Tratamientos cuarentenarios no químicos como alternativa en frutos

Tratamientos cuarentenarios no químicos
como alternativa en frutos cítricos
D. B. Queb-González* y A. López-Malo
Departamento de Ingeniería Química, Alimentos y Ambiental, Universidad de las Américas Puebla.
Ex hacienda Sta. Catarina Mártir S/N, San Andrés Cholula, Puebla. C.P.72810. México.
RESUMEN
Los tratamientos cuarentenarios son aplicados en frutos de exportación para evitar la propagación de plagas o insectos a los países que importan dichos productos. Sin embargo, se
requiere de encontrar tecnologías que puedan reemplazar el uso de bromuro de metilo, ya
que, aunque es una sustancia muy eficiente para el control de plagas y microorganismos, es
muy dañina para la capa de ozono. El objetivo de la presente revisión es presentar una breve descripción de las tecnologías aplicadas como tratamientos cuarentenarios no químicos
(calor, frío o irradiación).
Palabras clave: tratamientos cuarentenarios, frutos cítricos, plagas, mosca de la fruta.
ABSTRACT
It’s required applied quarantine treatments in fruits for exportation to prevent the spread of
pests or insects through countries that import these products. Therefore, it’s required research
about technologies that may replace the use of methyl bromide, instead its efficiency to control pests and microorganisms, it promotes damage in the ozone layer. The aim of this review
is to present a brief description of the technologies applied as non-chemical quarantine treatments (heat, refrigeration or irradiation).
Keywords: quarantine treatments, citrus fruits, pests, fruit fly.
Programa de Maestría
en Ciencia de Alimentos
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Introducción
A nivel mundial se ha observado una tendencia de mayor consumo de frutas cítricas en fresco que procesadas, la cual indica la importancia de conservar las características de frescura
en los frutos a lo largo de la cadena de suministro, tanto para
uso doméstico como para exportación (Ladaniya, 2008). Este
aumento de demanda de frutas cítricas ha originado un incremento en la producción de dichos frutos. Por consiguiente, surge la necesidad del desarrollo de programas de manejo
poscosecha para minimizar las pérdidas, preservar la calidad
de los frutos frescos y asegurar un mejor retorno económico
(Ladaniya, 2008).
Una de las problemáticas de manejar productos en fresco
es que se pueden propagar plagas de insectos endémicos de
los países de origen a los países importadores. Para evitar que
esto suceda se han establecido procedimientos que integran
los tratamientos cuarentenarios (Mercado, 2011). También se
debe considerar la necesidad de eliminar el uso de fungicidas,
insecticidas y otros agentes químicos que son tóxicos para
el ser humano y contaminan el medio ambiente (Ladaniya,
2008). Este es el caso del bromuro de metilo, el cual es muy eficiente para el control de plagas y microorganismos en frutas;
sin embargo, es considerado como una de las sustancias más
dañinas para la capa de ozono (upo, 2012).
Debido a lo anterior, México ha elaborado un Plan Nacional de Eliminación del Consumo de Bromuro de Metilo, con
base en el Protocolo de Montreal (upo, 2012), uniéndose en la
necesidad, al igual que otros países exportadores de frutas, de
buscar tratamientos cuarentenarios que reemplacen el uso de
compuestos tóxicos.
La citricultura en México es una actividad de gran importancia dentro de la fruticultura nacional. Se produce un promedio anual de 6.7 millones de toneladas de fruta, con un valor estimado de 8,050 millones de pesos, situando al país en el
quinto lugar a nivel mundial en la producción de cítricos (Sandoval, 2011). Por lo que es de importancia estudiar el impacto
en la calidad de los frutos cítricos (parámetros físico-químicos, sensoriales y nutricionales) al aplicar tratamientos cuarentenarios no químicos para el control de plagas y enfermedades (Rojas-Argudo et al., 2007).
