MARTHA ESTHER MAY GUTIÉRREZ UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE QUÍMICA PROGRAMA DE POSGRADO EN ALIMENTOS DEL CENTRO DE LA REPÚBLICA (PROPAC) DESARROLLO DE UN RECUBRIMIENTO COMESTIBLE A BASE DE MUCÍLAGO DE NOPAL (Opuntia spp.) DESARROLLO DE UN RECUBRIMIENTO COMESTIBLE A BASE DE MUCÍLAGO DE NOPAL (Opuntia spp.) TESIS Que como parte de los requisitos para obtener el grado de Maestro en Ciencia y Tecnología de Alimentos Presenta Martha Esther May Gutiérrez 2009 Santiago de Querétaro, Qro., Enero de 2009 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO FACULTAD DE QUÍMICA PROGRAMA DE POSGRADO EN ALIMENTOS DEL CENTRO DE LA REPÚBLICA (PROPAC) DESARROLLO DE UN RECUBRIMIENTO COMESTIBLE A BASE DE MUCÍLAGO DE NOPAL (Opuntia spp.) TESIS Que como parte de los requisitos para obtener el grado de Maestro en Ciencia y Tecnología de Alimentos Presenta Martha Esther May Gutiérrez Santiago de Querétaro, Qro., Enero de 2009 RESUMEN La fresa fresca (Fragaria ananassa) es un fruto muy perecedero con una vida útil muy corta. Existe un interés de los comerciantes y los consumidores para extender la vida útil de la fresa. Las fresas también son susceptibles a la pérdida de agua, golpes y daño mecánico debido a su suave textura y a la falta de una capa protectora. Los recubrimientos comestibles durante mucho tiempo han sido utilizados para proteger a los productos alimenticios perecederos del deterioro por la deshidratación, disminuyendo la respiración, mejorando la calidad de la textura, ayudando a retener los compuestos volátiles, del sabor y reducir el crecimiento microbiano. El mucílago del nopal puede tener aplicaciones en la industria alimenticia, cosmética, farmacéutica y otras. Un punto importante en la elección del mucílago de nopal como un recubrimiento es su bajo costo. El objetivo de este trabajo fue desarrollar un recubrimiento comestible, que conserve la calidad de la fresa. Las fresas fueron tratadas con un 2% de glicerol o sorbitol, como agentes plastificantes. Las fresas fueron sumergidas en la solución del recubrimiento por 40s, el exceso del recubrimiento fue retirado y las fresas recubiertas fueron secadas con aire forzado (20 ºC) durante 30 min. Las fresas control fueron sumergidas en agua destilada. Se estudio la influencia de las formulaciones de los recubrimientos de mucílago de nopal en los atributos de calidad en fresas almacenadas a 5 y 10 ºC y una humedad relativa del 80%. La eficiencia de los tratamientos se evaluó mediante los siguientes parámetros: la pérdida de peso, color externo, firmeza, contenido de sólidos solubles, pH, acidez títulable, análisis microbiológicos y evaluación sensorial. El recubrimiento del mucílago de nopal redujo significativamente el deterioro de la fresa (P ≤ 0,05). Hubo una diferencia significativa entre los tratamientos con glicerol y sorbitol a los 15 días de almacenamiento. Todos los recubrimientos mostraron un efecto benéfico sobre la retención de la firmeza (17-25 N). Los recubrimientos del mucílago de nopal tuvieron un efecto importante en la acidez títulable de las fresas almacenadas (3.56-3.9). En el análisis sensorial no se encontraron diferencias significativas entre las medias de las muestras de los cuatro tratamientos con un valor de (P>0.05). La aplicación del recubrimiento comestible de mucílago de nopal resultó ser un método efectivo para prolongar la vida útil de la fresa hasta por 15 días, por lo que se puede considerar un método alternativo para su conservación. Por otro lado, permite la utilización de un nopal que por sus características de madurez no tiene ningún uso. (Palabras Clave: Fresas, recubrimiento comestible, mucílago de nopal, calidad y vida útil) i ABSTRACT Fresh strawberry (Fragaria ananassa) is a very perishable fruit with a short shelf life. There is an interest of both marketers and consumers to extend fresh strawberry shelf life. Strawberries are also susceptible to water loss, bruising and mechanical injuries due to their soft texture and lack of a protective rind. Edible coatings have long been known to protect perishable food products from deterioration by retarding dehydration, suppressing respiration, improving textural quality, helping retain volatile flavor compounds and reducing microbial growth. Cactus mucilage may find applications in food, cosmetics, pharmaceutical and other industries. An important point in the choice of the cactus mucilage as a coating is its low cost. The aim of this work was to develop an edible coating which preserves the quality of strawberry. Strawberries were treated either with 2% glycerol or sorbitol, as plasticizing agents. Strawberries were dipped in coating solution for 40 s, the excess coating was drained and the coated strawberries were dried in a forced-air dryer (20 ºC) for 30 min. Strawberries dipped in distilled water were used as a blank. The influence of cactus stems–mucilage coating formulations on quality attributes of strawberries stored at 5 and 10 ºC and a relative humidity of 80 % was studied. The effectiveness of the treatments was assessed by evaluating their impact on the following parameters: weight loss, external color, firmness, soluble solids content, pH, titratable acidity, microbiological analysis and sensory evaluation. Cactus-mucilage coating significantly reduced decay of strawberries (P ≤ 0.05). There was significant difference between glycerol and sorbitol treatments up to 15 days of storage. All coatings showed a beneficial effect on firmness retention (17–24 N). Cactus mucilage coatings had a marked effect on tritratable acidity of strawberries stored (3.56-3.9). In the sensory evaluation there were not found statistical differences among all treatments with a value (P>0.05). The cactus-mucilage coating resulted in an effective method to extend strawberry shelf life up to 15 days so this method can be considered as an option for the fruit conservation. In the other hand, it allows the use of a cactus that for its maturity characteristics, may not longer be used. (Key words: Strawberries, edible coating, cactus stem – mucilage, quality, shelf life) ii DEDICATORIAS A DIOS por ser el guía de mi vida, la roca y fortaleza de mi ser, por enseñarme a escudriñar su palabra y mostrarme “que no depende del que quiere, ni del que corre, sino de Dios que tiene misericordia”. Al príncipe más bello, mi hijo Gabriel Alejandro por ser el dulce y gran amor de mi vida, siendo el motivo de superación y medio que Dios ha utilizado, para que yo pueda seguir adelante, por adaptarte con los abuelos y estar siempre esperándome el día que llegaba, sobre todo por tu inmenso amor y ternura brindándomelo de forma única, te amo bebe. A mi ricito de oro, Lizbeth Marina, por ser junto con Gabriel la inspiración, para ver los días bellos a pesar de la neblina, porque junto a ustedes Dios me ha enseñado “que la vida, no se compone sólo de cosas desagradables, como algunos pretenden. Tiene hermosas compensaciones, las cuales si las buscamos con honradez y honestidad, las hallaremos. Desechando por inútiles la amargura, el resentimiento y las quejas propias y ajenas en que tantos se escudan.” A mis Padres; Don Manolo y Doña Nati, por su apoyo, consejos y confianza y sobre todo por enseñarme que siendo humanos cometemos errores, los cuales con tenacidad y voluntad, pueden ser corregidos y con mucho amor de Dios ser superados, gracias por su amor y comprensión y sobre todo por el amor que tienen para Gabriel cuidando de él. Dios los siga bendiciendo. A mis hermanos; Josué Manuel y Otoniel, porque en la medida de sus posibilidades han cuidado del regalo más hermoso que Dios me ha dado Gabriel Alejandro y sobre todo por la fortuna que Dios me ha dado al ser parte de ustedes. A mi hermana Janet Alejandra y su esposo José Alberto, por la fortuna de ser parte de ustedes y sobre todo por los bellos sobrinos que Dios me ha permitido conocer Ofir Alberto y Kytzia. Gracias por ser parte importante en este camino ya que sin su apoyo moral y económico no hubiese sido posible, los llevare siempre en mi corazón. iii A ti Papá Lico†, por tu gran amor y por confiar en mí, por ayudarme en mis tareas, desvelándote para acompañarme, lo que hace que seas más que un abuelo, así como por enseñarme con tu ejemplo que ante lo adverso hay que tomar fuerzas y siempre con la ayuda y dirección de Dios el panorama se torna claro. Donde Dios te permita estar disfruta Papá Lico. iv AGRADECIMIENTOS Antes que nada y que todo, agradezco infinitamente a DIOS por regalarme la vida y la oportunidad de culminar esta etapa, en la cual, sin su amor y misericordia no hubiese sido posible lograrlo, así como por hacerme comprender lo que dice su palabra en Salmos 103: 13-18. “Como el padre se compadece de los hijos, Se compadece Jehová de los que le temen. Porque él conoce nuestra condición; Se acuerda de que somos polvo. El hombre, como la hierba son sus días; Florece como la flor del campo, Que pasó el viento por ella, y pereció, Y su lugar no lo conocerá más. Mas la misericordia de Jehová es desde la eternidad y hasta la eternidad sobre los que le temen, Y su justicia sobre los hijos de los hijos; Sobre los que guardan su pacto, Y los que se acuerdan de sus mandamientos para ponerlos por obra.” A mi alma mater la “Universidad Juárez Autónoma de Tabasco” y al CONACYT por ser los medios que Dios utilizó para sostenerme económicamente, así como a la Universidad Autónoma de Querétaro y a la Universidad de Guanajuato, por recibirme y ser pilares básicos en esta etapa. Al MC. Enrique Pecero Covarrubias, mi primer jefe, por su amistad, confianza, tiempo y apoyo el cual con nada podre pagar. Gracias. Al CP. Mario Flores Vidal, quien sin conocerme y siendo mi jefe inmediato confío en mí y abogo para que me dieran el permiso, Gracias. Al MC. Roger A. Frías Frías, por su apoyo y orientación para realizar los trámites. A Marthy, secretaria de la división, por su disponibilidad, apoyo y confianza, gracias Martita por creer en mí, así como por tu cariño y por ser mi amiga. Al Lic. Alfredo y a usted Libio por facilitarme siempre los libros, porque siempre me han apoyado y más que ser los responsables de biblioteca son buenos amigos, eso se agradece. Al Hno. Pastor Juan Manuel y su esposa la hna. Sara, a la hna. Carmita, y a toda la congregación de la iglesia Casa de Oración, por llevarme siempre en sus oraciones. Dios les siga bendiciendo. Al Hno. Tencho y la hermana Elva, por ser como unos segundos padres que Dios envío a mi vida, mucho más usted hna. Elva, por su cariño para con Gabriel. Hno. Chucho y Hna. Bety por sus oraciones y apoyo moral les agradezco. A ti Carmita por ocuparte de hacer las manualidades que le pedían a Gabriel en el kínder, ¿Cómo te pago? Dios te bendiga. v A ti Bere por estar ahí siempre que tenía que regresarme y permitir que tus hijos jugaran con el mío para que no me viera, haciendo menos dolorosa la partida. A usted Doña Mely, por ocuparse en mi ausencia de cuidar del cabello de Gabriel, por su cariño, confianza y consejos y sobre todo por confiar en mí, Gracias tía Mely. A usted doña Rosi, por sus oraciones, así como por estar al pendiente de Gabriel y de mí, gracias por su cariño sabe que es reciproco, si hay algo de gran valor y que a su vez no tiene precio, ese es el “cariño”. A Claudia, por su hospitalidad al iniciar esta aventura. A Meyli por confiar en mí y ser la persona que Dios coloco en mi camino para no permitir que me hundiera, al tener siempre una palabra de aliento, un consejo y ver en mi detalles que no percibía, por estar en los momentos más difíciles, gracias doy a Dios que me permitió conocer lo hermoso de una linda amistad, de igual forma agradezco a Dios por los padres que te regalo: don Lupe y doña Caty, los cuales han sabido encausarte con cariño, el cual comparten conmigo ocupandose no solo de alimentarme si no de cuidar de mi salud, Dios es tan perfecto que no desampara Meyli. A Conchita, mujer de lindos sentimientos, a quien agradezco los buenos y malos momentos en que compartimos llanto y risa, gracias por el techo y los alimentos, mas en la segunda vuelta, recuerdas cuando me “escondían” (Mayra y Edith) a ellas también agradezco. Dios te siga bendiciendo, muchas gracias por tu amistad, cariño y por tu apoyo económico sin el cual no hubiese podido titularme en tiempo y forma. Dios te de mucho mas. A Marycarmen yLolis por apoyarme y prestarme sus oídos cuando me daba por hablar y hablar, por hospedarme cuando lo necesite y sobre todo por ser mis amigas. Gracias por los cafecitos. A ti Viri por dar vueltas que me correspondían cuando Meyli te enviaba de emisario y apoyarme con los trámites, perdón por aguantar regaños que me correspondían. A usted Dr. Castaño por sus consejos, observaciones y consideraciones, le agradezco por esa forma peculiar que tiene para hacer las observaciones, ya que siendo una persona preparada es sencilla a la vez y nos corrige sin hacernos sentir menos, Dios le siga regalando sabiduría para poder continuar al frente del PROPAC y fuera de él. A la Dra. Montse, por ser una buena amiga, cariñosa y comprensiva, así como por sus atinadas observaciones. vi A la Dra. Rosalía sobre todo por sus palabras en la segunda vuelta, y por pensar en mi hijo, gracias. Alguien al que no podría olvidar es usted Dr. Mercado, aun recuerdo el día que me dijo que no sabía qué hacer conmigo y hoy entiendo porque Dios le coloco en ese dilema, de haber tenido usted una respuesta en ese momento, no sería posible agradecer a Dios en este momento el haberle colocado en tal dilema. A cuatro hermosas mujeres del PROPAC “Carmelita, Laurita, Chivis y Marigel” quienes siempre que me veían cabizbaja, se ocupaban en darme su cariño de la mejor manera que solo ellas pueden, en especial usted Carmelita, quien aun con su carácter yo no puedo quejarme, más bien agradecerle por su cariño, siempre la recordare por su peculiar forma de preguntar “como estas Martha Esther”. A usted Benjamín, por sus consejos y sobre todo por ocuparse de la salud física y de esos consejos anti estrés que hicieron más llevadera la estancia. A Mariana por la disponibilidad y por esperar a que terminara aunque tu horario de trabajo hubiese concluido y a usted Lupillo por ocuparse de tener todo en orden. A usted Dr. Andres Cruz, por su tiempo para ayudarme en la búsqueda de información, gracias. Dra. Mayela gracias por ser parte del comité, sin embargo, agradezco mucho más sus consejos y cariño, ya que mas que ser parte de un comité de tesis, es usted una amiga entrañable la cual se ocupo de la persona sobre todo en los momentos en que una más necesita de una palabra amena. A ustedes Dr. Mercado y Mtra. Melva quiero agradecer la disponibilidad, no solo en lo académico, si no en lo espiritual, Dios les siga bendiciendo. A la Dra. Lupita y su esposo el Dr. Manuel por ser personas especiales, ya que sin ser parte de un comité me brindaron su amistad, cariño y consejos. A usted Dr. Gerardo, quien más que ser un asesor, es un amigo el cual no solo se ocupo de lo académico si no también se preocupo en que mi estancia en este lugar, lejos de mi hijo y de la familia, fuera lo más amena posible, así como por compartir la hora 0, gracias. Como olvidarlas a ustedes hermosos bracitos “Susana, Mariana, Lety y Biri”, sin las cuales no habría sido posible terminar a tiempo, por esa dedicación y cariño al apoyarme y acompañarme en esas largas jornadas en las que metíamos experimento. Todo mi cariño a tu madre Susi, al ir por nosotras al ICA cuando terminábamos bien noche. vii Mi más sincero agradecimiento a usted Dr. Carlos Bucio Villalobos, por las facilidades brindadas para el desarrollo de los análisis microbiológicos, no solo por el espacio, y por el material, sino por compartir su invaluable tiempo al ayudarme en la identificación de los hongos, muchas gracias. Dr. Salcedo, gracias por permitirme el uso de su espectrofotómetro. Dr. Eleazar, gracias por los tubos, así como por permitirme trabajar en su laboratorio. A usted Mtra. Norma gracias por ayudarme a realizar los oficios y distraerse de sus ocupaciones. Mtra. Lulu, gracias por las facilidades brindadas para trabajar en su laboratorio, así como por brindarme su amistad y compartir su experiencia con las fresa y el rico pastel. Don Chole, gracias por ocuparse en mantener limpio los laboratorios, de igual forma agradezco a su esposa por esas ricas tortillas. Don Gregorio Corona y familia, en especial a su esposa por esos ricos frijolitos, gracias por su tiempo y cariño, Dios siga bendiciendo su familia. No creas que me olvido de ti Lulucita, te preguntas ¿porque al final? sencillamente porque Dios te permitió llegar en el momento preciso para ayudarme en el traslado al dulce hogar. Amiga gracias. Mary y Jorge, así como a las sobrinas Ale y Dulce Azul, por su cariño al cuidar de Gabriel. Dios les bendiga. A José, Tila y sus hijos Panchi, Jacki y Julio, por enseñarle a Gabriel el amor al campo, así como a montar a caballo, por su cariño para con mi pequeño Dios les siga bendiciendo. En este camino la Familia es pieza clave y solo puedo decir gracias Dios por la hermosa familia de la cual me permites ser parte. Una familia sin altibajos no es real, la familia donde se superan las situaciones adversas es valiosa, y agradezco a Dios por los padres que me regalo y por permitirme entender que cuando se es padre se hace lo mejor que uno cree, sin embargo, en la segunda vuelta es cuando Dios nos regala la oportunidad de hacerlo mucho mejor, si me preguntaran como me gustaría que fueran los abuelos de mi hijo, respondería, así como son ustedes, porque en mi ausencia han sido dedicados, preocupados y consentidores, son ustedes quienes se han desvelado cuando Gabriel se ha enfermado, gracias desde el fondo de mi corazón por su amor para Gabriel. Ese agradecimiento va para ti “Chelo” pues has sido tú quien acompaño a mamá y Gabriel en mi ausencia, también tu Toni, porque te das tu tiempo para Gabriel, Jane mi viii pequeña hermana y Beto un cuñado fabuloso con quien Dios me ha permitido ganar un hermano y conocer dos lindos sobrinos, incrementando la familia, gracias. ix ÍNDICE Página RESUMEN i ABSTRACT ii DEDICATORIAS iii AGRADECIMIENTOS v ÍNDICE GENERAL x ÍNDICE DE CUADROS xiv ÍNDICE DE FIGURAS xv I. INTRODUCCIÓN 1 II. REVISIÓN DE LITERATURA 3 A. 3 Recubrimientos comestibles 1. Definiciones 3 2. Propiedades de los recubrimientos comestibles 4 a. Propiedades de barrera 4 b. Propiedades mecánicas 5 3. Componentes de los recubrimientos comestibles 6 4. Recubrimientos empleados en frutas frescas 9 cortadas a. b. Recubrimientos comestibles basados en proteínas 9 i. Caseína 9 ii. Proteínas de suero 9 iii. Zeína 10 Recubrimientos comestibles basados en polisacáridos 10 i. Celulosa y sus derivados 11 ii. Pectinas 12 iii. Almidón 13 iv. Mucílago 13 x B. C. v. Quitosano 14 vi. Alginato 14 vii. Carragenatos 15 Nopal 15 1. Distribución y producción en México 17 2. Usos y propiedades alimenticias 20 3. Mucílago 22 a. Definición 22 b. Características generales 22 Fresa 1. 