

Existen diversos tipos de empaques, entre ellos: cajas de madera, costales de

fique, cajas plsticas y de cartn. En Ecuador se empaca normalmente la fruta en

14

cajas de madera de 17 a 20 kg para los mercados mayoristas, en cajas plsticas

de 30 kg para los supermercados y en fundas plsticas de 2,0 a 2,5 lb para el

consumidor final (Revelo et al., 2010, p. 97). Las canastillas plsticas son

recomendadas para el transporte de naranjilla puesto que facilita el estibaje y

manejo y adems son reutilizables (Garcia y Garcia, 2001, p. 86).

El transporte comprende el desplazamiento de la fruta desde la zona de cultivo

hacia los canales de distribucin y comercializacin. La fruta debe transportarse

sola, sin productos que puedan contaminarla. El transporte de preferencia se

realiza a primeras horas de la maana y en vehculos con carpa, previamente

lavados y desinfectados. El estibaje se hace a una altura mxima de 1,5 m para

evitar daos de la fruta y el empaque (FAO, 2006).

1.1.6.7 Almacenamiento

El almacenamiento de naranjilla depende directamente del estado de madurez en

el cual se haya recolectado, puesto que es una fruta climatrica y sus procesos

metablicos continan en forma rpida luego de la cosecha; sin embargo,

estudios de poscosecha recomiendan almacenar naranjilla cosechada en estado

pintn (3/4 madurez, 75% de color amarillo) a 8 C y 90 % de humedad relativa

(Revelo et al., 2010, p. 98; Thompson, 2008, p. 278).

1.1.7 ESTADSTICAS DE PRODUCCIN Y EXPORTACIN

En Ecuador se cultiva y produce naranjilla a nivel comercial en la regin

amaznica especialmente en las provincias de Pastaza, Napo y Morona Santiago;

y en menor escala en Sucumbos, Orellana y Zamora Chinchipe. Tambin se

hallan cultivos en las provincias de Tungurahua, Pichincha, Imbabura, Cotopaxi,

Chimborazo, Carchi y Santo Domingo de los Tschilas (Revelo et al., 2010, pp.

12-22).

15

Segn el III Censo Agropecuario Nacional realizado por el Instituto Nacional de

Estadstica y Censos (INEC), para el ao 2000 la superficie total sembrada fue de

9 459 ha, con una produccin de 16 014 t y un rendimiento de 2,73 t/ha. En la

Figura 1.2 se presenta el comportamiento de la produccin de naranjilla a nivel

nacional desde el ao 2000 al 2010.

Figura 1.2. Produccin de naranjilla a nivel nacional (SINAGAP, 2014)

Los principales pases de destino de la naranjilla ecuatoriana son: Estados Unidos

y Espaa; sin embargo tambin se registran exportaciones en menores

cantidades a: Holanda (pases bajos), Emiratos rabes Unidos, Suiza, Francia,

Italia, Alemania, Canad, Blgica, Rusia, Singapur y Azerbaidjan, tal como se

aprecia en la Tabla 1.7.

Para el ao 2013 el total de exportaciones de naranjilla fue de 7,15 t, mientras que

para el ao 2014 fue de 17,42 t, lo cual implic un incremento en las

exportaciones en ms del 100% (BCE, 2015).

0

5000

10000

15000

20000

25000

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Pro

du

cc

in

(t)

Ao

16

Tabla 1.7. Total de exportaciones de naranjilla ecuatoriana por pas de destino, para los aos 2013 y 2014

Ao 2013

Pas de destino Total exportaciones (t)

Espaa 2,73

Estados Unidos 3,89

Emiratos rabes Unidos 0,30

Francia 0,09

Holanda (Pases Bajos) 0,05

Italia 0,08

Suiza 0,02

Alemania 0,01

Canad 0,01

Blgica 0,01

Total (t) 7,15

Ao 2014

Pas de destino Total exportaciones (t)

Espaa 5,41

Estados Unidos 11,44

Holanda (Pases Bajos) 0,34

Rusia 0,12

Singapur 0,07

Azerbaijan 0,06

Total (t) 17,42 (BCE, 2015)

17

1.2 PARDEAMIENTO ENZIMTICO EN FRUTOS FRESCOS

1.2.1 PARDEAMIENTO POR POLIFENOLOXIDASA (PPO)

El pardeamiento enzimtico es un proceso oxidativo que genera importantes

cambios en las caractersticas fsicas, qumicas y nutricionales de los productos

hortofrutcolas. La presencia de este fenmeno en los frutos frescos, se debe ya

sea a procesos fisiolgicos desarrollados en la maduracin o bien a operaciones

tecnolgicas equivocas, realizadas durante la recoleccin y la poscosecha de los

mismos. Un efecto directo del pardeamiento enzimtico a parte de la prdida de la

calidad del color; es la reduccin de la aceptabilidad en el consumidor

(Damodaran, Parkin, y Fennema, 2010, p. 407; Simpson, 2012, p. 56).

Las reacciones del pardeamiento enzimtico, en general, conducen a cambios

indeseados en la textura, sabor y valor nutricional de las frutas, que disminuyen

su calidad y vida til; y originan adems prdidas econmicas. Se estima que

alrededor de un 50 % de prdidas en algunas frutas tropicales se producen como

resultado de estas reacciones (Gonzlez et al., 2005, p. 290; Lozano, 2006, p.

