Proyecto de Grado Andres Felipe Cruz

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Desarrollo de recubrimientos a partir de biopolímeros y sus efectos en las propiedades fisicoquímicas de la pitahaya amarilla (Hylocereus megalanthus) con el fin de extender su

vida útil.

Proyecto de Grado

Autor Andrés Felipe Cruz Mantilla

Asesor Felipe Salcedo Galán, PhD

Coasesor Ariel Mauricio Vaca Bohórquez, MSc

Universidad de los Andes Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Química Bogotá D.C.

2018

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Índice

1. Objetivos

1.1 Objetivo general

1.2 Objetivos específicos

2. Introducción

3. Metodología

3.1 Caracterización fisiológica y requerimientos físicos

3.2 Materiales y métodos

3.3 Clasificación de frutos

3.4 Reactivos

3.5 Preparación y evaluación de soluciones formadoras

3.6 Aplicación de las soluciones formadoras

3.7 Determinación de pérdida de peso

3.8 Evaluación del cambio de color

3.9 Medición de la tasa de respiración

3.10 Medición de pH

3.11 Determinación de la firmeza del fruto

3.12 Determinación de sólidos solubles totales (SST)

4. Resultados y análisis

4.1 Propiedades fisiológicas y requerimientos físicos

4.2 Pérdida de peso

4.3 Cambio de color

4.4 Tasa de respiración

4.5 pH de la pulpa

4.6 Firmeza del fruto

4.7 Cantidad de sólidos solubles totales (SST)

5. Conclusiones

6. Trabajo futuro

7. Bibliografía

8. Anexos

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Desarrollo de recubrimientos a partir de biopolímeros y sus efectos en las propiedades fisicoquímicas de la pitahaya amarilla

(Hylocereus megalanthus) con el fin de extender su vida útil.

Andrés Felipe Cruz Mantilla

Departamento de Ingeniería Química, Universidad de los Andes Resumen La exportación de frutas exóticas es un área de la economía colombiana que ha venido creciendo ampliamente durante los últimos años. Entre ellas, la pitahaya amarilla ha despertado el interés de mercados como el asiático y el europeo, los cuales exigen un producto en óptimas condiciones tras un periodo prolongado de transporte. Con el fin de extender la vida útil de la pitahaya, se desarrollaron recubrimientos poliméricos comestibles a base de quitosano y almidón de yuca. Estos fueron aplicados y se monitorearon las propiedades fisicoquímicas como el peso, color, dureza, pH, sólidos solubles totales y tasa de respiración en el fruto. Se encontró que el pH, los sólidos solubles totales y la respiración no presentaron una variación significativa con respecto a la aplicación de los recubrimientos. Además, fue posible comprobar como la baja permeabilidad del quitosano disminuye la pérdida de peso de la pitahaya con el tiempo y que ambos polímeros tienen efectos positivos en la coloración y dureza de la cáscara de este fruto. Palabras clave: Pitahaya, Quitosano, Almidón, Ácido ascórbico, Recubrimientos poliméricos, Propiedades fisicoquímicas

1. Introducción La pitahaya amarilla (Hylocereus megalanthus) es un fruto clave en la agroindustria colombiana, el cual viene aumentando su demanda en los últimos años, tanto en el ámbito nacional como en el internacional [1]. Este fruto cactáceo, de forma ovoide, cuenta con escamas triangulares conocidas como brácteas y espinas en estas, con un peso que ronda los 120 y 350 g. Es de color amarillo intenso en la maduración y en su precosecha es verde, de pulpa blanca traslúcida con cientos de semillas negras comestibles [2]. Su valor nutricional, sabor, aroma y propiedades medicinales ha despertado el interés en países como Japón, China y Corea, incrementando su producción anualmente en alrededor de un 16% [3] [4]. Además, este interés presenta un potencial alto debido a que todavía existe mucho margen de mejora de rendimiento, así como de área cultivable para dicho fruto. En Colombia actualmente se cuentan con 1585 hectáreas destinadas a la producción de la pitahaya amarilla, aproximadamente 1100 hectáreas más que hace 10 años, un incremento del 231% en la última década. Así, se produce un aproximado de 13211 toneladas al año en comparación a las 3972 toneladas de 2008 [4]. De hecho, este fruto se produce en los departamentos de Boyacá, Santander, Huila y Valle del Cauca principalmente [4]. Es claro el constante aumento en la producción, el cual va de la mano con las exportaciones, con un aumento anual del 10.7% en los últimos años [5]. Sin embargo, es un producto con alta vulnerabilidad al deterioro poscosecha por su morfología, además de no contar con una vida útil muy prolongada, siendo de 10 a 12 días a 20oC y de 15 a 18 días a 8oC [5]. A pesar de que se ha demostrado como

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la vida útil de su pulpa se ha prolongado con almacenamientos a temperaturas bajas, entre 2 y 8oC, su aspecto externo, es decir, su cáscara, se ve afectada considerablemente, tornándose negra de un día para otro [6] [7]. Esto es un problema debido a que, aunque lo que se consume es su pulpa, su aspecto hacia el consumidor es vital, el cual busca una fruta de color amarillo intenso, y en caso de no estarlo sus ventas pueden verse perjudicadas [8]. Esto no es algo que afecte de manera relevante las ventas en el territorio nacional, o a regiones cercanas al punto de cosecha, pero sí lo hace cuando se realizan exportaciones transoceánicas, como se hace actualmente a Japón, Corea, China, Holanda, Francia, Alemania y Brasil, entre otros [9] [10]. Además, como posible solución a esta problemática, se ha buscado trabajar con la pitahaya en rodajas, es decir, sin su cáscara, sin embargo, se observó cómo su respiración de etileno se vio aumentada significativamente a comparación con la fruta con cáscara, acortando su vida útil [11]. Se ha comprobado cómo a diferentes temperaturas de almacenamiento y transporte, la pitahaya se ve afectada por el pardeamiento y la necrosis parcial de la corteza, siendo estos los principales causantes de su deterioro, y consecuentemente, pérdidas poscosecha [3]. Esto presenta un obstáculo para la industria a la hora de realizar exportaciones a mercados como Japón, Corea o inclusive Europa, debido a que se pueden presentar pérdidas significativas en el transporte o en su defecto, limitar su vida de anaquel en el lugar de destino, generando afectaciones económicas por devoluciones [12]. Con el fin de lograr envíos a distancias tan apartadas del lugar de origen, es necesario que la pitahaya tenga una vida útil suficiente. Cuando se habla de una vida útil suficiente se quiere decir que el fruto debe mantener sus propiedades fisiológicas, o por lo menos limitar los efectos asociados a la maduración, desde la cosecha hasta el consumo, incluyendo el transporte, por prolongado que sea. Al comportarse como un fruto climatérico, la respiración de oxígeno y de etileno tiende a alcanzar un pico máximo de producción, conocido como pico climatérico. Este punto indica el momento donde la fruta detiene su maduración y comienza su proceso de senescencia, o muerte gradual, el cual puede aproximar su vida útil [13]. El etileno es un gas hormonal natural producido por las frutas y principal responsable de su maduración y senectud [14] [15]. Este se adhiere a los receptores localizados en la membrana celular del retículo endoplásmico del fruto de la pitahaya [16]. Esta acción activa dichos receptores para así enviar señales transductoras generando una expresión génica y respuesta fisiológica [17]. La producción de etileno está ligada directamente a la respiración de oxígeno y producción de dióxido de carbono en la fruta, teniendo un comportamiento altamente similar [18]. Así, se pueden apreciar cambios en la coloración del fruto, dados por la degradación de clorofilas y posterior desarrollo de cromoplastos como respuesta a la actividad enzimática en el fruto [19]. Debido a distintos procesos de hidrólisis en las paredes celulares, la pérdida de agua y consecuente pérdida de peso también suele ser común en las frutas, incluyendo la pitahaya [20]. Además, con el avance en maduración, es usual registrar cambios en la firmeza de la fruta, tornándose blanda y arrugada. Esto puede encontrar explicación en la acción de distintas enzimas, especialmente la pectinasa, la cual degrada la pectina, principal componente de la lámina media de la pared celular, debilitándola y causando la consiguiente pérdida de firmeza en la cáscara del fruto [21]. Adicionalmente, existen estudios que sugieren un efecto a partir del etileno en la cantidad de sólidos solubles totales y el pH de frutas climatéricas, como lo es la pitahaya amarilla [22] [23]. Con base en esto, es una alternativa recomendable la de controlar la respiración de la pitahaya amarilla con el objetivo de alargar su vida útil [24] [25].