24 Generalidades 24 a. Historia de la Fresa 26 b. Particularidades de la Fresa 26 2. Cultivares 27 3. Propiedades nutritivas 33 a. Vitaminas 35 b. Minerales 35 c. Otros beneficios 36 4. Entorno Mundial de la Fresa 36 a. Principales países productores 36 b. Principales países exportadores 38 c. Principales países importadores 39 d. Producción de fresa en México 40 e. Principales estados productores 41 f. Producción de fresa en Guanajuato 42 g. Producción de fresa en el municipio de 43 Irapuato III. JUSTIFICACIÓN 46 IV. OBJETIVOS 47 A. 47 Objetivo general xi B. V. 47 MATERIALES Y MÉTODOS 48 A. Materiales 48 B. Métodos 49 1 Proceso de extracción del mucílago 49 2 Caracterización del mucílago 52 3 Aplicación del recubrimiento 52 C VI. Objetivos específicos Determinaciones 55 1 Pérdida de peso 55 2 Color 55 3 Análisis de textura (TPA) 56 4 Sólidos solubles totales (°Bx) 57 5 pH 57 6 Acidez titulable 58 7 Antocianinas 58 8 Análisis microbiológicos 59 9 Evaluación sensorial 59 10 Análisis estadístico 60 RESULTADOS Y DISCUSIÓN 61 A Resultados de la caracterización del mucílago 61 1 Rendimiento 61 2 Humedad 61 3 Proteína 61 4 Cenizas 62 5 Lípidos 62 6 Pectina 63 B Resultados del recubrimiento a base del mucílago 63 1 Pérdida de peso 63 2 Color 65 3 Análisis de textura (TPA) 68 xii 4 Sólidos solubles 70 5 pH 71 6 Acidez 73 7 Antocianinas 74 8 Análisis microbiológicos 76 9 Evaluación sensorial 77 VII. CONCLUSIONES 78 VI. LITERATURA CITADA 79 xiii ÍNDICE DE CUADROS Cuadros 2.1 Página Algunos recubrimientos comestibles usados en frutas 8 frescas. 2.2 Superficie, producción y rendimiento de nopalitos por entidad federativa. 19 2.3 Valor nutricional de la fresa 27 2.4 Producción Mundial de fresa 37 2.5 Principales Países exportadores 39 2.6 Producción Nacional de fresa 40 2.7 Principales Estados Productores 42 2.8 Productores de fresa en el Estado de Guanajuato 45 5.1 Condiciones de aplicación del recubrimiento 53 5.2 Escala hedónica estructurada 60 6.1 Composición química del mucílago de Nopal (g/100g) 63 xiv ÍNDICE DE FIGURAS Figura Página 2.1 Taxonomía de la fresa 26 2.2 Producción de fresa en el Estado de Guanajuato. 43 2.3 Principales cultivos en Irapuato 44 5.1 Cultivo de nopal 48 5.2 Cosecha de la fresa 49 5.3 Proceso de extracción del mucílago de nopal 51 5.4 Selección de la fresa 53 5.5 Aplicación del recubrimiento 54 5.6 Espectrofotómetro Minolta CM-508d 56 5.7 Espacio de color L* a* b* 56 5.8 Analizador de textura TA-XT2 57 Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base 64 6.1.a de mucílago de nopal en la pérdida de peso durante el almacenamiento de fresa a 10 ºC. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: Mucílago-Sorbitol. 6.1.b Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base 64 de mucílago de nopal en la pérdida de peso durante el almacenamiento de fresa a 5 ºC. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: Mucílago-Sorbitol. 6.2.a Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base de mucílago de nopal en la luminosidad 66 de fresas almacenadas a 10 ºC y 80 % H.R. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: Mucílago-Sorbitol. 6.2.b Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base de mucílago de nopal en la luminosidad de fresas almacenadas a 5 ºC y 80 % H.R. C: Control; M: Mucílago; xv 66 MG: Mucílago-Glicerol; MS: Mucílago-Sorbitol. 6.3.a Apariencia de la Fresa control al día 6 de almacenamiento 67 6.3.b Apariencia de la Fresa cubierta con mucílago de nopal al día 6 67 de almacenamiento 6.4.a Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base 68 de mucílago de nopal en la firmeza de fresas almacenadas a 10 ºC y 80 % H.R. C: Control; M: Mucílago; MG: MucílagoGlicerol; MS: Mucílago-Sorbitol 6.4.b. Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base 69 de mucílago de nopal en la firmeza de fresas almacenadas a 5 ºC y 80 % H.R. C: Control; M: Mucílago; MG: MucílagoGlicerol; MS: Mucílago-Sorbitol 6.5.a Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base 70 de mucílago de nopal en el contenido de sólidos solubles en fresa almacenada a 10 ºC. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: Mucílago-Sorbitol. 6.5.b. Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base 71 de mucílago de nopal en el contenido de sólidos solubles en fresa almacenada a 5 ºC. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: Mucílago-Sorbitol. 6.6.a. Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base 72 de mucílago de nopal en el contenido del pH en fresas almacenadas a 10 ºC. C: Control; M: Mucílago; MG: MucílagoGlicerol; MS: Mucílago-Sorbitol. 6.6.b. Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base 72 de mucílago de nopal en el contenido del pH en fresas almacenadas a 5 ºC. C: Control; M: Mucílago; MG: MucílagoGlicerol; MS: Mucílago-Sorbitol 6.7.a. Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base xvi 73 de mucílago de nopal en el contenido de la acidez títulable en fresas almacenadas a 10 ºC. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: Mucílago-Sorbitol. 6.7.b. Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base 74 de mucílago de nopal en el contenido de la acidez títulable en fresas almacenadas a 5 ºC. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: Mucílago-Sorbitol. 6.8.a. Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base 75 de mucílago de nopal en el contenido de antocianinas en fresas almacenadas a 10 ºC. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: Mucílago-Sorbitol 6.8.b. Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base de mucílago de nopal en el contenido de antocianinas en fresas almacenadas a 5 ºC. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: Mucílago-Sorbitol xvii 75 I. INTRODUCCIÓN El nopal (Opuntia spp) junto con el maíz, es uno de los vegetales más estrechamente vinculados al desarrollo de las civilizaciones que en el pasado conformaban el Norte de Mesoamérica. De hecho, es un conjunto multiespecífico de plantas que forma parte del paisaje rural mexicano, ya sea bajo la forma de cultivo o como parte de la vegetación natural. En efecto, el número de especies que conforman a estas cactáceas supera la centena, lo que ha representado un argumento definitivo para considerar a México como su centro de origen. Opuntia spp, tiene una gran diversidad de usos: como alimento humano, por sus frutos y sus “pencas” tiernas, como forraje para la alimentación del ganado, como especie medicinal, como adherente para la compactación de ladrillos hechos de tierra, como especie ornamental o cerco vivo y como sustrato para el cultivo de insectos productores de colorantes naturales. Muchos de estos usos están ligados a la alta concentración de mucílago que presentan los cladodios de estas plantas. La alta concentración de mucílago encontrado en algunas especies de nopal, la conformación polimérica y las propiedades reológicas (específicamente la elasticidad) de este compuesto, sugieren un potencial considerable de estas cactáceas como materia prima en la elaboración de recubrimientos comestibles y películas plásticas comestibles o en la obtención de aditivos destinados a mejorar la textura de los alimentos (espesor, consistencia, untuosidad, etc.). Los recubrimientos comestibles son capas delgadas de un material biopolímero (proteína o polisacárido como una solución hidrocoloide, o como una emulsión con lípidos), los cuales son aplicados en forma líquida sobre el alimento, generalmente por inmersión del producto en una solución y se comportan principalmente como barreras que reducen la difusión de gases (O2, CO2, vapor de agua), permitiendo extender la vida útil del alimento. Las frutas y hortalizas mínimamente procesadas se obtienen a través de diversas operaciones unitarias de preparación, las cuales producen cambios directos en las frutas frescas, tales como la pérdida de agua, el obscurecimiento 1 enzimático, ablandamiento por rompimiento de tejidos, aumento en la tasa respiratoria y, como consecuencia, la producción de etileno. Estos fenómenos fisiológicos son responsables de los cambios bioquímicos que conllevan a la degradación de sus propiedades sensoriales. La aplicación de técnicas que permitan controlar los factores alterantes en frutas frescas cortadas es actualmente objeto de muchas investigaciones en el campo de la ciencia y tecnología de los alimentos (Wiley, 1997; Alzamora y col. 2000). La fresa es uno de los frutos económicamente más importantes en México. Las enfermedades son las principales causas de pérdidas poscosecha en la fresa generando daños en el color, la firmeza y calidad del fruto. En este sentido, deben aplicarse técnicas de conservación, que combinadas o no, puedan mantener o mejorar las características originales del producto, prolongando su vida útil sin que pierdan las características sensoriales y nutricionales, así como asegurando su estabilidad microbiológica. Por ello el uso de recubrimientos comestibles sobre el tejido de la fruta constituye una interesante alternativa, debido a que su aplicación favorece el control de los procesos respiratorios típicos de los tejidos vivos, controla los procesos de deshidratación, permite el transporte de agentes antioxidantes, la incorporación de plastificantes, de compuestos antimicrobianos y más recientemente, la incorporación de otras sustancias que podrían mejorar las características del producto final, tales como nutrimentos, saborizantes y hasta microorganismos benéficos (Serrano, M y col. 2006). Aunado a esto, los sectores científicos, gubernamentales e industriales han incrementado su interés en la aplicación de recubrimientos en productos frescos, basándose principalmente en la ventaja que supone para el medio ambiente el evitar la utilización de materiales de envasado no renovables. El propósito del presente trabajo fue desarrollar un recubrimiento comestible a base de mucílago de nopal (Opuntia amyclaea tenore), que pueda ser utilizado para la conservación de la fresa en fresco. 2 II. REVISIÓN DE LITERATURA A. Recubrimientos Comestibles 1. Definiciones Un recubrimiento comestible es definido como una capa delgada de material comestible formado como un revestimiento sobre el alimento, mientras que una película comestible es una capa preformada y delgada elaborada con material comestible y la cual una vez elaborada puede ser colocada sobre el alimento ó entre los componentes del mismo (McHugh, 2000). Por otro lado Carrasco y col (2002) manejaron un concepto que fusiona las dos definiciones anteriores: los recubrimientos comestibles son capas delgadas de un material biopolímero (proteína o polisacárido como una solución hidrocoloide, o como una emulsión con lípidos), que son aplicadas sobre la superficie de un alimento en adición o reemplazo de su corteza natural, y que se comportan principalmente como barreras que reducen la difusión de gases (O2, CO2 y vapor de agua), permitiendo extender la vida útil del alimento. De acuerdo con Kester y Fennema (1986) los recubrimientos comestibles tienen la función de retardar la migración de humedad, controlar el transporte de gases (O2, CO2 y etileno), retener componentes volátiles, servir de vehículo de aditivos, mejorar las propiedades mecánicas y de manejo del alimento, además de impartir una mayor integridad a la estructura del mismo. La principal diferencia entre ambos sistemas comestibles es que los recubrimientos comestibles son aplicados en forma líquida sobre el alimento, generalmente por inmersión del producto en una solución, y las películas comestibles son en primer lugar preformadas como láminas sólidas las cuales son posteriormente aplicadas en forma de recubrimiento sobre el alimento (McHugh y Senesi, 2000). 3 2. Propiedades de los recubrimientos comestibles a. Propiedades de barrera Para muchas aplicaciones, la característica funcional más importante de los recubrimientos comestibles es la resistencia a la migración de humedad (Kester y Fennema, 1986). La deshidratación superficial constituye uno de los principales problemas en el mantenimiento de la calidad de los productos cortados. La pérdida de agua de frutas y vegetales frescos cortados se traduce en una pérdida de peso y de turgencia del producto con la consecuente disminución de la calidad durante su comercialización (Avena-Bustillos y col. 1994). La naturaleza del recubrimiento comestible empleado desempeña aquí un papel muy importante: a mayor hidrofilicidad de los materiales utilizados, mayor permeabilidad al vapor de agua (Martín-Belloso y col. 2005). Los recubrimientos elaborados a partir de polímeros naturales, tales como los polisacáridos (almidón y derivados de la celulosa, alginatos, pectinas, gelano, carragenano, etc.), así como aquellos con base en proteínas, muestran una baja resistencia al agua y poseen pobres propiedades de barrera como consecuencia de su naturaleza hidrofílica (Yang y Paulson, 2000). Para mejorar las propiedades de barrera al vapor de agua de este tipo de recubrimientos se pueden incorporar lípidos, que emulsificados en la solución formadora de coberturas o colocando una doble capa sobre el producto, pueden ayudar a prevenir reacciones degradativas del tejido como consecuencia de la pérdida de humedad, así como las reacciones respiratorias en los tejidos vegetales (García y col. 2000; Yang y Paulson, 2000; Rojas-Graü y col. 2006). De esta manera se pueden formular coberturas comestibles combinando las ventajas de los componentes hidrocoloides y de los componentes lipídicos, éstos últimos como barrera al vapor de agua y los primeros como barrera selectiva al oxígeno y al dióxido de carbono, además de proveer una matriz de soporte estructural (Kester y Fennema, 1986; Baldwin y col. 1996). Por otro lado, la habilidad de los recubrimientos comestibles para modificar el transporte de gases es importante para productos como frutas y 4 vegetales frescos, los cuales son caracterizados por tener un metabolismo activo. Su uso sobre frutas permite la formación de una atmósfera modificada mediante un aislamiento del producto del ambiente que lo rodea (Olivas y Barbosa-Cánovas, 2005). No obstante, aunque lo que se espera es una reducción de la transferencia de gases entre la fruta y el ambiente, recubrimientos extremadamente impermeables pueden inducir a la creación de condiciones de anaerobiosis que tienen como consecuencia una pérdida de los compuestos aromáticos típicos de la fruta y la presencia de aromas indeseables (Mattheis y Fellman, 2000). De allí radica la importancia de conocer con anterioridad tanto las características del producto que se quiera recubrir como el material a emplear en la elaboración del recubrimiento. b. Propiedades mecánicas Las propiedades mecánicas de los recubrimientos comestibles dependen en gran medida del tipo de material empleado en su elaboración y especialmente de su grado de cohesión, es decir, la habilidad del polímero para formar puentes moleculares numerosos y estables entre cadenas poliméricas, los cuales impiden su separación (Guilbert y Biquet, 1996). Las propiedades de las coberturas dependen en gran medida de la composición y estructura de los ingredientes. Por lo tanto, la elección de las sustancias a emplear y/o aditivos activos a añadir están totalmente relacionadas con la función para la cual se desea utilizar la cobertura comestible, la naturaleza del alimento y el método de aplicación (Debeaufort y col. 1998). El recubrimiento de frutas cortadas suele hacerse por inmersión en una solución formadora de cobertura o por aspersión de la misma sobre los trozos de fruta, generalmente seguido por un rápido escurrido-secado de la solución sobrante y posterior almacenamiento refrigerado. Olivas y Barbosa-Cánovas (2005) reportan que cuando el material empleado para recubrir se coloca en la superficie de las frutas, se desarrollan dos fuerzas: cohesión de las moléculas dentro de la cobertura y adhesión entre el recubrimiento y la fruta. El grado de cohesión de los recubrimientos comestibles gobierna las propiedades de barrera y 5 mecánicas de las coberturas. Una alta capacidad de adhesión asegura una durabilidad larga del recubrimiento en la superficie de la fruta. 