163; Yildiz, 2009, pp. 342, 343).

Las enzimas relacionadas con el pardeamiento enzimtico reciben los nombres

de polifenoloxidasas, fenoloxidasas, tirosinasas, cresolasa o catecolasas

denominadas en forma general como fenolasas; las que se hallan ampliamente

distribuidas en las frutas. Estas enzimas se caracterizan por tener la misma

estructura del centro activo, conformado por un ncleo de dos tomos de cobre.

Las fenolasas pertenecen al grupo de las oxidorreductasas y estn conformadas

por la monofenol monooxigenasa (EC 1.14.18.1) y la catecol oxidasa (EC

1.10.3.1) (Damodaran et al., 2010, p. 405; Yildiz, 2009, p. 322).

Los compuestos qumicos insaturados con estructuras de monofenoles, orto-

difenoles y polifenoles son los sustratos naturales ms comunes de las

polifenoloxidas; entre ellos: catecol, tirosina, cido cafeico, cido protocatquico,

cido glico, cido clorognico, dopamina, flavonoles, entre otros. En la Figura 1.3

18

se muestra la estructura de algunos sustratos que se caracterizan por contener un

anillo aromtico con uno o ms grupos hidroxilo junto con un nmero determinado

de otros sustituyentes (Badui, 2013, pp. 322, 324; Bello, 2008, pp. 323-325;

Damodaran et al., 2010, pp. 407, 408; Gonzlez et al., 2005, p. 157; Simpson,

2012, pp. 58, 59).

Catecol cido cafeico cido protocatquico

OH

OH OHNH2

O

OH

Tirosina

OH

OH COOHOH

OH

HOOC

OH

OHOH

COOH

cido glico

OH

OH

CH CH C

O

O

C

O

OH

OH

OH

OH

cido clorognico

OHOH

CH2 CH2 NH2

Dopamina

Figura 1.3. Principales sustratos fenlicos de la polifenoloxidasa presente en los productos

hortofrutcolas

La polifenoloxidasa (PPO) y los sustratos fenlicos de hallan en compartimientos

celulares autnomos y separados dentro del tejido vegetal, es por eso que en

frutas sanas no tienen lugar los procesos oxidativos; por lo contrario cuando las

frutas son peladas, cortadas, golpeadas o sufren algn tipo de infeccin; las

polifenoloxidasas entran en contacto con los sustratos fenlicos y en presencia

del oxgeno del aire producen la oxidacin enzimtica de los compuestos

fenlicos a orto-quinonas, que rpidamente se polimerizan y forman melaninas

con pigmentaciones pardas. Al parecer la polimerizacin de estos compuestos

ayuda a la cicatrizacin de heridas provocadas por patgenos invasores; y sirve

por tanto como medio de defensa de las plantas (Astiasarn y Martnez, 2000, p.

205; De la Rosa et al., 2010, p. 110; Gonzlez et al., 2005, p. 156; Simpson, 2012,

p. 51).

19

1.2.2 MODO DE ACCIN DE LAS POLIFENOLOXIDASAS

Las polifenoloxidasas habitualmente catalizan dos tipos de reacciones a travs de

las cuales se inicia el pardeamiento enzimtico; estas se muestran a continuacin:

OH

R

+ O2 2H+

H2OPPO+ +

OH

OH

R [1.1]

OH

OH

+ 1/2O2PPO

R

O

O

H2O+

[1.2]

La primera reaccin constituye la actividad fenol hidroxilasa o cresolasa, que

hidroxila los sustratos fenlicos en posicin orto y produce fenoles

ortohidroxilados o difenoles; mientras que la segunda es la base de la actividad

polifenoloxidasa o catecolasa, que oxida los difenoles producidos y los convierte

en ortoquinonas; esta ltimas son altamente reactivas y se polimerizan no

enzimticamente para producir macromolculas de estructura qumica compleja

denominadas como melaninas, las cuales originan pigmentos de color marrn

rojizo o pardos y adems son las responsables de la prdida de calidad visual y

nutricional de las frutas (Badui, 2013, p. 323; Damodaran et al., 2010, p. 405;

Gonzlez et al., 2005, pp. 156, 157; Simpson, 2012, p. 57).

En la Figura 1.4 se presenta el mecanismo de reaccin simplificado, mediante el

cual las polifenoloxidasa catalizan las reacciones del pardeamiento enzimtico.

20

OH

R

OH

OH

R R

O

O

Melaninas

PPO PPO

O2 1/2O2

H2OActividad cresolasa Actividad catecolasa

Reacciones de la actividad cresolasa

protena-Cu2+

+ O2 protena-Cu2 O2

protena-Cu2 O2 + + 2H+

protena-Cu2+2

+ + H2O

+ 2e-protena-Cu2

+2 protena-Cu2+

Reacciones generales de la actividad catecolasa

protena-(Cu2+2

)n protena-(Cu2+)n + O2

+ ne-

activacin

protena-(Cu+)n O2

o-Difenol

o-Quinona+2e

-

protena-(Cu+)nO + OH

-

o-Difenol

o-Quinona

+2e-

Monofenol

o-Difenol

n=2 cuando predomina la actividad cresolasa

n=1 cuando predomina la actividad cresolasa

Monofenol o-Difenol o-Quinona

Polimerizacin

monofenol o-Difenol

Figura 1.4. Mecanismo simplificado de la accin de las polifenoloxidasas (Simpson, 2012, p. 58)

21

1.2.3 FACTORES MEDIOAMBIENTALES RELACIONADOS CON LA ACCIN

ENZIMTICA

El proceso de pardeamiento enzimtico est limitado por varios factores, dentro

de los que se enfatizan el pH del medio de reaccin, la temperatura, la

concentracin del sustrato y de la enzima y la disponibilidad de agua; estos

factores tienen influencia directa sobre la actividad enzimtica (Badui, 2013, pp.

