Fava, Joaquín. 2012 05 04 "Anatomía aplicada al diseño de tecnologías de procesamiento

287 Pages·2015·10.86 MB·Spanish

by  Fava, Joaquín

Tesis Doctoral
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((SSoollaannaacceeaaee)) yy VViittiiss llaabbrruussccaa LL.. ((VViittaacceeaaee))
Fava, Joaquín
2012-05-04
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Cita tipo APA:
Fava, Joaquín. (2012-05-04). Anatomía aplicada al diseño de tecnologías de procesamiento
mínimo en frutos (bayas) de Vaccinium corymbosum L. (Ericaceae), Solanum lycopersicum L.
var. cerasiforme (Solanaceae) y Vitis labrusca L. (Vitaceae). Facultad de Ciencias Exactas y
Naturales. Universidad de Buenos Aires.
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Fava, Joaquín. "Anatomía aplicada al diseño de tecnologías de procesamiento mínimo en frutos
(bayas) de Vaccinium corymbosum L. (Ericaceae), Solanum lycopersicum L. var. cerasiforme
(Solanaceae) y Vitis labrusca L. (Vitaceae)". Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.
Universidad de Buenos Aires. 2012-05-04.
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UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Anatomía aplicada al diseño de tecnologías de
procesamiento mínimo en frutos (bayas) de Vaccinium
corymbosum L. (Ericaceae), Solanum lycopersicum L.
var. cerasiforme (Solanaceae) y Vitis labrusca L.
(Vitaceae).

Tesis presentada para optar al título de Doctor de la Universidad de Buenos
Aires en el área: CIENCIAS BIOLOGICAS

Joaquín Fava

Directores de tesis: Dra. María Águeda Castro
Dra. Stella Maris Alzamora
Consejero de Estudios: Dra. Silvia Edith López

Lugar de trabajo: Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental, FCEN, UBA
Departamento de Industrias, FCEN, UBA

Buenos Aires, 2012
1
Resumen

Anatomía aplicada al diseño de tecnologías de procesamiento mínimo en
frutos (bayas) de Vaccinium corymbosum L. (Ericaceae), Solanum
lycopersicum L. var. cerasiforme (Solanaceae) y Vitis labrusca L.
(Vitaceae).

La alta calidad de los frutos es una de las metas principales de la
investigación actual en tecnologías postcosecha y de preservación. El diseño
del procesamiento mínimo de arándanos, tomates cereza y uvas requiere,
entre otros, el conocimiento de las alteraciones estructurales y
ultraestructurales de células y tejidos debido a su influencia en las propiedades
físico-químicas del fruto. El presente estudio examinó los principales cambios
(micro-, ultra- y nano-) estructurales de la pared tangencial externa de la
epidermis de frutos de arándano (Vaccinium corymbosum L.), tomate cereza
(Solanum lycopersicum L. var. cerasiforme) y uva (Vitis labrusca L.) producidos
por el tratamiento con peróxido de hidrógeno, la radiación UV-C, la aplicación
de ultrasonido, la congelación y descongelación y el escaldado en vapor y su
efecto en las propiedades mecánicas y ópticas.
Se analizaron y discutieron las observaciones con microscopio óptico
(MO), microscopio electrónico de barrido ambiental (MEBA), microscopio
electrónico de transmisión (MET) y microscopio de fuerza atómica (MFA). Se
evaluaron las características reológicas mediante ensayos de punción con una
máquina de ensayos universales Instron y el color mediante los parámetros L*,
a* y b* y las funciones C* y h* con un colorímetro.
Cada tratamiento produjo en el epicarpo efectos estructurales específicos,
que además dependieron del tipo de fruto. Los cambios observados afectaron
las propiedades mecánicas de punción y el color de los frutos en diferente
grado.

Palabras claves: ultraestructura, nanoestructura, color, propiedades
mecánicas, Vaccinium corymbosum L., Solanum lycopersicum L., Vitis labrusca
L., ultrasonido, radiación UV-C, peróxido de hidrógeno, escaldado,
congelación-descongelación
2
Abstract

Plant Anatomy applied to the design of minimal processing technologies
for fruits of Vaccinium corymbosum L. (Ericaceae), Solanum
lycopersicum L. var. cerasiforme (Solanaceae) and Vitis labrusca L.
(Vitaceae).