El objetivo del presente artículo es presentar una revisión
sobre el uso de tratamientos cuarentenarios no químicos
para cítricos, debido a que es de importancia conocer las tecnologías propuestas para el reemplazo del uso del bromuro de
metilo.
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Revisión bibliográfica
1. Frutos cítricos: generalidades
El término utilizado comúnmente como cítrico, se refiere al
género Citrus, el cual está compuesto por plantas de mediano a
gran desarrollo que pertenecen a la familia Rutaceae. Se cosechan frutos que contienen compuestos de interés nutrimental
y sensorial, entre los cuales están el ácido ascórbico, ácido cítrico, vitamina A, aceites aromáticos y flavonoides, compuestos que varían con la especie y la variedad del fruto (Dorji y
Yapwattanaphun, 2011).
La Organización para la Cooperación y Desarrollo Económico (oecd por sus siglas en inglés, 2010) clasifica como frutas cítricas las siguientes especies con sus respectivas variedades: Citrus limón (L.) Burm. F. (limones); Citrus latifolia (Yu.
Tanaka) (limas); Citrus reticulata Blanco (mandarinas), incluyendo satsumas (Citrus unshiu Marcow), clementinas (Citrus
clementina hort. ex Tanaka), mandarinas comunes (Citrus deliciosa Ten.) y tangerinas (Citrus tangerina hort. ex Tanaka);
Citrus sinensis (L.) Osbeck (naranjas); Citrus paradisi Macfad
(toronjas), Citrus máxima (Burm.) Merr. (shaddock).
Para la comercialización de frutas cítricas frescas se evalúan
atributos de calidad fisicoquímicos como pérdida de peso, firmeza, color, acidez e índice de madurez, entre otros (Ladaniya,
2008). Sin embargo, en la actualidad los consumidores también valoran la calidad nutricional de los productos frescos,
por lo que recientes investigaciones sobre tecnologías poscosecha y tratamientos cuarentenarios se están enfocando en
mantener la calidad tanto fisicoquímica como nutricional de
los frutos desde su cosecha hasta que lleguen a los consumidores (Contreras-Oliva, Pérez-Gago, Palou y Rojas-Argudo, 2011).
Entre las principales causas que originan grandes pérdidas
poscosecha está la pérdida de peso, pérdida de valor nutricional, infecciones e infestaciones por insectos voladores (Ladaniya, 2008), siendo esta última causa uno de los problemas
críticos para el comercio internacional de los frutos (Vázquez,
Velázquez y Ramírez, 2011).
Para el control de la mosca de la fruta y sus larvas se aplican tratamientos cuarentenarios, que también han resultado
efectivos para el control de hongos fitopatógenos o para inhibir ciertas enzimas o vías metabólicas que aumentan el decaimiento poscosecha (Sosa-Morales, López-Malo y García, 2011).
1.1. Plagas
La mosca de la fruta (Diptera:Tephritidae) es la plaga más grave
en el mundo. Muchas de sus especies tienen un ciclo de vida
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similar, que consiste en que las hembras apareadas depositan
los huevos dentro de la fruta en donde se convierten en larvas;
posteriormente pasan al suelo para transformarse en pupa y
finalmente se convierten en moscas adultas que emergen de
la tierra. Dependiendo de las variedades de los hospedantes
que atacan, se clasifican en monófagas, oligófagas y polífagas,
es decir, se alimentan de una, dos o más variedades de frutas,
respectivamente (Muthuthantri y Clarkem, 2012).
Muchos países mantienen protocolos cuarentenarios estrictos contra la mosca de la fruta del Mediterráneo, Ceratitis
capitata, (Wiedemann) (Diptera:Tephritidae) que es considerada como una de las plagas más dañinas en frutos cítricos
(Contreras-Oliva, Rojas-Argudo y Pérez-Gago, 2010).