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Teniendo esto en cuenta, es necesario identificar una técnica que trabaje como limitador de la respiración en la pitahaya y al mismo tiempo sea amigable con el fruto para evitar agravar el mismo problema. Es posible encontrar una solución o por lo menos una contramedida a dicha problemática empleando recubrimientos comestibles a partir de biopolímeros [26]. Esta alternativa ofrece varias ventajas frente a otros métodos usados actualmente al no suponer un riesgo para la integridad física del fruto, así como ser de carácter natural, evitando algún tipo de contaminación al medio ambiente [27]. Materiales como el quitosano o el almidón han probado ser alternativas reales a los métodos convencionales, ofreciendo mejoras biológicas en algunos casos y económicas en otros [28]. Estos polímeros, en forma de película, brindan una barrera física a la permeabilidad de gases, incluyendo el etileno y CO2, necesaria para disminuir la respiración del fruto, además del vapor de agua, relacionado con la pérdida de peso del fruto [29]. El quitosano es un polisacárido de origen natural y renovable obtenido desacetilando la quitina a un rango entre 60 y 100%, la cual es abundante en la naturaleza, especialmente en crustáceos [30]. Este polímero es altamente soluble en soluciones acuosas con pH menor a 6, al poseer el quitosano un pKa de 5.6 aproximadamente [31]. Es una sustancia segura para el consumo y existe evidencia de su efecto en la disminución en la respiración en frutas y por ende la producción de etileno y los efectos de esta hormona en el fruto [32]. No obstante, el quitosano presenta un alto costo comercial, lo cual invita a buscar alternativas más económicas que puedan ofrecer comportamientos similares. Una posible opción que cumpla esto podría ser el almidón. Este es un polímero conformado por una mezcla de dos polisacáridos, la amilasa y la amilopectina, el cual ha sido ampliamente utilizado en la industria de alimentos para conservar la integridad física y extender la vida útil de frutas como la papaya y el mango [33] [34]. Debido a su bajo contenido de amilasa este puede presentar una rápida retrogradación, sin embargo, la presencia de su variante en la yuca en Colombia es abundante, volviéndose una alternativa económica interesante frente al quitosano [35]. Es necesario evaluar la funcionalidad de la implementación de estos recubrimientos a la fruta de la pitahaya amarilla en la industria colombiana, los cuales aportarían, de manera tentativa, una contramedida a los problemas relacionados con la pérdida por deterioro y sobremaduración en el transporte a destinos apartados de su lugar de cosecha. 2. Objetivos

2.1 Objetivo General

Diseñar y desarrollar recubrimientos a partir de biopolímeros con el fin de alargar la vida útil de la pitahaya amarilla (Hylocereus megalanthus).

2.2 Objetivos Específicos

I. Caracterizar el comportamiento fisiológico en la poscosecha de la pitahaya amarilla para determinar sus requerimientos físicos establecidos por el mercado para extender su vida útil.

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II. Formular y producir distintos recubrimientos a partir del quitosano y el almidón de yuca como respuesta a sus requerimientos físicos.

III. Aplicar los recubrimientos obtenidos al fruto de la pitahaya amarilla y evaluar los efectos causados gradualmente en sus propiedades fisicoquímicas.

3. Metodología

3.1 Caracterización fisiológica y requerimientos físicos

Antes de poder realizar la formulación de los recubrimientos poliméricos a aplicarse, fue necesario establecer las necesidades específicas que presentan las pitahayas amarillas para buscar alargar su vida útil. Así, y con el fin de determinar los principales requerimientos establecidos por el mercado para la producción y comercialización de la pitahaya amarilla en la industria nacional, se llevaron a cabo consultas bibliográficas y de mercado. Las bases de datos del Ministerio de Agricultura con su programa Agronet y del Instituto Colombiano Agropecuario (ICA) proveen datos relacionados con la producción, rendimiento, ventas nacionales e internacionales, así como de la fisiología básica del fruto, incluyendo su peso y color habitual [4] [10]. Adicionalmente, las consultas de mercado fueron desarrolladas por medio de encuestas telefónicas con representantes de la organización de productores, comercializadores y vendedores de pitahayas en el país, Asoppitaya. De esta manera, fue posible obtener información relacionada a los índices de maduración de la pitahaya amarilla, su vida útil promedio, los síntomas causados por la maduración y los problemas comunes dados en la poscosecha que puedan afectar su vida útil.

3.2 Materiales y Métodos Este estudio se dividió en dos secciones principales, siendo la primera la evaluación de las necesidades en poscosecha de la pitahaya amarilla y la formulación de recubrimientos como respuesta a estas necesidades. La segunda sección se basó en la aplicación y monitoreo de las frutas. Los recubrimientos a aplicarse se basaron en dos biopolímeros, el quitosano y el almidón de yuca. Para cada biopolímero se realizó un estudio aparte con diferentes pitahayas y modificaciones, tanto de cantidad como de composición. Las pitahayas usadas en la experimentación, originarias del norte del Valle del Cauca, fueron obtenidas del proveedor local Mi Placita Express S.A.S. Para la experimentación con quitosano como biopolímero base se requirieron 51 pitahayas amarillas, divididas en tres grupos (control, 1 capa de quitosano al 1% y 4 capas de quitosano al 1%). A cada grupo, conformado por 17 pitahayas cada uno, se le midieron diferentes propiedades fisicoquímicas que se han asociado con la maduración, siendo su peso, color, pH, dureza, sólidos solubles totales (SST) y producción de dióxido de carbono. Estas pruebas abarcaron un periodo de 13 días, con mediciones aproximadamente cada dos días, para un total de 6 mediciones. Es necesario mencionar que, como las pruebas de pH, dureza y SST requirieron de la intervención del fruto, este tras la prueba se desechó. Por esto, se destinaron 12 de las 17 pitahayas por grupo para estas pruebas invasivas, mientras que a las 5 pitahayas restantes se les midió su peso, color y producción de CO2. La segunda parte del estudio, similarmente, contó con 3 grupos, incluyendo el control, 4 capas de almidón al 2% y 4 capas de almidón al 2% con adición de ácido ascórbico como agente

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antioxidante al 1%. Este ácido logra aceptar radicales libres que evitan la autooxidación y propagación de este mecanismo asociado con la maduración en frutas [36]. Tiene un costo bajo dada su alta disponibilidad en el país, además se ha comprobado el efecto antioxidante del ácido ascórbico en alimentos, incluyendo carnes, pescado, plátano o peras [37] [38] [39]. En este caso, se usaron un total de 48 frutos, habiendo 16 por grupo. El número de pitahayas utilizado para pruebas invasivas se mantuvo, siendo de 12 unidades, 2 para cada uno de los 6 días de mediciones, realizadas aproximadamente cada 2 días. En este caso se utilizó un medidor de etileno recientemente adquirido por el departamento, el cual únicamente cuenta con un volumen de medición suficiente para adecuar un máximo de 4 frutos (8 litros), por la necesidad de contar con 2 litros de volumen por fruta para evitar su muerte por falta de oxígeno. Esto causó que el número para pruebas no invasivas se redujera a 4, resultando en un total de 16 pitahayas por grupo y 48 para los 3 grupos. A parte de la medición de producción de etileno de las pitahayas, se midió el peso, color y dureza de estas. Las pruebas de sólidos solubles totales (SST) y pH no fueron efectuadas en esta segunda parte del estudio al no encontrarse evidencia estadística que sugiriera una relación entre el comportamiento de estas propiedades y el uso de recubrimientos. Con miras a la claridad y simplicidad a la hora de referirse a los diferentes grupos de pitahayas utilizados en los estudios con quitosano y almidón, se presenta una versión simplificada del diseño de experimentos en la Tabla 1. Todas las pruebas fueron realizadas a condiciones ambientes de temperatura y presión en el laboratorio, alrededor de 20oC y 0.74 atm.

Tabla 1. Diseño de experimentos del estudio

Polímero Nomenclatura % Polímero No. Capas % Ácido Ascórbico

Quitosano Control - - - Qui-1 1 1 N.A. Qui-4 1 4 N.A.

Almidón Control - - -

AL 2 4 - ALAA 2 4 1

3.3 Clasificación de frutos Al recibir las pitahayas amarillas del proveedor se pudieron evidenciar las diferencias de color y peso entre cada una de estas. Por esta razón, y con el fin de lograr una comparación adecuadamente distribuida, fue necesario realizar una clasificación por peso y color. Tanto para la experimentación con quitosano como con almidón el método de clasificación de frutos fue el mismo. De esta manera, para la clasificación por peso fue necesario pesar cada una de las frutas para así tener presente el promedio y desviación estándar. Utilizando una balanza digital Mettler Toledo con precisión de 0.01 g se obtuvieron dichos pesos y se calcularon los promedios y desviaciones estándar. En el caso de las pitahayas destinadas al estudio con quitosano se obtuvo un promedio de peso de 152.39 g, con una desviación estándar de 17.25 g. Mientras que las frutas a usarse en el estudio con almidón presentaron un promedio de 150.88 g, con una

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desviación estándar de 6.87 g. Con estos valores en mano, se dividieron las frutas en tres rangos de peso; bajo, medio y alto, estableciendo los pesos bajos y alto a una distancia de una desviación estándar del promedio. Con respecto al color, las pitahayas se clasificaron de acuerdo a su índice de madurez, el cual se encontró entre 3 y 4, de acuerdo al porcentaje de tonalidad amarilla en el fruto (Anexo 1). Teniendo en cuenta las cantidades clasificadas para peso y color se dividieron los frutos en cada grupo con el fin de contar con la distribución más igualada de peso y color en cada uno de estos grupos. De esta manera se obtuvo la clasificación para el estudio con quitosano presentada en el Anexo 2 y para el estudio con almidón en el Anexo 3.

