Compuestos volátiles de origen natural: Nueva alternativa para la conservación de productos vegetales frescos cortados

Dr. Gustavo A. González-Aguilar

Importancia económica de frutos tropicales frescos cortados

• Incremento en el consumo

• Incremento en la demanda

CosechaCosecha

Azúcares, ác. orgánicos,proteínas

Azúcares, ác. orgánicos,proteínas

O2O2

CO2, C2H4CO2, C2H4

Vapor de aguaVapor de agua

Temperatura, % HR, PO2, PCO2, PCOTemperatura, % HR, PO2, PCO2, PCO

Porqué hay que tener tanto cuidado con los vegetales??

Manejo Manejo postcosechapostcosecha

CosechaSelección

Clasificación

Lavado

Procesado

Selección o clasificación por tamaño, peso, color

y madurez

PeladoPeladoyy

Cortado Cortado

Doyle, 1990; Lund, 1992; Brackett, 1994; Nguyen-The y Carlin, 1994, 2000

Susceptibles

Qué pasa cuando se procesan??

Remueve cutícula

PPOPPOFenolesFenoles

OO22

Procesos de pelado y cortado

1-7 Tasa de respiración

Deterioro del producto

Ácidos

Azúcares

Antioxidantes

[Kader, 2002]

{

Nutrimentales

Retención deVitaminas

Azúcares

Ácidos orgánicos

Fitoquímicos

Otros

Nutrimentales

REACCIONES ENZIMÁTICAS

PPOPPO

FenolesFenoles

OO22

[Tan y Harris, 1995]

PPO / O2

PAL

Fenoles Quinonas

MECANISMOS DE ACCIÓN

SustratosSustratos PPOPPOProductos Productos

intermediosintermedios

[Ozoglu y Bayindirli, 2002]

ESTUDIOS PREVIOS

Agentes reductores:Agentes reductores:

ÁÁcido asccido ascóórbicorbico

GlutationGlutation

CisteCisteíínana

Inhibidores Inhibidores competitivoscompetitivos::

ÁÁcidos cidos aromaromááticosticos carboxcarboxíílicoslicos

Resorcinol (derivados)Resorcinol (derivados)

AnionesAniones

PPééptidosptidos

Agentes quelantes:Agentes quelantes:FosfatosFosfatos

EDTAEDTA

Acidos orgAcidos orgáánicosnicos

Acidulantes:Acidulantes:

ÁÁcido ncido níítricotrico

ÁÁcido mcido máálicolico

ÁÁcido fosfcido fosfóóricorico

Agentes complejadores:Agentes complejadores:

CisteCisteíínana

Extractos de mielExtractos de miel

CiclodextrinasCiclodextrinas

[Son et al, 2001; Lambrecht, 1995; Sapers et al, 1999]

Relación entre los principales procesos de deterioro de frutos tropicales frescos cortados

Crecimiento microbiano

Pérdida de agua

Oscurecimiento

Olores desagradables

Exposición sustrato-enzima

PPO-fenoles

Liberación deNutrientes

Azúcares, vitamina C

Ablandamiento porLiberación de

Enzimas pectinolíticas

Factores a considerar:• Temperatura de almacenamiento• Humedad Relativa• Concentración de gases • Permeabilidad de las películas• Compatibilidad de frutos y hortalizas• Procesos de deterioro específicos• Qué Tratamiento es más factible• Procesos de sanitización• Cadena de frío

Tratamientos para el control del deterioro de frutos frescos

cortados• Bajas temperaturas: mayor resistencia al frío (0-2C)

• AM/AC: más tolerantes que el fruto entero (bajo O2 y/o alto CO2)

• Tratamientos térmicos > sensibles

• Conservadores sintéticos: Resistentes

• Irradiación UV-C y UV-B: toleran dosis bajas

• Radiación ionizante: no toleran

• Altas presiones: no resisten

• Compuestos antimicrobianos de origen natural: amigables

Regulación gubernamental de residuos químicos

Actividad antimicrobiana

Etanol

MJ

Aceite de árbol de té

Aceite de ajo

Wang, 1994; Beaulieu y Saltveit, 1997

Compuestos antimicrobianos de origen natural

Aplicación:

Solución acuosa

Vapores

Empacado después del tratamiento

para asegurar el contacto entre el

producto y el volátil

Beaulieu y Saltveit, 1997

Tratamiento con etanol

Etanol

El etanol retrasa la maduración = inhibe C2H4 y labiosíntesis de licopeno

12 d a 5°C

Ayala-Zavala et al., 2005

Tomate fresco cortado

Etanol

SAM

ACC

C2H4

Metionina

Madurez y senescencia

ACC oxidasa

ACC sintasa

( )