3. Componentes de los recubrimientos comestibles Para la formación de un recubrimiento comestible se necesita en primer lugar de una solución que pueda constituir una matriz estructural con suficiente cohesión (Debeaufort y col. 1998). Cuando se combinan lípidos, proteínas y polisacáridos que pueden interactuar física y/o químicamente, se pueden obtener recubrimientos con mejores propiedades. Sin embargo, la compatibilidad de los componentes es un punto importante a considerar cuando se trata de una mezcla de biopolímeros, ya que se puede alterar drásticamente el funcionamiento de los compuestos del recubrimiento (Diab y col. 2001). Con el fin de mejorar el intercambio de gases, la adherencia, y las propiedades de permeabilidad a la humedad, generalmente se combinan dos o más materiales (Baldwin y col. 1995). Dichas mezclas suelen realizarse mediante emulsión de uno de los componentes, generalmente un lípido, en el resto de los componentes, o mediante un recubrimiento multicapa, donde el recubrimiento se aplica mediante una técnica de laminación, en la cual se hace la inmersión de la fruta en una primera solución, generalmente la matriz, seguida por una inmersión en otro tipo de solución, ya sea de naturaleza lipídica o cálcica, entre otras. Además del componente de naturaleza polimérica y de alto peso molecular (matriz), otro componente importante de los recubrimientos comestibles son los plastificantes. Estos son moléculas pequeñas de bajo peso molecular, de baja volatilidad y con una naturaleza química similar a la del polímero formador del recubrimiento. Se usan para mejorar la flexibilidad y la funcionalidad de los recubrimientos. Dentro de los agentes plastificantes utilizados más frecuentemente se encuentran: glicerol, polietilénglicol, sorbitol, aceites, ácidos grasos, ceras, etc., siendo el glicerol uno de los más utilizados (Cuadro 1.1). Stuchell y Krotcha (1994), demostraron que los recubrimientos a base de proteína de soya sólo podían manipularse si se agregaba como mínimo 17 g de glicerol por 100 g de 6 materia seca. Generalmente se requieren plastificantes como el glicerol en las formulaciones a base de polisacáridos y de proteínas, para aumentar la flexibilidad de los recubrimientos, al aumentar el volumen libre o la movilidad molecular de los polímeros, reduciendo los enlaces de hidrógeno internos entre las cadenas de polímeros y aumentando el espacio intermolecular. Los plastificantes afectan la capacidad de atracción de agua del sistema y generalmente suelen aumentar la permeabilidad al oxígeno de los recubrimientos comestibles (McHugh y Krochta, 1994; Sothornvit y Krochta, 2000). Agentes plastificantes como alcoholes polihídricos, ceras y aceites se utilizan para mejorar la flexibilidad y elongación del material de las sustancias poliméricas. La adición de surfactantes y emulsificantes reduce la actividad de agua superficial y la velocidad de pérdida de humedad de los alimentos recubiertos. Se pueden agregar también agentes de liberación controlada y lubricantes para prevenir que los alimentos recubiertos se hagan pegajosos; entre éstos últimos se incluyen grasas, aceites, emulsificantes, petrolato, polietilénglicol y silicon (Baldwin y col. 1995). Además de los plastificantes, se emplean antioxidantes, antimicrobianos, y reafirmantes de la textura con el fin de mejorar las propiedades de las coberturas. Se ha demostrado que algunos aditivos actúan más efectivamente en alimentos cuando son aplicados formando parte del recubrimiento comestible que cuando son aplicados en soluciones acuosas mediante dispersión o inmersión, ya que las coberturas pueden mantener los aditivos en la superficie del alimento durante más tiempo (Baldwin y col. 1996). En el Cuadro 2.1., se puede observar que en los recubrimientos de frutas frescas cortadas, además de plastificantes, se utilizan agentes antioxidantes tales como el ácido ascórbico, el ácido cítrico, y la N-acetilcisteína y agentes reafirmantes como el cloruro de calcio, el cual, lo mismo que otras fuentes de cationes divalentes, son requeridos para lograr el entrecruzamiento y formar geles firmes al reaccionar con compuestos coloidales poliméricos como el alginato y el gelano (Rhim, 2004). 7 Cuadro 2.1. Algunos recubrimientos comestibles usados en frutas frescas. Tipo de Fruta Matriz del Plastificantes y Función del recubrimiento aditivos recubrimiento comestible Referencia comestible Manzana CPS y APS Glicerol Reducción del Sonti y col. 2003 pardeamiento enzimático y pérdida de textura. Carragenato Glicerol, PEG, AA, AO, Extensión de la vida útil Lee y col. 2003 AC CPS + CMC Glicerol, AA, AO, CaCl2 Mantenimiento de la textura Lee y col. 2003 Alginato, gelano Glicerol, aceite de girasol, Reducción de pérdida de Rojas-Graü y col. Ncys humedad, 2006 mantenimiento del color original APS + cera de abejas Quitosano + CPS Glicerol, AE CAB Reducción del Pérez-Gago y pardeamiento enzimático col. 2003 Barrera a los gases, Assis y col. 2004 reducción de pérdida de humedad y efecto antifúngico Pera MC + AE PEG, SP, AA, CaCl2 Reducción del Olivas y col. 2003 pardeamiento. Fresa CPS+ Caseína+ Glicerol, CaCl2 Pectina+ Reducción del crecimiento Vachon C. y col. fúngico 2003 Reducción de pérdida de Tapia y col. 2005 agar Alginato, gelano Glicerol, aceite girasol, AA de humedad, Reducción de pérdidas de AA y color. Mango CMC Lecitina, PEG, AC Mantenimiento del color NísperoCarriedo, 1994 Quitosano - Reducción de pérdida de Chien y col. 2007 agua, mantenimiento del color y sabor original CPS: concentrado de proteínas de suero lácteo; APS: aislado de proteínas de suero lácteo; PEG: polietilenglicol; AA: ácido ascórbico; AO: ácido oxálico; AC: ácido cítrico; CMC: carboximetilcelulosa; CaCl2: cloruro de calcio; N-cyst: N-acetilcisteina; AE: ácido esteárico; CAB: cera de abeja; MC: metilcelulosa; SP: sorbato de potasio; MGA: monoglicérido acetilado; CM: Celulosa microcristalina. Fuente: Martín-Belloso y col. 2005. 8 4. Recubrimientos comestibles empleados en frutas frescas cortadas Existen dos grandes grupos de materiales usualmente empleados en la elaboración de recubrimientos comestibles para frutas frescas cortadas: polisacáridos y proteínas. La elección del tipo de material a utilizar depende del tipo de producto que se quiera recubrir. a. Recubrimientos comestibles basados en proteínas Algunos de los estudios que se han realizado con proteínas como base para fabricar recubrimientos comestibles incluyen: caseína, proteína aislada o concentrada de suero lácteo, gluten de trigo, zeína y proteína de soya, entre otras (Avena-Bustillos y col. 1993; Gontard y col. 1993; Gagri y col. 2001; Sabato y col. 2001; Pérez-Gago y col. 2003). i. Caseína La caseína, es una proteína de la leche ligeramente soluble en agua, puede dar lugar a recubrimientos con buenas propiedades mecánicas, además de no conferir ningún tipo de color u olor diferente del alimento donde se aplica. Debido a su alta permeabilidad al vapor de agua, necesita de otras sustancias que mejoren sus propiedades de barrera. Por ejemplo, la incorporación de lípidos en recubrimientos de caseína proveen una buena protección para frutas y vegetales contra la pérdida de agua y el pardeamiento oxidativo (Baldwin y col. 1995). ii. Proteínas de suero Las proteínas del suero representan el 20% del total de las proteínas presentes en la leche y son consideradas de muy alta calidad. Contienen cinco grupos importantes: Beta-Lacto globulinas, Alpha-lactalbuminas, Inmunoglobulinas, albúmina de suero de bovino y proteosa-peptona, (McHugh y 9 Krochta, 1994). Las coberturas hechas a partir de proteínas de suero aisladas poseen alta permeabilidad a los gases y han sido probadas en frutas. Un estudio realizado en manzanas Fuji cubiertas con este tipo de recubrimiento comestible indicó que dichas coberturas son buenas barreras al intercambio gaseoso (Cisnero-Zevallos y Krochta, 2003). Por su parte, Sonti y col. (2003) recubrieron trozos de manzana con concentrado y aislado de proteínas de suero, observando una reducción del pardeamiento enzimático y reducción de las pérdidas de textura durante el almacenamiento. Adicionalmente, Perez-Gago y col. (2006) estudiaron el efecto de diferentes antioxidantes (ácido ascórbico, cisteína y 4-hexylresorcinol) incorporados en un recubrimiento a base de concentrado de proteínas de suero y cera de abejas en el cambio de color de manzana fresca cortada, observando que la incorporación de ácido ascórbico o cisteína dentro del recubrimiento comestible redujo el pardeamiento enzimático de los trozos de manzana comparado con la aplicación de los mismos en soluciones acuosas. iii. Zeína La zeína es una proteína natural del maíz, insoluble en agua, pero soluble en soluciones acuosas de alcohol, glicerol y ésteres de glicerol, posee buenas propiedades para formar coberturas, además de excelentes propiedades de adhesividad y buena barrera al oxígeno, aunque por su elevada hidrofilidad y fragilidad requieren la adición de agentes plastificantes como el glicerol (Gennadios y Weller, 1991). Park y col. (1994) utilizaron zeína de maíz para elaborar coberturas comestibles y las utilizaron para recubrir tomates, obteniendo una reducción de cambios de color, pérdida de peso y firmeza de los frutos. b. Recubrimientos comestibles basados en polisacáridos Las coberturas de base polisacárida suelen usarse en frutas ya que reducen la tasa respiratoria y el intercambio de gases gracias a su permeabilidad selectiva al O2 y al CO2 (Nísperos-Carriedo, 1994; Nussinovitch, 1997) aunque son 10 una barrera deficiente al vapor de agua (Kester y Fennema, 1986; García y col. 1998). La incorporación de otros componentes tales como lípidos, bien en una emulsión o como capa dentro de las formulaciones de las coberturas, generalmente mejoran las propiedades de barrera al vapor de agua de este tipo de recubrimientos (García y col. 2000; Yang y Paulson, 2000). Entre los polisacáridos empleados más frecuentemente como base para formar recubrimientos comestibles en frutas cortadas se encuentran: maltodextrina, metilcelulosa, carboximetilcelulosa, pectina, alginato y galano (Pavlath y col. 1993; Wong y col. 1994; Yang y Paulson, 2000; Díaz-Sobac y col. 2001; LeTien y col. 2001; Turhan y col. 2001; Rojas-Graü y col. 2006). i. Celulosa y sus derivados La celulosa es un polisacárido compuesto por unidades de D-glucosa que son altamente permeables al vapor de agua (Kester y Fennema, 1986). Constituye uno de los recubrimientos comestibles más empleados en productos frescos ya que posee formas solubles no iónicas, tales como la metilcelulosa (MC), y formas aniónicas, como la carboximetilcelulosa (CMC) que le confieren excelentes propiedades mecánicas y funcionales (Baldwin, 1999). Por sus efectivas cualidades y su bajo costo económico, estos compuestos han sido ampliamente estudiados en frutas y hortalizas con mínimo proceso. Níspero-Carriedo (1994) aplicaron un recubrimiento a base de CMC, lecitina y polietilenglicol en rodajas de mango, logrando mantener el color original de la fruta durante todo el almacenamiento. Por su parte, Brancoli y Barbosa-Cánovas (2000) lograron disminuir la producción de etileno y reducir el pardeamiento enzimático de manzana fresca cortada mediante la aplicación de un recubrimiento de maltodextrina y metilcelulosa. NatureSeal es una cobertura comestible a base de polisacáridos cuyo componente principal es la celulosa, la cual sirve de base para una mezcla precisa de vitaminas y minerales. El producto se comercializa en 11 forma de polvo para ser disuelto en agua y formar una solución de rociado o de inmersión, para las frutas cortadas (Feng y col. 2004; Nature Seal, 2006). ii. Pectinas Las pectinas son un importante constituyente de la pared celular de muchas plantas. Comercialmente las pectinas son extraídas del bagazo de manzanas o de la cáscara de frutos cítricos (Thakur y col. 1999). Las pectinas de bajo grado de metoxilación se emplean normalmente en la elaboración de recubrimientos comestibles ya que son capaces de formar geles firmes en presencia de iones de calcio, los cuales establecen puentes estables con los grupos carboxilos de la pectina (Mancini y McHugh, 2000). Son comúnmente producidas durante la etapa inicial de crecimiento celular y constituyen una tercera parte de las sustancias de la pared celular, sus principales funciones son: Agente hidratante. Material de cemento de redes celulósicas Son determinantes en distintas etapas del ciclo de vida del vegetal (células), en las que se incluyen: ─ Crecimiento; como componentes de la pared celular poseen la habilidad para mantener la presión de turgencia de la pared celular, determinando así el crecimiento. ─ Desarrollo. A medida que la fruta o vegetal madura la protopectina se va solubilizando hasta transformarse en pectina. ─ Senescencia. Una vez concluidos los procesos anabólicos se da paso a los procesos catabólicos degenerativos lo cual conduce al envejecimiento o muerte tisular del fruto, debido a la degradación enzimática de las sustancias pécticas (Wills y col. 1999). 12 iii. Almidón El almidón es uno de los materiales crudos más comúnmente empleados en la agricultura ya que es económico, fácilmente disponible y relativamente fácil de manipular (Gontard y Guilbert, 1992). La amilosa es el compuesto responsable de la formación de recubrimientos en el almidón y su uso para tal fin se ha extendido en los últimos años. Los recubrimientos elaborados con este material presentan baja permeabilidad al oxígeno (Donhowe y Fennema, 1994). García y col. (1998) trabajaron con recubrimientos de almidón con alto contenido en amilosa para el recubrimiento de fresas (Fragaria ananassa) logrando extender la vida útil de las frutas con disminución del proceso de senescencia, mantenimiento de la firmeza y reducción de la pérdida de peso durante el almacenamiento. iv. Mucílago Los mucílagos son polisacáridos heterogéneos, formados por diferentes azúcares y en general ácidos urónicos. Se caracterizan por formar disoluciones coloidales viscosas: geles en agua. Los mucílagos son constituyentes normales de las plantas y su uso en el recubrimiento de frutas cortadas no ha sido muy estudiado. Investigaciones recientes han demostrado que el gel proveniente de la planta de sábila (Aloe vera) puede prolongar la conservación de productos frescos. De la planta de sábila se puede extraer un gel cristalino (mucílago) el cual está libre de aromas y sabores (Ni y col. 2004). Serrano y col. (2006) emplearon un gel elaborado a partir de Aloe vera para el recubrimiento de uvas de mesa, observando una extensión de la vida útil de las frutas de hasta 35 días comparado con uvas sin recubrir. Además, dicho recubrimiento permitió retener la concentración de ácido ascórbico de las uvas. Por su parte, Martínez-Romero y col. (2006) estudiaron el efecto del Aloe vera en el recubrimiento de cerezas observando una disminución de los diferentes parámetros responsables de la pérdida de calidad de la fruta, además de excelentes propiedades sensoriales de los recubrimientos. 