3.4 Reactivos Como sustancias principales, se utilizaron los polímeros de quitosano y almidón de yuca. El quitosano usado era de bajo peso molecular y de la marca Sigma-Aldrich con referencia 448869-50G mientras que el almidón de yuca era de la marca Bellchem International S.A. Para las soluciones también se necesitó de ácido acético glacial como disolvente de la marca Sigma-Aldrich y de la adición de glicerol.

3.5 Preparación y evaluación de soluciones formadoras Para la preparación de los recubrimientos a base de quitosano, se elaboraron soluciones de 1% (p/v) de dicho polímero. Estas se iniciaron obteniendo una dilución de ácido acético glacial al 1% (v/v) a temperatura ambiente. Posteriormente, la masa a usarse de quitosano se adicionó de manera lenta en pequeñas alícuotas de no más de 1 g con agitación, esto con el fin de asegurar la correcta homogenización de la solución. Dicha agitación se llevó a cabo mediante el uso del homogeneizador DISPERMAT LC-55-E a una velocidad de 2000 rpm. Al haberse agregado todo el quitosano, se continuó la agitación a la misma velocidad por un tiempo de 15 minutos. Finalizada la agitación, se obtuvo una mezcla homogénea traslucida y con una leve tonalidad amarilla. Con respecto a los recubrimientos a base de almidón, se elaboraron soluciones al 2% (p/v) del mencionado polímero. En primera instancia se logró la gelatinización del almidón, al mezclar este en agua y aumentar su temperatura a 80oC con agitación magnética a 1000 rpm por 15 minutos. Posteriormente, se adicionó glicerol, agente plastificante, en una concentración de 25% (peso glicerol/ peso almidón), manteniendo la temperatura y agitación por otros 15 minutos. Esto se hizo con el fin de aumentar la flexibilidad de la matriz creada, evitando el rompimiento del recubrimiento desarrollado. Habiendo obtenido la solución de almidón al 2% (p/v), se toma mitad de esta y se le agrega ácido ascórbico en una concentración de 1% (p/v), manteniendo la temperatura y agitación por 15 minutos más. Finalmente, se obtienen las soluciones de almidón 2% (p/v) y de almidón modificado. Por la alta viscosidad presentada por las soluciones a base de quitosano, fue necesario asegurarse del correcto recubrimiento del fruto de la pitahaya por parte de la solución desarrollada. Por esta razón se realizó una prueba in-situ de recubrimientos a diferentes concentraciones de quitosano sobre la cáscara de la pitahaya amarilla para así determinar que concentración presenta una mejor mojabilidad utilizando un tensiómetro Attension Theta de la marca Biolin Scientific. Este tipo de tensiómetros identifica los ángulos de contacto formados entre el volumen de recubrimiento y la superficie del fruto en el momento de aplicación y calcula un promedio durante un tiempo de

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medición determinado, determinando así el grado de hidrofilicidad de la sustancia. Con el uso de un bisturí quirúrgico, se tomaron pedazos de cáscara de pitahaya (relativamente planos) de aproximadamente 1 cm de longitud y de mínimo grosor (="1mm). A dichos fragmentos de cáscara se les aplicó un volumen aproximado de 3 𝜇𝐿de quitosano 1% (p/v) y quitosano 2% (p/v), con el fin de medir el ángulo de contacto entre la superficie de la cáscara y la sustancia aplicada (Anexo 4 y Anexo 5). Esta medición del ángulo de contacto permite evaluar la tensión superficial que existe entre las soluciones y el fruto de pitahaya, debido a que una solución con menor tensión superficial presentaría un menor ángulo de contacto, indicando que las fuerzas de repulsión entre las moléculas de solución y la cáscara son menores que una con mayor ángulo de contacto. Se realizó una medición de 10 segundos en el instante de la aplicación y otra medición 5 minutos después, también de 10 segundos con el fin de evaluar el cambio en el tiempo en la dispersión de las soluciones.

Tabla 2. Ángulo de contacto entre recubrimiento de quitosano y superficie de la fruta

De la Tabla 2 se pueden apreciar las diferencias en el ángulo de contacto para las dos concentraciones empleadas. Es posible observar como a una concentración de quitosano al 1% se obtuvo un menor ángulo de contacto tanto en el inicio como en el final de las mediciones a comparación con la concentración del 2%. Pero no solo eso ya que el ángulo formado en el inicio para la concentración de 1% es menor que el formado por la concentración del 2% en el final. Con base en estos resultados fue posible establecer la mejor mojabilidad por parte de la solución de quitosano al 1% (p/v) en la superficie de la pitahaya amarilla. De esta manera se seleccionó la concentración de quitosano al 1% como la más apropiada para realizar el estudio.

3.6 Aplicación de las soluciones formadoras Debido al alto valor comercial del quitosano fue imperativo evitar su desperdicio. Por esta razón, la aplicación de las soluciones formadoras a los frutos se efectuó por medio del método de brushing, el cual disminuye el desperdicio, utilizando una brocha convencional de aproximadamente 2.5 cm de ancho. Tras la aplicación de las soluciones, fue necesario realizar un secado del recubrimiento aplicado en el fruto utilizando un secador de bandejas a temperatura ambiente (20oC) y flujo constante de aire a 3 m/s por un tiempo aproximado de 20 minutos para evitar cualquier tipo de afectaciones tanto al fruto como al mismo recubrimiento. Posteriormente, los tres grupos de frutas de cada estudio (quitosano y almidón) fueron almacenados en tres cajas de cartón cubiertas, separadas y con orificios para la ventilación y respiración en el laboratorio ML-206.

3.7 Determinación de pérdida de peso

Inicial Final

1%

2%

Concentración quitosano (p/v)

Ángulo de contacto (º)

54.68 48.80

66.41 56.49

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La respiración en este tipo de frutos tiene un efecto directo en su peso, ya que, durante el proceso de maduración, se utiliza parte del agua en estos para la hidrólisis de enzimas tales como la pectina. Así, es imperativo determinar el cambio de peso de los frutos, los cuales se pesaron usando una balanza digital con precisión de 0.01 g de la marca VIBRA. Se realizó una medición en el primer día de experimentación (Día 1) como valor de referencia y posteriormente, se realizó un pesado a las pitahayas de cada grupo que no se utilizaron para pruebas invasivas. El porcentaje de pérdida se obtuvo de la siguiente manera:

%𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑝𝑒𝑠𝑜 =𝑃𝑒𝑠𝑜𝐷í𝑎1 − 𝑃𝑒𝑠𝑜𝐷í𝑎𝑀𝑒𝑑𝑖𝑐𝑖ó𝑛

𝑃𝑒𝑠𝑜𝐷í𝑎1∗ 100

Ecuación 1. Pérdida de peso

3.8 Evaluación del cambio de color

Para el registro de la coloración de los frutos estudiados se utilizó un colorímetro Konica Minolta CR-20. Este equipo se usó para tomar medidas en 10 puntos distintos del fruto y registra mediciones en el espacio de color CIE, L*a*b*. La coordenada L* describe la intensidad lumínica, la a* representa la escala verde-rojo (-60, +60) y la b* la escala azul-amarillo (-60, +60). Se buscó que los valores en la escala de b* fueran lo más positivos posibles, al ser el segmento de amarillos, y que la escala de a* tuviera una transición lenta desde los valores negativos (verdes) a los positivos (rojos). Estas mediciones se realizaron cada dos días con los frutos de cada grupo que no se utilizaron para las demás mediciones invasivas.

3.9 Medición de la tasa de respiración Con el fin de evaluar las variaciones en la respiración y determinación del pico climatérico de las pitahayas fue necesario medir la producción de gases de estas. Para el caso del estudio con quitosano se midió de manera directa la producción de CO2 en un periodo de 2 horas. Aunque el dióxido de carbono no es el gas principal asociado a la maduración de frutas climatéricas (es el etileno), el comportamiento de producción es altamente similar al presentado por la producción de etileno. Se usó un cromatógrafo de gases de la marca Lutron, el cual cuenta con una sonda que mide, por medio de un infrarrojo, las partículas de luz que no son absorbidas por el CO2 producido, el cual entra y sale de la sonda por dos orificios distintos. De esta manera, las frutas se colocaron en un volumen controlado y cerrado de polietileno de alta densidad, compuesto de bolsas tipo Ziploc con una abertura hermética por donde se da la entrada de la sonda de medición del cromatógrafo. En este volumen se midió la concentración de CO2 en el tiempo cero y transcurridas dos horas. Esta prueba se realizó un total de 6 veces en un periodo de 13 días a las frutas de cada grupo destinadas a pruebas no-invasivas, siendo un total de 5 por grupo. En el estudio con recubrimientos de almidón fue posible contar con un medidor de etileno, F-900 de la marca Felix Instruments, gas directamente relacionado con la maduración en las frutas. Este medidor funciona por medio de un sensor electroquímico, el cual oxida el etileno e interpreta la corriente eléctrica creada por la oxidación como la concentración de etileno en ppm [40]. El equipo contaba con un recipiente de medición de 8 litros, en el cual se adecuaron las 4 pitahayas destinadas para este tipo de pruebas no-invasivas. Se tomaron las medidas de etileno al principio de la

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medición y pasadas dos horas, para así calcular la producción de etileno. Se llevaron a cabo un total de 6 mediciones por cada grupo en un periodo de 10 días.