Sosa-Morales et al. (2011) mencionan que la plaga más importante en cítricos a controlar en México, es la Anastrepha
ludens (Loew) también conocida como mosca mexicana de la
fruta; en Florida, EE. UU., es la mosca del Caribe, Anastrepha suspensa (Loew), que puede encontrarse en toronjas y naranjas.
2. Tratamientos cuarentenarios
Los primeros tratamientos cuarentenarios consistían en la
aplicación de insecticidas, como el bromuro de metilo, que ha
seguido un proceso gradual de eliminación de su uso debido al
impacto negativo que provoca en la capa de ozono. Como alternativa se han desarrollado tratamientos cuarentenarios que
involucran el uso de factores físicos para la eliminación de las
plagas (Mercado, 2011).
Vázquez et al. (2011) mencionan que las tecnologías emergentes que son adecuadas para la inactivación de microrganismos
en alimentos están siendo estudiadas para su aplicación contra plagas en frutos de exportación. A continuación se hace una
breve descripción de las tecnologías que han sido propuestas
y/o estudiadas como alternativas para el tratamiento cuarentenario en frutos cítricos. Entre ellas está el almacenamiento
a bajas temperaturas, las atmósferas insecticidas, las altas presiones hidrostáticas y los tratamientos cuarentenarios térmicos. Estos últimos incluyen aire forzado, vapor, inmersión en
agua, irradiación y microondas.
1.2. Enfermedades
La enfermedad fúngica conocida como mancha negra de los
cítricos (cbs, por sus siglas en inglés) afecta la calidad comercial de los frutos cítricos en el campo y durante su transporte.
Es originada por Guignardia citricarpa Kiely, conocida como
Phyllosticta citricarpa McAlp Van der Aa en su estado asexual.
Esta enfermedad está presente en Australia, Argentina, Brasil,
India y Sudáfrica (Meyer, Jacobs, Kotzé, Truter y Korsten, 2012).
A pesar de las medidas actuales que restringen el comercio entre los países en los que no se ha manifestado la CBS, recientemente fue detectada en Florida, EE. UU. (Roberts, Marois y Van
Bruggen, 2013).
La causa más frecuente del deterioro en la calidad en los
frutos cítricos durante su transportación es la pudrición originada por Penicillium digitatum y Penicillium italicum, mohos fitopatógenos que no pueden afectar la fruta si esta no tiene heridas en su superficie. La mayor amenaza de estos mohos
es el hecho de que sus esporas tienen la característica de ser
aerotransportadas (Ladaniya, 2008). Sangwanich, Sangchote
y Leelasuphakul (2012) mencionan que P. digitatum (moho
verde) es la principal enfermedad poscosecha en cítricos.
Para prevenir la propagación de las plagas y enfermedades de los países exportadores a los importadores, se elaboran acuerdos bilaterales en los que se especifican estándares
fitosanitarios para este fin, los cuales son conocidos también
como tratamientos cuarentenarios (Mercado, 2011).
2.1. Almacenamiento a bajas temperaturas
Este tratamiento cuarentenario consiste en reducir la temperatura por debajo de los límites de tolerancia térmica de la
plaga (Vázquez et al., 2011). Mercado (2011) menciona que las
frutas son almacenadas a 0.56, 1.11 o 1.67°C durante 18, 20 o
22 días, respectivamente; sin embargo, estas condiciones originan daño por frío en los cítricos disminuyendo su calidad y
valor comercial, por consiguiente se están realizando investigaciones para el desarrollo de tratamientos cuarentenarios
alternativos o combinados con el de bajas temperaturas (Contreras-Oliva et al., 2010). Entre las tecnologías en investigación
para combinar con esta tecnología está la aplicación de atmósferas insecticidas o/e irradiación (Contreras-Oliva et al., 2011).