13 Otro mucílago recientemente empleado en la elaboración de recubrimientos comestibles es el extraído de cactus. Este tipo de mucílago tiene la capacidad de absorber grandes cantidades de agua, disolverse y dispersarse por sí mismo y formar soluciones viscosas (Domínguez-López, 1995). v. Quitosano Este polisacárido de alto peso molecular, normalmente obtenido por deacetilación alcalina de la quitina proveniente de crustáceos, es ampliamente utilizado como recubrimiento comestible (Jiang y Li, 2001; Zhang y Quantick, 1998). Este tipo de recubrimiento es efectivo en prolongar la vida útil y mejorar la calidad de frutas cortadas ya que presenta una alta permeabilidad selectiva frente a los gases, una ligera resistencia al vapor de agua, además de poseer propiedades antifúngicas (Krochta y Mulder-Johnston, 1997). La efectividad del quitosano ha sido probada en rodajas de mango por Chien y col. (2007) quienes observaron una menor deshidratación de los trozos de fruta recubiertos además del mantenimiento del color y sabor original. Del mismo modo, Assis y Pessoa (2004) evaluaron las propiedades de recubrimientos de quitosano aplicados en rodajas de manzana, observando que dicho recubrimiento era efectivo previniendo la pérdida de peso, además de ser un excelente recubrimiento antifúngico. vi. Alginato El alginato, es un polisacárido derivado de algas marrones de origen marino (Phaeophyceae), se encuentra formando parte de la pared celular de las algas, de forma análoga a la celulosa y pectina en la pared celular de las plantas terrestres (Mancini y McHugh, 2000) El ácido algínico es un co-polímero insoluble y de bajo peso molecular de los ácidos gulurónico y manurónico, pero sus sales de metales alcalinos son solubles en agua y forman geles rápidamente en presencia de calcio, los cuales presentan buenas características para ser empleados como 14 películas comestibles. Las propiedades gelificantes del alginato se deben a su capacidad de formar enlaces con iones divalentes como el calcio. Entre los polisacáridos, el alginato constituye uno de los biopolímeros más usados debido a unas propiedades coloidales únicas y a su habilidad para formar geles fuertes o polímeros insolubles al reaccionar con cationes metálicos polivalentes como el calcio (King, 1983; Rhim, 2004). vii. Carragenatos El carragenato es una mezcla compleja de polisacáridos extraídos de distintas especies de algas marinas (Nísperos-Carriedo, 1994). Como la mayoría de sustancias compuestas obtenidas de la naturaleza mediante alguna forma de extracción, es posible encontrar productos con una gran heterogeneidad, pero generalmente presenta buenas propiedades para formar geles además de poder actuar como agente estabilizante o emulsionante. Su empleo en la conservación de mitades de pomelo ha sido ya objeto de una patente (Bryan, 1972), con el fin de reducir los fenómenos de deshidratación y pérdidas de líquido, así como de conservar sus propiedades organolépticas intactas. Lee y col. (2003) consiguieron reducir la respiración de rodajas de manzana y mejorar el efecto antioxidante de distintos agentes contenidos en una matriz comestible con un 0.5% de carragenato. Sin embargo, se observó un efecto perjudicial sobre la textura de los trozos de fruta, atribuible a la hidrólisis ácida producida por los ácidos pécticos. Los efectos beneficiosos del empleo de carragenatos en productos vegetales frescos cortados, al igual que para la mayor parte de hidrocoloides, pueden potenciarse mediante la adición de otras sustancias de naturaleza hidrófoba (Wong y col. 1994b). B. Nopal La familia Cactaceae, es endémica del continente Americano, donde por lo general crece en regiones áridas y semiáridas (Flores-Valdez y col. 1995). En 15 nuestro país se han identificado del género Opuntia 5 subgéneros, 17 series y 104 especies de las cuales se utilizan 63 como forraje, 5 para fruta y como nopal verdura se han identificado O. ficus indica, O. robusta y O. amylacea (FloresValdez 1999). Además, se han difundido a África, Asia, Europa y Oceanía donde también se cultivan o se encuentran en forma silvestre. La taxonomía de los nopales es sumamente compleja debido a múltiples razones, entre otras porque sus fenotipos presentan gran variabilidad según las condiciones ambientales, se encuentran frecuentemente casos de poliploidía, se reproducen en forma sexual o asexual y existen numerosos híbridos interespecíficos. Distintos autores presentan variaciones en la colocación taxonómica de los nopales dentro de la familia Cactaceae (p. ej., Scheinvar, 1999; GRIN, 2005). El nombre científico le fue asignado por Tournefort en 1700, por su semejanza con una planta espinosa que crecía en el poblado de Opus en Grecia (Scheinvar, 1999; Velásquez, 1998). Esta especie una vez introducida en España desde México, se distribuyó por toda la cuenca del Mediterráneo. Probablemente los primeros nopales fueron cultivados cerca de Sevilla o Cádiz, puntos terminales de los viajes a las Indias (Barbera, 1999). Es así como actualmente existen en forma silvestre o cultivada en el sur de España, y en toda la cuenca del Mediterráneo: Francia, Grecia, Italia y Turquía, llegando hasta Israel. Los árabes la llevaron desde España a África, difundiéndose en Argelia, Egipto, Eritrea, Etiopía, Libia, Marruecos y Túnez. Sin embargo, su distribución es aún mayor; en el continente americano, se encuentra desde Canadá a Chile, en Argentina, Bolivia, Brasil, Colombia, Chile, Estados Unidos de América, México, Perú, y Venezuela y varios países de América Central y el Caribe; en otros continentes se encuentra en Angola y Sudáfrica, en Australia y la India, existiendo especies tanto cultivadas como silvestres. En estos países, se encuentra parte de las más de 5 000 millones de hectáreas de zonas áridas y semiáridas del planeta y sus pueblos buscan especies que puedan desarrollarse y prosperar en ese peculiar y restrictivo hábitat. 16 Uno de sus mayores atractivos es su anatomía y morfología adaptada a condiciones de fuerte estrés ambiental, por lo que son una alternativa de cultivo para regiones donde difícilmente crecen otras especies. Las características de las plantas que las hacen adaptables al medio árido tienen relación con la conformación de varios de sus órganos. De acuerdo con Nobel (1998) sus raíces superficiales y extendidas captan el agua de las escasas lluvias que caen en esos ambientes. Las lluvias aisladas, por otra parte, inducen la formación de raíces secundarias que aumentan la superficie de contacto con el suelo lo cual facilita la absorción de agua y nutrientes. Cuando se inicia la sequía, las raíces comienzan a contraerse de manera radial contribuyendo a disminuir la pérdida de agua. Los cladodios son suculentos y articulados, botánicamente llamados cladodios y vulgarmente pencas. En ellos se realiza la fotosíntesis, ya que los tallos modificados reemplazan a las hojas en esta función; se encuentran protegidos por una cutícula gruesa, que en ocasiones está cubierta de cera o espinas que disminuyen la pérdida de agua. Presentan, además, gran capacidad para almacenar agua, ya que poseen abundante parénquima; en este tejido se almacenan considerables cantidades de agua lo que permite a las plantas soportar largos periodos de sequía. Cabe destacar el papel de los mucílagos -hidrocoloides presentes en este tejido, que tienen la capacidad de retener el agua (Nobel y col. 1992). 1. Distribución y producción del nopal en México Las nopaleras, en su mayoría silvestres, se localizan en regiones de suelos pobres y/o zonas áridas o semiáridas de los Estados de Sonora, Baja California, Baja California Sur, Sinaloa; así como en territorios de Chihuahua, Coahuila, Nuevo León, Tamaulipas, Durango, Zacatecas, San Luis Potosí, Jalisco, Guanajuato, Querétaro e Hidalgo. Estas nopaleras son generalmente utilizadas como forraje para el ganado. Las especies dominantes en estas regiones son Opuntia tomentosa Salm-Dyck, Opuntia strepthacantha Lem., Opuntia leucotricha 17 DC y Opuntia robusta Wendl. Algunas variedades, especificamente, de O. tomentosa Salm-Dyck se extienden hacia el sur de la República Mexicana a través de Guanajuato, Querétaro e Hidalgo, hasta llegar al Valle de México y se les conoce localmente como “nopales chamacueros” o “nopales chamacueritos” (Calderón y col. 2001). En el D.F. y específicamente en la delegación Milpa Alta, se encuentra la zona de mayor producción de nopalitos a nivel nacional. Los buenos productores de esta zona alcanzan a producir hasta 90 Ton/Ha al año. (Flores-Valdez, 2001). En el Cuadro 2.2., se muestra la superficie, rendimiento y producción de nopalitos por entidad federativa. La demanda de nopalitos en México es alta. Se considera que el consumo per cápita anual es superior a 3 kg. Esta demanda es relativamente homogénea durante todo el año, sólo con aumentos en cuaresma y navidad. En cambio entre los Estados esta demanda es muy heterogénea, siendo el consumo mucho mayor en los Estados del centro del país, inferior en los del norte y casi nulo en las costas y regiones tropicales (Flores-Valdez, 2001). De la misma manera, la oferta se concentra en los Estados del centro y a nivel estacional durante la primavera y el verano, provocando una saturación de los mercados y una consecuente disminución de los precios de esta hortaliza. Por ejemplo, en 1998 (en este año, un dólar EU equivalía a $9.50) en la Central de Abastos del D. F., un kilo de nopalitos costaba aproximadamente $1.40 en los meses de marzo y abril, mientras que en los meses de noviembre y diciembre este precio alcanzó de $5.64 a $6.00 (Servicio Nacional de Información de Mercados, 1998). 18 Cuadro 2. 2. Superficie, producción y rendimiento de nopalitos por entidad federativa. Entidad Superficie Producción Rendimiento (ha) (ton*1000) (ton/ha) Distrito Federal 5 440 326.4 60 Morelos 1 000 70.0 70 Jalisco 1 000 60.0 60 Puebla 600 24.0 40 Baja California 450 27.0 60 San Luis Potosí 350 10.5 30 Michoacán 320 10.5 35 Tamaulipas 300 9.0 30 Guanajuato 280 9.8 35 México 200 6.0 30 Nuevo León 120 7.2 60 Oaxaca 100 6.0 60 Aguascalientes 80 2.4 30 Zacatecas 75 2.25 30 Hidalgo 60 2.4 40 Tlaxcala 45 1.125 25 Querétaro 35 0.7 20 Sonora 20 1.6 80 Durango 15 0.3 20 Otros 10 0.1 10 Total 10 500 557.075 55 Flores-Valdez (2001). Como la producción, particularmente de nopal verdura, se maximiza en los meses de alta temperatura y humedad ambiental (de abril a junio) su precio disminuye a tal grado que los agricultores dejan de cosechar o bien incorporan este producto al suelo de la plantación como materia orgánica. Al reducirse la oferta en invierno, los precios se incrementan y las ganancias del año se pueden obtener durante este periodo. Adicionalmente, los cladodios maduros no son aptos para el consumo humano, lo que limita enormemente las alternativas de 19 comercialización tanto de nopales cultivados como de la recolección que podría llevarse a cabo en las grandes nopaleras silvestres que forman parte del paisaje natural de los Estados de México, Zacatecas, San Luis Potosí, etc. De hecho, específicamente en las plantaciones comerciales, la cosecha de nopalitos debe realizarse aún cuando éstos no logren venderse ya que, de lo contrario, el trazo de las mismas tendería a deformarse y el uso de insumos sería mucho mayor. Esta actividad representa un gasto inútil cuya única ventaja es, como ya se ha mencionado, la reincorporación de materia orgánica al suelo, previa trituración del producto cosechado (Piña-Luján, 1970; Pimienta-Barrios, 1990; GranadosSánchez y col. 1997). 2. Usos y propiedades alimenticias del nopal El nopal ha sido uno de los alimentos que ha tenido un papel muy importante en México tanto económico como social, ha sido utilizado como fuente de alimento, remedio y materia prima para la construcción de viviendas (Granados y col. 1991; Mizrahi y col. 1997; Pimienta-Barrios, 1993a; Sáenz, 2000; Velázquez, 1998). Es uno de los alimentos de mayor consumo por la población mexicana, se emplea como fruto, hortaliza y forraje. El nopal forma parte de la cocina tradicional de nuestro país, el contenido nutrimental es aceptable, además de ser una fuente de divisas para México (Pimienta-Barrios, 1993b; Rodríguez y Cantwell, 1988). Uno de los usos más importantes que se le da al nopal en el país es como alimento para ganado, además de ser barato para las regiones desérticas o de una agricultura escasa (Flores- Valdez y col. 1997; Fuentes-Rodríguez, 1997; Rodríguez Salazar y col. 1999; Nobel, 2001). El nopal ha tenido una gran importancia en la producción de pigmentos naturales a partir del cultivo de la grana, esta producción se lleva a cabo en distintos lugares del mundo (Pimienta-Barrios, 1993b; Flores-Valdez y col. 1995). En el área de la industria tiene diversas aplicaciones, en alimentos se procesa en salmuera y escabeche, en el área de cosméticos se utiliza para la 20 fabricación de jabones, cremas, shampoo y enjuagues mientras que en la construcción, el mucílago de nopal se utiliza como fijador de pinturas (FloresValdez y col. 1995; Mizrahi y col. 1997; Saenz, 2000; Majdoub y col. 2001 Alvarado y Díaz, 2003; Hernández y Serrano, 2003;). Con la variedad de tecnologías disponibles se pueden obtener una amplia gama de productos tanto de la tuna como de los nopales tiernos o maduros. Una de las tecnologías más antiguas y quizá más fácil de implementar y de menor costo es la deshidratación; la tuna no suele consumirse deshidratada, sin embargo, la pulpa de la tuna se puede deshidratar en capas finas (láminas o pieles), quitando previamente las semillas de modo de tener un producto masticable, natural; estas láminas consumidas en los países árabes y en los Estados Unidos de América, entre otros, se ofrecen en el mercado elaboradas a partir de diferentes frutos (damascos, cerezas, fresas y bayas en general). Son productos más atractivos que se han desarrollado a partir de la pulpa de tuna, si bien no se han llevado aún a escala industrial (Sepúlveda y Sáenz, 1988; Sepúlveda y col. 2003c). La mermelada de tuna se encuentra también entre los productos concentrados; éstas son producidas en Argentina, Estados Unidos de América, Italia y México; recientemente se ha iniciado su producción industrial en Chile. También se elaboran mermeladas de nopal y jaleas de tuna; estas últimas se producen a nivel comercial en Estados Unidos de América, Italia y México, tanto a partir de tunas como de nopalitos. En Estados Unidos de América se comercializan también caramelos masticables de diversos colores (cactus pear jelly candies) elaborados con el jugo de frutas (Corrales y Flores, 2003). Los jarabes o arropes se utilizan para acompañar postres; se elaboran en Argentina, Estados Unidos de América y otros países. El llamado «queso» de tuna es el producto concentrado, más importante, de la industrial artesanal de la tuna de México; se elabora con Opuntia streptacantha y se considera un producto de humedad intermedia, que se conserva bien a temperatura ambiente y se comercializa solo o, para obtener otro sabor, con piñones, cacahuetes o nueces. (López y col. 1997; Corrales y Flores, 2003). 21 3. Mucílago Un producto que está cobrando interés desde el punto de la investigación médica y que también podría tenerlo para el sector industrial, son los hidrocoloides o mucílagos que se pueden extraer de las pencas y de las cáscaras de los frutos de los nopales. Hasta ahora las metodologías puestas a punto son complejas y costosas y los rendimientos logrados son bajos; sin embargo, el interés despertado en la industria de suplementos alimenticios para elaborar extractos protectores de la mucosa gástrica, entre otros productos, hace pensar que tiene cierto futuro (Sáenz, 1998). a. Definición El mucílago es un complejo polimérico de sustancias naturales de carbohidratos, con ramas altamente estructuradas (McGarvie y Parolis, 1981; Medina-Torres y col. 2000, 2003; Goycoolea y Cárdenas, 2004; Matsuhiro y col. 2006), que contienen varias proporciones de L-arabinosa, D-galactosa, L-ramnosa y D-xylosa, como abundante ácido galacturónico en diferentes proporciones. La estructura del mucílago está pensada como dos fracciones distintivas solubles en agua (agua-soluble). La primera es una pectina con propiedades gelificantes con Ca2+, y la otra es un mucílago sin propiedades gelificantes (Goycoolea y Cárdenas, 2004). Majdoub y col. (2001) reportaron que en Opuntia ficus indica la fracción de polisacáridos solubles en agua incrementa las propiedades en niveles del 10% del material soluble en agua. b. Características generales del mucílago del nopal En el Reino vegetal son comunes los polisacáridos capaces de formar geles en presencia de agua, por ejemplo aquellos provenientes de algunas plantas superiores, como los cítricos y las rosáceas, y el de algunos alginatos o agares de ciertas especies de algas. Estos compuestos han sido estudiados con gran detalle 22 y actualmente son bien conocidas sus propiedades bioquímicas, reológicas y funcionales. En contraste, los mucílagos, otro caso de compuestos con potencial para producir geles, han sido poco estudiados. El mucílago es una sustancia pegajosa, gelatinosa y absorbente de agua. Su naturaleza química en general es comparable con las regiones ramificadas de las moléculas de pectina; como complejo polisacárido posee características biofísicas que son deseables para la industria cosmética y de alimentos, principalmente como agente estabilizante alimentario (Cárdenas, 1997). La composición química del mucílago de varias especies de Opuntia ha sido objeto de numerosos estudios, varios de los cuales ofrecen resultados contradictorios. En algunos casos el mucílago ha sido considerado inicialmente como un polisacárido neutro, constituido principalmente de residuos de D-galactosil y L-arabinosil. (McGarvie y Parolis, 1978). Otros han reportado que este mucílago es ácido, compuesto de L-arabinosa, D-galactosa, Lramnosa y ácido galacturónico (Habibi y col. 2004). Medina-Torres y col. (2000) encontraron que la composición glucídica de este compuesto consiste en términos aproximados en 47% de arabinosa, 23% de xylosa, 18% de galactosa, 7% de ramnosa y 5% de ácido galacturónico, respecto al peso molecular de este polímero. A nivel fisiológico, las razones que explican la presencia de estos mucílagos en los nopales es proporcionar una protección a la planta contra la sequía (Trachtenberg y Mayer, 1981) y contra las bajas temperaturas (Nobel y col. 1992). El mucílago del nopal se encuentra específicamente entre los espacios intercelulares del conjunto de células que forman el clorénquima de los cladodios; sin embargo, Nobel, y col. (1992) encontraron que este polímero es más abundante entre las células del parénquima. Así, de acuerdo con estos autores, en Opuntia acanthocarpa Salm-Dyck y Opuntia basilaris Lehm, el contenido promedio de mucílago es de alrededor de 23% y 28% en peso seco, en el clorénquima y parénquima, respectivamente. La estructura primaria del mucílago de nopal es de forma lineal y está compuesta por cadenas de moléculas de ácido β-D-galacturónico unidas mediante enlaces α-(1,4). Esto explicaría el comportamiento filamentoso de soluciones 23 acuosas de este compuesto, comúnmente conocidas como “baba” de nopal. De cuando en cuando, este polímero presenta moléculas de L-ramnosa unidas por enlaces α-(1,2) a la cadena de ácido β-D-galacturónico. Del átomo de oxígeno ligado al carbono 4 [O(4)] de estas últimas moléculas se desprenden regularmente trisacáridos de D-galactosa unidos por enlaces β-(1,6). Además, los trisacáridos de D-galactosa se ramifican algunas veces a partir de la posición O(3) o simultáneamente de la O(3) y O(4). La composición de estas ramificaciones es muy variada, pero es común que estén compuestas de disacáridos o trisacáridos formados por arabinosa y/o xilosa (Cárdenas y col. 1997). Medina-Torres y col. (2000) demostraron también que una solución acuosa de mucílagos provenientes de nopales tiernos tiene un comportamiento reológico no newtoniano de tipo pseudo-plástico. De hecho, estas soluciones presentan una gran elasticidad, similar a la que confieren polímeros sintéticos como el poli-isobutileno. A