Estrategias para preservar arándanos utilizando envases biodegradables - Bof, Maria Julieta (2018)
La aplicación de nuevas tecnologías para laconservación postcosecha de arándanos tiene un relevante interés regional, yaque el cultivo de esta fruta en la región del NEA representa un 40% de laproducción nacional (aprox. 17 mil Tn). Este volumen de fruta fresca se destinaen su mayor parte al mercado de exportación, encontrándose que las principalescausas de pérdidas de calidad de la fruta en los países de destino estánasociadas a podredumbres producidas por mohos. Para subsanar este problema, unaalternativa natural y sustentable, es utilizar envases biodegradablesformulados con componentes activos. Algunosde estos componentes son biopolímeros y compuestos naturales que se obtienen apartir de los residuos generados de la pesca, la agricultura o la ganadería.Desde un punto de vista medio ambiental, el aprovechamiento de residuos resultade gran interés puesto que se consigue obtener un rendimiento y valorizar estosdesechos, reducir su cantidad y por lo tanto los costos y problemas de sueliminación. El quitosano (derivado n-acetilado de la quitina) es un producto queproviene de residuos de la industria pesquera que tiene propiedadesantimicrobianas y posee la capacidad de formar películas al igual que el almidónproveniente de maíz, siendo ambos polisacáridos biodegradables y químicamentecompatibles. Asimismo para eldesarrollo de materiales que adapten sus propiedades, especialmente lasmecánicas, a las necesidades de los envases, se incorporan plastificantessiendo los polialcoholes ampliamente utilizados con este fin. Las matricespueden ser funcionalizadas por agregado de aditivos específicos. Al respecto, apartir de subproductos de la industria citrícola pueden obtenerse diversos compuestosactivos con capacidad antimicrobiana y antioxidante, los que resultan departicular interés en el desarrollo de envases para la conservación de frutasmínimamente procesadas. En el presente trabajo de Tesis doctoral sedesarrollaron y caracterizaron envases biodegradables activos para preservar lacalidad de arándanos almacenados en condiciones de refrigeración. Se utilizóuna matriz compuesta de biopolímeros (almidón y quitosano) como base de lasformulaciones para obtener las películas biodegradables. Se caracterizaron lospolisacáridos de partida, ya que se trabajó con tres tipos de quitosano dedistinto peso molecular. Se estudiaron las mezclas de ambos biopolímeros endistintas proporciones de almidón:quitosano, con el fin de seleccionar laformulación que conduce a películas con propiedades de barrera y mecánicasóptimas. Como agente plastificante se empleó glicerol y, como componentes conactividad antimicrobiana, se incorporó aceite esencial de limón o extracto de semillasde pomelo. La metodología utilizada para analizar lasdispersiones formadoras de películas fue mediante ensayos rotacionales ydinámicos con un reómetro Rheo Stress 600 ThermoHaake (Haake, Alemania) utilizandouna geometría plato-plato. En el caso de las formulaciones que incluían loscompuestos activos, las películas activas se obtenían a partir de emulsiones,cuya estabilidad se evaluó mediante ensayos en un Turbiscan classic (Formulaction,Francia) y a través del estudio del tamaño de gota de las emulsiones(Mastersizer 2000, Malvern, Inglaterra). Posteriormente se realizó lacaracterización de las películas obtenidas evaluando la microestructura, laspropiedades físicoquímicas, ópticas, mecánicas y de barrera, así como lacapacidad antimicrobiana y antioxidante.Las propiedades de las películas que se determinaronfueron: humedad, mediante secado en estufa a 105°C; espesor con medidor deespesores para sustancias no ferrosas Check Line DCN-900 (New York, USA);solubilidad en agua a 25°C; permeabilidad al vapor de agua según Norma ASTM E-96,usando copas de permeación Payme Elcometer 5100 (Manchester, Reino Unido);propiedades mecánicas de tracción y de punción con texturómetro TA.XT2i- StableMicro Systems (Inglaterra); análisis cuasiestático uniaxial DMA en un equipo Q800(TA Instruments (New Castle, EUA) con un sistema de refrigeración de N2líquido; permeabilidad al oxígeno en un equipo MoconOX-TRAN modelo 2/21 ML (Lippke, Neuwied, Alemania); propiedades térmicas en unatermobalanza TGA 1 Stare System (Mettler-Toledo, Inc., Suiza). El análisis térmicose realizó mediante calorimetría diferencial de barrido en un DSC 1 StareSystem (Mettler-Toledo, Inc., Suiza). Con el fin de estudiar la compatibilidad entre loscomponentes de las matrices se determinaron los espectros de infrarrojo contransformada