High quality of fruits is one of the main targets of post harvest and
preservation research. The design of minimal processes for blueberries, cherry
tomatoes, and grapefruits preservation requires, among others, the knowledge
of structural and ultrastructural tissue and cell changes due to influence of
physico-chemical properties of fruits. The present study examined the main
structural (micro-, ultra-, and nano-) alterations occurred in the outer tangential
epidermal cell wall of blueberries (Vaccinium corymbosum L.), cherry tomatoes
(Solanum lycopersicum L. var. cerasiforme), and grapefruits (Vitis labrusca L.)
due to hydrogen peroxide, UV-C irradiation, vapor blanching, freezing-thawing
and ultrasound treatments, and their effect on the optical and mechanical
properties.
Light microscope (LM), environmental scanning electron microscope
(ESEM), transmission electron microscope (TEM) and atomic force microscope
(AFM) observations were analyzed and discussed. Rheological properties were
evaluated by puncture test with an universal testing machine, and color by L*,
a* and b* parameters, and C* and h* functions with a colorimeter.
Each treatment produced specific epicarp effects depending of fruit type.
These changes affected the mechanical properties, shape, brigthness, colour
and the integrity of the fruit in different degree.

Key words: ultrastructure, nanostructure, color, mechanical properties,
Vaccinium corymbosum L., Solanum lycopersicum L., Vitis labrusca L.,
ultrasound, UV-C irradiation, hydrogen peroxide, blanching, freezing-thawing

3
Agradecimientos

A Marilín y Stella por haberme dirigido durante estos años.
A Andrea Nieto por enseñarme a utilizar el Instron y estar siempre a disposición
para poder explorar las variantes de medición de las propiedades mecánicas de los
frutos.
A Sandra Guerrero por enseñarme a utilizar el colorímetro y el equipo de
ultrasonido.
A los técnicos que prestan los servicios de microscopia. Todos ellos realizaron el
máximo esfuerzo para que en conjunto pudiéramos obtener las mejores imágenes,
brindando toda su voluntad, conocimiento y experiencia: Julián del INTA de Castelar
en la utilización del MET, Alejandro Reynoso y Miriam Giordano de CITEFA en la
utilización del MEBA, Silvio Ludueña del CMA en la utilización del MFA.
A Karina Hodara por enseñarme los métodos estadísticos necesarios para el
procesamiento de los datos.
A Carlos, del campo ``LA KIWERA´´ por facilitarme los arándanos.
A Silvia Moccia de la cátedra de horticultura de la Facultad de Agronomía – UBA,
por asesorarme en técnicas de cultivo y prestarme un espacio en el invernáculo para
realizar la plantación de tomates cereza.
A la Cooperativa del Vino de Costa de Berisso por facilitarme las uvas.
A Analía, Cielo, Liliana, Marcela, Paula, Pía, Sebastián y Silvina, por estar
siempre dispuestos a participar y compartir una consulta, una duda, un tratamiento,
una medición, el modo de resolver un problema, etc. etc.
A la Universidad de Buenos Aires y al CONICET por el aporte financiero
brindando para la realización de esta tesis.
A mis padres y mis hermanos Fernando, Laura y Fausto por su compañía y
comprensión, y por estar siempre presentes.
A Laura por acompañarme y bancarme los últimos años.
A los amigos que me acompañaron estos años, Cristian, Ariel, Carolina, Pablo,
Gabriela, Javier, Eva, Verónica, Karina y Nicolás.

