JUSTIFICACIÓN.

La piña a pesar de que no sea un alimento con un tamaño muy grande, a veces su comercialización es difícil. Además debido a las características de la piel, no es un producto fácil de pelar, por lo que venderlo ya pelado y troceado puede facilitar su comercialización y por tanto que aumente su consumo. La piña se puede consumir tanto de manera fresca como en conserva (Llorca, 2015).

Los alimentos de cuarta gama, mínimamente procesados, precortados o fresh cut, corresponden a frutas, vegetales y hortalizas limpias que han sido sometidas a un mínimo procesamiento, esencialmente lavado, troceado y envasado (Defilippi & Campos, 2006, 20-21). Este tipo de envasado en atmósfera modificada (MAP) mantiene las características físico-químicas, sensoriales y funcionales. Las frutas y verduras presentan mejor color, frescura, apariencia y sabor, llegando al consumidor con gran calidad. Asimismo, a la hora de optar por productos de este tipo el método más utilizado para su comercialización es partida en trozos y envasada, en especial, en alimentos que tienen una cáscara que no se consume como es el caso de la piña.

Sin embargo, las frutas con un procesamiento mínimo son elementos vivos que interaccionan con su entorno. La falta de desarrollo de nuevas técnicas de conservación produce grandes pérdidas poscosecha. Para obtener resultados de calidad es necesario conocer los efectos que su preparación pueda ejercer en este tipo de alimento, y sus implicaciones en la calidad final del mismo.

El estudio y desarrollo de tecnologías que mejoren la conservación de alimentos contribuye a los objetivos de producción y consumo responsable y hambre cero de los objetivos de desarrollo sostenible aprobados por la ONU en la Agenda 2030 . (Organización de las Naciones Unidas [ONU], 2015), adoptando medidas para asegurar el buen funcionamiento de los mercados de productos básicos alimentarios y sus derivados, y reduciendo el desperdicio de alimentos.

OBJETO DE ESTUDIO.

El objeto del estudio son piñas (Ananas Comosus) puras y tratadas por dippings (sumergimiento) con ácido cítrico, ácido ascórbico y ácido etilendiaminotetraacético (EDTA).

Las piñas son sometidas a su respectivo dipping o se conservan sin tratamiento, con dos cortes verticales por la mitad obteniendo cuatro piezas que son conservadas durante 8 días en un recipiente herméticamente cerrado y preservadas a dos temperaturas, la temperatura de refrigeración a 5ºC y la ambiente a 20ºC. Diariamente se hacen dos mediciones de CO2 y O2 para obtener la evolución de gases y así calcular la tasa de respiración y el coeficiente respiratorio.  

Otras dos piñas, son cortadas en cuatro  piezas y se someten o no a sus respectivos ácidos. Una piñas es preservada durante cuatro días a una refrigeración de 5ºC y la otra se emplea en el instante en el que se realiza la preparación previa. A estas muestras se les analizan las características físico-químicas del pH, sólidos solubles, acidez total, color, índice de madurez y pérdida de peso.

ANTECEDENTES Y ESTADO DE LA CUESTIÓN 

Definiciones operacionales. 

• Tasa de respiración (TR): Cantidad de CO2 emitido o de O2 consumido por kg de fruta y hora.

• Coeficiente respiratorio (CR): relación entre el CO2 producido y el O2 consumido. Este valor abarca un rango comprendido entre 0.7 y 1.3 (Kader, 1987; (Kader et al., 1989). 

• Envasados en atmósfera modificada (MAP): «Modified Atmosphere Packaging». Envases de alimentos en mezclas de nitrógeno, dióxido de carbono y oxígeno con el fin de reducir su deterioro.

• pH = - log [H3O+].

• Acidez total: Cantidad de ácido predominante, en este caso, porcentaje de ácido cítrico, ácido principal de la piña. Medida según el método oficial de medida de acidez titulable para frutas y derivados de la fruta (AOAC Official Methods 942.15).

• Sólidos solubles en º Brix : Medida expresada por gramos de sólidos solubles por cada 100 gramos de producto, según el método oficial de medición de sólidos solubles (AOAC Official Methods 932.14C).