3.10 Medición de pH La medición del pH del fruto se llevó a cabo exclusivamente en el estudio con recubrimientos de quitosano. Fue necesario remover la cáscara de la pitahaya y licuar la pulpa interna. Al obtener la pulpa en estado líquido, se procedió a medir su pH utilizando un equipo multipárametro Mettler-Toledo. Es necesario mencionar que antes de evaluar el pH del fruto, el equipo fue calibrado utilizando una solución estable de KCl 3M, dado por recomendación del fabricante. La medición del pH de la pulpa de la pitahaya se efectuó cada dos días, al grupo de 12 pitahayas destinado para pruebas invasivas, seleccionando dos pitahayas aleatoriamente de cada grupo.

3.11 Determinación de la firmeza del fruto Se midió la fuerza de punción necesaria para atravesar la cáscara de la fruta, es decir, hasta lograr alcanzar la pulpa. Para esta determinación se utilizó un texturómetro TA.HD Plus de la marca Stable Micro Systems. Se estableció una velocidad de punción al fruto de 5 mm/s con una aguja cilíndrica de 2 mm. Este procedimiento se efectuó en 6 puntos distintos del fruto, cuatro alrededores de su zona media, uno en el extremo superior y otro en el inferior, alcanzando una penetración interna total de 20 mm. Dicha prueba se realizó en 6 ocasiones, en un periodo de 13 días para las pruebas con quitosano y de 10 días para las pruebas con almidón. Se usaron las pitahayas destinadas para pruebas invasivas, seleccionando dos pitahayas aleatoriamente de cada grupo.

3.12 Determinación de sólidos solubles totales (SST) Para la determinación de los sólidos solubles totales (SST) en la pulpa del fruto fue necesario licuar esta. Una vez licuada, la pulpa en forma líquida fue medida utilizando un refractómetro digital de la marca Mettler Toledo modelo Refracto 30PX con escala de 0%-85% y a temperatura ambiente de laboratorio (20oC). Este tipo de equipos mide los grados Brix (ºBx) en la sustancia, los cuales indican la cantidad de materia seca disuelta en la muestra. En otras palabras, a modo de ejemplo, si se tiene una medida de 15 ºBx, esto significa que, en una disolución de 100 g, se hallan 15 g de sólido disuelto. Esta prueba se realizó en 6 ocasiones, en un periodo de 13 días para las pruebas con quitosano exclusivamente. Se usaron las pitahayas destinadas para pruebas invasivas, seleccionando dos pitahayas aleatoriamente de cada grupo. 4. Resultados y análisis

4.1 Propiedades fisiológicas y requerimientos físicos

De acuerdo con la información reportada en las bases de datos del Ministerio de Agricultura con su programa Agronet y el Instituto Colombiano Agropecuario la pitahaya amarilla ha aumentado su producción constantemente en el territorio nacional como respuesta a la demanda no solo local pero también internacional. El peso promedio y hallado habitualmente en la producción varía entre

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los 130 g y 350 g. Su coloración al momento del consumo se establece en un índice de maduración entre 5 y 6, pero su cosecha se realiza alrededor de un 2 y 3 [4] [10]. Es un fruto con un alto porcentaje de agua (80-85%), el cual le da uso para sobrevivir a temperaturas cálidas, al ser un cactáceo. Por esta razón, es una fruta propensa a la perdida de agua excesiva, afectando su peso y dureza, según Asoppitaya [41]. También pierde su tonalidad amarilla en pocos días, tornándose roja/café por la oxidación en su pared celular. Su vida útil es dependiente de la temperatura a la cual se conserva, pero ronda los 10-12 días a 20oC. Teniendo esto en cuenta, se buscó que los recubrimientos a aplicar ofrecieran propiedades que pudieran mitigar los problemas asociados con su fisiología. Por tal razón se escogieron recubrimientos a base de quitosano y almidón modificado. El primero ofrece una baja permeabilidad al agua, posiblemente evitando la pérdida de esta en los frutos de manera pronunciada. Mientras que un polímero como el almidón ofrece una alternativa económica y natural, que complementada con un antioxidante como el ácido ascórbico pueden contrarrestar los efectos oxidativos asociados con la madurez de la fruta.

4.2 Pérdida de peso

El cambio de peso es uno de los síntomas mayormente asociados a la maduración en las frutas, especialmente en las pitahayas. Este resulta ser un problema, ya que, al perder peso de manera gradual, la fruta tiende a perder tanto firmeza como un aspecto aceptable para el consumidor, al tornarse más pequeña y con arrugas. La aplicación de quitosano como recubrimiento buscó atacar de manera directa este problema, al ofrecer una permeabilidad baja al agua, se pretendió limitar la pérdida de agua de la fruta y así evitar una consecuente pérdida de peso tan marcada. La Figura 1 muestra cómo, hasta el décimo día de estudio, se tuvo una pérdida de peso casi constante en el fruto para todos los grupos estudiados. Se puede observar una pérdida acumulada casi idéntica para el Control y el grupo Qui-1 (quitosano a 1 capa) alrededor del 17% y una pérdida de casi 16% para el grupo Qui-4 (quitosano a 4 capas). Sin embargo, después de este día, se logra percibir una separación marcada y gradualmente mayor a medida que pasaron los días, hasta llegar al último día de mediciones (28), donde se aprecia la mayor diferencia entre grupos. Cabe mencionar que este estudio tomó dos mediciones adicionales después del día 13, una en el día 17 y otra en el día

0102030405060

0 5 10 15 20 25 30

% P

érdi

da

Días

Cambio en la pérdida de peso (g) - quitosano Control Qui-1 Qui-4

Figura 1. Pérdida de peso del fruto - tratamiento con quitosano

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28, con el fin de evaluar posibles cambios en el comportamiento de las frutas. Tras realizar un análisis estadístico, se logra confirmar lo anteriormente mencionado, la existencia de una diferencia significativa entre la aplicación de 4 capas de quitosano al 1% (Qui-4) y ninguna aplicación a la pitahaya (Control) en su pérdida de peso con el tiempo (Anexo 6). Adicionalmente y de acuerdo a los resultados exhibidos, la aplicación de solo una capa de quitosano al 1% (Qui-1), muestra una pérdida de peso menor que el control negativo, y a pesar de no comprobarse una diferencia estadísticamente significativa, se logra apreciar que la adición de quitosano como recubrimiento tiene un efecto claro en la pérdida de agua y consecuente peso de la pitahaya amarilla.

Figura 2. Pérdida de peso del fruto - tratamiento con almidón

Por otro lado, el tratamiento que se hizo con almidón de yuca y almidón con adición de ácido ascórbico presentó resultados diferentes con respecto a la pérdida de peso de las frutas. En la Figura 2 se logra examinar como el comportamiento presentado por los 3 grupos de estudio (Control, 4 capas de almidón 2% y 4 capas de almidón modificado) es prácticamente el mismo para los primeros 4 días. Posteriormente se empiezan a presentar diferencias, especialmente entre los grupos con recubrimiento (AL y ALAA) y el control negativo. Un análisis estadístico demuestra que el efecto de los recubrimientos es significativo respecto a la pérdida de peso de la pitahaya (Anexo 7). Sin embargo, la diferencia con los resultados obtenidos en el estudio con quitosano radica en que en este caso los recubrimientos causan una pérdida de peso mayor que el control negativo. Esto puede deberse al hecho de que el almidón no presenta una permeabilidad baja al vapor de agua, lo cual causaría que el agua tenga facilidad de escaparse por los poros de la fruta y a través del mismo recubrimiento. De acuerdo a esto, se logra comprobar que los recubrimientos funcionan de la manera esperada que lo hagan con respecto a la pérdida de peso, la cual se da por la misma pérdida de agua. Es importante resaltar que dichos resultados se dan en un periodo de 10 días, lo cual es la misma cantidad que se tiene del estudio con quitosano antes de que se observaran cambios reales en la pérdida de peso de las pitahayas. Por esta razón, sería importante extender el periodo de pruebas para lograr un estudio más completo con los recubrimientos a base de almidón y de esta manera obtener resultados más concretos.

0

5

10

15

20

25

0 2 4 6 8 10

% P

érdi

da

Días

Cambio en la pérdida de peso (g) - almidónControl AL ALAA

14

4.3 Cambio de color Para lograr evaluar el cambio en coloración dado por las mediciones con el colorímetro en las pitahayas amarillas se debió realizar una comparación por cada rango (L*, a* y b*). Se buscó que el rango L*, que dicta la luminosidad (blancos a negros) en las muestras, se mantuviera en valores entre 40 y 50, lo cual indicaría estar alejado de tonos negros, asociados al pardeamiento.