285-290; Laurila, Kervinen, y Ahvenainen, 1998, p. 54).

La actividad de PPO depende del pH, ya que la concentracin de iones hidronio

afecta el grado de ionizacin de los aminocidos de la enzima, del sitio activo, del

sustrato o del complejo enzima-sustrato y adems influye en la estructura

tridimensional de la enzima y por ende la afinidad que tenga la enzima por el

sustrato. La PPO presenta pH estrechos de actividad ptima, generalmente de

entre 5 y 7; y se desactiva a pH menores a 3 (Badui, 2013, p. 285; Battaner, 2013,

p. 155).

En forma general la velocidad de toda reaccin e incluso de las enzimticas

incrementa con la temperatura al aumentar la energa cintica de las molculas;

sin embargo, incrementos excesivos en la temperatura favorecen la

desnaturalizacin progresiva de las enzimas y con ello la prdida su capacidad

cataltica. La temperatura sobre la actividad enzimtica tiene efectos de activacin

e inactivacin; definindose el ptimo de temperatura como aquel donde la

velocidad de reaccin es mxima. La mayora de las enzimas tienen una

temperatura ptima de entre 30 y 45 C y a temperaturas superiores a los 60 C

se desnaturalizan (Badui, 2013, p. 287; Damodaran et al., 2010, pp. 387, 388).

Las enzimas actan de forma ms eficiente si la concentracin del sustrato est

en exceso con relacin a la concentracin de la enzima, esto ya que bajo estas

circunstancias existe mayor probabilidad de colisiones entre las molculas de la

enzima y el sustrato (Badui, 2013, p. 289; Battaner, 2013, pp. 135-140).

22

La disponibilidad de agua afecta a la velocidad de las reacciones enzimticas ya

que est, acta como medio de difusin, y dilucin o concentracin de solutos;

proporciona estabilidad y plasticidad a las protenas; y adems funciona como

cosustrato en las reacciones hidrolticas. Es por tanto que el control de la

disponibilidad de agua afecta a la actividad y estabilidad de las enzimas

(Damodaran et al., 2010, p. 397).

1.2.4 FACTORES PRECOSECHA Y POSCOSECHA QUE AFECTA AL

PARDEAMIENTO ENZIMTICO

Son varios los parmetros precosecha que influyen en el desarrollo del

pardeamiento enzimtico de las frutas; entre ellos: las prcticas agrcolas, el tipo

suelo, la fertilizacin, las condiciones climticas y la forma de cosecha. Excesos

en la cantidad de agua y de nitrgeno, o una baja contribucin de calcio implican

una mayor susceptibilidad al pardeamiento y reduccin del tiempo de vida til

(Garcia y Barrett, 2002, p. 4; Gonzlez et al., 2005, p. 163).

Durante la poscosecha y el procesamiento de las frutas y hortalizas, la intensidad

del pardeamiento enzimtico depende de factores como: la especie y variedad, la

madurez, la naturaleza y contenido de sustratos fenlicos, la actividad de las

enzimas endgenas, la disponibilidad de oxgeno y la compartimentalizacin de

las enzimas y los sustratos. En frutos en crecimiento el contenido de sustratos

fenlicos es ms alto que en frutos maduros, por lo que la actividad enzimtica en

estos tambin es mayor (Gonzlez et al., 2005, pp. 160, 163).

1.2.5 CONTROL DEL PARDEAMIENTO ENZIMTICO

Para que las reacciones del pardeamiento enzimtico se produzcan es necesario

tres componentes: un enzima activa, un sustrato fenlico adecuado y

disponibilidad de oxgeno; por lo cual si se limita o excluye alguno de estos tres

23

componentes se inhibe potencialmente los procesos enzimticos del

pardeamiento (Herrera, Bolaos, y Luts, 2003, p. 40).

Badui (2013), Bello (2008) y Damodaran et al. (2010) sealan que el control del

pardeamiento enzimtico se lo puede realizar por mtodos fsico y qumicos o una

combinacin de ambos (pp. 288, 331, 408). Entre ellos: tratamiento trmico,

deshidratacin, refrigeracin y/o congelacin, exclusin de oxgeno, tratamientos

qumicos y alternativamente la aplicacin de radiaciones ionizantes

Los tratamientos trmicos, la deshidratacin y la refrigeracin y/o la congelacin

son alternativas viables, siempre y cuando el tiempo para su aplicacin no cause

efectos adversos en las frutas o sus derivados; tales como pardeamientos

intolerables, cambios en la textura y modificaciones en las caractersticas

organolpticas, que alteren la calidad global del fruto. De forma general se conoce

que las enzimas se inactivan a temperaturas de entre 70 a 90 C en tiempos

cortos, sin embargo; al calentar los frutos se producen cambios indeseables, por

lo tanto el tratamiento trmico no siempre es recomendable. Con la refrigeracin

y/o congelacin se retarda la velocidad de reacciones enzimticas, sin embargo

incluso en frutas congeladas pueden presentarse procesos oxidativos pero a

velocidades muy bajas (Badui, 2013, pp. 288, 324; Herrera et al., 2003, p. 40; Hui

et al., 2006, p. 60; Orrego, 2003, p. 255).