2.2. Atmósferas insecticidas
Uno de los tratamientos con atmósferas que se ha evaluado
como insecticida es la exposición de los frutos a altas concentraciones de dióxido de carbono combinado con temperaturas
desde 1.5 a 33°C, estás condiciones dependen de la plaga y del
fruto a tratar. Contreras-Oliva et al. (2011) mencionan que en
este tratamiento las frutas cítricas son expuestas a altas concentraciones de CO2 de manera previa o posterior al tratamiento con temperaturas cercanas a la congelación. Estos autores
han obtenido un porcentaje de mortalidad del cien por ciento
de C. capitata sin disminuir la calidad fisicoquímica y sensorial en las mandarinas ‘Clementine’ expuestas a 1.5°C durante
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3 días y posteriormente tratadas con 95% de CO2.
De manera similar, se está estudiando el uso de las atmósferas insecticidas y temperaturas de 33°C, para el control poscosecha del moho verde en mandarinas. La combinación óptima de la composición del gas y temperatura debe estudiarse
con base en cada sistema plaga-hospedero (Contreras-Oliva et
al., 2010).
2.3. Altas presiones hidrostáticas
El efecto de las altas presiones hidrostáticas es instantáneo y
uniforme dentro de la cámara de trabajo, reduciendo el volumen de la fruta incluyendo los organismos dentro de ella. El
nivel de reducción depende de la presión aplicada, el tiempo
del tratamiento y la temperatura. Esta tecnología promueve la
desnaturalización de las proteínas presentes en los huevos y
larvas de la mosca de la fruta, generando daños que afectan la
viabilidad del organismo, inhibiendo su crecimiento y desarrollo. Se ha observado resistencia de ciertos organismos a las altas presiones hidrostáticas. Esto puede deberse a propiedades
como su estructura o composición. Por ejemplo, se ha reportado que los huevos de la mosca de la fruta son más tolerantes a
los tratamientos de altas presiones hidrostáticas que las larvas
(Vázquez et al., 2011).
Velázquez et al. (2010) realizaron investigaciones en las
que se aplicaron altas presiones hidrostáticas (25, 50, 75, 100
o 150 MPa durante 0, 5, 10 o 20 minutos) a 0°C, contra los huevos y larvas de la mosca mexicana de la fruta, Anastrepha ludens Loew (Diptera: Tephritidae). Los resultados concuerdan
con lo mencionado en el párrafo anterior, debido a que para la
destrucción de los huevos de la mosca de la fruta se requirieron 150 MPa, mientras que para la destrucción de las larvas se
necesitaron 75 MPa, con un tiempo de 20 minutos a 0°C para
ambos casos.
Otros autores han reportado que al aplicar 25°C durante 20
minutos se requiere de niveles de presión mayores a 150 MPa
para la eliminación de la mosca mexicana de la fruta en cítricos, pero se ha observado que con este tratamiento es afectada la apariencia de la fruta (Candelario et al., 2010). Esto se
debe a que la estructura de los cítricos muestra poca resistencia a las altas presiones, por lo que su calidad se ve afectada;
también se ha observado que el daño varía dependiendo de
los niveles de madurez de la fruta (Vázquez et al., 2011).
A pesar de obtener cien por ciento de mortalidad, se requiere de más estudios en los que se combine esta tecnología
con bajas temperaturas, con el objetivo de evitar el daño de las
frutas por las altas presiones (Velázquez et al., 2010).
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2.4. Tratamientos cuarentenarios térmicos
Las condiciones a las que las frutas son sometidas a este tipo
de tratamientos dependen de la sensibilidad de la plaga que
se desea eliminar y de la etapa del ciclo de vida en la que el insecto se encuentra, así como de la resistencia de las frutas a la
transferencia de calor por conducción. Las altas temperaturas
promueven cambios en el metabolismo, la respiración, el sistema nervioso y el sistema endocrino de los insectos; sin embargo, estos pueden presentar termotolerancia, la cual se debe
a una proteína que se encarga de proteger las células contra el
estrés térmico (Sosa- Morales et al., 2011).