Con respecto a la escala a* (verdes a rojos), es necesario mencionar que es inevitable el cambio desde tonos verdes a rojos dados por la madurez, pero se esperaba un cambio gradual lento. Finalmente, con el rango b* (azules a amarillos) se esperaban siempre valores altos, entre 40 y 60, indicando que se tiene una mayoría amarilla en la coloración de la pitahaya y que la disminución de estos valores se diera los más lento posible. El comportamiento para las coordenadas de coloración a* y b* en el tratamiento con quitosano muestran claras similitudes entre los grupos de estudio (Figura 3 y Anexo 14). Para la escala de coloración a* se puede evaluar que, aunque las pitahayas del grupo Qui-1 (1 capa de almidón 1%) inician teniendo valores menores, con el paso de los días, estos valores tienden a equipararse con los valores presentados por las frutas de los otros dos grupos. No obstante, el análisis estadístico realizado para estas coordenadas de coloración apunta a que existe una diferencia significativa debido a los recubrimientos de quitosano para la coordenada a*, específicamente entre el grupo

38

43

48

53

58

0 5 10 15 20

L*

Días

Luminosidad: L* - quitosanoControl Qui-1 Qui-4

Figura 3. Cambio en coordenadas a*, b*, L* - tratamiento con quitosano

0

5

10

15

20

0 5 10 15 20

a*

Días

Coordenadas verde/rojo: a* -quitosano

Control Qui-1 Qui-4

25

30

35

40

45

0 5 10 15 20b*

Días

Coordenadas azul/amarillo: b* - quitosano

Control Qui-1 Qui-4

15

Qui-1 y los demás grupos (Anexo 8). Esto puede encontrar explicación en el fenómeno anteriormente mencionado, siendo la coloración inicial de las pitahayas del grupo Qui-1, algo en lo que el recubrimiento no tendría una influencia directa. Por otro lado, el análisis estadístico realizado para el cambio en la coordenada b* muestra que no hay un efecto significativo por parte del recubrimiento de quitosano (Anexo 9). Esto indica que la tonalidad amarilla de las pitahayas no se ve afectada por la aplicación de recubrimientos a base de quitosano, apuntando a que su variación se dé por otros factores.

Con respecto a la luminosidad dada por la escala L*, es evidente que, tras un constante aumento para los tres grupos, se llega a un punto en donde este aumento se detiene para disminuir. Sin embargo, para el grupo Qui-4 se logra observar como esta disminución comienza a partir del día 10, y no el 8 como los otros 2 grupos. Esto podría ser un indicio de una posible prolongación de su vida útil visto reflejada en su coloración. Dicho esto, también podría ser una fluctuación normal en los valores, al encontrarse las coordenadas L* para los grupos Control y Qui-1 dentro del rango de error. El análisis estadístico confirma lo mencionado previamente, al no existir diferencia significativa para establecer un efecto concreto de los recubrimientos de quitosano sobre la coordenada de luminosidad L* de las pitahayas (Anexo 10). Paralelamente, el estudio con recubrimientos a base de almidón muestra ciertas diferencias con el tratamiento de quitosano. Es posible visualizar en la Figura 4 como el control negativo tiende a mostrar cambios más marcados en las tres coordenadas de color. Análisis estadísticos hechos para las coordenadas muestran una diferencia significativa entre el control negativo (Control) y los frutos con recubrimiento (AL y ALAA) para la coordenada a* (Anexo 11). Esto puede apuntar a algún efecto de la matriz de almidón en la oxidación de la pared celular de la pitahaya, lo cual

3742475257

0 5 10

L*

Días

Luminosidad: L* - almidónControl AL ALAA

Figura 4. Cambio en coordenadas a*, b*, L* - tratamiento con almidón

05

101520

0 5 10

a*

Días

Coordenadas verde/rojo: a* -almidón

Control AL ALAA

2530354045

0 5 10

b*Días

Coordenadas azul/amarillo: b* -almidón

Control AL ALAA

16

puede atribuirse a la barrera al oxígeno que tanto este polímero como el ácido ascórbico pueden llegar a ofrecer. No obstante, no se logra evidenciar una diferencia estadística entre los recubrimientos con almidón y almidón con adición de ácido ascórbico en la tonalidad de rojos en las pitahayas. Con respecto a la coordenada de amarillos b*, no se logró comprobar una diferencia estadística entre el grupo Control y los grupos con aplicación de recubrimiento de almidón (Anexo 12). Aun así, el comportamiento presentado en la Figura 4 para esta coordenada presenta un comportamiento distinto entre los grupos del tratamiento, especialmente el exhibido por el grupo Control, el cual se comprende de valores mayores en la coordenada b*. Por otro lado, los grupos AL y ALAA (almidón y adición de ácido ascórbico) exponen un comportamiento mucho más constante, con valores siempre menores. Esto puede indicar un efecto regulatorio por parte de la matriz de almidón con respecto a la degradación de clorofilas a cromoplastos en la pitahaya, atenuando la aparición de tonos amarillos.

4.4 Tasa de respiración

Figura 5. Producción de CO2 - tratamiento con quitosano

El recubrimiento de quitosano aplicado al fruto de pitahaya tuvo como principal objetivo el de ejercer como una barrera física a las condiciones atmosféricas que interactúan con esta. En este caso, el oxígeno y etileno hallados en la atmósfera a condiciones normales tienen como principal efecto en la fruta la respiración climatérica. Altos niveles de exposición a estos tipos de gases pueden causar un efecto acelerado en la respiración de la pitahaya, viendo su maduración también acortarse en el tiempo, lo cual puede medirse por medio de la producción de dióxido de carbono (CO2). Dicho esto, la Figura 5 permite apreciar la producción de este gas por cada uno de los grupos. Cabe destacar que estas mediciones se realizaron en las mañanas, con el fin de obtener datos consistentes evitando ruido por posibles fluctuaciones en el comportamiento metabólico del fruto a distintas horas del día. Con esto en mente, de la Figura 5 es importante destacar que todos los grupos cuentan con un comportamiento que incluye un punto máximo. Es decir, tienden a aumentar en el comienzo, hasta llegar a un pico de respiración, para luego iniciar un declive en la producción de CO2. De esta forma, se logra notar como el grupo Control tiene los picos más altos de producción, mientras que los grupos Qui-1 y Qui-4 (quitosano al 1% con 1 y 4 capas) promedian valores en torno a los 16 mg/Lh. A simple vista se puede resaltar que los grupos con aplicación de quitosano producen una menor cantidad de dióxido de carbono en comparación con el control. Pero, yendo más allá, se debe diferenciar el comportamiento entre los grupos Qui-1 y Qui-4, teniendo el primero un incremento, pico y decaimiento mucho más marcado que el presentado por el segundo. Este fenómeno parcial puede sugerir que existe una relación entre la cantidad de recubrimiento aplicado (número de capas) y la respiración de la pitahaya amarilla, más

12

22

32

42

52

0 2 4 6 8 10 12 14Prod

ucci

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O2

por h

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(mg/

L)

Días

Producción de CO2 por hora - quitosanoControl Qui-1 Qui-4

17

específicamente, en la regulación de esta. También es interesante demarcar el hecho que tanto el grupo Control como el grupo Qui-1 encuentran su pico de respiración alrededor del día 6, mientras que el grupo Qui-4 inicia un decaimiento a partir del día 8. Esto puede indicar una primera aproximación a una vida útil extendida por parte del recubrimiento de quitosano al 1% con cuatro capas.

Figura 6. Producción de C2H4 - tratamiento con almidón

Para el tratamiento de las pitahayas con almidón y almidón modificado fue posible medir la producción de etileno por medio de un equipo adquirido por el Departamento de Ingeniería Química. De la Figura 6 se logra percibir que cada uno de los grupos presenta un pico máximo de respiración de etileno, también conocido como pico climatérico. Este pico se halla alrededor del día 8 para las pitahayas de los grupos Control y AL mientras que para el grupo ALAA se presenta en el día 9. Sin embargo, el comportamiento presentado por los tres grupos a lo largo de los días de medición tiende a ser prácticamente el mismo, con ligeras diferencias puntuales hacia los últimos tres días (8, 9 y 10). Estos resultados pueden indicar que, a pesar de las leves diferencias presentadas en la producción de etileno, ni la adición de ácido ascórbico ni de almidón a una concentración de 1% (p/v) logran retardar de manera efectiva el índice de respiración de la pitahaya amarilla. Esto puede sugerir que, a pesar de la baja permeabilidad al oxígeno del almidón, este puede no ser el más efectivo con otros tipos de gases, como en este caso lo son el etileno o el dióxido de carbono.