concentraciones de 10%, el comportamiento reológico del mucílago es similar al de una solución acuosa de goma xantana al 3%. Las cantidades y características de los mucílagos presentes en los nopales son muy variables y es posible que dependan de factores tales como la especie, la madurez de sus cladodios y el clima. Así, en 1992, Nobel y col. encontraron que la materia seca de los cladodios maduros de las especies O. basilaris Lem y O. acanthocarpa Salm-Dyck contenía 19 y 35% de estos mucílagos, respectivamente. Por su parte, Paulsen y Lund (1979) encontraron que los cladodios de la especie O. ficus-indica Mill sólo contenían 0.3%. Asimismo, Goldstein y Nobel (1991), citados por Nobel y col. (1992), establecieron que la aclimatación a las bajas temperaturas causa en O. ficus-indica Mill un incremento de hasta 30% en su contenido de estos compuestos. Las características moleculares de los mucílagos dependen también del tipo de técnica mediante el cual hayan sido aislados. Medina-Torres y col. (2000), por ejemplo, encontraron en sus experimentos que el peso molecular del mucílago de O. ficus-indica Mill es de 23 kg/mol. Este valor es completamente diferente al reportado por Trachtenberg y Mayer (1981), quienes determinaron un peso molecular de 4300 kg/mol, mediante ultracentrifugación de una muestra. En 24 términos generales, se considera que la mayor concentración de mucílago se encuentra en cladodios que tienen uno o más años de vida y que están adaptados a condiciones de bajas temperaturas. C. Fresa La fresa pertenece a la familia Rosaceae y al género Fragaria. Es un producto altamente perecedero, con una vida poscosecha relativamente corta, donde mayoría de las pérdidas que se producen durante su distribución y almacenamiento se deben a alteraciones microbianas. La aceptación de la fresa para su consumo está dada por su calidad, la cual está en función de su apariencia (distribución e intensidad del color rojo, tamaño y forma de la fruta, ausencia de defectos y enfermedades) firmeza, sabor y valor nutricional. Las frutas y las hortalizas son productos altamente perecederos. Estas pérdidas ascienden a más del 40 por ciento en las regiones tropicales y subtropicales (FAO, 1995 a, b). Las pérdidas también ocurren durante la vida útil y la preparación en el hogar y en los servicios de comida. Más aún, en los países en desarrollo la producción de productos frutihortícolas para el mercado local o la exportación es limitada debido a la falta de maquinaria y de infraestructura. La reducción de las altas pérdidas de frutas y hortalizas requiere la adopción de varias medidas durante la cosecha, el manipuleo, el almacenamiento, el envasado y el procesamiento de frutas y hortalizas frescas para obtener productos adecuados con mejores propiedades de almacenamiento. 1. Generalidades La fresa pertenece a la familia Rosáceae y al género Fragaria. La descripción que se hace a continuación, se refiere a la función evolutiva de sus órganos. Figura 5: raíces (1), tallo (2), estolones (3), hojas (4), flores (5) y semillas. 25 5 3 4 2 1 Figura 2.1. Taxonomía de la Fresa. a. Historia de la fresa La fresa es nativa de las regiones templadas de todo el mundo y se cultiva en grandes cantidades, tanto con fines comerciales como por parte de horticultores aficionados. Las flores blancas se organizan en cimas y tienen cáliz de cinco piezas hendidas, cinco pétalos redondeados, numerosos estambres y pistilos. El fruto es el resultado de la agregación de muchos carpelos secos diminutos, sobre un receptáculo pulposo de color rojo escarlata. Contiene gran cantidad de ácidos orgánicos y vitamina C, sustancias minerales y azúcares, por lo que es muy apreciado por su sabor y sus aplicaciones en medicina. Todas las fresas cultivadas se obtuvieron a partir de cuatro especies principales. La primera de ellas, la fresa silvestre o de bosque, es una especie memoral frágil nativa de las montañas de América y las Antillas. La fresa escarlata o fresa de Virginia, es nativa del este de América del Norte y se introdujo en Europa durante el siglo XVII. La fresa de playa o fresa de Chile, 26 procede de las regiones montañosas del hemisferio occidental. La última especie se parece a la fresa silvestre común, en Europa central se dio origen por hibridación a las variedades europeas de frutos más gruesos llamados fresones. b. Particularidades de la fresa Pierden la textura cuando se congelan, aunque conservadas de esta manera se usan en una gran variedad de postres. Contienen vitamina E, C, betacarotenos, folatos, potasio y fibra. Ayudan a eliminar el ácido úrico. Como mascarillas faciales son excelentes para limpiar y purificar la piel. El Cuadro 2. 3., nos muestra el valor nutricional de la fresa. Cuadro 2. 3. Valor nutricional de la fresa. Información nutricional Ración: 9 fresas (140 g) Energía (Kcal) 48 Carbohidratos 13 g Fibra 3.5 g Azúcares 8.2 g Proteínas 1g Fuente: Kader, 1991. 2. Cultivares Desde un punto de vista agronómico, los cultivares de la fresa se pueden clasificar en tres grupos: reflorecientes o de día largo, no reflorecientes o de día corto y remontantes o de día neutro. La floración en los dos primeros casos se induce por un determinado fotoperiodo, mientras que este factor no interviene en el tercero. En cualquier caso, no sólo influye el fotoperiodo, sino las temperaturas y horas de frío que soporta la planta. 27 a. Variedades de la fresa Se conocen en el mundo más de 1000 variedades de fresa, producto de la gran capacidad de hibridación que presenta la especie. A continuación se mencionan algunas de las variedades: i. Camarosa Es una variedad de día corto que presenta un fruto grande, muy precoz, de color rojo brillante externamente, interior muy coloreado y de buen sabor y firmeza. Esta variedad es originada en la Universidad de California. Su densidad es de 5 plantas por metro. ii. Tudla Esta variedad se caracteriza por su buena aptitud para el transporte, así como su resistencia a la clorosis férrica, por lo que resulta útil en zonas que presentan problemas de aguas salinas. La planta es vigorosa de follaje erecto, producción precoz, frutos grandes, aromáticos, alargados, de color rojo intenso, tanto externa como internamente. Su productividad es elevada y se adapta bien tanto a la plantación con planta fresca en zonas cálidas, como a la plantación con planta frigo conservada en zonas de invierno frío. iii. Oso Grande Variedad californiana, cuyo inconveniente es la tendencia del fruto al rajado. No obstante presenta buena resistencia al transporte y es apto para el mercado en fresco. De color rojo anaranjado, forma de cuña achatada, calibre grueso y buen sabor. La planta es vigorosa y de follaje oscuro. En zonas cálidas bajo protección de plástico, se trasplanta con plantas producidas en viveros de altitud durante octubre para producción a finales de invierno. En zonas de invierno 28 frío, el trasplante se realiza durante el verano para producción en el año siguiente a principios de primavera. La densidad de plantación es normalmente de 6 a 7 plantas por metro, colocadas en caballones cubiertos de plásticos, con riego localizado y líneas pareadas. iv. Cartuno Fruto de forma cónica perfecta, con calibre uniforme, color rojo brillante, sabor azúcarado, ligeramente más precoz que Oso Grande, con curva de producción homogénea durante toda la campaña. Bien adaptada a plantaciones de otoño y de verano. Resistente a la clorosis férrica. La Planta es vigorosa, de follaje importante, con flores destacadas del mismo. v. Carisma Variedad muy vigorosa y rústica, capaz de adaptarse a todo tipo de suelos y climas, precoz y muy productiva. El fruto es de forma cónica, a veces acostillada, de gran tamaño y color rojo suave. Se recomienda para plantación en otoño como planta fresca y en verano como planta frigoconservada. vi. Reina de los valles Es la variedad de fresa predominante en el mercado español. Son frutos diminutos de color rojo blanquecino a rojo brillante, con suculenta pulpa de sabor dulce y aromática. vii. Irwing Son de forma redondeada, achatada por el pedúnculo y de color rojo mate. 29 viii. Pájaro Variedad de forma cónica, firme, de pulpa consistente y color rojo uniforme y brillante. Posiblemente esta sea la variedad con mejor sabor de todas las comercializadas. ix. Selva Se consideran las fresas de verano, ya que suelen aparecer en el mercado a mediados de julio y duran hasta finales de septiembre. Otras variedades de fresa son la Tioga, Fresno, Talismán, Chandler y Douglas. b. Fisiología del desarrollo Verano: periodo con influencia de días largos y temperaturas elevadas, la planta crece y se multiplica vegetativamente por emisión de estolones. Otoño: con incidencia de días cortos y temperaturas descendentes, se da un crecimiento con acumulación de reservas en las raíces. Comienza la iniciación floral y la latencia de la planta. Invierno: periodo de días cortos y bajas temperaturas en el que se produce una paralización del crecimiento, hasta que la planta acumula el frío necesario y sale de la latencia. Primavera: con la elevación de las temperaturas y el alargamiento progresivo de los días, aparece una reanudación de la actividad vegetativa, floración y fructificación, aumentando con la longitud del día. La fresa necesita acumular una serie de horas frío, con temperaturas por debajo de para dar una vegetación y fructificación abundante. Aunque este requerimiento de frío es muy variable según los cultivares, es muy importante determinar el frío requerido para cada variedad, debido a que insuficiente cantidad del mismo origina un desarrollo débil de las plantas, que dan frutos blandos y de vida comercial reducida; al igual que un exceso de frío acumulado por otra parte, 30 da lugar a producciones más bajas, un gran crecimiento vegetativo y la aparición de estolones prematuros. c. Exigencias climáticas La fresa es un cultivo que se adapta muy bien a muchos tipos de climas. Su parte vegetativa es altamente resistente a heladas, llegando a soportar temperaturas de hasta – 20 ºC, aunque los órganos florales quedan destruidos con valores algo inferiores a 0 ºC. Al mismo tiempo son capaces de sobrevivir a temperaturas de hasta 55 ºC. Los valores óptimos para una fructificación adecuada se sitúan en torno a los 15 a 20 ºC temperatura media anual. Temperaturas por debajo de 12 ºC durante el cuajado dan lugar a frutos deformados por el frío, en tanto que un tiempo muy caluroso puede originar una maduración y coloración del fruto muy rápida, lo cual le impide adquirir un tamaño adecuado para su comercialización. f. Plagas y Enfermedades i. Thrips (Frankliella occidentalis) Dañan con su estilete las flores y los frutos, llegando a deformarlos como reacción a su saliva tóxica. Debe prevenirse su ataque atendiendo al número de formas móviles por flor, suelen aparecer con tiempo seco, aumentando su población con la elevación de las temperaturas. Se conocen depredadores naturales efectivos de Thrips, como son Orius sp. y Aléothrips intermedius. 31 ii. Araña roja (Tetranychus urticae Koch) Este ácaro, de cuerpo globoso y anaranjado en estado adulto, es una de las plagas más graves de la fresa. Inverna en plantas espontáneas o en hojas viejas de la fresa para atacar a las hojas jóvenes con la llegada del calor. Su control químico es muy difícil por la rápida inducción de resistencia a los productos utilizados, así como por los problemas de residuos en frutos. iii. Podredumbre gris (Botrytis cinérea /Scierotinia Fuckeliana) Se desarrollan favorablemente en condiciones de alta humedad relativa y temperaturas entre los 15 y 20 ºC. La diseminación se realiza por medio de esporas, ayudándose de la lluvia o el viento. iv. Oidio (Oidium Fragariae) Se manifiesta como una pelusa blanquecina sobre ambas caras de la hoja. Prefiere las temperaturas elevadas, de 20 a 25 ºC y el tiempo soleado, deteniendo su ataque en condiciones de lluvia prolongada. Persiste durante el invierno en estructuras resistentes como peritecas. v. Mancha púrpura (Mycosphaerella fragariae) Aparece como una mancha circular de 2 a 3 mm de diámetro sobre la hoja. Se dispersa por medio de ascosporas y de esporas, con temperaturas suaves y alta humedad relativa. 32 e. Hongos del suelo Son varios los hongos que afectan a la planta desde su sistema radical o zona cortical del cuello, entre éstos se tiene Fusarium sp., Pytophtora sp., Rhizoctonia sp., Rhizopus sp., Pythium sp., Cladosporium sp., Alternaria sp. y Penicillium sp. En caso de no practicarse una fumigación previa al suelo, el cultivo se expone en gran medida al ataque de estos hongos parásitos, pudiendo llegar a ser dramáticas las consecuencias. f. Bacterias (Xanthomas fragariae) Ataca principalmente a la hoja, dando lugar a manchas aceitosas que se van uniendo y progresando a zonas necróticas. Se ve favorecida por temperaturas diurnas de alrededor de y elevada humedad ambiental. 3. Propiedades nutritivas Las fresas y los fresones son frutas que aportan pocas calorías y cuyo componente más abundante, después del agua, son los hidratos de carbono (fructosa, glucosa y xilitol). Destaca su aporte de fibra, que mejora el tránsito intestinal. En lo que se refiere a otros nutrientes y compuestos orgánicos, las fresas y los fresones son muy buena fuente de vitamina C y ácido cítrico (de acción desinfectante y alcalinizadora de la orina, potencia la acción de la vitamina C), ácido salicílico (de acción antiinflamatoria y anticoagulante), ácido málico y oxálico, potasio y en menor proporción contienen vitamina E, que interviene en la estabilidad de las células sanguíneas y en la fertilidad. La vitamina C tiene acción antioxidante, al igual que la vitamina E y los flavonoides (antocianos), pigmentos vegetales que le confieren a estas frutas su color característico. La vitamina C interviene en la formación de colágeno, huesos y dientes, glóbulos rojos y favorece la absorción del hierro de los alimentos y la resistencia a las infecciones. 33 El ácido fólico interviene en la producción de glóbulos rojos y blancos, en la síntesis material genético y la formación anticuerpos del sistema inmunológico. El potasio es necesario para la transmisión y generación del impulso nervioso, para la actividad muscular normal e interviene en el equilibrio de agua dentro y fuera de la célula. A estas frutas se les atribuye diversas propiedades, sobre todo por su abundancia de vitamina C, presente en mayor cantidad que los cítricos. Una persona adulta sana necesita 60 miligramos al día de vitamina C y 100 gramos de fresas o fresones satisfacen la totalidad de las recomendaciones. Este nutriente posee una comprobada acción antioxidante, al igual que los antocianos y la vitamina E presentes en las fresas y fresones. Los antioxidantes bloquean el efecto dañino de los denominados "radicales libres". La respiración en presencia de oxígeno es esencial en la vida celular de nuestro organismo, pero como consecuencia de la misma se producen unas moléculas, los radicales libres, que ocasionan a lo largo de la vida efectos negativos para la salud a través de su capacidad de alterar el ADN (los genes), las proteínas y los lípidos o grasas ("oxidación"). En nuestro cuerpo existen células que se renuevan continuamente (de la piel, del intestino) y otras que no (células del hígado). Con los años, los radicales libres aumentan el riesgo de que se produzcan alteraciones genéticas sobre las primeras, favoreciendo el desarrollo de cáncer o bien, reducen la funcionalidad de las segundas, lo que es característico del proceso de envejecimiento. Existen determinadas situaciones que aumentan la producción de radicales libres, entre ellos: el ejercicio físico intenso, la contaminación ambiental, el tabaquismo, las infecciones, situaciones de estrés, dietas ricas en grasas y la sobre exposición a las radiaciones solares. La relación entre antioxidantes y enfermedades cardiovasculares, es hoy una afirmación bien sustentada. Se sabe que es la modificación del llamado "mal colesterol" (LDL-c), la que desempeña un papel fundamental tanto en la iniciación como en el desarrollo de la aterosclerosis (enfermedad que consiste en un engrosamiento y dureza anormal de las cubiertas internas de los vasos sanguíneos, debido a un depósito de material graso y células, que impide o dificulta el paso de la sangre). Los antioxidantes pueden 34 bloquear los radicales libres que modifican el llamado colesterol malo, contribuyendo a reducir el riesgo cardiovascular y cerebrovascular. Por otro lado, los bajos niveles de antioxidantes constituyen un factor de riesgo para ciertos tipos de cáncer y de enfermedades degenerativas. a. Vitaminas La vitamina C tiene además la capacidad de favorecer la absorción del hierro de los alimentos, por lo que mejora o previene la anemia ferropénica y mejora la resistencia a las infecciones. Existen ciertas situaciones vitales en las que las necesidades orgánicas de vitamina C están aumentadas, tales como: embarazo, lactancia, tabaquismo, empleo de ciertos medicamentos, estrés y defensas disminuidas, práctica deportiva intensa, cáncer, Sida y enfermedades inflamatorias crónicas. En estos casos, el consumo de fresas y fresones u otras frutas ricas en vitamina C está especialmente indicado. Por su abundancia de ácido fólico o folatos, vitamina imprescindible en los procesos de división y multiplicación celular que tienen lugar en los primeros meses de gestación, su consumo resulta adecuado o interesante para las mujeres embarazadas para prevenir la espina bífida, alteración en el desarrollo del sistema nervioso (tubo neuronal) del feto. b. Minerales Debido a su elevado contenido de potasio y bajo en sodio, resultan muy recomendables para aquellas personas que sufren de hipertensión arterial o afecciones de vasos sanguíneos y corazón. No obstante, su consumo deberán tenerlo en cuenta las personas que padecen de insuficiencia renal y que requieren de dietas especiales controladas en este mineral. Sin embargo, a quienes toman diuréticos que eliminan potasio y a las personas con bulimia; debido a los episodios de vómitos autoinducidos que provocan grandes pérdidas de este mineral, les conviene el consumo de estas frutas. 