Desnaturalización de la membrana celular

Afecta (-) sitiosactivos de C2H4

inhibición

Beaulieu & Saltveit, 1997

Dentener et al., 1998

Margosan et al., 1993

Inhibición del etileno

Efecto de la aplicaciEfecto de la aplicacióón de compuestos n de compuestos naturales sobre la biosnaturales sobre la biosííntesis de ntesis de

volvoláátilestiles

Alcohol + Alcohol + AcetilAcetil CoACoAAATAAT

éésterster

Etanol exEtanol exóógenogeno Contenido Contenido éésteressteres

MJMJ Contenido Contenido éésteressteres

MJMJ--ETOHETOH Contenido Contenido éésteressteres

OlOlíías et al., 1992 as et al., 1992

Ayala-Zavala et al., 2004

ControlEtanol

Tomate fresco cortado

21 d a 5°C

Vapores de etanol (2500 ppm, 12-24h at 13°C)

Almacenamiento a 13°C

a) Mantenimiento del colorb) Reducción del deterioroc) Sin efecto sobre el sabor

Deterioro fúngico

Aplicaciones de MJ

o

COOH

Efecto de MJ en diferentes parámetros asociados a calidad

MA

NG

OPA

PAYA

GU

AYA

BA

Azú

care

s y

Ác.

org

ánic

os

AB

A

PA’S

PAL

LOX

CI

DET

ERIO

RO

CA

LID

AD

TESTIGOTESTIGO

MJ 10MJ 10--4 4 MM

MJ 10MJ 10--5 5 MM

15 D15 Díías a 5as a 5ººCC

TESTIGOTESTIGO

MJ 10MJ 10--4 4 MM

MJ 10MJ 10--5 5 MM

15 d a 515 d a 5ººCC + 2 d a 25+ 2 d a 25ººCC

TESTIGOTESTIGO

MJ 10MJ 10--4 4 MM

MJ 10MJ 10--5 5 MM

15 D15 Díías a 5as a 5ººCC

TESTIGOTESTIGO

MJ 10MJ 10--4 4 MM

MJ 10MJ 10--5 5 MM

15 d a 515 d a 5ººCC + 2 d a 25+ 2 d a 25ººCC

15 d a 5°CAyala-Zavala et al., 2005

MJ induce desarrollo de color = síntesis de licopeno

Tomate fresco cortado

Efecto del MJ sobre el deterioro fúngico de uva de mesa.

TTO mantuvo la calidad de frambuesas

Redujo el deterioro fúngico

Alto contenido de SST

Alto contenido de ácidos

orgánicos

Alta capacidad antioxidante

Wang, 2003

Aceite de árbol de té

Alto contenido de compuestos fenólicos

CoxCox y col., 2001y col., 2001

K+K+

K+H+

K+

Na+H+ Ca2+

Na+

K+Ca2+

OH

Terpinen-4-ol

OHOH

Alil-isotocianato – β-ciclodextrina Complejos con compuestos fenólicos

Liberación de drogas

Aplicaciones de la Aplicaciones de la encapsulaciencapsulacióónn en en ββ--ciclodextrinasciclodextrinas

Del Valle, 2003

CiclodextrinasCiclodextrinas

Son un grupo de molSon un grupo de molééculas cculas cííclicas clicas constituidas por 6 (constituidas por 6 (αα)),7 (,7 (ββ) u 8 () u 8 (γγ) unidades de ) unidades de DD--glucosa unidas por enlaces glucosa unidas por enlaces αα--1,4 con una 1,4 con una cavidad interna hidrofcavidad interna hidrofóóbica y un exterior bica y un exterior hidrofhidrofíílicolico

Torres-Rivas, 2004

LiberaciLiberacióón del compuesto activon del compuesto activo

Del Valle, 2003

Modelo propuestoModelo propuesto

Tomate fresco rebanadoMicrocápsulas

Propiedades antibacterianas del aceite de ajo

Alicina (allyl 2-propene thiosulfinate)

S

S

O

CompuestosCompuestos activosactivos del del aceiteaceite de de ajoajo

Kimbaris y col., 2006

Sulfuro de dialiloMetil disulfuro de alilo

Metil trisulfuro de alilo Disulfuro de dialilo

Trisulfuro de dialilo Tetrasulfuro de dialilo

3-vinil-[4H]-1,2-dithiin 2-vinil-[4H]-1,3-dithiin

Modo de acción del aceite de ajo

R R –– S S –– S S –– RR’’ + HS + HS –– RR’’’’ RR’’’’ –– S S –– S S –– RR’’ + RSOH + RSOH

TiosulfinatosTiosulfinatos Grupos Grupos sulfihidrilossulfihidrilosen enzimasen enzimas

OO

Acetil Coenzima A sintetasaXantina oxidasa

Succinato deshidrogenasa

Triosa fosfato deshidrogenasa

Efecto sulfihidril Efecto directo

Wills, 1956

EmpacadoEmpacado

300 ppm de aceite de ajo impregnados en papel filtro

Rebanadas expuestas a los compuestos del aceite de ajo

Película del empaqueAlmacenamientoAlmacenamiento

15 d a 515 d a 5°°CC

Días a 5 °C

0 3 6 9 12 15

Mes

ófilo

s ae

robi

os(lo

g U

FC/g

)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ControlAceite de ajo

Mesófilos aerobios

p<0.05

GonzGonzáálezlez--Aguilar y col., 2004Aguilar y col., 2004MonroyMonroy--GarcGarcíía, 2004a, 2004

Días a 5 °C

0 3 6 9 12 15

Col

iform

es to

tale

s(lo

g U

FC/g

)

1

2

3

4 ControlAceite de ajo

Coliformes totales

p<0.05

Días a 5 °C

0 3 6 9 12 15

Hon

gos

y le

vadu

ras

(log

UFC

/g)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ControlAceite de ajo

Hongos y levaduras

p<0.05

ENCAPSULADO EL ACEITE DE AJO EN CICLODEXTRINA

MicroencapsulaciMicroencapsulacióónn de compuestos activosde compuestos activos

Tecnología para atrapar compuestos líquidos con propiedades

específicas en una matriz sólida, que proteja a los compuestos activos de

la degradación, además de permitir la liberación controlada de estos.