La deshidratacin es un mtodo convencional de conservacin de alimentos; cuyo

objetivo principal es reducir la actividad de agua (aw) de las frutas, hasta valores

crticos donde la actividad y estabilidad de las enzimas puedan verse afectadas.

La disminucin de forma controlada de la aw se realiza generalmente por

deshidratacin osmtica, que consiste en la inmersin de frutas enteras o

cortadas en jarabes de maz o soluciones concentradas de sacarosa; bajo estas

condiciones se tiene dos flujos en contracorriente; un flujo de agua y solutos

desde la fruta hacia el medio y otro flujo del medio a la fruta con una posible

incorporacin de agentes conservantes, antimicrobianos y antipardeamiento

(Alzamora, Guerrero, Nieto, y Vidales, 2004, p. 11; Ibarz y Barbosa, 2005, pp.

621, 622).

24

La exclusin de oxgeno se realiza mediante el uso de recubrimientos o pelculas

comestibles que limitan la disponibilidad de O2. La eliminacin del O2 se la debe

realizar hasta niveles tales en los que no se d un metabolismo anaerbico que

conlleve a alteraciones de las propiedades organolpticas. Adicionalmente se

puede emplear empaques en atmsferas modificas (MAP) que se utilizan

principalmente para alimentos mnimamente procesados; este mtodo busca

reducir la tasa de respiracin y las reacciones enzimticas, al empacar los

productos con bajas concentraciones de O2 y altas de CO2 (Bhat, Alias, y

Paliyath, 2011, p. 51; Damodaran et al., 2010, p. 408; Merodio y Escribano, 2003,

p. 196).

Los tratamientos qumicos son los ms habituales dentro del estudio de la

inhibicin del pardeamiento enzimtico; estos incluyen el uso de agentes

reductores, acidulantes, inhibidores enzimticos, agentes quelantes e

inactivadores de la polifenoloxidasa (Damodaran et al., 2010, p. 408; Simpson,

2012, p. 60).

Los agentes reductores como los sulfitos (se incluye el SO2, los bisulfitos y los

metasulfitos), los tioles, el cido ascrbico y la cistena; actan ya sea reduciendo

las o-quinonas a difeonoles o bien, conjugando qumicamente las o-quinonas

retardando as su polimerizacin y consecuente formacin de melaninas; sin

embargo, su accin es limitada debido a que se consumen durante en el proceso

inhibitorio. Otro efecto importante de estos agentes, es la inactivacin completa de

las polifenoloxidasas, debida a la reaccin de los sulfitos con las o-quinonas que

forman sulfoquinonas, las que inhiben irreversiblemente las PPO. El uso de los

sulfitos en los alimentos es multipropsito, ya que actan como agentes

antimicrobianos e inhibidores enzimticos y no enzimticos, pero su uso se halla

restringido por la FDA (Food and Drug Administration) porque genera efectos

adversos sobre la salud. Adems, la adicin de sulfitos est limitada a 500 ppm

puesto que promueven sabores desagradables (Bello, 2008, pp. 331, 332;

Camen y Repetto, 2012, pp. 472-473; Damodaran et al., 2010, pp. 408-410; De

la Rosa et al., 2010, p. 209; Gonzlez et al., 2005, pp. 292, 293).

25

La adicin de acidulantes tales como el cido ctrico, mlico, ascrbico o fosfrico;

inhibe el pardeamiento enzimtico gracias a que se reduce el pH ptimo de accin

de las polifenoloxidasas (pH 7). Mejores resultados se obtiene mediante la

adicin de cido ascrbico puesto que como ya se explic, tiene adems

capacidad reductora. A pH menores a 3 se inhibe completamente la accin de las

fenolasas, sin embargo es poco prctico alcanzar este pH, debido a que bajo

estas condiciones se alteran las propiedades sensoriales y la calidad de las frutas

(Badui, 2013, p. 325; Hui et al., 2006, p. 79; Simpson, 2012, pp. 60-62).

Los inhibidores enzimticos anlogos a los sustratos naturales, ocupan

competitivamente el sitio de los compuesto fenlicos con lo cual inhibe la actividad

de las polifenoloxidasas; entre estos se tiene: el cido cinmico, p-cumrico,

ferlico y benzoico. Otros inhibidores como las sales de haluros, el cianuro, el

monxido de carbono y ciertos reactivos tilicos, se coordinan al sitio activo de la

polifenoloxidasa inhibiendo competitivamente su actividad. Inhibidores como la

tropolona y el 4-hexilresorcinol, tambin se asemejan a los sustratos nativos y se

coordinan vigorosamente con el cobre del sitio activo; sin embargo su uso an no

est regulado para alimentos. El 4-hexilresorcinol es efectivo a bajas

concentraciones, no blanquea los pigmentos y es estable qumicamente; pero no

inhibe completamente el pardeamiento, por lo que se emplea en combinacin con

cido ascrbico incrementado as su efectividad. Otro inhibidor potencial es el

cido kjico que se identific en cultivos de Aspergillus y Penicillium spp, este se

coordina con el centro activo de la polifenoloxidasa, su uso est limitado a

productos fermentados con estos organismos (Damodaran et al., 2010, pp. 408-

410; Gonzlez et al., 2005, pp. 165, 300).