de Fourier (FTIR) en un espectrofotómetro (Nicolet, iS10 ThermoScientific, Madison, EEUU). Las propiedades ópticas se evaluaron a través de lamedida del color superficial de las películas con un colorímetro triestímulo(CR-300 Minolta, Japón) en el espacio de color CIELAB; la capacidad de barreraal UV-Visible con un espectrofotómetro U-1900 (HITACHI, Japón). El estudio dela microestructura de las matrices desarrolladas se realizó a través demicroscopía  electrónica de barrido (SEM)en un microscopio JEOL JSM-6300 (Japón). La actividad antioxidantede las películas activas se evaluó determinando la capacidad antioxidanteequivalente del Trolox (TEAC) mientras que la capacidad antimicrobiana seestudió mediante ensayos de halo de inhibición de dos mohos (Alternariaalternata, Rhizopus stolonifer, Penicillum expansum) y algunas bacteriasGram+ y Gram- (Listeria innocua y Escherichia coli).La etapa final comprende ensayos,bajo refrigeración, de arándanos envasados en los materiales diseñados paraevaluar el efecto de los mismos sobre los principales atributos de calidadcomercial. A tal fin se determinaron el porcentaje de deshidratación mediante pérdidade peso, color superficial con colorímetro triestímulo, porcentaje de deteriorovisualmente y firmeza de la fruta mediante ensayo de punción con eltexturómetro mencionado anteriormente. Asimismo se determinó la capacidadantimicrobiana frente a los mohos Botrytis cinerea y Alternaria alternatamediante inoculación artificial.Las dispersiones formuladas con los dos biopolímeros(almidón de maíz y quitosano) presentaron comportamiento pseudoplástico (n˂1) yuna viscosidad aparente intermedia a las viscosidades de las películas de unsolo componente. Luego del moldeo y secado de las suspensiones, se obtuvieronpelículas, las que se pudieron separar fácilmente de las placas. La coloraciónde las películas obtenidas fue levemente amarillenta (parámetro de cromaticidadb* positivo) atribuida a la reacción de Maillard entre grupos amino e hidroxilodel quitosano. En el estudio de las micrografías SEM de laspelículas compuestas se observó que las secciones transversales de las mismaseran homogéneas y densas; los cambios evidenciados en los espectros de FTIR demostraronque ambos polímeros son compatibles y que entre ellos se establecen enlaceselectrostáticos débiles del tipo puentes de hidrógeno. Esta característicapermitió explicar las mejoras observadas en las propiedades de las películascompuestas comparadas con las de las películas de los polímeros individuales.La permeabilidad al vapor de agua (PVA) de las películasdependió del peso molecular del quitosano empleado, siendo menor cuanto mayor esel PM del quitosano. Asimismo, se observó un efecto sinérgico en las películascompuestas. La solubilidad de los films en agua tuvo una tendencia similar a laPVA. Con respecto a los ensayos de tracción, en general, las películasdesarrolladas plastificadas exhibieron un perfil de tensión-deformación típico delos materiales poliméricos dúctiles. El comportamiento mecánico de laspelículas de quitosano también se vio afectado por su PM. Mientras que laspelículas formuladas con quitosano APM fueron frágiles y rígidas, debido a quemostraban altos valores de módulo de elasticidad y de resistencia a la traccióny bajos valores de elongación a la ruptura, las formuladas con MPM y BPMresultaron extremadamente deformables y flexibles. Cuando se incorporaron los agentes activos en laformulación de las películas, en las micrografías SEM se observó una matrizhomogénea en los films con extracto de semillas de pomelo, mientras que en losfilms con aceite esencial de limón se observó la separación de la fase oleosa.Se demostró la capacidad antimicrobiana de los materiales desarrollados.Si bien la pérdida de peso de los arándanosenvasados fue similar a la fruta control, los demás atributos de calidadresultaron aceptables. En los ensayosantimicrobianos in vitro e in vivo con fruta fresca, se encontró que hubocontrol del crecimiento fúngico con el uso de películas, siendo más efectiva laformulación con extracto de semillas de pomelo.Fue posible obtener materiales compuestos a partirde hidrocoloides, biopolímeros y sus mezclas con aditivos específicos. Los materiales compuestos obtenidos sonbiodegradables ya que se degradan en suelo a corto plazo y tienen adecuadaspropiedades de resistencia mecánica y a la humedad. Se diseñaron y obtuvieron envases a partir de losmateriales formulados que permitieron preservar la calidad de arándanos con laventaja de su bajo impacto ambiental, permeabilidad selectiva a gases ycapacidad antimicrobiana.