Joaquín

4
Índice

Resumen…..........................................................................................................2
Abstract................................................................................................................3
Agradecimientos..................................................................................................4
Índice...................................................................................................................5
1. Introducción.....................................................................................................7
1.1. Consideraciones anatómicas de los frutos (bayas)....................................9
1.1.1. Descripción anatómica del epicarpo.....................................................9
1.1.2. Pared tangencial externa de las células epidérmicas.........................10
1.2. Tecnologías de procesamiento mínimo....................................................16
1.2.1. Características de los frutos y efectos del procesamiento..................16
1.3. La textura en la calidad de los frutos........................................................18
1.4. El color en la calidad de los frutos............................................................22
1.5. Consideraciones acerca de los tratamientos............................................24
2. Objetivos e hipótesis de trabajo.....................................................................31
2.1. Objetivos generales y específicos...........................................................31
2.2. Hipótesis..................................................................................................32
3. Materiales y Métodos.....................................................................................34
3.1. Materiales.................................................................................................34
3.2. Tratamientos aplicados............................................................................36
3.3. Estudios anatómicos................................................................................41
3.4. Medición de propiedades mecánicas.......................................................43
3.5. Medición de color.....................................................................................45
3.6. Análisis estadístico de los datos…...…………..…………………….……46
4. Capítulo I. Vaccinium corymbosum L. (arándano alto)………………..…......48
4.1. Generalidades sobre Vaccinium corymbosum L......................................49
4.2. El mercado de los frutos de arándano…..................................................58
4.3. Procesamiento precosecha y poscosecha de los frutos de arándano.....60
4.4. Resultados................................................................................................63
4.4.1. Estudio anatómico.............................................................................63
4.4.2. Propiedades mecánicas de frutos de Vaccinium corymbosum L....102
4.4.3. Color de frutos de Vaccinium corymbosum L..................................109
4.5. Discusión y conclusiones.......................................................................112
5
5. Capítulo II. Solanum lycopersicum L. var. cerasiforme (tomate cereza)…..117
5.1. Generalidades sobre Solanum lycopersicum L......................................118
5.2. El mercado de Solanum lycopersicum L................................................127
5.3. Procesamiento poscosecha de los frutos de S. lycopersicum L............128
5.4. Resultados.............................................................................................131
5.4.1. Estudio anatómico............................................................................131
5.4.2. Propiedades mecánicas de frutos de Solanum lycopersicum L.......165
5.4.3. Color de frutos de Solanum lycopersicum L.....................................171
5.5. Discusión y conclusiones........................................................................173
6. Capítulo III. Vitis labrusca L. (uva)………………..……….............................179
6.1. Generalidades sobre Vitis labrusca L.....................................................180
6.2. El mercado de los frutos de Vitis spp......................................................187
6.3. Procesamiento poscosecha de los frutos de Vitis spp............................188
6.4. Resultados..............................................................................................191
6.4.1. Estudio anatómico............................................................................191
6.4.2. Propiedades mecánicas de frutos de Vitis labrusca L......................234
6.4.3. Color de frutos de Vitis labrusca L…................................................238
6.5. Discusión y conclusiones.......................................................................242
7. Conclusiones generales..............................................................................248
8. Bibliografía..................................................................................................250
9. Anexo…………………………………………..…………………………...........272

6
1. Introducción

Los frutos y vegetales frescos constituyen una fuente alimenticia muy
importante en la dieta del ser humano. Aportan vitaminas, minerales, azúcares,
aminoácidos esenciales, fibras y sustancias antioxidantes, que en muchos
casos son sintetizadas como resultado de procesos metabólicos secundarios.
La decisión de consumir un fruto o vegetal fresco es producto de una serie
de análisis que realiza el consumidor a través de los sentidos e incluyen el
aspecto visual y la textura como primeras barreras de selección. En primer
término, el componente visual se basa en la percepción del color, el aspecto
del epicarpo, y la sanidad, que incluye, entre otras, ausencia de enfermedades
ó imperfecciones superficiales. En segundo término, a través del tacto es
posible estimar la textura y la firmeza del producto.
Cada fruto y cada vegetal son exclusivos en cuanto que poseen una única
fisiología y particular requerimiento de manejo. Por esto es necesario en cada
caso contar con información específica y actualizada de los tratamientos de
pre- y poscosecha, efectos del almacenamiento, valor nutricional,
características estructurales (micro-, ultra- y nano-) del tejido, vías de
contaminación y patógenos asociados con su deterioro. A partir de estos datos
es posible desarrollar herramientas innovativas de manejo de cultivo,
tratamientos poscosecha de mínimo procesamiento y hasta generar nuevas
variedades con el fin de optimizar la calidad y seguridad de los frutos y
vegetales a la hora de satisfacer las demandas de los consumidores.
La selección de variedades con elevado tiempo de vida poscosecha y una
alta calidad inicial de producto se basa en la reducción o el retardo de las
características de la maduración (genética y fisiológica), mayor resistencia a
patógenos y a contaminación microbiana, mejor apariencia, aroma y sabor,
conservación de las propiedades mecánicas e incremento del valor nutricional.
En particular, la industria frutícola busca hoy en día alcanzar tres puntos
específicos en la calidad de los alimentos vegetales: inocuidad química y
microbiológica, beneficio en la salud y excelencia de las características
organolépticas de los productos. La demanda de productos de frutas finas
7
enteras de alta calidad y vida útil comercial es uno de los principales problemas
por satisfacer.
Como resultado del deterioro fisiológico y microbiano que ocurre durante
el almacenamiento y comercialización de frutos frescos y/o mínimamente
procesados, hay una necesidad imperiosa de desarrollar tratamientos factibles,
de bajo costo, eficientes y no perjudiciales que aseguren prolongar su calidad
(apariencia, aroma, sabor, textura, valor nutricional) e inocuidad alimentaria
(How, 1990). Como ya se mencionó, el color y la textura son los máximos
atributos de calidad en los cuales se basa la aceptación de frutos enteros para
el consumo (Clydesdale, 1993).
El tiempo de vida de los productos frutihortícolas puede incrementarse a
través de la aplicación de tecnologías emergentes de procesamiento mínimo,
permitiendo mejor preservación de la calidad y disminución de las pérdidas que
tienen lugar entre la cosecha y el consumo. En Argentina, en el caso de
exportaciones en contra estación de productos frutihortícolas, las pérdidas
registradas por razones de calidad suelen alcanzar proporciones cercanas al
50 %, hecho que, frente a los exigentes estándares de calidad impuestos por
EE.UU., la Unión Europea o Japón, condiciona notablemente la posibilidad del
desarrollo del comercio exterior de nuestro país (Kader, 1992).
La investigación interdisciplinaria dentro del área de la postcosecha de
productos frutihortícolas es un avance relativamente reciente. Uno de los
principales propósitos de la ciencia en cuanto a la tecnología de alimentos ha
sido la caracterización de la estructura y propiedades de los materiales en
conexión con cambios en la estructura celular y molecular.
El impacto de los tratamientos ensayados sobre los microorganismos y los
tejidos de los frutos y vegetales, requiere un abordaje interdisciplinario que
incluye planear una estrecha coordinación entre investigadores de tecnología
de alimentos, biólogos especialistas en anatomía vegetal y microbiólogos.
Las investigaciones que incluyen ciencia básica y aplicada aseguran el
aporte sostenido al conocimiento y el desarrollo de tecnologías adecuadas en
pos de la conservación de los frutos desde la cosecha y hasta la
comercialización en los destinos de venta con mínima alteración de su calidad.