• Color: Medida del color de la piña empleando el espacio de color CIEL*a*b*. 

• Índice de madurez: Relación entre los sólidos solubles y la acidez total. 

Estado de la cuestión.

Piña (Ananas comosus).

     La piña, Ananas Comosus, pertenece a la Familia de las Bromeliáceas. Es una planta perenne, monocárpica, que crece al ras del suelo. Cada tallo florece una única vez y produce sólo un fruto que tarda en crecer y madurar entre 5 y 6 meses (Torija Isasa et al., 1992, 462). Cuando el fruto de la piña se encuentra maduro, la pulpa es firme y flexible, las hojas se pueden arrancar de un tirón y el aroma de la parte inferior de la planta es más intenso (Llorca, 2015).

El clima óptimo para el  desarrollo de la piña se encuentra en zonas tropicales donde la temperatura varía entre 16-32 ºC, siendo indeseables las heladas, bajas temperaturas y exceso de radiación solar, por esta razón esta fruta procede de Brasil, Argentina y Paraguay. En la actualidad, los principales productores son países tropicales; entre los que destacan Brasil, Tailandia y Filipinas (Cámara Hurtado, 1992).

La fruta tiene muchos productos derivados de ella, existe una gran variedad de fibras que se obtienen del interior de las hojas y se utilizan en la industria textil hasta la aplicación en la industria alimentaria: consumo de consumo de fruta fresca, enlatada, zumos, néctares, ensaladas y otros (Cámara Hurtado, 1992).

Esta fruta tiene diferentes fases del desarrollo y maduración (Gortner et al., 1967; Cámara Hurtado, 1992):

• Desarrollo: Final de la floración y comienzo de la maduración..

• Pre Maduración y maduración: Diferenciación de tejidos y sintesis especifica de ciertas enzimas responsables de los cambios de color, textura y sabor. La maduración organoléptica transforma un producto fisiológicamente maduro a otro visual olfativo y gustativamente atractivo. La piña está compuesta de pequeñas frutas que maduran de forma progresiva desde la base hasta el ápice: no todas las partes de la fruta presentan el mismo estado de desarrollo (Gortner et al., 1967; Cámara Hurtado, 1992). Se caracteriza  por disminución de pigmentos clorofílicos y aumento de carotenoides, disminución del pH del zumo y aumento de acidez, y aumento del contenido de azúcar, y del estrés volátiles, etc (Cheftel et al., 1992; Gortner et al., 1967; Cámara Hurtado, 1992).

• Senescencia: Cesan los procesos bioquímicos anabólicos o sintéticos y comienzan los catabólicos o degradativos, hasta la muerte tisular. Desorganización, ablandamiento y ruptura de tejidos, pardeamientos enzimáticos, y alteraciones en el aroma típico de la fruta. (Belitz & Grosch, 1988; Gortner et al., 1967; Wills et al., 1984)

El momento óptimo para recoger la piña está condicionado a cual sea el uso al que se destine la fruta: para la industria del enlatado, se requiere la recolección de fruta madura, lo que se observa el color externo y el ruido al golpear la base del fruto; en cambio para la exportación se requieren frutos medio maduros. Para los mercados locales se precisan frutas totalmente maduras, según las apetencias de los consumidores de las zonas (Cámara Hurtado, 1992).

Dado que la piña está compuesta de múltiples frutos, su composición química no es uniforme y depende de múltiples factores como variedad, estado de madurez, clima, cultivos, etc.

Sin embargo, distintos autores (Jean & Regine, 1990; Bieling & Werner, 1973; Gortner et al., 1967; Kermasha et al., 1987; Singleton, 1965; Souci et al., 1986) coinciden en definir unos rangos de composición química bastante similares: Como en casi todas las frutas, el componente mayoritario de la piña es el agua, ya que presenta un 80-94.4%. 