La resistencia de los huevos de la mosca de la fruta al calor varía dependiendo de la especie, pero se observa que esta
decrece arriba de los 40°C, siendo de 50 a 80 minutos el tiempo mínimo requerido para obtener un 100% de mortalidad a
44°C y solamente se requieren de 0.5 a 3 minutos a 50°C. Como
se mencionó con anterioridad, los huevos de los insectos son
más termotolerantes que las larvas; sin embargo, estas últimas pueden cavar un túnel dentro de la fruta haciendo que
sea más difícil eliminarlas. Esto puede deberse a que la pulpa
de la fruta alrededor de la larva actúa como disipador de calor,
sirviendo como aislante y protegiéndola de las altas temperaturas (Vázquez et al., 2011) y a que la conducción de calor
a través de la pulpa de la fruta depende en gran medida del
tamaño del fruto, siendo un factor limitante en la velocidad de
calentamiento (Wang, Tang y Cavalieri, 2001).
Los tratamientos térmicos son frecuentemente utilizados
como métodos cuarentenarios porque han demostrado altos
niveles de eficacia (Vázquez et al., 2011); sin embargo, la tasa
de calentamiento dentro de la fruta es lenta, resultando en
tiempos prolongados de tratamiento, por lo que se ven afectados atributos sensoriales como el sabor (Birla et al., 2005). Otra
desventaja es que el tiempo de calentamiento requerido varía
con base en el tamaño y peso del fruto a ser tratado, así como
con el medio de transferencia de calor (aire caliente forzado,
vapor o inmersión en agua) (Sosa- Morales et al., 2011).
2.4.1. Aire caliente forzado
Con el uso de aire forzado como medio de transferencia de calor, las frutas cítricas son expuestas a corrientes de aire caliente
hasta alcanzar 44°C en el centro y mantener dicha temperatura
durante un tiempo de 44 minutos; se debe considerar que la
razón de calentamiento se ve afectada por la velocidad del aire
(Sosa-Morales et al., 2011). En el tratamiento cuarentenario de
la mandarina Clementina con aire forzado se requiere alcanzar la temperatura de 44 °C en el centro del fruto y mantenerla
durante 190 minutos o más (sagarpa, senasica/dgsv, 2009).
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2.4.2. Vapor
El proceso de este tratamiento es similar al de aire forzado, la
diferencia es que se emplea vapor, el cual facilita la transferencia de calor y, en el caso de la mandarina Clementina (tangerina pequeña) se requiere alcanzar 43 °C en el centro, manteniendo dicha temperatura durante 6 horas (Sosa-Morales et
al., 2011).
2.4.3. Inmersión en agua
En este tratamiento los frutos son sumergidos en agua caliente, a temperaturas mayores a 40°C, siendo más eficiente que
los tratamientos en los que se utiliza aire forzado caliente. Esto
se debe a que el agua cuenta con mayor conductividad térmica y la difusividad térmica de la fruta no tiene una influencia
significativa en la transferencia de calor. Se ha probado que
este tratamiento es efectivo contra la larva de la mosca de la
fruta en frutas como mangos, cítricos y papaya (Sosa-Morales
et al., 2011).
Yun et al. (2013) mencionan que los sistemas de aire forzado y de inmersión en agua caliente están siendo utilizados
para inhibir el decaimiento poscosecha en frutas, debido a que
no se generan residuos químicos.
2.4.4. Irradiación
La irradiación de alimentos es una tecnología que ayuda a disminuir o eliminar microorganismos e insectos en el interior o
sobre frutas. Existen tres fuentes de radiación aprobadas para
su uso en alimentos: rayos gamma, rayos X y haces de electrones (fda, 2013).
Mercado (2011) menciona que esta tecnología puede ser
aplicada a temperatura ambiente sin alterar la temperatura
del producto. Para evitar una sobredosis, el mismo protocolo
indica que la dosis máxima no debe de exceder 1000 Gy.