Los agentes quelantes como el etilendiamino tetraactico (EDTA), los cidos

oxlicos y los ctricos incluidos los zumos de estos cidos, se coordinan con el

cobre del sito activo de la polifenoloxidasa y ocasionalmente eliminan el cobre. El

EDTA es adems, un agente acomplejante con eficaz accin sobre la inhibicin

enzimtica de varias frutas y hortalizas que tiene la ventaja de no conferir sabor al

alimento (Damodaran et al., 2010, p. 408; Gonzlez et al., 2005, p. 299; Laurila et

al., 1998, p. 55).

26

Comnmente, el control eficaz del pardeamiento enzimtico se logra mediante

una combinacin de agentes antipardeamiento. Una combinacin tpica consiste

de un agente qumico tal como el cido ascrbico, un acidulante, tal como cido

ctrico, y el agente quelante como EDTA (Simpson, 2012, p. 60).

Las enzimas pueden ser inactivadas por la exposicin a las radiaciones ionizantes

(rayos gamma y electrones acelerados), sin embargo las dosis requeridas para

este efecto, son al menos 10 veces mayor que las necesarias para la eliminacin

de microorganismos. Las actividades enzimticas residuales luego de la

aplicacin de radiaciones ionizantes, pueden poner en riesgo las propiedades

organolpticas y el valor nutritivo del alimento. Por otro lado, la aplicacin de

irradiacin puede provocar cambios bioqumicos indeseables. De hecho, el

pardeamiento enzimtico puede agravarse por los tratamientos de irradiacin,

puesto que puede alterar la permeabilidad de los compartimientos celulares

favoreciendo el contacto entre la polifenoloxidasa y sus sustratos. De forma

general se conoce que el control del pardeamiento enzimtico por irradiacin est

condicionado por la clase y concentracin de enzima que se desee inactivar, la

actividad de agua, la pureza del extracto enzimtico empleado, la relacin de los

efectos in vitro (enzimas purificadas) frente a los in situ (sistemas alimentarios), la

disponibilidad de oxgeno, el pH y la temperatura (Fennema, 2000, p. 582; Garcia

y Barrett, 2002, p. 16).

En varias ocasiones es aconsejable aplicar tratamientos combinados para control

del pardeamiento enzimtico. Por ejemplo, utilizar un tratamiento trmico

moderado para inactivar las enzimas, seguido por irradiacin para esterilizar; o

tambin refrigeracin de las frutas luego de ser irradiadas. Estas estrategias

tienen efectos sinrgicos sobre la eficacia de la inhibicin del pardeamiento

enzimtico en los frutos frescos (Fennema, 2000, p. 583).

27

1.3 IRRADIACIN DE FRUTAS

1.3.1 GENERALIDADES

La aplicacin de radiaciones ionizantes (irradiacin) a productos hortofrutcolas se

realiza por varios propsitos, entre ellos: desinfestacin de insectos, disminucin

de la carga microbiana, inhibicin o retraso de los procesos de maduracin y

senescencia e inhibicin de las reacciones enzimticas. La irradiacin de

alimentos se considera tambin, como una pasteurizacin en fro cuyo objetivo es

extender el tiempo de vida til de los productos que se comercializan y consumen

en fresco (Arvanitoyannis, 2010, p. 518; Bello, 2008, p. 450; Daz, 2009, p. 324;

Rahman y Ahmed, 2012, p. 967).

Los rayos gamma ( ), rayos-X o un haz de electrones de alta energa (partculas

), son los tipos de radiaciones ionizantes que potencialmente se usan para la

conservacin de alimentos (Brennan y Almud, 2008, p. 149). Los rayos gamma y

el haz de electrones de alta energa, son los ms usados en aplicaciones

alimenticias; diferencindose entre ellos, por su capacidad de penetracin y su

poder de ionizacin; es as que, los rayos gamma son ms penetrantes que los

electrones acelerados, sin embargo estos ltimos tienen mayor poder de

ionizacin. Los rayos-X al igual que los rayos gamma tienen buena capacidad de

penetracin; sin embargo la conversin de electricidad a rayos-X es ineficiente y

costosa por lo cual esta tecnologa es la menos usada (Korkmaz y Polat, 2005,

pp. 389-391; Tucker, 2008, pp. 236, 237).

Las radiaciones ionizantes se caracterizan por tener la capacidad de producir

ionizacin y excitacin en los tomos del alimento tratado, pero su nivel de

energa est restringido para que no interaccionen con el ncleo y no se induzca

radioactividad; es as que los rayos-X se pueden emplear hasta una energa de 5

MeV; los electrones acelerados hasta una energa de 10 MeV; y los rayos gamma

provenientes de fuentes de cobalto-60 producen dos ondas de radiacin con

energas comprendidas entre 1,17 y 1,33 Mev (Fan, 2010, pp. 427, 428; Ladaniya,

2008, p. 404).