Los hidratos de carbono son los que siguen cuantitativamente al agua, no hay grandes diferencias entres los valores aportados por los distintos autores, que indican un rango entre el 10 y el 15% de azúcares solubles (fructosa, glucosa y sacarosa) y todos ellos coinciden en indicar la sacarosa coma azúcar mayoritario, dos terceras partes del total (Woodroof & Luh, 1986). La parte hidrocarbonada de la piña tiene gran importancia, ya que aporta la mayor proporción de energía metabolizable y los consumidores se ven atraídos por el sabor dulce que este grupo de compuestos proporciona a la fruta. Por otra parte, los hidratos de carbono no aprovechables constituyen la fibra alimentaria que se encuentran en la piña fundamentalmente en forma de pectinas (Cámara Hurtado, 1992).

La piña presenta unos valores de fibras cercanos al 1% que pueden considerarse intermedios entre los presentados por otras frutas como la sandía 0,27% y el coco 4,4% (Vidal Valverde et al., 1982; Cámara Hurtado, 1992).

En relación al contenido de proteínas de la piña, su proteína es de carácter principalmente funcional, al ser en su mayoría enzimas. El contenido proteico es del orden del 0,1 - 0,4 (Bieling & Werner, 1973; Kermasha et al., 1987; Souci et al., 1986). La importancia de la fracción proteica de la piña es debido a la presencia de una enzima llamada la bromelina, similar a la pepsina, de gran actividad proteolítica: por ello, es excelente desde el punto de vista digestivo (Bonnassieux, 1988). Respecto al contenido de aminoácidos, la mayoría son glicina y alanina (Cámara Hurtado, 1992).

La acidez de la piña se debe fundamentalmente a los ácidos cítricos y L-málico (Singleton, 1965) y en menor proporción, ya que no siempre están presentes; el ácido oxálico, ácido succínico y ácido malónico. Encontrándose valores de acidez total (expresado en ácido cítrico) entre 0,6-1,62%.

La respiración vegetal y celular. 

Las frutas y verduras se encuentran vivas al estar unidas a la planta y al separarse continúan vivas, y siguen respirando (Navarro, 2003). La respiración es un proceso degradatorio que consiste en la oxidación de moléculas orgánicas complejas a moléculas más simples, formando CO2, H2O y liberando energía. Se puede conseguir esta energía con intervención de lípidos, carbohidratos o ácidos orgánicos (Márquez et al., n.d.; Fonseca et al., 2001). La respiración es expresada comúnmente en términos de la oxidación de la glucosa, resumida en la siguiente fórmula (expresión 1): 

C6H12O6 + 6 O2 + 6 HO2 + 32 ADP + Pi = 6 CO2 + 12 H2O + 36 ATP

Expresión 1: La respiración desde el punto de vista químico (Castelló, 2007)

En la respiración celular ocurre la glucólisis (expresión 2) de la molécula de glucosa convirtiéndose en dos moléculas de ácido pirúvico formando ATP (Castelló, 2007).

C6H12O6 + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi = 2 C3H4O3 + 2 NADH2 + 2 ATP

 Expresión 2: Representación química de la glucólisis (Castelló, 2007)

Si hay falta de oxígeno o hay alteraciones en el funcionamiento de la mitocondria se produce una fermentación porque el piruvato no es capaz de degradarse. En estos casos, puede desarrollarse la fermentación alcohólica donde la degradación del ácido pirúvico acaba en etanol y dióxido de carbono (expresión 3) o la fermentación láctica donde con la degradación de carbohidratos se obtiene ácido láctico (expresión 4) que puede resultar tóxico para el fruto. En estos procesos no se obtienen ATP, sólo la procedente de la glucólisis (2 ATP). La finalidad de estos procesos es que la glucólisis siga produciéndose regenerando NAD+ (Watada & Qi, 1999). 