35 c. Otros beneficios Debido a su particular composición, estas frutas poseen un efecto diurético beneficioso en caso de hiperuricemia o gota y litiasis renal (favorece la eliminación de ácido úrico y sus sales), hipertensión arterial u otras enfermedades asociadas a retención de líquidos. Sin embargo, en caso de litiasis renal por cálculos de oxalato, dado su contenido de ácido oxálico, están desaconsejadas. Fresas y fresones son una buena fuente de fibra. A este nutriente se le atribuye un destacado efecto protector del organismo, debido a un mecanismo de secuestro de sustancias potencialmente nocivas. La fibra "atrapa" determinados compuestos (ácidos biliares, colesterol...) que son excretados junto con las heces, lo que beneficia a las personas con hipercolesterolemia o litiasis biliar. También acelera el tránsito intestinal, reduciendo el tiempo de contacto de algunas de estas sustancias nocivas con el tejido intestinal, lo que previene o mejora el estreñimiento y reduce el riesgo de cáncer de colon. El contenido en salicilato de las fresas y fresones es el responsable de las reacciones cutáneas (urticaria) que provoca, principalmente a las personas que tienen alergia a la aspirina (ácido acetilsalicílico). La fresa es una fruta considerada popularmente como un magnífico remedio saludable. Linnaeus, el gran botánico sueco, recomendaba su consumo como tratamiento paliativo para la artritis, la reuma y la gota. La fresa contiene xilitol, un edulcorante que se usa habitualmente como sustituto de la sacarosa (azúcar común) y que posee la cualidad de que no es carcinogénico. 3. Entorno mundial de la fresa a. Principales países productores Actualmente el mayor productor de fresa en el mundo es Estados Unidos de América, como lo indican datos emitidos por la Organización de las Naciones 36 Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) en el año 2001. En ese año, la producción de la frutilla en EUA alcanzó la cifra de 760,000 toneladas métricas. Con este volumen de producción, Estados Unidos supera en una proporción mayor al doble al segundo productor de fresa en el mundo que es España, país que en el mismo año alcanzó un volumen de producción de 326,000 toneladas métricas. México resulta ser el séptimo productor mundial de fresa con un monto total de producción en el año 2001 de 130,688 toneladas métricas, lo cual representa solamente el 17.2% de lo que es capaz de producir Estados Unidos. Además, dentro del entorno mundial, México es superado en monto de producción de fresa además de Estados Unidos y España, por países como Polonia cuya producción ascendió a 242,118 en el año 2001, Japón, con 208,600 toneladas métricas, Italia con 184,314 toneladas métricas y República de Corea con 175,000 toneladas métricas. Como se muestra en el Cuadro 2. 4. Otros países productores de fresa en el mundo son Turquía, Alemania y Marruecos, que en el año de referencia alcanzaron volúmenes de producción de 117,000; 110, 100 y 90,000 toneladas métricas respectivamente. 37 Cuadro 2. 4. Producción Mundial de Fresa Principales productores (Toneladas) 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Estados Unidos 831,258 862,828 749,510 855,290 944,740 974,500 1,004,169 España 377,527 344,867 314,079 328,700 262,500 282,100 308,000 Rusia (Fed.) 150,000 160,000 175,000 200,000 205,000 215,000 217,000 República de Corea 152,481 180,501 202,966 209,938 205,427 202,500 200,000 Japón 203,100 205,300 208,600 210,500 202,900 198,200 200,000 Polonia 178,211 171,314 242,118 153,083 131,332 185,583 180,000 Turquía 128,000 130,000 117,000 145,000 145,000 155,000 160,000 Italia 185,852 195,661 184,314 150,890 154,826 167,718 154,495 México 137,736 141,130 130,688 142,245 150,261 150,261 150,261 Alemania 109,194 104,276 110,130 105,297 95,278 119,384 131,915 Fuente: SAGARPA (2006). b. Principales países exportadores El principal exportador en el mundo de fresa es España, que en el año 2001, alcanzó un monto de exportaciones de 212,081 toneladas métricas, lo cual representa el 65% de su producción total, es decir que de la producción total de fresa de España solamente el 35% es para consumo interno y el restante se exporta. Esta cantidad de toneladas métricas exportadas por España en el 2001 supera en una proporción bastante considerable al segundo mayor exportador del mundo que es Estados Unidos de América. Estados Unidos pese a ser el mayor productor mundial de fresa, solamente exporta el 7.7% de su producción, mientras que el restante 92.3% se consume en el mercado interno. El total de exportaciones de fresa de Estados Unidos en el 2001 alcanzó la cifra de 58,554 toneladas métricas. México por su parte ocupa el quinto lugar entre los países con el mayor monto de exportación de fresa en el mundo, el cual en el 2001 fue de 30,910 38 toneladas métricas, equivalentes al 23.6% de su producción total en el mismo año lo cual nos indica que poco más de tres cuartas partes de la producción mexicana de fresa es consumida en el mercado interno. Otros países exportadores de fresa en el mundo son: Italia y Bélgica que superan a México en cuanto a monto de exportaciones con 32,975 y 32,572 toneladas métricas respectivamente en el año 2001. Por su parte, países como Polonia, Francia, Marruecos, Países Bajos y la Federación Rusa también destacan entre los países exportadores de fresa en el mundo, aunque en un monto menor que el que lo hace México, lo cual se presenta en el Cuadro 2. 5. Cuadro 2. 5. Principales Países Exportadores Número 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 País España Estados Unidos de América Italia Bélgica México Polonia Francia Marruecos Países Bajos Federación Rusa Toneladas 212,081 58,554 32,975 32,572 30,910 22,481 18,683 17,824 12,542 7,963 Fuente: SAGARPA (2005). c. Principales países importadores En lo que se refiere a las importaciones, Alemania es el país que más importa fresa en el mundo, ya que en el 2001 el monto de sus importaciones medidas en toneladas métricas fue de 143,336, superando a otros países como Francia y Canadá cuyo monto de importaciones de fresa es también considerable a nivel mundial, pero inferior al que Alemania reporta. Francia alcanzó en el 2001 un monto de importaciones de 82,293 toneladas métricas, mientras que en Canadá ese mismo monto fue de 45,524 toneladas métricas. Un caso paradójico resulta ser Estados Unidos ya que siendo el mayor productor mundial de fresa, también importa. Estados Unidos alcanzó en el 2001 importaciones de fresa de alrededor de 32,061 toneladas, lo que lo sitúa como el cuarto mayor importador de fresa en el mundo. 39 Otros países importadores de fresa en el mundo son Reino Unido, Bélgica, Austria, Italia, Países Bajos, y Suiza cuyas importaciones en el 2001 fueron de 28,493; 26,033; 22,173; 22,750; 12,086 y 10,605 toneladas, respectivamente. Con las cifras anteriores, se puede ver una clara tendencia de potenciales consumidores de fresa en el mercado Europeo ya que la mayor parte de países importadores de fresa se localiza en Europa. c. Producción de Fresa en México En los últimos seis años, la producción de fresa en México presenta variaciones ya que de una producción de 141,130.22 toneladas producidas en el 2000, para el año 2001 se lograron 130,690 toneladas encontrándose una baja en la producción, mientras que en el 2002 hubo un alza de producción de 142, 250 toneladas, siguiendo con el 2003 que fue de 150,260 toneladas, en el 2004 se tubo una producción de 177,230 toneladas, finalmente para el 2005 se reporto una producción de 128,900 toneladas, observándose una baja drástica en la producción de 48,330 toneladas en tan solo un año como se presenta en el Cuadro 2. 6. Cuadro 2. 6. Producción Nacional de Fresa Año Toneladas 2000 141,130 2001 130,690 2002 142,250 2003 150,260 2004 177,230 2005 128,900 Fuente: FAOSTAT (2007) 40 e. Principales Estados Productores La fresa es una hortaliza que se cultiva en 12 estados de la república, de las cuáles tres concentran la mayor superficie y producción: Michoacán, Baja California y Guanajuato. Juntos contribuyen con el 95% del volumen total de la hortaliza y obviamente en la obtención de los resultados a nivel nacional. Michoacán es el primer estado y participa con más del 50% de la superficie sembrada y cosechada y producción del país, dentro de la entidad destacan 3 zonas de producción el valle de Zamora, – que se considera la región más productora del país – la región de Panindícuaro y el valle de Maravatío donde destaca el ejido de Tungareo que ha ido ganando importancia y destina una superficie de 860 hectáreas para cultivar fresa y presenta producciones de 12,000 toneladas. Guanajuato es el tercer estado productor del país, participando con el 14,98% de la producción. La región de Irapuato es considerada como la principal productora de fresa en el estado ya que la superficie sembrada generalmente está arriba de las 2,000 hectáreas notándose estabilidad año con año y su tasa de crecimiento anual de 3.97%. La producción en el estado de Guanajuato muestra fluctuaciones ya que ha llegado alcanzar volúmenes de producción de hasta 40,000 Toneladas, – año de 1993 – inclusive mayor que Michoacán, pero a su favor está el hecho de no bajar de las 17,000 toneladas por año. Lo anterior ha permitido que la tasa de crecimiento promedio anual sea de 4.4%, dada la estabilidad que se comentó anteriormente. Baja California es la entidad productora de fresa más joven, ya que se inició a partir del ciclo 1985-1986, pero su participación a nivel nacional ha ido creciendo de una manera significativa gracias a los rendimientos altos que obtienen y aunque en superficie sembrada contribuye poco en porcentaje (6%) en el período 1989-1996, en lo referente a producción ha contribuido en el período antes señalado con el 15%, siendo así la que mayor crecimiento tiene en el país con casi 24,19%. 41 Lo anterior es debido a los ya comentados altos rendimientos por hectárea que alcanzan hasta 32 Toneladas por unidad de superficie, lo que representa un 75 % más que el promedio nacional (18.31 Ton / Ha.). En el Cuadro 2. 7., se presentan los principales estados productores. El análisis de ese crecimiento asombroso se basa en 3 factores: La tecnología de punta que se está empleando en dicha región – acolchado y riego por goteo – lo que ofrece enormes beneficios en el cultivo de la fresa y hortalizas en general. A las nuevas y mejoradas variedades de planta madre que se introdujeron en esa región. La cercanía con nuestro vecino del norte que abre posibilidades de tecnología y que además es el principal importador de fresa que se produce en México. Cuadro 2. 7. Principales Estados Productores Estado Producción (Ton) Aguascalientes Baja California Baja California Sur Chihuahua Guanajuato Jalisco Estado de México Michoacán Morelos Veracruz Zacatecas 7,00 57,913,00 7,472,40 1,155,00 20,257,39 1,085,40 4,899,60 69,698,97 108,20 22,00 8,00 Fuente: SAGARPA (2006) f. Producción de Fresa en Guanajuato De acuerdo con los reportes de los Distritos de Desarrollo Rural (DDR´s) en Guanajuato se producen comercialmente cerca de 80 especies agrícolas, entre las más importantes destaca la fresa. En el Estado existen 14 municipios productores de fresa: Abasolo, Acambaro, Cuerámaro, Dolores Hidalgo, Huanímaro, Irapuato, Jerécuaro, 42 Pénjamo, Pueblo Nuevo, Romita, Salamanca, Silao, Tarandacuao y Valle de Santiago. De acuerdo a la superficie sembrada, en el Estado de Guanajuato en el año 2001 se sembraron 1455 hectáreas de fresa, de las cuales 777 corresponden al municipio de Irapuato, es decir, que del total de superficie sembrada de fresa en el Estado, en un solo municipio que es Irapuato se concentra el 53.4% de toda esta superficie. En el Estado de Guanajuato existen 5 Distritos de Desarrollo Rural, en cuatro de los cuales se cultiva la fresa. El 89% de la producción del Estado se concentra en el Distrito Cortazar, mientras que el restante 11% se distribuye en los distritos de Dolores Hidalgo, León, Celaya. En la Figura 2.2., se muestran los distritos en los cuales se cultiva fresa. Dolores Hidalgo 8.8% León 1.3% Celaya 0.5% Cortazar 89.4% Fuente: SAGARPA (2005) Figura 2. 2. Producción de Fresa en el estado de Guanajuato g. Producción de Fresa en el Municipio de Irapuato Las fresas de esta ciudad son reconocidas internacionalmente. Por muchos años llegó a ser uno de los cultivos principales del municipio, debido en gran parte a la disponibilidad de agua de buena calidad, a las condiciones del suelo y al clima. Aunado a lo anterior, este proceso fue acompañado de un nivel de tecnicidad elevado y estructuras de distribución y dinamismo comercial. En la actualidad el cultivo de fresa en Irapuato ya ha sido reemplazado por otros cultivos cíclicos como el sorgo, el maíz, el trigo y la cebada en cuanto a superficie sembrada, ya que entre esos cuatro cultivos abarcan el 90.5% del total 43 de superficie sembrada en el municipio, mientras que la fresa solamente abarca el 1.4% de esa superficie. En la Figura 2. 3., se presentan los principales cultivos en el municipio. Sin embargo, por el volumen de producción, el cultivo de la fresa es el sexto mayor del municipio con un total de 20, 257,39 toneladas en el año 2005. Fresa Alfalfa 1.3% Garbanzo 1.1% 1.4% Espárrago 0.9% Otros 4.8% Sorgo 40% Cebada 9% Trigo 14.2% Maíz 27.3% Fuente: SAGARPA (2005) Figura 2. 3. Principales cultivos en Irapuato Por otro lado, el cultivo de la fresa es el que mayor superficie sembrada tiene de entre todos los cultivos perennes del municipio con un total de 1,064,00 hectáreas en el año 2005, lo cual representa el 37% del total de superficie sembrada en cultivos perennes. En el Municipio de Irapuato se concentra el 76.4% del total de productores de fresa en el Estado de Guanajuato con un total de 421 productores repartidos en 545 parcelas. De éstos, el 56.9% tienen tenencia de pequeña propiedad y el 43.1% son ejidos. El Cuadro 2. 8., muestra los municipios de Guanajuato productores de fresa. Según registros del Comité Estatal de Sanidad Vegetal de Guanajuato (CESAVEG) en el municipio de Irapuato se producen 14 diferentes variedades de fresa que son las siguientes: Aromas, Camarosa, Carsbad, Chandler, Diamante, 44 Gaviota, Irvin, Oso, Pico de Pájaro, Parker, Seascape, Selva, Solana y Sweet Charlie. Entre las 14 variedades de fresa que se cultivan en Irapuato, las más importantes son la Camarosa, Chandler y Pico de Pájaro ya que entre las tres concentran el 92.6% de la superficie destinada al cultivo de fresa en este municipio. La superficie registrada para el cultivo de fresa en el CESAVEG es mayor que la superficie reportada como sembrada por la SAGARPA, lo cual nos indica que pese a disponerse de mayor superficie para el cultivo de la fresa en el municipio, no toda es sembrada. Cuadro 2. 8. Productores de Fresa en el Estado de Guanajuato Municipio No. De Productores No. De Parcelas Abasolo 31 41 Acámbaro 7 7 Cuéramaro 1 1 Dolores Hidalgo 5 8 Huanímaro 1 2 Irapuato 421 565 Jerácuaro 5 5 Pénjamo 2 2 Pueblo Nuevo 4 7 Romita 14 19 Salamanca 8 12 Silao 2 3 Tarandacuao 48 67 Valle de Santiago 2 3 Totales generales 551 722 Fuente: SAGARPA (2005) 45 III. JUSTIFICACIÓN Actualmente los recubrimientos y las películas comestibles se obtienen a partir de proteína de leche, de trigo o de soya. Sin embargo, la investigación ha incursionado en el uso de otros polímeros de origen no proteico, como los almidones modificados, la celulosa, etc. El mucílago de nopal forma parte de este grupo de polímeros no proteicos, lo que sugiere su posible uso en la obtención de este tipo de membranas. Los compuestos plastificantes son materiales básicos que se agregan con el fin de formar las cubiertas comestibles. Estos materiales tienen la particularidad de reducir las fuerzas intermoleculares de los polímeros, incrementar la movilidad de las cadenas de monómeros y mejorar las propiedades mecánicas de las recubiertas comestibles. La adición de compuestos plastificantes es necesaria también con el fin de aumentar la elasticidad de las cubiertas comestibles. La fresa es una fruta que por sus características organolépticas tiene una gran aceptación por los consumidores, sin embargo, sus enfermedades son las principales causas de pérdidas poscosecha generando daños en el color, la firmeza y calidad del fruto. Como es un fruto perecedero es necesario buscar alternativas que permitan prolongar su vida de anaquel. En el presente trabajo se pretende extraer y caracterizar el mucílago de nopal (Opuntia amyclaea tenore), posteriormente obtener un recubrimiento comestible que permita evaluar su aplicación en fresa. Por esta razón es necesario determinar cuál de los compuestos plastificantes glicerol o sorbitol permite una mayor conservación y características sensoriales, entre otras propiedades a la fresa. Los resultados del presente estudio pueden permitir establecer una alternativa para la industrialización del nopal, así como una alternativa para la conservación de la fresa mediante la aplicación de un recubrimiento hecho a partir del mucílago del nopal, considerando que el propósito de los recubrimientos comestibles es aislar al alimento y/o preservarlo de alteraciones biológicas o bioquímicas. Dentro de la agroindustria, en muchos casos se utilizan recubrimientos comestibles con el propósito de cubrir algunos alimentos frescos. 