28

1.3.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Las ventajas de la irradiacin de frutas y en general de los alimentos, son las

siguientes:

- Se considera un proceso en fro, por lo que se puede tratar alimentos

envasados y congelados (Daz, 2009, p. 320).

- Los alimentos pueden ser irradiados luego del envasado, evitndose una

contaminacin ulterior (Roca y Almela, 2004, p. 28)

- Los alimentos irradiados exhiben caractersticas organolpticas similares a

los productos frescos (Bello, 2008, p. 456).

- En las frutas, a dosis bajas (1 kGy) las prdidas nutricionales son mnimas

(Brennan y Almud, 2008, p. 171).

- Su aplicacin no genera cambios qumicos nocivos, por tanto es una

alternativa de sustitucin a los tratamientos qumicos convencionales

(Bello, 2008, p. 456; Casp y Abril, 2003, p. 485).

- No deja ningn tipo de residuos en los alimentos.

- La apariencia de las frutas no vara visiblemente.

No todos los efectos de la irradiacin son positivos, y se presentan algunos

inconvenientes:

- Ciertos frutos fresco presentan mayor radiosensibilidad que otros, y se

pueden desarrollar modificaciones sensoriales inaceptables (Fellows, 2000,

pp. 233, 234).

- El elevado costo de la instalacin, los aspectos de regulacin y seguridad

del proceso y limitada aceptabilidad del consumidor; hacen que la

comercializacin de alimentos irradiados sea aun restringida (Casp y Abril,

2003, p. 485).

29

1.3.3 EFECTOS Y OBJETIVOS

Segn Brennan y Almud (2008) y Daz (2009), el mecanismo de accin de la

irradiacin se desarrolla a travs de tres etapas: la accin fsica primaria sobre los

tomos; los cambios qumicos provocados por la accin fsica; y los efectos

biolgicos sobre las clulas vivas de los alimentos (pp. 150, 323).

Los electrones de alta energa inciden sobre los tomos, ocasionando un aumento

de energa en los electrones orbitales; de esta forma estos electrones pueden ser

o bien expulsados completamente, o bien movidos a orbitales de mayor energa;

dando como resultado global la ionizacin y excitacin de los tomos

respectivamente. Los electrones acelerados ceden su energa dentro de pocos

centmetros en la superficie del alimento por lo que el lmite prctico de

penetracin en alimentos es de alrededor de 4 cm empleando su energa mxima

autorizada (10 Mev). Los rayos gamma y los rayos-X en cambio; son

considerados fotones y su interaccin ms relevante con los tomos y/o

molculas, es el efecto Compton. Los fotones inciden sobre los tomos

expulsando electrones orbitales, cediendo parte de su energa y cambiando de

direccin, de esta manera un fotn logra ocasionar varios efectos Compton y

puede penetrar profundamente dentro del alimento. Los electrones expulsados

con suficiente energa consiguen ocasionar ms ionizaciones y excitaciones en

los tomos vecinos. El resultado global de los efectos fsicos es la formacin de

molculas e iones excitados con cantidades anmalas de energa (Brennan y

Almud, 2008, pp. 150-153; Rahman y Ahmed, 2012, pp. 973, 974).

La ruptura de los iones y molculas excitadas y de su reaccin con molculas

vecinas, desencadena una serie de reacciones qumicas que conllevan a la

formacin de compuestos qumicamente estables; a este proceso se denomina

radilisis y a los radicales resultantes, productos radiolticos. En las frutas y

vegetales los productos radiolticos del agua que los conforma, toman vital

importancia, ya que son los responsables de las alteraciones qumicas de

protenas, carbohidratos, grasas, cidos nucleicos y de los componentes

minoritarios tales como las vitaminas. Estas alteraciones pueden deberse a los

30

efectos directos de la incidencia de las radiaciones y en caso de las soluciones

acuosas, a los efectos de los productos radiolticos del agua (Brennan y Almud,

2008, p. 154; Daz, 2009, pp. 323, 324).

El objetivo principal de la irradiacin es generar cambios en las clulas vivas de

los agentes contaminantes como microorganismos, bacterias, insectos y

parsitos; o en las clulas de frutas y vegetales frescos. Este objetivo se da por

accin de los efectos biolgicos de la irradiacin, que ocasionan daos en el cido

desoxirribonucleico (ADN) y el cido ribonucleico (ARN) de los contaminantes.

Los cambios en la composicin celular del ADN se facilitan ya sea por la accin

directa de la radiacin sobre el material gentico; o por los efectos indirectos, a

travs de la produccin de radicales libres, esencialmente de agua, que daan el

ADN (Bello, 2008, pp. 453, 454; Brennan y Almud, 2008, p. 155; Fellows, 2000, p.

239; Tucker, 2008, p. 239).

Los efectos de la irradiacin sobre los componentes de los alimentos son

importantes por su influencia en la calidad y el valor comercial. Los principales

parmetros de calidad afectados por las radiaciones ionizantes son la apariencia,

la textura, el sabor y los valores nutricionales. Los cambios en la calidad debido a

la irradiacin o almacenamiento son a menudo influenciados por actividades

fisiolgicas y enzimticas en respuesta a las acciones ambientales (Sommers y

Fan, 2013, pp. 271-284).