C6H12O6 = C2H5OH + CO2 

C3H4O3 = CH3-CHOH-COOH

Expresión 3: Representación de la fermentación alcohólica (Vázquez & Dacosta, 2007)

Expresión 4: Representación de la fermentación láctica (Castelló, 2007)

Con la presencia de O2, el ácido pirúvico entra a las mitocondrias y se va oxidando completamente hasta acabar en CO2. Esto ocurre en el interior de la matriz mitocondrial con el Ciclo que Krebs. En este proceso, el ácido pirúvico se oxida y descarboxila formándose un grupo acetilo que se une al coenzima A para desarrollar el acetil CoA. La enzima (de 2 C) se combina con el oxalacetato (de 4 C) para producir citrato (de 6 C). En el Ciclo de Krebs, de los 6 C iniciales se oxidan a 2 moléculas de dióxido de carbono y se genera oxalacetato. Al realizar estos procesos se libera energía, parte de esta se emplea en convertir ADP en ATP, parte para transformar NAD+ a NADH2 y parte a reducir electrones FAD+ (Wills et al., 1984; Come & Carbineau, 2002). Este proceso se resume de la siguiente manera:

En la última etapa, la molécula de glucosa está completamente oxidada, una parte de la energía desprendida de esta ha sido para producir ATP a partir de ADP y la gran mayoría permanece en los electrones de los átomos de C, que han pasado a transportadores de electrones NAD+ y FAD+ y se encuentran en un alto nivel energético. Todos los equivalentes de reducción originados en la glucólisis o en el ciclo de Krebs van a ser oxidados en la cadena mitocondrial de transporte de electrones mediante reacciones de oxidorreducción formando  agua como producto final (Azcón Bieto & Talón, 2000; Barceló et al., 2001)

La atmósfera modificada (MA). 

Los tejidos de las verduras y frutas también transpiran y producen etileno, siendo una hormona que provoca una disminución en la vida útil de estas (Navarro, 2003). Por ello, la atmósfera modificada (MA) es una técnica empleada para alargar la vida útil de las frutas y verduras frescas envasadas y mínimamente procesadas, modificando el aire de la atmósfera en la que se encuentra el producto. En una MA es importante tener en cuenta dos factores, la tasa de respiración y el intercambio de gases a través del material del envase. Los envases con atmósfera modificada cambian el entorno exterior del alimento precortado con la finalidad de beneficiar los procesos internos. Una MA tiene que hacerse con cuidado ya que un error en el diseño puede hacerlo ineficaz o acortar la vida útil del producto. El diseño tiene que tener en cuenta las condiciones de estado estacionario, es decir, que con un cambio en su entorno sus características y propiedades no varíen. Las variables que afectan al correcto diseño de un envase con una atmósfera modificada son: 

• las características del producto,

• su masa, 

• la composición de la atmósfera recomendada, 

• la permeabilidad de los materiales del envase a los gases y su temperatura, 

• la tasa de respiración del producto en función de la composición de los gases

• la temperatura. 

Por tanto la creación de un buen esquema teórico de la tasa de respiración es fundamental para crear la atmósfera modificada idónea para cada frutas y verduras (Fonseca et al., 2002). 

Dicho anteriormente, este técnica se basa en tener en cuenta dos procesos:

• Tasa de respiración. 

• Intercambio de gases a través del envase. 

La actividad respiratoria de las plantas está regulada por factores internos y externos. Los cambios de temperatura ambiental modifican las actividades enzimáticas de diferentes procesos de la respiración. La luz, las heridas, el estrés hídrico, metales pesados, composición del aire y presencia de patógenos, son otros factores que pueden influir en reacciones de esta actividad respiratoria en órganos vegetales (Ortuño Tomás et al., 2015). Por lo tanto en alimentos frescos como la fruta y verdura hay gran cantidad de factores que influyen a su tasa de respiración, por ello la dificultad de hallar un ambiente estable para que una fruta o verdura natural tenga una vida útil apta para el mercado, ya que el producto va a necesitar unas condiciones postcosecha que vayan a prolongar su supervivencia de una manera que cuando llegue al consumidor, la fruta o verdura sea de calidad. Para ello, las técnicas son enfocadas a su metabolismo (Artés Calero, 2006). 

Ácido cítrico, ácido ascórbico y ácido etilendiaminotetraacético. 

El dipping es un proceso de sumergimiento de la piña en un ácido. Los elegidos para ver su efecto en la piña son ácido cítrico, ácido ascórbico y ácido etilendiaminotetracético porque los tres son antioxidantes. 