Takeshi y col., 2001

Aceite esencial

Soporte

Gotas de Aceite esencial

OHO

O

HO

O

HO

OOH

OOH

O

O

OH O

HO

OH OHO

HO

OHO

HO

OHO

HOOOH

HOOOH

OH

OOH

OH

O OH

OH O

OH

OH

Espectro IR de ciclodextrina

3384

2998

1095

811

Espectro IR de aceite de ajo

H

HH

HH

HH

HHH

S

3086

3011

2981

3086

1635

1408

1294

723

1841

OHO

O

HO

O

HO

O OH

OOH

O

O

OH O

HO

OH OHO

HO

OHO

HO

OHO

HOOOH

HOOOH

OH

OOH

OH

O OH

OH O

OH

OH

H

HH

HH

HH

HHH

S3086

3011

1636

1408

723

2998

1095

811

3384

2981

1841

Espectro IR de la mezcla física de ciclodextrina y aceite de ajo

H

HH

HH

HH

HHH

S

OHO

O

HO

O

HO

OOH

OOH

O

O

OH O

HO

OH OHO

HO

OHO

HO

OHO

HOOOH

HOOOH

OH

OOH

OH

O OH

OH O

OH

OH

Espectro IR del complejo molecular de ciclodextrina y aceite de ajo

3367

2998

1095

811

1698

Perfil cromatográfico del aceite de ajo sin encapsular

1

2

4

3 5

6

7

8

910

11

12

13

14

1. Metil disulfuro2. Sulfuro de alilo3. Metil isopropil disulfuro4. 1-propenil disulfuro5. Metil propil disulfuro6. Dimetil trisulfuro7. Metil 1-propenil disulfuro8. Propil disulfuro9. Disulfuro de alilo10. Butil propenil sulfuro11. Metil propil trisulfuro12. 3-vinyl-1,2-dithiin13. Dimetil tetrasulfuro14. Trisulfuro de alilo

Perfil cromatográfico del aceite de ajo encapsulado en beta ciclodextrina

1

2 4

3 5

6

7

8

910

11

1213

14 1. Metil disulfuro2. Sulfuro de alilo3. Metil isopropil disulfuro4. 1-propenil disulfuro5. Metil propil disulfuro6. Dimetil trisulfuro7. Metil 1-propenil disulfuro8. Propil disulfuro9. Disulfuro de alilo10. Butil propenil sulfuro11. Metil propil trisulfuro12. 3-vinyl-1,2-dithiin13. Dimetil tetrasulfuro14. Trisulfuro de alilo

Capacidad antifúngica

B-CD

Control

CD:GO0.015 mg/mL

CD:GO0.025 mg/mL

Tiempo (s)

0 200 400 600 800

Hum

edad

rel

ativ

a (%

)

0

40

60

80

100

Entero 20°C Rebanado 20°C

p < 0.05

Efecto del corte en la humedad relativa de tomate envasado

Tiempo (s)

0 200 400 600 800

Hum

edad

rel

ativ

a (%

)

0

40

60

80

100

20°C 5°C 10°C

p < 0.05

Efecto de la temperatura de almacenamiento en la humedad relativa de

tomate cortado

@ 20°C

Monocapa: 0.0787 mg H2O/ g sólido

Monocapa: 0.0562 mg H2O/ g sólido

Isotermas de sorción de humedad

Vapores de GO incrementan la vida de anaquel, reduciendo el deterioro fúngico

de tomate fresco cortado

0

1

2

3

4

5

6

Control GO (75 ppm)

Mol

ds(C

FU/ g

)

Proceso de deterioro de mezclas Proceso de deterioro de mezclas de productos, qude productos, quéé hacer??hacer??

1.- Definir el producto limitante2.- compatibilidad entre los productos3.- Procesos de sanitización y desinfección individual4.- Establecer el tipo de presentación5.- Establecer la vida de anaquel individual de cada producto6.- Conocer los procesos de deterioro de cada uno de los productos(oscurecimiento, deterioro microbiano, ablandamiento, exudado, etc)7.- Tipo de tratamiento que se va a recibir cada producto8.- envase adecuado para cada producto individual y la mezcla

Productos limitantesTomate, apio y pimiento

Hortalizas Frescas Cortadas

Porciones individuales

Frutas Frescas Cortadas

Bandejas múltiples

Laboratorio de vegetales frescos cortadosCIAD, HERMOSILLO, MEXICO