4.5 pH de la pulpa El pH de la pulpa del fruto se asocia a la maduración del fruto, y en el caso de una fruta de carácter ácido como es la pitahaya, el comportamiento normal es que aumente con el tiempo. Esto puede apreciarse en la , en donde se tiene un aumento pronunciado para cada uno de los grupos. A pesar de esto, es posible identificar diferencias en el aumento de pH (disminución de acidez de la pulpa) entre cada grupo. Por ejemplo, el grupo Control hacia el día 10 tiene el pH más alto, lo cual indica que su acidez ha disminuido más que las pitahayas de los otros grupos, cambio asociado a una maduración más marcada. De la misma manera, el grupo Qui-1 (1 capa de quitosano) tiene un pH mayor que el grupo Qui-4 (4 capas de quitosano), lo cual puede sugerir una posible relación entre la pérdida de acidez en la pulpa y la presencia y cantidad de recubrimiento de quitosano en la superficie. No obstante, y a pesar de estas diferencias resaltadas, la varianza presenciada de pH entre cada grupo no deja de ser baja y el análisis estadístico (Anexo 16) para estos valores ratifica el hecho de no haber significancia entre los recubrimientos de quitosano y el pH de la fruta, como se ha comprobado en estudios con otras frutas como el arándano y el mango [42] [43].

00.10.20.30.4

0 2 4 6 8 10

Prod

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Días

Producción de etileno por hora - almidónControl AL ALAA

18

El aumento en el pH, siendo un proceso normal, puede no verse afectado por los recubrimientos al ser un proceso metabólico de las frutas, incluida la pitahaya. Así, mientras haya una cantidad suficiente de almidón y ácidos para convertirse en azucares y el fruto respire de manera normal, este proceso no se detendrá.

4.6 Firmeza del fruto La firmeza de la pitahaya, especialmente de su cáscara, es un aspecto importante a la hora de pensar en su exportación a destinos lejanos, debido a que esta posa como su única defensa contra golpes y abrasiones que pueda sufrir durante el transporte. La Figura 8 muestra la fuerza necesaria por el texturómetro para atravesar la cáscara de las pitahayas estudiadas y como esta varía con respecto al paso del tiempo. Es posible visualizar como es clara una diferencia en el comportamiento de la firmeza entre los grupos Control y Qui-1 con el del grupo Qui-4. Mientras los dos primeros grupos, correspondientes al control y una capa de quitosano al 1%, comparten una conducta similar de firmeza, el grupo con 4 capas de quitosano aparenta tener una naturaleza distinta. Se puede observar como esta sufre un aumento en los 6 primeros días de mediciones para luego disminuir hasta el día 8 y luego mantener una firmeza casi constante hasta el último día. Esta disminución dada en el día 8 sigue mostrando valores de firmeza mayores a los vistos con los grupos Control y Qui-1. Se logró comprobar, por medio de un análisis estadístico, que la aplicación de quitosano al 1% en 4 capas logra una diferencia significativa en la firmeza de la superficie de la pitahaya amarilla (Anexo 17). Aunque es difícil comprobar que la razón exclusiva de una mayor firmeza superficial en la fruta se de por la aplicación de estas capas de quitosano, si se podría sugerir que, al ofrecer una resistencia mecánica elevada, el hecho de aplicar un volumen determinado de quitosano logrará un endurecimiento en la superficie de la fruta. Por otro lado, aunque no existe evidencia estadística de una diferencia entre el control y la aplicación de una capa de quitosano, así como de 1 capa y 4 capas del biopolímero, si fue posible observar un

3.73.83.9

44.14.24.34.44.54.64.7

0 2 4 6 8 10 12 14

pH

Días

Cambio en el pH de la pulpa - quitosanoControl Qui-1 Qui-4

Figura 7. Cambio en el pH de la pulpa de pitahaya - tratamiento con quitosano

19

comportamiento consistente, es decir, la firmeza de la fruta presentó mayores valores al aplicar el biopolímero y aumentar su cantidad.

Por otro lado, es posible apreciar el comportamiento en la firmeza de la cáscara de pitahaya tras la aplicación de los recubrimientos a base de almidón en la Figura 9. Los valores de fuerza necesarios para atravesar la cáscara de la pitahaya muestran una diferencia notable entre los frutos con recubrimiento de almidón y el control negativo.

Figura 9. Cambio en la firmeza de la pitahaya - tratamiento con almidón

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0 2 4 6 8 10 12 14

Fuer

za (N

)

Días

Cambio de firmeza en la superficie -quitosano

Control Qui-1 Qui-4

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

0 2 4 6 8 10

Fuer

za (N

)

Días

Cambio de firmeza en la superficie -almidón

Control AL ALAA

Figura 8. Cambio en la firmeza de la pitahaya - tratamiento con quitosano

20

Es interesante apreciar como el grupo AL (almidón 2%), inclusive, tiene valores iniciales de dureza menores a los otros dos grupos para luego ver como aumentaba y se estabilizaba con valores más cercanos a los presentados por el grupo ALAA (almidón 2% con ácido ascórbico). A partir del día 4 es posible evaluar el comportamiento similar para los frutos en los grupos AL y ALAA mientras que aquellos del control negativo veían como su firmeza disminuía de manera notoria. Un análisis estadístico confirma lo anteriormente mencionado, demostrando la diferencia significativa que causa la aplicación de recubrimientos a base de almidón en la firmeza de la cáscara de la pitahaya (Anexo 18). Para poder encontrar una explicación a este comportamiento puede ser importante recordar el hecho que las matrices de almidón hayan causado una pérdida de peso mayor al control negativo. Si se tiene ese fenómeno en cuenta, dado principalmente por la pérdida de agua, es razonable suponer que, al perder una mayor cantidad de humedad, las pitahayas recubiertas con almidón tienden a secarse en menor tiempo y así ver un endurecimiento en su estructura.

4.7 Cantidad de sólidos solubles totales (SST) Los sólidos solubles totales se relacionan principalmente con la cantidad de azúcares disueltos en la pulpa de la fruta y es esperado que a medida que esta madure, su cantidad aumente ligeramente. La Figura 10 muestra variaciones en la cantidad de sólidos disueltos en la pulpa de la fruta para todos los grupos, aun así, estas variaciones no posan cambios abruptos para los grupos Qui-1 y Qui-4, mientras que el grupo Control si muestra fluctuaciones más marcadas. Esto puede llegar a indicar un posible efecto en el comportamiento regulado de los sólidos solubles totales por parte del quitosano en el recubrimiento.

Figura 10. Cambio en los sólidos solubles totales de la pitahaya - tratamiento con quitosano

No obstante, la poca variación de los valores para todos los grupos, su totalidad ente 16 y 20 ºBx, sugiere que la aplicación del recubrimiento a partir de quitosano no tiene un efecto significativo en la cantidad de sólidos solubles totales en la pulpa de la pitahaya amarilla. Con base en esto, se puede tomar como un indicio preliminar que la aplicación de quitosano no tiene ninguna relación en la formación de azucares disueltos y que esta propiedad no sufre grandes variaciones durante la duración del estudio. El análisis estadístico realizado indica que no hay una evidencia estadística que apunte a una diferencia significativa entre los recubrimientos a base de quitosano y su efecto

14.5

16.5

18.5

20.5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

ºBrix

Días

Cambio en Sólidos Solubles Totales (SST) -quitosano

Control Qui-1 Qui-4

21

en los sólidos solubles totales de las pitahayas (Anexo 19). Sin embargo, también se logra observar como no hay cambio significativo entre los SST y el día de medición, indicando que esta propiedad fisicoquímica tiende a comportarse de manera constante en los días estudiados, algo que se ha comprobado en varios estudios, incluyendo uno con pitahayas rojas [44]. Así se puede establecer que el comportamiento de esta propiedad interna de la pitahaya es independiente de la aplicación o no de recubrimientos a partir de quitosano.

5. Conclusiones El estudio relacionado con la aplicación de recubrimientos a base de biopolímeros a frutas con el fin de extender su vida útil es uno que crece a pasos agigantados a nivel académico alrededor del mundo. No obstante, hasta este momento existe una gran variedad de incógnitas relacionadas con los efectos y comportamientos de cada fruta en específico y la selección del tipo de recubrimientos adecuado. Antes de realizar este estudio especializado en la pitahaya amarilla, fruta exótica pero común en Colombia, se conocía de solamente otro estudio con recubrimientos poliméricos (quitosano) realizado con pitahayas rojas. Esto indica que, a pesar de los avances hasta la fecha, aún falta un camino largo por recorrer en lo que concierne al uso de recubrimientos y su posible implementación en la industria alimenticia. Al hablar de los resultados en si, se pueden concluir varias cosas. En primera medida es importante establecer el poco efecto que tienen las propiedades internas de la pitahaya amarilla, como el pH y los sólidos solubles totales, con la aplicación de recubrimientos a base de quitosano. Cosa similar ocurrió con la producción de etileno en el estudio con soluciones a base de almidón, la cual no presentó un mayor cambio durante el periodo de monitoreo. Esto puede usarse para establecer la necesidad de otro tipo de recubrimiento o una composición o cantidad de capas distintas a la hora de aplicarse. Un cambio más notorio se comprobó con la producción de dióxido de carbono en el estudio con soluciones a base de quitosano. Paralelamente, las propiedades relacionadas con el peso, la coloración y la dureza de la cáscara de la pitahaya también se vieron afectadas por la implementación de recubrimientos. Cabe mencionar que, aunque la dureza presentó valores mayores con los recubrimientos a base de almidón, estos pudieron darse por la pérdida excesiva de agua, causados por el secamiento y posterior endurecimiento de la superficie del fruto. Además, la pérdida de peso de las frutas tratadas con almidón fue inclusive mayor al control negativo, lo cual indica que este polímero, a la concentración y cantidad utilizada, causa un efecto contraproducente en el peso, dureza y posterior aspecto de la pitahaya amarilla. Con respecto a la aplicación de ácido ascórbico como agente antioxidante, no fue posible comprobar una diferencia estadística en su efecto en la coloración roja, relacionada con la oxidación, de las pitahayas. Aunque este grupo (ALAA) presentó una diferencia con el Control (pitahayas sin recubrimiento), no lo hizo con el grupo de adición de almidón al 2% (AL). De esta manera no es posible concluir que la concentración de ácido ascórbico utilizada tenga un efecto marcado en la oxidación enzimática de la superficie de la pitahaya amarilla. Teniendo en consideración los resultados obtenidos, así como lo mencionado previamente, es posible concluir que el quitosano al 1% es un biopolímero más adecuado buscando alargar la vida de la pitahaya amarilla. Esto se tiene con base en los resultados, los cuales muestran respuestas nulas como positivas para todas las propiedades medidas, mientras que el almidón podía tener