METODOLOGÍA

Las variables a analizar son la concentración de los gases, O2 y CO2, (ml gas/ml espacio en cabeza) y la caracterización físico-química: pH, sólidos solubles, acidez total, índice de madurez, pérdida de peso y color. 

Muestreo

Se realizan mediciones sobre tres muestras para la fiabilidad de los resultados, de cada uno de los dippings más el control a dos temperaturas. En total se necesitan 28 botes para la totalidad de las muestras como se muestra en la tabla 1. En la figura 6 se muestra el esquema que se sigue para el muestreo y la toma de muestras.

Preparación de los ácidos en su disolución.

Preparación de una piña mínimamente procesada. 

Se quita la parte superior e inferior de la piña y se corta en cuartos. Los cortes perpendiculares se realizaron secos y verticales para dañar cuanto menos los tejidos de la muestra en la que se trabajaba. Con la misma finalidad, el cuchillo empleado se desinfecta con una solución de hipoclorito al 1%. 

Medida del pH.

El pH es una medida de acidez o alcalinidad con una escala del 0 al 14, el 7, expresa un pH neutro. Este nivel de pH es el ideal para la proliferación de la mayoría de microorganismos que crecen bien a un rango de pH de 4.5 a 9, y tienen óptimo crecimiento entre 6.5 y 7.5. La disminución del pH ayuda a la preservación de alimentos inhibiendo el crecimiento microbiano, y reduciendo la resistencia térmica microbiana en alimentos que serán posteriormente procesados por calor. El pH se mide según método oficial de medida de pH para alimentos ácidos (AOAC Official Methods 981.12). 

Medida de la acidez total.

La acidez total corresponde a la suma de todos los ácidos valorables presentes. Es el criterio principal con el que se indica la frescura y la composición de alimentos perecederos. Su medida se realiza según método oficial de medida de acidez titulable para frutas. (AOAC Official Methods 942.15). A partir de una pasta homogénea de 10 g de producto se llevan a 100 ml con agua desionizada, para realizar una valoración con solución de NaOH 0.1 M hasta viraje del indicador fenolftaleína u obtener un pH de 8.1 ± 0.2.

La acidez total se expresa como porcentaje de ácido cítrico, según la ecuación: 

%AC=ml de NaOH x 0.1 x 0.064 x 100
Ecuación 1: cálculo del porcentaje de ácido cítrico (AOAC Official Methods 942.15)

Siendo NaOH (ml) el volumen de NaOH utilizado, 0.1 la molaridad de la NaOH y 0.064 los miliequivalentes del ácido cítrico.

Medida de sólidos solubles.

Medida del color.

El espacio de color CIELEAB o espacio CIEL*a*b*, se usa  para evaluar el color del área de alimentos. La toleracia del color se define como la maxima diferencia de color admitida por los productos en relacion al estandar que el consumidor consdiera ideal. Usando las coordenadas L*a*b*, se puede correlacionar las diferencias de color numerias a su porpias ecaluaciones visuales (Chirait Boix et al., 2007).

Procedimiento de medición de la tasa de respiración de las piñas.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN.

Tasa de respiración (TR)

Evolución de concentración de O2 y CO2 según dippings a 5ºC y 20ºC. 

Se calcularon los promedios y desviaciones típicas de las concentraciones de gases (ml de gas / ml de espacio en cabeza) medidos en cada una las tres diferentes muestras de un mismo dipping, en ambas temperaturas, a 5oC (gráfico 1) y 20o, C (gráfico 2). 

La evolución de las concentraciones promedio del O2 y CO2 se muestran en un periodo de 170 horas a 5ºC. Pero a 20ºC solo se pueden realizar mediciones hasta poco antes de las 100 horas, la piña no tiene oxígeno que consumir e inicia un proceso de respiración anaeróbica y un deterioro notable. 

En el gráfico 1 se observa como la muestra tratada con ácido cítrico es la que menos CO2 ha emitido y O2 consumido. Por otro lado, el EDTA es el dipping cuya muestra emite más CO2 y consume O2,, podría ser que este tratamiento, en vez de ralentizar la respiración celular, la acelerará, produciendo mayor deterioro. El ácido ascórbico no tendría un efecto notable sobre la respiración, ya que la línea que representa la evolución de los gases es muy similar a la línea de valores control. Sin embargo, con estas gráficas no se puede confirmar que las diferencias sean significativas, ya que las diferencias entre medias son menores a las desviaciones típicas obtenidas para cada promedio. 