46 IV. A. OBJETIVOS Objetivo general Desarrollar un recubrimiento comestible a base de mucílago de nopal (Opuntia amyclaea tenore), que pueda ser utilizado para la conservación de la fresa en fresco. B. Objetivos específicos Establecer el procedimiento que permita mayor rendimiento en la extracción del mucílago de los cladodios del nopal (Opuntia amyclaea tenore), utilizando diferentes temperaturas y solventes. Determinar las características fisicoquímicas del mucílago extraído a partir de nopal. Formular un recubrimiento a base de mucílago, utilizando glicerol o sorbitol como agente plástificante. Aplicar el recubrimiento en fresa y evaluar su vida de anaquel de acuerdo a las siguientes determinaciones: color (L*, a* y b*), firmeza, sólidos solubles (°Bx), pH, acidez, pérdida de peso, análisis microbiológicos y evaluación sensorial durante el almacenamiento a dos diferentes temperaturas de refrigeración. 47 V. MATERIALES Y MÉTODOS La parte experimental del presente trabajo se llevó a cabo en el laboratorio de Propiedades Físicas de los Alimentos del Instituto de Ciencias Agrícolas, (ICA), de la Universidad de Guanajuato, ubicado en la Ex Hacienda El Copal, Irapuato, Guanajuato y consistió en las siguientes etapas: A. Materiales 1. Recolecta de nopal (Opuntia amyclaea tenore) Para la extracción del mucílago (Figura. 5.1), se colectaron de la parcela experimental del Instituto de Ciencias Agrícolas, aproximadamente 60 kg de cladodios (pencas) en un estado de desarrollo de entre uno y dos años de edad. Figura 5.1. Cultivo de Nopal 2. Se utilizó fresa (Figura. 5.2), variedad camino real (Fragaria ananassa); la cual fue cosechada en la comunidad de Serrano, perteneciente al municipio de Irapuato a temprana hora del día y posteriormente fue transportada al laboratorio en neveras a las cuales se les colocó hielo para mantener la temperatura. 48 Figura 5.2. Cosecha de la fresa 3. Como material de empaque se utilizaron cajas de polietilentereftalato (PET), con una capacidad aproximada de 300 g. B. Métodos 1. Proceso de extracción del mucílago La metodología que se emplearía para la extracción del mucílago fue la propuesta por Sepúlveda y col. (2007), sin embargo, al no obtenerse mucílago no se cumplió el primer objetivo, lo cual nos llevó a proponer otra técnica para la extracción del mucílago. Dicha metodología se describe en la Figura 5.3. Descripción del proceso extracción: a. Molienda: los cladodios de nopal fueron limpiados de espinas, lavados, cortados en trozos de aproximadamente 1 cm y triturados en una licuadora doméstica con agua destilada en una proporción de 1:2 p/v (nopal/agua). b. Filtración: la mezcla triturada se filtró a través de una manta cielo y se prensó, evitando así el paso de partículas sólidas. c. Centrifugación: la mezcla fue sometida a una centrifugación de (10, 000 rpm por 10 min) en una centrífuga de marca “Minors”, modelo DM-2279 para separar el mucílago y el material insoluble del nopal. d. Sobrenadante: de las muestras centrifugadas fue separado el extracto de mucílago del material insoluble. 49 e. Reposo: el mucílago extraído se dejo reposar a 8 ºC por 16 hrs. f. Mucílago: para logar la precipitación del mucílago se empleó etanol al 95%, con una proporción 1:1 v/v (etanol/extracto de mucílago), separándose por decantación, para posteriormente lavar con agua destilada a una proporción 2:1 v/v (agua/extracto de mucílago). g. Deshidratación: el extracto de mucílago precipitado fue deshidratado en un secador horizontal con flujo de aire caliente a 68 ± 2 ºC durante 2 horas. h. Molienda: el extracto de mucílago seco se molió en un mortero de porcelana y el polvo obtenido se hizo pasar por un tamiz número 80 (abertura: 0.177 mm). i. Polvo del extracto de mucílago: el producto final se almacenó a temperatura ambiente para su posterior uso en la caracterización. En esta etapa se obtuvo como resultado el porcentaje de mucílago contenido en la especie estudiada. 50 Cladodios de Nopal + Agua destilada (1:2) Molienda Filtración Centrifugación a 10,000 rpm Fibra y material soluble en agua Fibra y material soluble en agua Sobrenadante Reposo a 8 ºC por 16 hrs Etanol al 95% Agua destilada 1:2 Precipitación del mucílago Lavado Material soluble en agua + etanol Material soluble en agua + mucílago Deshidratación 68 ± 2 ºC por 2 hr Molienda Mucílago en polvo Figura 5.3. Proceso de extracción del mucílago de nopal. 51 2. Proceso de caracterización del extracto de mucílago a. Al polvo de extracto de mucílago obtenido se le realizaron las siguientes determinaciones: Humedad: El contenido de humedad fue calculado secando las muestras en una estufa a 100-110 ºC, en base al A.O.A.C. (1990) con algunas modificaciones (Tejada, 1992). Proteína: El contenido de nitrógeno total fue calculado por el método Kjeldahl, en base al A.O.A.C. (1990) con algunas modificaciones (Tejada, 1992). El porcentaje de proteína se obtuvó usando el factor 6.25. Cenizas: Se determino incinerando en seco en una mufla por 3 horas a 550-600 ºC, previamente precalentada en base al A.O.A.C. (1990) con algunas modificaciones (Tejada, 1992). Lípidos: El contenido de grasa fue calculada en base al A.O.A.C. (1990) con algunas modificaciones (Tejada, 1992). Fibra cruda: El contenido de fibra cruda fue calcula en base al A.O.A.C. (1990) con algunas modificaciones (Tejada, 1992). Hidratos de Carbono: El contenido de hidratos de carbono fue calculado en base al A.O.A.C. (1990) con algunas modificaciones (Tejada, 1992). Pectina: El contenido de pectina se determino por el método descrito por Less (1993). 3. Aplicación del recubrimiento. Las fresas fueron seleccionadas sin eliminar el pedículo y sépalo (Figura 5.4). Se desecharon las que presentaron daño mecánico, picaduras, heridas o enfermedades según la norma NMX-FF-062. Estas actividades se realizaron a temperatura ambiente. Posteriormente se clasificaron las fresas de acuerdo al índice de madurez tomando en cuenta ½ o ¾ partes del color rojo en la superficie. 52 Figura 5. 4. Selección de la fresa a. A las fresas seleccionadas y clasificadas, se les aplicaron los tratamientos correspondientes, los cuales se presentan en el Cuadro 5.1. Se utilizó un diseño factorial 2 x 4 completamente aleatorizado con 6 mediciones repetidas en el tiempo. Cuadro 5.1. Condiciones de aplicación del recubrimiento Tratamiento Días de Mucílago Plastificante Temperatura de muestreo (%) (%) almacenamiento (°C) 1. C 0, 3, 6, 9, 12, 15 0 0 5 2. M 0, 3, 6, 9, 12, 15 100 0 5 3. MG 0, 3, 6, 9, 12, 15 98 2 5 4. MS 0, 3, 6, 9, 12, 15 98 2 5 5. C 0, 3, 6, 9, 12, 15 0 0 10 6. M 0, 3, 6, 9, 12, 15 100 0 10 7. MG 0, 3, 6, 9, 12, 15 98 2 10 8. MS 0, 3, 6, 9, 12, 15 98 2 10 C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago + Glicerol; MS: Mucílago + Sorbitol. 53 Figura 5.5. Aplicación del recubrimiento La aplicación del recubrimiento se realizó en forma de inmersión por 40 s, como se muestra en la Figura 5.5. El exceso del recubrimiento se removió con la ayuda de un ventilador eléctrico a una temperatura de 20 ºC por 30 min, para después ser colocadas en las cajas y almacenadas en refrigeración a dos diferentes temperaturas de 5 ± 0.5 y 10 ± 0.5 ºC y 80 ± 5 % de humedad relativa. Se emplearon veinte cajas para cada tratamiento, de las cuales tres fueron utilizadas para la determinación de pérdida de peso, dos cajas para los análisis microbiológicos, cinco cajas se designaron para la evaluación sensorial y de las diez restantes se estuvieron tomando dos cajas para los análisis de los demás días. Las determinaciones de los análisis de pérdida de peso, color, textura, grados Brix, pH, acidez y antocianinas fueron realizados en los días 0, 3, 6, 9, 12 y 15 del experimento. Los análisis microbiológicos se realizaron en los días 0, 1, 3, 6, 9 y 12 del experimento. La evaluación sensorial se realizó en el día 6 para ambos experimentos. 54 C. Determinaciones 1. Pérdida de peso La pérdida de peso se determinó en cada caja mediante una balanza digital modelo Mettler PC 4400 Delta Range® y se expresó como un porcentaje del peso inicial de la fruta empacada, mediante el pesado de las fresas en cada uno de los tratamientos por triplicado, en los días 0, 3, 6, 9, 12 y 15 de almacenamiento. 2. Color La determinación del color en la superficie de las fresas se realizó con el Espectrofotómetro Minolta modelo CM-508d (Figura 5.6), el cual es un instrumento de medición de la luz que define en forma cuantitativa el brillo de la superficie de un alimento. Se tomaron los valores de L*, a* y b* donde L* es la luminosidad y toma los valores de cero para el color negro hasta cien para el blanco; a* es la intensidad del rojo, los valores positivos indican colores rojos y los valores negativos indican colores verdes y b* es la intensidad del amarillo, en el cual los valores positivos de b* indican amarillos, en tanto que los valores negativos indican azules (Figura 5.7). Para medir el color, se tomó una muestra de treinta fresas, para cada tratamiento y se realizó la lectura en tres posiciones diferentes para cada fresa. De estas mediciones se tomó un promedio para cada uno de los parámetros y a su vez un promedio para cada tratamiento. 55 Figura 5.6. Espectrofotómetro Figura 5.7. Espacio de Minolta CM-508d color L* a* b* 3. Análisis de perfil de textura (TPA) Los parámetros de textura se presentan para la medición objetiva por el uso de instrumentos mecánicos. Las pruebas instrumentales tienden a tener una correlación bastante buena en ciertas características como: Firmeza, Cohesividad y Elasticidad (Alcántara y col., 2006). La determinación de Firmeza se realizó mediante la fuerza de compresión y se llevó a cabo en un Analizador de Textura TA-XT2 (Stable micro Systems, 1993) (Figura 5.8). Se utilizó una probeta de 12 mm de diámetro con una velocidad de cabezal de 1 mm/s, penetrando a una distancia fija de 15 mm. Se calculó la fuerza máxima al promediar el valor de treinta repeticiones, para cada uno de los tratamientos. 56 Figura 5. 8. Analizador de textura TA-XT2 4. Sólidos solubles totales (ºBx) La concentración de sólidos solubles en el jugo se determinó con un refractómetro Bausch & Lomb modelo 33-46-10, con valores límites de 0 a 85, tomando la lectura a 20 ºC (AOAC, 1990). Las mediciones mencionadas se basan en la propiedad de los líquidos para detener o refractar un rayo de luz proporcional a la concentración de la solución; el porcentaje de sólidos solubles, que son principalmente azúcares, se expresó como grados Brix (ºBx). Las determinaciones se realizaron por triplicado para cada tratamiento. 5. pH Para evaluar este parámetro se utilizó un medidor de pH marca Conductronic pH120 con valores límites de pH entre 0 y 14 (AOAC, 2000). Se pesaron 50 g de fresa, se molieron y se tomaron 10 g, se aforaron a 50 mL con agua destilada. Se midió el pH de la muestra introduciendo el electrodo, previamente calibrado se esperó a que se estabilizara y se registró la lectura que se indicaba en el potenciómetro. Se realizó por triplicado para cada tratamiento. 57 6. Acidez titulable Se pesaron 50 g de fresa, se molieron y se tomaron 10 g de fresa molida, se suspendieron y se aforaron con 50 mL de agua destilada. Se realizó una titulación potenciométrica con una solución de hidróxido de sodio (NaOH 0.1 N) hasta que se alcanzó un pH de 8.1 (AOAC, 2000). Este procedimiento se realizó por triplicado para cada uno de los tratamientos. El % de ácido cítrico se calculó con la siguiente ecuación: % de ácido cítrico = [(A x N x 0.064) / M] x 100 Donde: A = Volumen (mL) de solución de NaOH gastados en la titulación N = Normalidad de la solución de NaOH (0.1N) 0.064 = Mili equivalentes del ácido cítrico. M = Peso de la muestra (g) 7. Antocianinas Se pesaron 50 g de fresa y se molieron. Se tomó una alícuota de 10 g, se diluyeron en 50 mL de la solución reguladora (pH= 1). Se tomó una alícuota de 5 mL de esta solución y se aforó a 25 mL con solución reguladora. Se tomaron 10 mL y se centrifugaron (Wrolstad, 1976). La lectura de la absorbancia se leyó a una longitud de onda de 520 nm en un espectrofotómetro SP8-100 PYE UNICAM. La concentración se calculó de acuerdo a la siguiente ecuación: C (mg/L) = A/ EL x PM x 103 PM = peso molecular del pigmento 433.2 g / gmol. E = coeficiente de extinción o absorbancia molar del pigmento 22400. 58 C = concentración molar. L = paso de luz de la celda en cm (1cm). A = absorbancia. 8. a. Análisis microbiológicos Coliformes totales en placa El grupo de los microorganismos coliformes es el más ampliamente utilizado en la microbiología de los alimentos como indicador de prácticas higiénicas inadecuadas. El método se baso en la NOM-113-SSA-1994. Este método permite determinar el número de microorganismos coliformes presentes en una muestra, utilizando un medio selectivo (agar rojo violeta bilis) en el que se desarrollan bacterias a 35 ºC en aproximadamente 24 hr, dando como resultado la producción de gas y ácidos orgánicos, los cuales viran el indicador de pH y precipitan las sales biliares. La cuantificación se efectuó a los 0, 1, 3, 6, 9 y 12 días de almacenamiento. b. Hongos y levaduras Los mohos y levaduras están ampliamente distribuidos en la naturaleza y se pueden encontrar formando parte de la flora normal del alimento, o como agentes contaminantes y en los equipos saneados inadecuadamente, provocando el deterioro fisicoquímico de éstos, debido a la utilización en su metabolismo de los carbohidratos, ácidos orgánicos, proteínas y lípidos originando mal olor, alterando el sabor y el color en la superficie de los productos contaminados. Se realizaron de acuerdo a lo establecido por la NOM-111-SSA1-1994, cuantificando los días 0, 1, 3, 6, 9 y 12 de almacenamiento. 9. Evaluación sensorial Se realizó empleando una escala Hedónica estructurada (métodos afectivos) con 60 jueces no entrenados. Las muestras se presentaron como las consumiría habitualmente el consumidor, procurando evitar la sensación de que se 59 encontraba en una circunstancia de laboratorio o bajo análisis (Pedrero y Rose, 1989). Se utilizó el formato que se muestra en la Cuadro 5.2. Cuadro 5.2. Escala Hedónica estructurada Muestra 1 2 3 4 Escala Gusta Muchísimo Gusta Mucho Gusta Moderadamente Gusta Poco Me es Indiferente Disgusta Poco Disgusta Moderadamente Disgusta Mucho Disgusta Muchísimo 10. Análisis estadístico Los resultados fueron analizados usando el paquete estadístico StatGraphics® Plus 2.1, se aplicó un análisis de varianza (ANOVA), con un nivel de confianza del 95%, y para la comparación múltiple de medias entre tratamientos se aplico la prueba de TUKEY. 60 VI. RESULTADOS Y DISCUSIÓN A. Resultados de la caracterización del mucílago de Opuntia amyclaea tenore 1. Rendimiento El rendimiento promedio de mucílago recuperado en este estudio, extraído con agua y precipitado con etanol fue del 5.5% de la materia seca de los cladodios del nopal Opuntia amyclaea tenore, lo que muestra un mayor rendimiento que el 3.8% reportado por Matsuhiro y col. (2006) y a lo reportado por Cárdenas, y col. (1997) de entre 0.88 y 1.22% en nopales tiernos de Opuntia ficusindica. Estas diferencias en los rendimientos se deben a diversos factores; según Nobel y col. (1992), la especie, el estado de madurez de los cladodios y el clima de la zona de donde fueron recolectados influyen directamente en el contenido de mucílagos de los cladodios. Otro factor que puede intervenir en el porcentaje recuperado de mucílago es el método de extracción que se emplee. MedinaTorres y col. (2000), proponen la utilización de acetona debido a que permite mayor rendimiento, sin embargo, en este estudio se utilizó como solvente el etanol por su aceptación para el consumo humano. 2. Humedad El contenido de humedad en los cladodios frescos fue de 98.72% y de 1.29% en el material deshidratado (Cuadro 6.1), un valor diferente al 88% reportado por Pimienta (1990), así como al 88-91% reportado por Sepúlveda y col. (2007). Estas diferencias pueden atribuirse a las condiciones en las que se realizaron los análisis o a la higroscopicidad del polvo del cladodio (Fluxá, 1991). También se puede deber a la época del año y al grado de madurez de los cladodios 3. Proteína El contenido de proteínas en el mucílago fue 4.41% en base seca, el cual difiere del 7.3% reportado por Sepúlveda y col. (2007). Sin embargo, las referencias afines a la harina de nopal (de cladodios enteros) indican un 4.4% de 61 contenido de proteína usando una mezcla de hojas de diferentes edades (Lecaros, 1997). López y col. (1977), citado por Pimienta (1990), reporta un contenido de proteína de 3.7% en hojas de tres años de edad y 9.4% en nopalitos (cladodios jóvenes). Nobel (1983) y Flores y Bauer (1977), citado por Pimienta (1990), reportó valores de 4.29 y de 6.15% de proteína en hojas de 8 meses y 3 meses, respectivamente. 4. Cenizas El contenido de cenizas en el mucílago en base seca fue de 15.88%, similar al 12% reportado por Fluxá (1991) y menor al 37.2% reportado por Sepúlveda y col. (2007). Estas diferencias pueden estar influenciadas por la composición química de la tierra y por el fenómeno complejo que utilizan las plantas para absorber los nutrientes (Malainnime y col. 2003). 5. Lípidos El contenido de lípidos en el mucílago en base seca fue de 0.09%, no se encontró información disponible respecto al contenido de lípidos en mucilago de nopal. 