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ventajas en algunas, como el color o la dureza, pero el hecho de que la fruta perdiera más agua que lo normal sin recubrimiento alguno causa que se deban mirar otras opciones. Es interesante apuntar como las propiedades de la pitahaya más importantes para el mercado actual se vieron mejoradas con la aplicación de la solución formadora de quitosano al 1% en 4 capas, siendo las de su color, firmeza y peso. Por el contrario, las propiedades más relacionadas con la bioquímica de la maduración, como son la respiración de gases (CO2 y etileno), el pH y los sólidos solubles totales, no se vieron afectadas de manera conclusiva. Es importante, de igual forma, mencionar que al tener el quitosano un valor comercial mucho mayor que el almidón, es imperativo trabajar para buscar una variante más económica sin arriesgar la efectividad de esta.

6. Trabajo futuro Este estudio, al ser de los primeros realizados con pitahayas amarillas da la posibilidad de ejecutar una alta cantidad de variantes en el futuro, con el fin de alargar la vida útil de dicha fruta. Como primera medida, es recomendado efectuar experimentaciones de larga duración, lo cual permitiría ampliar el espectro de resultados y su calidad. También es imperativo trabajar con miras a seleccionar el correcto tipo de recubrimiento a usarse, lo cual incluye su composición, su cantidad, su forma de aplicación e inclusive su valor comercial. De acuerdo a esta premisa y teniendo en cuenta los resultados, es posible que tanto la cantidad, como la composición e inclusive la forma de aplicación de los recubrimientos pueda ser mejorada. La forma de aplicación puede ser mejorada si fuera por medio de la sumersión del fruto en la solución formadora, asegurando una distribución mejor distribuida y homogénea a lo largo de toda la superficie de la pitahaya. De igual manera, podría ser una alternativa interesante la aplicación de agentes activos que apunten de manera directa a la inhibición de etileno, como lo pueden ser el 1-MCP o los iones de plata [45]. Así, buscando afectar de forma directa el proceso metabólico de maduración del fruto y buscar resultados más marcados, traducidos en las propiedades previamente estudiadas. Detalladamente, el quitosano es un polímero que puede llegar a ofrecer mejores prestaciones para la extensión de la vida útil de la pitahaya amarilla con respecto al almidón de yuca, de ahí a que su precio sea mucho más elevado también. Sin embargo, los resultados logrados con la aplicación del almidón de yuca y su variante modificada con adición de ácido ascórbico no se alejan de manera significativa de aquellos con el quitosano, por lo menos no de la manera que sus precios en el mercado establecen. Así, podría ser una buena alternativa la de trabajar con más detalle en el objetivo de optimizar matrices a base de almidón de yuca.

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24

[25] H. E. Balaguera-Lopez y e. al., «Etileno y retardantes de la maduración en la poscosecha de productos agrícolas. Una revisión,» REVISTA COLOMBIANA DE CIENCIAS HORTÍCOLAS, vol. 8, nº 2, pp. 302-314, 2014.

[26] R. M. Geraldine y e. al., «Characterization and effect of edible coatings on minimally processed garlic quality,» Carbohydrate Polymers, vol. 72, pp. 403-409, 2008.

[27] A. M. Vaca Bohórquez, «Estudio del efecto de las variables de formulación y del proceso de plastificacion en las propiedades de barrera y mecánicas de películas a base de kefiran, y de su efectividad como recubrimientos protectores al ambiente para mango criollo colombiano,» 2015.

[28] K. Koushesh, «Desarrollo de recubrimientos a base de kefiran & almidón para prolongar la vida útil de la guanábana (Annona Muricata),» pp. 2-16, 2017.

[29] J. C. Quintero, V. Falguera y A. Muñoz, «Películas y recubrimientos comestibles: importancia y tendencias recientes en la cadena hortofrutícola,» Revista Tumbaga, vol. 5, pp. 93-118, 2010.

[30] C. Ramirez Barragán y e. al., «Determinación del grado de desacetilación de quitosana mediante titulación potenciométrica, FTIR y Raman,» Coloquio de Investigación Multidisciplinaria, vol. 4, nº 1, pp. 769-776, 2016.

[31] C. Lárez Velásquez, «ALGUNOS USOS DEL QUITOSANO EN SISTEMAS ACUOSOS,» Revista Iberoamericana de Polímeros, vol. 4, nº 2, pp. 91-109, 2003.

[32] A. El Ghaouth y e. al., «Chitosan Coating to Extend theStorage Life of Tomatoes,» HortScience, vol. 27, nº 9, pp. 1016-1018, 1992.

[33] B. Oiveira, A. Cruz y E. Alves, «Cassava starch coatings for postharvest control of papaya anthracnose,» Phytopathologia Mediterranea, vol. 55, nº 2, pp. 276-284, 2016.

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[35] Ministerio de Agricultura, «Yuca - Indicadores Diciembre 2015,» 2016. [En línea]. Available: https://sioc.minagricultura.gov.co/Yuca/Documentos/002%20-%20Cifras%20Sectoriales/Cifras%20Sectoriales%20-%202015%20Diciembre.pdf. [Último acceso: 3 Junio 2018].

[36] K. Eca, T. Sartori y F. Menegalli, «Films and edible coatings containing antioxidants – a review,» Brazilian Journal of Food Technology, vol. 17, nº 2, pp. 98-112, 2014.

[37] W. Cort, «Antioxidant Properties of Ascorbic Acid in Foods,» Ascorbic Acid: Chemistry, Metabolism, and Uses, vol. 200, pp. 533-550, 1982.

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[39] L. Lin, B. Wang, M. Wang, J. Cao, J. Zhang, Y. Wu y W. Jiang, «Effects of a chitosan-based coating with ascorbic acid on post-harvest quality and core browning of ‘Yali’ pears (Pyrus bertschneideri Rehd),» Journal of the Science of Food and Agriculture, vol. 88, pp. 877-884, 2008.

[40] InSak S.A.S., Medidor de etileno C2H4 F-900, Bogotá, 2018. [41] S. Garcia, Interviewee, [Entrevista]. 26 Abril 2018. [42] C. Mannozzi y e. al., «Study on the efficacy of edible coatings on quality of blueberry fruits during shelf-life,»

LWT - Food science and technology, vol. 85, nº B, pp. 440-444, 2017. [43] S. Nongtaodum y A. Jangchud, «Effects of Edible Chitosan Coating on Quality of Fresh-Cut Mangoes (Fa-

lun) During Storage,» Kasetsart Journal - Natural Science, vol. 43, nº 5, pp. 282-289, 2009. [44] P.-J. Chien y e. al., «Quality assessment of low molecular weight chitosan coating on sliced red pitayas,»

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1573, pp. 270-272, 2017.

25

8. Anexos

Anexo 1. Índices de maduración de la pitahaya amarilla. (Fuente norma técnica NTC 3554)

Rango de peso

Índice de color Bajo Medio Alto Número de

frutas

Grupo 1 3 1 1 0 2 4 3 9 3 15

Grupo 2 3 1 1 0 2 4 3 9 3 15

Grupo 3 3 0 1 0 1 4 3 10 3 16

Total 11 31 9 51

Anexo 2. Clasificación de frutas - estudio con quitosano

Rango de peso

Índice de color Bajo Medio Alto Número de

frutas

Grupo 1 3 1 3 1 5 4 1 8 2 11

Grupo 2 3 0 3 2 5 4 2 8 1 11

Grupo 3 3 1 3 1 5 4 2 7 2 11

Total 7 32 9 48

Anexo 3. Clasificación de frutas - estudio con almidón

26

Anexo 4. Ángulos de contacto formados entre solución de quitosano 1 % y superficie de pitahaya

Anexo 5. Ángulos de contacto formados entre solución de quitosano 2% y superficie de pitahaya

Anexo 6: Prueba estadística para efecto sobre pérdida de peso con quitosano Modelo lineal general: % Perdida vs. Día; Grupo Método

Codificación de factores (-1; 0; +1) Información del factor

Factor Tipo Niveles Valores

Día Fijo 6 1; 2; 3; 4; 5; 6

Grupo Fijo 3 1; 2; 3 Análisis de Varianza

Fuente GL SC Ajust. MC Ajust. Valor F Valor p

27

Día 5 949,142 189,828 262,92 0,000

Grupo 2 8,298 4,149 5,75 0,022

Error 10 7,220 0,722

Total 17 964,659

Anexo 6. Análisis estadístico para el efecto del recubrimiento de quitosano en la pérdida de peso. Se observa según la prueba de

Tukey, la diferencia estadística entre el control y las 4 capas de quitosano al 1% en la pérdida de peso de la fruta.