En la gráfica 2 los resultados son más diversos, debido a una respiración más acelerada. En el O2 consumido los dippings no producen ningún efecto. Sin embargo, en el CO2 parece que los dippings a temperatura ambiente aceleran la respiración del producto y favorecen su deterioro. Con esta gráfica tampoco se puede confirmar que las diferencias entre tratamientos y el control, sean significativas, ya que aunque se observan diferencias, estas son menores a las desviaciones típicas.

Cálculo de la tasa de respiración.

Para calcular la tasa de respiración se realiza el ajuste lineal de la evolución de los gases con las concentraciones medidas en cada uno de los tarros. Las tablas 2 y 3 muestran la pendiente de la recta de regresión que se usa para el cálculo de la tasa de respiración, y su coeficiente de determinación, R2 que es próximo a uno en todos los casos, indicando un buen ajuste. Los datos del tarro control 3 se descartan, ya que los resultados indican que el recipiente no se conservó herméticamente cerrado, permitiendo el intercambio de gases.

Tasa de respiración y coeficiente respiratorio según el dipping 

Como se ve en las gráficas 3 y 4, las muestras a 5ºC con Ácido cítrico parecen presentar un valor más bajo para las TR, mientras que las muestras con dipping EDTA parecen tener un valor mayor que la muestra control, sería el menos adecuado para la conservación de la piña, pero las diferencias en las medias son menores que las barras de error (desviaciones típicas), por lo que no se aprecian diferencias significativas.

En el gráfico 5 y 6, de muestras a 20ºC, no se observan prácticamente diferencias. 

Los CR, gráfico 7, a 5ºC están alrededor de 1, indicando que la respiración realizada es aún aerobia, por lo tanto, el deterioro es menor  que en los valores a 20ºC donde la respiración es anaeróbica, por lo que la piña está ya en deterioro por falta de oxígeno.

Características físico-químicas. 

Las mediciones de las características físico-químicas se tomaron de piñas tratadas con los tres dippings y las de control, a día cero y a día cuatro. 

pH.

El gráfico 8 muestra los datos obtenidos en las mediciones de pH de los diferentes dipping a 0 horas y a 74 horas (4 días). Entre las piñas de 0 horas y las de 4 días hay una variación de pH, mayor en las de 4 días, debido a que los ácidos se han degradado y han provocado un aumento de pH

Color.

Como se puede ver en la Tabla 4 todos los dipping provocan un cambio en “L”, “a” y “b”  esto puede deberse a  que al haber variaciones de pH (gráfica 17), estas variaciones pueden provocar que las enzimas que están involucradas en las vías metabólicas que sintetizan los compuestos responsables del color, se vean afectadas. De esta misma manera sucede lo mismo con las variaciones a los 4 días, ya que también el pH varía y por tanto también las enzimas se pueden ver afectadas.

Índice de madurez.

Los ácidos pueden actuar como inhibidores en la enzima polifenol oxidasa que se encarga de acelerar la oxidación de la piña. Otros factores que pueden influir en una disminución del índice de maduración es que los dippings contribuye a mantener la firmeza de la fruta ya que preserva su estructura celular y minimiza la pérdida de agua (Gráfico 12). Lo que puede dar una explicación a que el el indice de maduración en la piña tratada con ácido cítrico es que puede ayudar a preservar otros nutrientes en la piña, como las vitaminas y minerales sensibles a la oxidación.

AGRADECIMIENTOS

Un agradecimiento especial a la Doctora Carmen Barba del departamento de agronomía, biotecnología y alimentación de la Universidad Pública de Navarra. También agradecer al IES Plaza de la Cruz de Pamplona y su programa de Bachillerato de Investigación, a sus coordinadores Ester Alonso, Marimar Asín y Guillermo Zufiaurre y la tutora del proyecto Maite Rocafort, del departamento de Matemáticas.