6. Pectina El contenido de pectina en el mucílago de nopal (Opuntia amyclaea tenore) en base seca fue de 0.225 (Cuadro 6.1). No se encontraron referencias para el contenido de pectina en mucílago de nopal, sin embargo un estudio químico hecho por Villarreal y col. (1963) en seis diferentes especies de nopales (Opuntia spp), reveló una amplia variedad de sustancias pécticas en las especies analizadas. Destacando con un alto contenido, 23.87 % del porcentaje de pectina soluble Opuntia robusta, seguido de Opuntia ficus indica con un 10.28 %. 62 Cuadro 6.1. Composición química del mucílago de Nopal (g/100g) Componente Base original Base seca Humedad 98.7172 ± 0,02 --------- Materia seca --------- 1.28 Proteína (Nx6.25) 0.056 4.41 ± 0,06 Cenizas 0.203 15.88 ± 1,07 Lípidos 0.001 0.09 ± 0,008 Fibra cruda 0.00 0.00 Hidratos de carbono 1.02 78.115 Pectina 0.0028 0.225 ± 0,08 Media de tres datos ± Desviación Estándar B. 1. Resultados del recubrimiento a base del mucílago Pérdida de peso Un parámetro importante durante el almacenamiento de frutos es la pérdida de peso. Se observó que el porcentaje de pérdida de peso de la fresa en los cuatro tratamientos y a las dos temperaturas, incrementó a lo largo del experimento, teniendo un menor porcentaje de pérdida (25.38%) en el tratamiento cuatro (MS). La aplicación del recubrimiento comestible logró reducir la pérdida de peso (Figura. 6.1.a y 6.1.b), de esta manera el recubrimiento comestible ofreció una buena barrera a la transferencia de gases y vapor de agua durante el almacenamiento. Contrario al tratamiento tres (MG) en el cual se presentó la mayor pérdida en el porcentaje de peso (45.69%). Respecto a los tratamientos uno (C) y dos (M), el porcentaje de pérdida de peso fue similar. 63 Figura 6.1.a. Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base de mucílago de nopal en la pérdida de peso durante el almacenamiento de fresa a 10 ºC. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: Mucílago-Sorbitol. Figura 6.1.b. Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base de mucílago de nopal en la pérdida de peso durante el almacenamiento de fresa a 5 ºC. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: Mucílago-Sorbitol. 64 En el análisis de varianza se observó que existió efecto del tratamiento conforme pasó el tiempo de almacenamiento, con una interacción altamente significativa (P<0.05), así como diferencia estadísticamente significativa entre las medias de los tratamientos C-MG, C-MS y MG-MS. Galietta (2001), menciona que los recubrimientos a base de proteínas y plastificadas con glicerol en la proporción adecuada son excelentes barreras al O2 y CO2. Por el contrario si son altamente hidrofílicas no son buenas barreras al vapor de agua. Si se aplica este tipo de recubrimientos en conjunción con membranas hidrofóbicas, hace a este tipo de coberturas ideales para el estudio de poscosecha de frutos, principalmente en aquellos frutos perecederos (Greener y Fennema, 1989). Lo antes mencionado puede explicar lo sucedido con el tratamiento de mucílago-glicerol, en donde se presentó la mayor pérdida de peso. En contraste la menor pérdida se observó con el tratamiento mucílago-sorbitol. La tendencia fue similar en las dos temperaturas de almacenamiento; observándose que las fresas que no fueron recubiertas mostraron de igual forma una pérdida total de su calidad, así como una mayor pérdida de peso con respecto a las fresas tratadas con el tratamiento cuatro mucílago-sorbitol, por lo que al final del experimento ya no eran aptas para el consumo. 2. Color Como se puede observar en la Figura 6.2.a y 6.2.b, la aplicación de la cubierta comestible en los frutos no produce cambios significativos en la luminosidad (L*) durante el tiempo de almacenamiento, esto puede demostrar que la cubierta no produce alteraciones en el brillo típico del producto (Figura 6.3.a y 6.3.b). 65 Figura 6.2.a. Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base de mucílago de nopal en la luminosidad de fresas almacenadas a 10 ºC y 80 % H.R. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: MucílagoSorbitol. Figura 6.2.b Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base de mucílago de nopal en la luminosidad de fresas almacenadas a 5 ºC y 80 % H.R. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: MucílagoSorbitol. 66 Figura 6.3.a. Apariencia de la Fresa control al día 6 de almacenamiento Figura 6.3.b. Apariencia de la Fresa cubierta con mucílago de nopal al día 6 de almacenamiento Durante el almacenamiento poscosecha los cambios en el color se hicieron evidentes por un decremento en la luminosidad (L*), así como en los rojos (a*) y amarillos (b*), sin embargo, en el análisis de varianza el valor de p fue mayor a 0.05, observándose que la aplicación del recubrimiento no afecto a las fresas tratadas con respecto a las fresas control. Al final del almacenamiento, la luminosidad disminuyó tanto en los frutos tratados como en los frutos sin recubrimiento. Respecto a la evolución en el color rojo, se observó que la cubierta no produce modificación en la coordenada a* comparada con el control. Después de los primeros días de almacenamiento, todas las muestras presentaron valores de a* alrededor de 23.5 ±. 2. A partir del quinto día de almacenamiento, esta coordenada disminuyó un 16% en las fresas con recubrimiento y sin recubrimiento. Estos valores se mantuvieron constantes durante los siguientes días de almacenamiento, presentándose valores de 20.1 ± 0.11. La disminución del color puede deberse a los procesos enzimáticos que dan como resultado una pérdida de calidad y pigmentaciones oscuras. El color en la fresa es un atributo muy importante para la aceptación del producto por el consumidor, por lo tanto el recubrimiento no modificó el color original del producto ni el desarrollo de pigmentaciones oscuras en tanto que la adición del glicerol o sorbitol no tuvo efecto sobre las propiedades del color en las fresas. Un comportamiento similar reporta Del Valle y col. (2005) al aplicar un 67 recubrimiento a base de mucílago de cactus y glicerol en fresa (Fragaria ananassa) almacenada por 10 días a 5 ºC y 75% H.R. 3. Firmeza El ablandamiento de la fresa se atribuye principalmente a la degradación de los componentes de la pared celular, debido a la acción de la actividad de algunas enzimas tales como las poligalacturonasas (PG) sobre la pectina (Manning, 1993). Conforme transcurrió el tiempo de almacenamiento se observó que la firmeza disminuyó en las fresas sometidas a los cuatro tratamientos y en las diferentes temperaturas de almacenamiento, como puede observarse en la Figura 6.4 (a y b). Figura 6.4.a Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base de mucílago de nopal en la firmeza de fresas almacenadas a 10 ºC y 80 % H.R. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: MucílagoSorbitol. 68 Figura 6.4.b. Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base de mucílago de nopal en la firmeza de las fresas almacenadas a 5 ºC y 80 % H.R. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: MucílagoSorbitol. En general, la firmeza del fruto disminuyó de 24.81 ± 11.09 a 17.76 ± 1.59 N. Se observó una diferencia significativa (P<0.05) en la firmeza de los frutos con recubrimiento respecto del control, de los cuales el recubrimiento (MS), permitió al fruto retener una mayor firmeza de 18.9 N comparada con la de 15.4 N en el control. Estos resultados concuerdan con los de Del Valle y col. (2005), quienes reportaron que la firmeza de las fresas cubiertas con mucílago decreció de 92 ± 9 a 73 ± 10 N, después de 9 días de almacenamiento. Diab y col. (2001), demostraron que fresas recubiertas con polulano presentaron una retención de firmeza del 11% al cuarto día de almacenamiento, mientras que el valor de retención de firmeza para las fresas sin recubrimiento fue del 15%, notándose el efecto benéfico del recubrimiento a base de polulano en la vida útil de las fresas. Estos resultados concuerdan con los obtenidos en este estudio, a pesar de tratarse de un recubrimiento de otra naturaleza, ya que como se mencionó previamente, al aplicar el recubrimiento comestible a base de 69 mucílago de nopal en fresa, se logró mayor retención de su firmeza con respecto a las fresas sin recubrimiento. 4. Sólidos Solubles El contenido de sólidos solubles en los tratamientos a 10 °C, presentan un mayor contenido de estos al inicio del experimento respecto de los tratamientos a 5 °C, como se puede observar en la Figura 6.5.a. y 6.5.b. Las fresas control, así como las tratadas presentaron un incremento de sólidos solubles durante el tiempo de almacenamiento en ambos experimentos. Teniendo como valor inicial de 10.3 para las fresas a 10 °C y 7.4 para las de 5 °C. En el análisis de varianza se observó que existió efecto del tratamiento 3 (Mucílago-Glicerol), con un valor de (P = 0.0121), presentando una tendencia a desarrollar sólidos solubles en el tiempo a 10 °C, respecto de los otros tratamientos. Referente a los tratamientos a 5 °C, el contenido de sólidos solubles al inicio del estudio fue menor, sin embargo, muestran prácticamente el mismo incremento de sólidos solubles independientemente del tratamiento recibido. Figura 6.5.a Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base de mucílago de nopal en el contenido de sólidos solubles en fresa almacenada a 10 ºC. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: Mucílago-Sorbitol. 70 Figura 6.5.b. Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base de mucílago de nopal en el contenido de sólidos solubles en fresas almacenadas a 5 ºC. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: Mucílago-Sorbitol. 5. pH En las Figura 6.6.a y 6.6.b, se puede observar que el pH incrementó en los cuatro tratamientos a las dos diferentes temperaturas (10 y 5 ºC) conforme transcurrió el tiempo de almacenamiento, presentando un valor inicial de 3.56 ± 0 y 3.45 ± 0 y un valor final de 3.7 ± 0.057 y 3.9 ± 0.1, respectivamente. De acuerdo con el análisis de varianza se tuvo un valor de P de (0.0821), entre las fresas con recubrimiento y los controles a las dos diferentes temperaturas de almacenamiento, con menor variabilidad de pH en las fresas almacenadas a 10 ºC. 71 Figura 6.6.a. Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base de mucílago de nopal en el contenido del pH en fresas almacenadas a 10 ºC. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: Mucílago-Sorbitol. Figura 6.6.b. Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base de mucílago de nopal en el contenido de pH en fresas almacenadas a 5 ºC. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: Mucílago-Sorbitol. 72 6. Acidez El contenido de acidez en las fresas presentó un incremento en los frutos durante el almacenamiento a las diferentes temperaturas (10 y 5 ºC), como se observa en la Figura 6.7.a y 6.7.b. De acuerdo con lo reportado por Picón y col. (1993), el incremento se puede deber a la temperatura de almacenamiento, al tipo de empaque, así, como al alto nivel de oxigeno en la atmosfera del empaque. El valor de (P = 0.0528), observándose un menor incremento en el las fresas recubiertas con mucílago durante el almacenamiento. Figura 6.7.a. Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base de mucílago de nopal en el contenido de la acidez títulable en fresas almacenadas a 10 ºC. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: Mucílago-Sorbitol. 73 Figura 6.7.b. Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base de mucílago de nopal en el contenido de la acidez títulable en fresas almacenadas a 5 ºC. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: Mucílago-Sorbitol. 7. Antocianinas En el caso de antocianinas, se observó que los niveles se incrementaron con el paso del tiempo en ambos tratamientos y a las diferentes temperaturas de almacenamiento, como se puede observar en las Figuras 6.7.a y 6.7.b. Los tratamientos que presentaron mayor incremento significativo (P < 0.05) en los valores de antocianinas fueron el tratamiento 3 y 4 con un valor de (86 ± 15.63 y 94.44 ± 18.18) a temperatura de 5 °C. En contraste a temperatura de 10 °C,se tuvo un valor de (57.04 ± 16.19 y 59,43 ± 15.73) respectivamente durante el almacenamiento de fresas. Diversos Autores (Wesche-Ebeling y Montgomery (1990); Kader y col. (1999), Jiang (2000), Zhang 2000), mencionan que una de las causas por las que incrementa el contenido de antocianinas puede deberse al oscurecimiento y la degradación de los compuestos fenólicos como resultado de la oxidación por la polifenoloxidasa. 74 Figura 6.8.a. Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base de mucílago de nopal en el contenido de antocianinas en fresas almacenadas a 10 ºC. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: Mucílago-Sorbitol. Figura 6.8.b. Efecto de la aplicación de un recubrimiento comestible a base de mucílago de nopal en el contenido de antocianinas a 5 ºC. C: Control; M: Mucílago; MG: Mucílago-Glicerol; MS: Mucílago-Sorbitol. 75 Estos autores sugieren que la oxidación y las reacciones de polimerización de las antocianinas con la polifenoloxidasa produce quinones y productos intermediarios de la oxidación, la acción de la polifenoloxidasa juega un papel importante en la variación de las antocianinas y en los cambios de color del fruto. 8. Análisis Microbiológicos Uno de los aspectos más importantes en la calidad microbiológica de las fresas fue la ausencia de coliformes totales, al inicio como durante el almacenamiento tanto en las fresas control como en las tratadas. Esto sugiere las buenas prácticas de manejo por parte del productor durante el cultivo de las fresas. En cuanto al contenido de hongos y levaduras las fresas sin recubrimiento presentaron una cuenta de 30 UFC/g, al inicio del almacenamiento, mientras que en las fresas con recubrimiento no se detectaron. En el transcurso del almacenamiento, estas cifras se mantuvieron constantes en las fresas sin recubrimiento comestible, mientras que las fresas con recubrimiento no presentaron crecimiento de hongos y levaduras durante los 15 días de almacenamiento. A diferencia de las verduras, las frutas exhiben un pH más ácido y generalmente un mayor contenido de carbohidratos simples; por estas razones presentan una flora un tanto diferente en la que predominarán los hongos y las bacterias lácticas. Entre los hongos deterioradores hay que mencionar Aspergillus, Penicillium, Mucor, Alternaria, Cladosporium y Botrytis (Brackett, 1994). El número llega a ser cercano a 500,000/g, por ejemplo en las uvas, la mayoría levaduras. En las manzanas, alrededor de 1,000 levaduras/g. En la fruta con signos de deterioro es posible recuperar más de 10 millones de ufc/g. El exterior de los cocos muestra niveles variados de contaminación, dependiendo, desde luego de la exposición a la contaminación especialmente de la tierra. Los niveles de coliformes varían desde <300 hasta más de 8 log/unidad, en tanto los hongos y levaduras de 5 a más de 8 log/unidad. Sin embargo, la parte comestible asépticamente extraída muestra muy escasos o ningún microorganismo 76 (Kajs y col. 1976). Las especies de Aspergillus, Rhizopus y Penicillium destacan entre los hongos que se encuentran en las fresas y peras liofilizadas, pasas, almendras y avellanas (Weidenborner y col. 1995). El deterioro debido al desarrollo de hongos fue evidente a partir del quinto día de almacenamiento. En contraste, las fresas con recubrimiento comestible no mostraron deterioro. El bajo contenido microbiano encontrado en las fresas empleadas para este estudio puede asociarse con el sistema de producción empleado. En los campos de cultivo se utiliza agua de pozo para riego, acolchado sobre los surcos, control biológico, entre otras. Aunado a esto los productores han implementado las Buenas Prácticas Agrícolas que evidentemente controla la contaminación de la fresa. 9. Evaluación sensorial La evaluación sensorial es un parámetro importante, ya que se busca conocer la opinión del consumidor y cuál será la posible aceptación del producto en estudio. En este aspecto y de acuerdo a los resultados estadísticos no se encontraron diferencias significativas entre las medias de las muestras de los cuatro tratamientos (P > 0.05). 77 VII. CONCLUSIONES. La metodología implementada para la extracción del mucílago permitió estandarizar las proporciones de agua/nopal, el tiempo y las temperaturas de reposo, así como la proporción del solvente, para la precipitación del mucílago. El rendimiento obtenido fue mayor al reportado en otros trabajos. Se disminuyó la proporción del solvente utilizado para la precipitación del mucílago y se evitó el uso de sulfitos, reduciendo costos. La aplicación del recubrimiento comestible de mucílago de nopal resultó ser un método efectivo para prolongar la vida útil de la fresa hasta por 15 días, por lo que se puede considerar un método alternativo para su conservación. Por otro lado, permite la utilización de un nopal que por sus características de madurez no tiene ningún uso. El recubrimiento de mucílago de nopal adicionado con glicerol/sorbitol no afectó la luminosidad de las fresas tratadas, evitó la perdida de firmeza en un 88% y en peso en un 74%, y no se alteraron los parámetros de calidad (pH, acidez, sólidos solubles y color) 78 VIII. LITERATURA CITADA Alvarado N.M.D y Díaz C.M I. 2003. Nueva presentación del queso de tuna. Memoria del IX Congreso Nacional y VII Congreso Internacional sobre conocimiento y aprovechamiento del nopal. 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