Evaluación de la eficacia de la combinación de permanganato potásico y radiación UV-C en la conservación de frutos climatéricos y su impacto en la calidad sensorial y la reducción de pérdidas postcosecha.

Abstract

El etileno es una hormona vegetal producida de forma mayoritaria por los frutos climatéricos, lo que favorece su maduración. Sin embargo, aunque en momentos puntuales del desarrollo de los vegetales puede llegar a tener un efecto positivo, como puede ser el de favorecer el crecimiento de los frutos antes de la recolección, durante la postcosecha y especialmente durante el almacenamiento, esta hormona se acumula y provoca la aceleración de los procesos de degradación relacionados con la maduración. La mayoría de estos procesos son perjudiciales para toda la línea de comercialización de frutas, como es la pérdida de peso, de calibre, de firmeza, de compuestos bioactivos y de calidad organoléptica. Durante las últimas dos décadas se han diseñado diversos sistemas de eliminación o inactivación de etileno para solventar este problema. Entre ellos destaca el empleo de permanganato de potasio (KMnO4) por su elevada eficiencia a la hora de eliminar el etileno y su coste reducido. Concretamente, esta molécula consigue oxidar el etileno a CO2 y agua. También se han desarrollado diversas estrategias para mejorar el contacto entre el permanganato de potasio y el etileno, como es la combinación con sustancias adsorbentes y absorbentes que permitan aumentar la superficie de contacto entre el permanganato y el etileno. Actualmente, las investigaciones continúan en la línea de desarrollar y perfeccionar métodos que consigan la mínima concentración de etileno en los ambientes de conservación, transporte y venta de frutas.

El principal objetivo de la presente Tesis ha sido evaluar la aplicación de un sistema de eliminación de etileno, proporcionado por la empresa KEEPCOOL y basado en la combinación de permanganato de potasio y radiación UV-C, sobre productos vegetales de interés para el sector hortofrutícola. Los productos seleccionados fueron el melocotón, la pera, el tomate, el albaricoque, ciertas plantas aromáticas y el brócoli. Se simularon situaciones de almacenamiento en las que se puso a prueba el sistema de eliminación de etileno a diferentes temperaturas, y se evaluó la calidad de los frutos tratados. Se analizó la composición de gases de la atmósfera de conservación, y se determinó la calidad de las frutas y verduras almacenadas mediante parámetros físicos y bioquímicos, presencia de compuestos volátiles, así como la calidad organoléptica a lo largo de todo el periodo de almacenamiento.

El sistema de eliminación de etileno mostró una elevada eficacia para reducir la concentración de etileno en la atmósfera de conservación, obteniendo concentraciones de esta hormona cercanas a 0 ppm. Como consecuencia de estos datos se observó que, en los tratamientos en los que aplicó el sistema de eliminación de etileno, se retrasó la degradación relacionada con los procesos de maduración.

Desde un punto de vista fisicoquímico, los frutos tratados redujeron la pérdida de peso y mantuvieron más estables los valores de calibre, firmeza, acidez total y pH, mientras que evitaron el incremento del contenido en solidos solubles y en el índice de maduración. Desde el punto de vista bioactivo, los frutos mantuvieron en gran medida la capacidad antioxidante total, incluyendo la concentración de ácido ascórbico y el contenido total en fenoles. En los análisis sensoriales se observó que los frutos conservados con el sistema de eliminación de etileno presentaban mejores calificaciones por parte de los expertos y mayor presencia de compuestos volátiles relacionados con productos de menor madurez o más jóvenes. También se llevó a cabo ensayos para evaluar el efecto del sistema de eliminación de etileno en situaciones de combinación de diferentes frutas/verduras. En este sentido, cuando se estudió el almacenamiento conjunto de brócoli (sensible al etileno) y tomate (productor de etileno), se observó que la calidad del brócoli almacenado con tomate se veía muy poco afectada cuando se trataba con el sistema de eliminación de etileno, evitando con ello su rechazo en el punto de destino y haciendo posible su transporte combinado.

El sistema de eliminación de etileno aplicado fue notablemente eficaz a la hora de retirar el etileno producido de forma natural por los frutos, eliminando hasta el 90 % del etileno presente. Como consecuencia, permitió mantener durante más tiempo las características de la fruta, en relación al control, que se deterioró más rápidamente. Tanto en los análisis fisicoquímicos, bioquímicos, como sensoriales y aromáticos se observó que la degradación de las características iniciales se retrasó. Esto sugiere un aumento de la vida útil manteniendo la calidad del producto.

VERSIÓN EN INGLÉS

Ethylene is a plant hormone primarily produced by climacteric fruits, which promotes their ripening. However, although it can have a positive effect at specific stages of plant development, such as promoting fruit growth before harvesting, during post-harvest and especially during storage, this hormone accumulates and accelerates degradation processes associated with ripening. Most of these processes are detrimental to the entire fruit marketing chain, including weight loss, size reduction, loss of firmness, loss of bioactive compounds, and deterioration of organoleptic quality. Over the past two decades, various systems for the removal or inactivation of ethylene have been designed to address this problem. Among them, the use of potassium permanganate (KMnO4) stands out for its high efficiency in ethylene removal and its low cost. Specifically, this molecule oxidizes ethylene into CO2 and water. Several strategies have also been developed to improve the contact between potassium permanganate and ethylene, such as combining it with adsorbent and absorbent substances to increase the contact surface area between the permanganate and ethylene. Currently, research continues to focus on developing and refining methods to achieve the lowest possible concentration of ethylene in fruit preservation, transportation, and sales environments.

The main objective of this Thesis has been to evaluate the application of an ethylene removal system provided by KEEPCOOL company, based on the combination of potassium permanganate and UV-C radiation, on vegetable products of interest to the horticultural sector. The selected products were peaches, pears, tomatoes, apricots, certain aromatic plants, and broccoli. Storage situations were simulated to test the ethylene removal system at different temperatures, and the quality of the treated fruits was evaluated. The composition of the storage atmosphere gases was analysed, and the quality of the stored fruits and vegetables was determined through physical and biochemical parameters, presence of volatile compounds, as well as the organoleptic quality throughout the entire storage period.

The ethylene removal system showed high efficacy in reducing the ethylene concentration in the storage atmosphere, achieving hormone concentrations close to 0 ppm. As a result of these data, it was observed that in treatments where the ethylene removal system was applied, degradation related to ripening processes was delayed. From a physicochemical perspective, the treated fruits experienced reduced weight loss and maintained more stable values of size, firmness, total acidity, and pH, while preventing an increase in soluble solids content and ripening index. From a bioactive standpoint, the fruits largely maintained their total antioxidant capacity, including concentrations of ascorbic acid and total phenols. Sensory analyses revealed that fruits preserved with the ethylene removal system received better ratings from experts and exhibited a greater presence of volatile compounds associated with less mature or younger products. Additionally, experiments were conducted to evaluate the effect of the ethylene removal system in situations involving the combination of different fruits/vegetables. In this regard, when the joint storage of broccoli (ethylenesensitive) and tomato (ethylene producer) was studied, it was observed that the quality of broccoli stored with tomatoes was minimally affected when treated with the ethylene removal system. This prevented its rejection at the destination point and made combined transportation possible.

The applied ethylene removal system was remarkably effective in removing naturally produced ethylene from the fruits, eliminating up to 90% of the present ethylene. As a result, it allowed the fruit to maintain its characteristics for a longer period compared to the control, which deteriorated more rapidly. In physicochemical, biochemical, sensory, and aroma analyses, it was observed that the degradation of the initial characteristics was delayed. This suggests an extension of the shelf life while preserving the product quality.