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1.1. Consideraciones anatómicas de los frutos (bayas)
Según la definición clásica, fruto es el ovario desarrollado y con las
semillas ya formadas. Luego de la polinización las paredes modificadas del
ovario constituyen el pericarpo y los rudimentos seminales se convierten en
semillas (Font Quer, 1989; Esau, 1977).
La baya es un fruto carnoso, que suele tener pericarpo grueso y jugoso,
en el que generalmente se distinguen tres estratos: epicarpo, mesocarpo y
endocarpo. El epicarpo consta de epidermis y 3-4 capas de células
subepidérmicas, posee grosor variable y suele contener los pigmentos. El
mesocarpo es relativamente grueso. Cuando constituye la parte edible de la
baya (tomate, uva, arándano) está constituido por células parenquimáticas más
o menos isodiamétricas, dotadas por una gran vacuola y citoplasma parietal y
se ubica por debajo del epicarpo. El parénquima de muchas bayas contiene
grupos de esclereidas dispersos. Estos grupos de células funcionan como
mecanismo de soporte en el fruto. El endocarpo es un estrato interno de
naturaleza variable (Fahn, 1982).
En términos generales la mayoría de los frutos carnosos se desarrollan a
partir de los tejidos del ovario (Eames y McDaniels, 1947). En las primeras
etapas del desarrollo se produce proliferación de células del pericarpo y
almacenamiento de ácidos orgánicos mientras que durante la maduración se
acumulan azúcares (Fernández et al., 2006).
Otras investigaciones han focalizado su interés en el área de la bioquímica
de la pared celular en relación con la textura y la calidad de los vegetales,
vinculada con el ablandamiento que acompaña el proceso de maduración de
los frutos (Waldron et al., 2003; Chaïb et al., 2007).
La interfase de las paredes celulares rica en pectinas, particularmente los
dominios de homogalacturonanos no esterificados entrecruzados por calcio en
la laminilla media, juega un rol importante en la adhesión célula-célula y la
cohesión del tejido (Jarvis et al., 2003).

1.1.1. Descripción anatómica del epicarpo
Desde el punto de vista anatómico estructural, el epicarpo en la mayoría
de las bayas consta de una epidermis uniestratificada y 3-4 capas de células
subepidérmicas colenquimatosas.
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