Las enzimas son protenas, y por lo tanto, todos los efectos de la irradiacin sobre

las protenas tambin son aplicables a las enzimas. El efecto de la irradiacin

sobre las enzimas se puede medir por cambios en la actividad de la enzima, y en

las frutas frescas, la irradiacin a dosis bajas puede causar cambios en la

actividad enzimtica, debido principalmente a los cambios metablicos (Sommers

y Fan, 2013, p. 82)

La irradiacin de las protenas resultan en desaminacin, descarboxilacin,

reduccin del enlace disulfuro, la oxidacin de grupos sulfhidrilo, modificaciones

de restos de aminocidos, y la escisin (ruptura) del pptido de cadena y

31

agregaciones. Por lo tanto, el efecto directo de la irradiacin sobre las enzimas es

tambin la desaminacin y descarboxilacin, afectando as a la actividad

enzimtica; e indirectamente se afecta la integridad de las membranas celulares

permitiendo que los sustratos entren en contacto con las enzimas previamente

compartimentadas, dando paso a las reacciones de pardeamiento y cambios en la

textura (Komolprasert y Morehouse, 2004, p. 98; Korkmaz y Polat, 2005, p. 397).

La dosis de radiacin aplicada a un alimento, depende directamente del propsito

deseado; es as que, en funcin de la dosis se pueden lograr distintos objetivos,

tal como se aprecia en la Tabla 1.8.

Tabla 1.8. Dosis de radiacin aplicadas para diferentes objetivos

Rango Dosis (kGy) Productos Objetivos

Bajo

0,02 0,15 Papas, cebollas, ajos, raz de jengibre, etc.

Inhibicin de la germinacin durante el almacenamiento

0,10 1,0 Frutas y hortalizas frescas Retraso de procesos fisiolgicos (maduracin)

0,20 1,0

Cereales, legumbres, granos de caf, especias, frutas frescas y secas, nueces, pescado y carne frescos y secos, cerdo fresco

Desinfeccin de insectos y parsitos

0,15 1,0 Frutas y hortalizas frescas Control fitosanitario

Medio

1 10 Crnicos frescos, mariscos, verduras y frutas

Extensin de la vida til

2 8 Carne cruda de aves y carne molida

Reduccin microbiana o pasteurizacin

Alto

10 30 Especias secas, hierbas y otros condimentos vegetales secos

Descontaminacin microbiana

25 75

Carne, aves, mariscos, alimentos procesados, dietas hospitalarias y para astronautas estriles

Esterilizacin industrial (combinada con tratamiento trmico suave)

(Rahman y Ahmed, 2012, pp. 969, 970; Santamaria, 2003, p. 110)

32

1.3.4 IRRADIACIN COMBINADA CON OTROS TRATAMIENTOS

POSCOSECHA

Sommers y Fan (2013) presentan una revisin de los estudios realizados en

relacin a la combinacin de la irradiacin con otros tratamientos (pp. 284-288); y

en la Tabla 1.9 se muestra un resumen de lo expuesto.

Tabla 1.9. Resultados de la irradiacin de alimentos combinada con otros tratamientos poscosecha

Producto Tratamientos Resultados

Lechuga fresca

cortada

Cloracin e irradiacin a dosis de 0,15 - 0,5 kGy

Reduccin de la poblacin microbiana sin afectacin en la firmeza

Almacenamiento en MAP e irradiacin a 0,5 y 10 kGy

Reduccin del pardeamiento del tejido de la lechuga por el decremento de la cantidad de O2 en los empaques

Lechuga Iceberg cortada

Sumersin en agua caliente a 47 C por 2 minutos seguida de irradiacin a 0; 0,5; 1,0 y 2,0 kGy

A dosis de 0,5 y 1,0 kGy con sumersin a 47 C, la lechuga tiene mejor calidad visual y menor pardeamiento que la tratada a 5 C

Melones frescos

cortados

Desinfeccin del meln entero con cloro (200 ppm), combinada con un tratamiento en un haz de electrones a dosis de 0,7 y 1,4 kGy

Extensin del tiempo de vida til del meln en rodajas y reduccin de la carga microbiana, sin afectacin en el color, el sabor y la textura de los trozos de meln

Pasteurizacin superficial de la fruta (76 C, 3 min) antes de cortarse e irradiacin a 0,5 kGy

Reduccin de la carga microbiana y la calidad de los melones cortados se mantuvo durante el almacenamiento a 4 C

Manzanas Galas

frescas cortadas

Inmersin en ascorbato de calcio al 7% combinada con irradiacin a 0,5 y 1,0 kGy y posterior almacenamiento a 10 C

Mejoramiento de la seguridad microbiologica, manteniendo la calidad de los trozos de manzana fresca recin cortada

Cebollas verdes frescas

cortadas

Tratamiento con agua caliente (50 C, 20 s) con irradiacin a bajas dosis (0,5 1,5 kGy)

Decremento del recuento de aerobios totales y extensin de la vida til, manteniendo la calidad visual y el color verde de las cebollas

(Sommers y Fan, 2013, pp. 284-288)

33

La irradiacin de alimentos por s sola, no siempre permite lograr los objetivos

deseados, ya sea por la severidad del tratamiento o por el encarecimiento de los

costos. Es as que, la combinacin con otros tratamientos poscosecha es una

alternativa viable y eficaz para alcanzar los resultados esperados. La irradiacin a

dosis bajas, se puede combinar con refrigeracin, tratamiento trmico leve, altas

presiones, envasado en atmosfera modificadas (MAP) o tratamientos qumicos.