Anexo 7: Prueba estadística para efecto sobre pérdida de peso con almidón Modelo lineal general: % Pérdida vs. Día; Grupo Método



Día Fijo 6 1; 2; 3; 4; 5; 6



Día 5 681,741 136,348 1806,51 0,000

Grupo 2 1,551 0,776 10,27 0,004

Error 10 0,755 0,075

Total 17 684,047

28

Anexo 7. Análisis estadístico para el efecto del recubrimiento de almidón en la pérdida de peso. Al tener un p-value menor al 5%, se observa en el análisis de varianza la diferencia entre la aplicación de recubrimientos en la pérdida de peso del fruto.

Anexo 8: Prueba estadística para efecto sobre coordenada a* con quitosano Modelo lineal general: a* vs. Dia; Grupo Método



Dia Fijo 6 1; 2; 3; 4; 5; 6



Dia 5 6957,8 1391,56 184,36 0,000

Grupo 2 133,1 66,54 8,82 0,000

Error 892 6732,7 7,55

Falta de ajuste 10 159,5 15,95 2,14 0,019

Error puro 882 6573,2 7,45

Total 899 13823,6

Anexo 8. Análisis estadístico del efecto de recubrimientos de quitosano sobre coordenada a*. Tanto la prueba de Tukey como el

análisis de varianza muestran una diferencia estadística en el efecto de la coordenada a* del fruto.

29

Anexo 9: Prueba estadística para efecto sobre coordenada b* con quitosano Modelo lineal general: b* vs. Dia; Grupo Método



Dia Fijo 6 1; 2; 3; 4; 5; 6



Dia 5 4459,2 891,83 20,99 0,000

Grupo 2 60,1 30,03 0,71 0,494

Error 892 37901,6 42,49

Falta de ajuste 10 417,5 41,75 0,98 0,457

Error puro 882 37484,1 42,50

Total 899 42420,8

Anexo 9. Análisis estadístico del efecto de recubrimientos de quitosano sobre coordenada b*. No se observa una diferencia

estadística en la aplicación de soluciones formadoras de quitosano en la coordenada b* al haber un p-value mayor a la significancia de 5%.

Anexo 10: Prueba estadística para efecto sobre coordenada L* con quitosano Modelo lineal general: L* vs. Dia; Grupo Método



Dia Fijo 6 1; 2; 3; 4; 5; 6


30


Dia 5 5649,6 1129,92 26,96 0,000

Grupo 2 113,8 56,88 1,36 0,258

Error 892 37385,6 41,91

Falta de ajuste 10 94,2 9,42 0,22 0,994

Error puro 882 37291,4 42,28

Total 899 43149,0

Anexo 10. Análisis estadístico del efecto de recubrimientos de quitosano sobre coordenada L*. No se observa una diferencia


Anexo 11: Prueba estadística para efecto sobre coordenada a* con almidón Modelo lineal general: a* vs. Día; Grupo Método



Día Fijo 6 1; 2; 3; 4; 5; 6



Día 5 367,43 73,486 19,51 0,000

Grupo 2 35,72 17,862 4,74 0,012

Error 64 241,06 3,767

Falta de ajuste 10 20,06 2,006 0,49 0,889

Error puro 54 221,00 4,093

Total 71 644,22

31

Anexo 11. Análisis estadístico del efecto de recubrimientos de almidón sobre coordenada a*. Se observa una diferencia

estadística entre el Control y los grupos con adición de almidón por medio de la prueba de Tukey.

Anexo 12: Prueba estadística para efecto sobre coordenada b* con almidón Modelo lineal general: b* vs. Día; Grupo Método



Día Fijo 6 1; 2; 3; 4; 5; 6



Día 5 234,56 46,911 2,65 0,031

Grupo 2 90,69 45,346 2,56 0,085

Error 64 1131,74 17,683

Falta de ajuste 10 30,60 3,060 0,15 0,999

Error puro 54 1101,13 20,391

Total 71 1456,98

Anexo 12. Análisis estadístico del efecto de recubrimientos de almidón sobre coordenada b*. No se observa una diferencia


32

Anexo 13: Prueba estadística para efecto sobre coordenada L* con almidón Modelo lineal general: L* vs. Día; Grupo Método



Día Fijo 6 1; 2; 3; 4; 5; 6



Día 5 110,32 22,065 1,56 0,186

Grupo 2 92,58 46,288 3,26 0,045

Error 64 908,07 14,189

Falta de ajuste 10 19,08 1,908 0,12 1,000

Error puro 54 888,99 16,463

Total 71 1110,97

Anexo 13. Análisis estadístico del efecto de recubrimientos de almidón sobre coordenada L*. Se logra observar una diferencia

estadística entre el Control y el grupo con almidón y ácido ascórbico en la coordenada de luminosidad de la fruta por medio de la prueba de Tukey.

33

Día Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3

1

8

13

17

28

Anexo 14. Cambio de color de las pitahayas con el tratamiento de quitosano

Día Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3

1

4

8

9

10

Anexo 15. Cambio de color de las pitahayas con el tratamiento de almidón

34

Anexo 16: Prueba estadística para efecto sobre pH con quitosano Modelo lineal general: pH vs. Día; Grupo Método



Día Fijo 6 1; 2; 3; 4; 5; 6



Día 5 0,73024 0,146049 17,86 0,000

Grupo 2 0,02442 0,012212 1,49 0,242

Error 28 0,22901 0,008179

Falta de ajuste 10 0,11663 0,011663 1,87 0,119

Error puro 18 0,11239 0,006244

Total 35 0,98368

Anexo 17: Prueba estadística para efecto sobre la dureza con quitosano Modelo lineal general: Fuerza (N) vs. Día; Tipo Método



Día Fijo 6 1; 2; 3; 4; 5; 6

Tipo Fijo 3 1; 2; 3 Análisis de Varianza


Día 5 8,0851 1,6170 10,60 0,000

Tipo 2 0,9978 0,4989 3,27 0,053

Error 28 4,2695 0,1525

Anexo 16. Análisis estadístico sobre el efecto en el pH de la fruta - tratamiento con quitosano. No se observa una diferencia estadística en la aplicación de soluciones formadoras de quitosano en el pH de la fruta al haber un p-

value mayor a la significancia de 5%.

35

Falta de ajuste 10 1,4167 0,1417 0,89 0,557

Error puro 18 2,8528 0,1585

Total 35 13,3523

Anexo 17. Análisis estadístico sobre el efecto en la firmeza de la fruta - tratamiento con quitosano. Se logra observar una

diferencia estadística entre el Control y el grupo con 4 capas de quitosano al 1% en la firmeza de la cáscara de la fruta por medio de la prueba de Tukey.

Anexo 18: Prueba estadística para efecto sobre la dureza con almidón Modelo lineal general: Dureza vs. Día; Grupo Método



Día Fijo 6 1; 2; 3; 4; 5; 6



Día 5 1,8690 0,37380 4,94 0,015

Grupo 2 2,1683 1,08416 14,32 0,001

Error 10 0,7569 0,07569

Total 17 4,7942

36

Anexo 18. Análisis estadístico sobre el efecto en la firmeza de la fruta - tratamiento con almidón. Al tener un p-value menor al 5%, se observa en el análisis de varianza la diferencia entre la aplicación de recubrimientos en la firmeza de la cáscara del

fruto. La prueba de Tukey confirma esta diferencia entre el Control y los grupos con adición de recubrimientos a base de almidón.

Anexo 19: Prueba estadística para efecto sobre los sólidos solubles totales con quitosano Modelo lineal general: Brix vs. Día; Grupo Método



Día Fijo 6 1; 2; 3; 4; 5; 6



Día 5 7,909 1,5818 1,75 0,156

Grupo 2 3,702 1,8508 2,05 0,148

Error 28 25,317 0,9042

Falta de ajuste 10 10,222 1,0222 1,22 0,343

Error puro 18 15,095 0,8386

Total 35 36,927

Anexo 19. Análisis estadístico sobre el efecto en los sólidos solubles totales - tratamiento con quitosano. No se observa una

diferencia estadística en la aplicación de soluciones formadoras de quitosano en los sólidos solubles totales del fruto al haber un p-value mayor a la significancia de 5%.

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