Estudios recientes han demostrado que la irradiación de las
frutas cítricas reduce significativamente el contenido total de
ácido ascórbico cuando las dosis de irradiación son elevadas
(Contreras-Oliva et al., 2011). Por otro lado, se ha reportado
que dosis de irradiación entre 150 y 400 Gy aplicadas en naranjas Navel para la eliminación de la mosca de la fruta (Tephritidae) y otras plagas, han originado lesiones en la piel de los
frutos (Follett y Griffin, 2013).
Con la finalidad de reducir la dosis de exposición a la irradiación y el tiempo de almacenamiento a temperaturas cercanas a la congelación, se han realizado investigaciones combinando estas dos tecnologías. Se han llevado a cabo investigaciones para la eliminación de la mosca mediterránea de
la fruta en mandarinas (Citrus reticulata Blanco) aplicando
rayos X con una dosis entre 30 y 134 Gy y exponiéndolas posteriormente a 1°C durante 2 días. Con esta combinación de tratamientos se obtuvo cien por ciento de mortalidad y se redujo
considerablemente el tiempo de cuarentena comparando con
los tiempos estándares cuarentenarios (1.1-2.2°C durante 1418 días) (Contreras-Oliva et al., 2011).
2.4.5. Microondas
El calentamiento con microondas ha sido considerado como
una alternativa a los tratamientos térmicos tradicionales. De
acuerdo a la fda (2013) se define calentamiento con microondas a “el uso de ondas electromagnéticas a ciertas frecuencias
para generar calor en un material”. Las microondas son ondas
electromagnéticas en un rango de 300 MHz a 300 GHz; 915 y
2450 MHz, son las frecuencias asignadas por la Comisión Federal de Comunicación de Estados Unidos de América para el calentamiento con microondas (Sosa-Morales et al., 2011).
Sosa-Morales et al. (2011) mencionan que la combinación
de agua caliente con tratamientos con microondas, a veces
llamados tratamientos hidrotérmicos asistidos con microondas, son un nuevo método para tratamientos poscosecha. La
mayoría de las investigaciones sobre desinfestación asistida
con microondas se han realizado en granos y cereales alcanzando un cien por ciento de mortalidad. Es por ello, que el
estudio de su aplicación como tratamiento cuarentenario se
esta ampliando a frutas como cerezas, dátiles y mangos, obteniendo cien por ciento de mortalidad de la plaga y manteniendo la calidad del fruto (Das, Kumar y Shah, 2013; Nivón-Delgado, Ortega, Cabrera, López-Malo y Sosa-Morales, 2013). Debido
a los buenos resultados obtenidos con esta tecnología sería
interesante realizar estudios con frutos cítricos, ya que en México la citricultura es una actividad importante.
Conclusiones
Los avances en las investigaciones enfocadas al desarrollo de
tratamientos cuarentenarios no químicos en frutos cítricos,
han permitido encontrar tecnologías alternativas al uso de
bromuro de metilo. La aplicación de tratamientos térmicos se
ha difundido debido a su eficiencia para el control de plagas,
a pesar de disminuir la calidad de los frutos por sus prolongados tiempos de aplicación. Para evitar esta pérdida de calidad
se continúa investigando la aplicación de otras tecnologías,
siendo el uso de atmósferas insecticidas combinadas con temperaturas de refrigeración, un tratamiento con el que se han
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obtenido resultados satisfactorios, tanto para el control de
plagas como para mantener la calidad de los cítricos, como la
mandarina. De manera similar, los tratamientos hidrotérmicos
asistidos con microondas han resultado efectivos como tratamientos cuarenterarios en cerezas, dátiles y mangos, por lo
que sería interesante estudiar su aplicación en frutos cítricos.
Agradecimientos
La autora Diana Beatriz Queb González agradece a la Universidad de las Américas Puebla y al Consejo Nacional de Ciencia y
Tecnología (conacyt, México) por el financiamiento para la
realización de sus estudios de maestría.
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