La combinacin de estos tratamientos pueden generar en ocasiones efectos

aditivos y en otras sinrgicos (Brennan y Almud, 2008, pp. 169, 171).

1.3.5 IRRADIADORES

Las instalaciones que se usan industrialmente para la irradiacin de alimentos son

las fuentes de cobalto-60 y los aceleradores de electrones. Alrededor del 90 % de

las instalaciones corresponden a fuentes de istopos y el 10 % restante a los

aceleradores (Daz, 2009, p. 327; Fellows, 2000, p. 236).

1.3.5.1 Fuente de istopos

Los rayos gamma se generan a partir de radioistopos de cobalto-60 (Co60) y

alternativamente de cesio-137 (Ce137). El Co60 se desintegra en forma controlada

a Ni60 estable, con la emisin de rayos gamma en dos longitudes de onda con

niveles de energa de 1,17 y 1,33 Mev; y una vida media de 5,26 aos, resultando

en una disminucin de su actividad en aproximadamente un 1,1 % por mes. La

actividad promedio del Co60 y del Ce137 es de 222 - 370 x 1010 becqerel (Bq),

donde cada Bq equivale a una desintegracin por segundo, pero generalmente se

emplean los curies (Ci) donde un Ci equivale a 3,7 x 1010 Bq (Rahman y Ahmed,

2012, p. 976; Sommers y Fan, 2013, pp. 30-32).

El radioistopo de Co60 se halla encapsulado en fuentes con forma de tubos

(lpices), que se disponen en un diseo geomtrico determinado (p. ej. cilindros,

placas) y estn soportados en un portafuentes (rack). Una fuente de Co60 emite

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radiacin de forma continua e ininterrumpida por tanto los tubos deben

reemplazarse peridicamente para mantener una actividad relativamente

constante (Brennan y Almud, 2008, p. 156).

Las plantas de irradiacin se disean para operacin en batch o en continuo. En

la configuracin por lotes, los productos alimenticios son expuestos a la radiacin

durante un determinado perodo de tiempo, hasta que el alimento haya absorbido

la dosis requerida para el propsito deseado. En los sistemas continuos, los

alimentos pasan a travs del recinto de radiacin a una velocidad especfica, que

asegura que el alimento recibe la dosis de radiacin requerida; este modo de

operacin es ms conveniente para el procesamiento a gran escala (Tucker,

2008, p. 237).

Los irradiadores de categora IV son de tipo panormico y cuentan con una

cmara de irradiacin, una piscina de almacenamiento, un sistema transportador,

un panel de control automtico y depsitos para los productos irradiados y no

irradiados. La cmara de irradiacin es un recinto constituido por paredes de

hormign gruesas y puertas con blindajes de plomo para evitar la liberacin de

radiacin al ambiente. En la piscina de agua se almacena la fuente cuando no se

usa; el agua absorbe completamente la radiacin a la superficie, resguardando

as, al personal que entra y sale de la cmara. El sistema de control permite al

personal operar la fuente y adems cuenta con un sistema de interbloqueo y

alarma que evita que la fuente suba a la cmara cuando las puertas no estn

completamente cerradas (Daz, 2009, p. 328; Sommers y Fan, 2013, pp. 32, 33)

1.3.5.2 Irradiador de la Escuela Politcnica Nacional

La Escuela Politcnica Nacional (EPN) cuenta con un irradiador de tipo

panormico con almacenamiento de la fuente radioactiva en hmedo y donde el

radioistopo utilizado es el Co60 que se halla encapsulado en 12 fuentes (lpices

de 1x2x35 cm3) soportadas en un rack cilndrico de 12 lpices.

35

Las instalaciones disponen de un sistema automtico de elevacin de la fuente;

una piscina de almacenamiento en agua de 4,5 m de profundidad; un sistema de

control e interlock que se opera de forma manual; y una cmara de irradiacin con

paredes de hormign y una puerta de blindaje de plomo. Las paredes y la puerta

son 1,5 cm de espesor y el techo de 1,4 cm. En el diseo original del irradiador la

actividad mxima de la fuente fue de 150 000 Ci (curies); y la actividad actual es

de 1 626 Ci (Luna y Santos, 2011, pp. 14-17).

En la Figura 1.5 se muestra un esquema de las facilidades con las que cuenta el

irradiador de la EPN.

Figura 1.5. Esquema de las instalaciones del irradiador batch de la EPN

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1.3.6 LEGISLACIN

La irradiacin de alimentos est limitada por la legislacin vigente en cada pas

donde se ha autorizado su uso. Actualmente la irradiacin se usa de forma

comercial en 40 pases dentro de lmites especficos de dosis de radiacin. En

Estados Unidos la FDA regula las fuentes de radiacin que se utilizan para irradiar

alimentos, y aprueb

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