Fundamentos de las tecnologías de conservación: atmósfera controlada y maduración

Cada fase poscosecha de los productos frescos requiere condiciones específicas que prolonguen su vida útil y aseguren que mantengan altos estándares de calidad. La gestión de la composición de gases ha emergido como una tecnología clave en la cadena de suministro, con los analizadores y controladores de gases consolidándose rápidamente como equipo indispensable. En este artículo, se abordarán las diferencias entre las atmósferas empleadas en los procesos de maduración y almacenamiento, así como las razones que justifican la elección de cada una.

Atmósferas Controladas

Después de la cosecha, muchos productos hortofrutícolas se almacenan en atmósferas controladas, donde se ajustan la temperatura, la humedad relativa y la composición de gases con respecto a las condiciones ambientales para optimizar su fisiología. Esta está estrechamente vinculada a la vida útil de los productos frescos y a las posibles pérdidas que puedan experimentar. Por lo tanto, regular ciertos procesos fisiológicos clave no solo mejora la calidad de los productos, sino que también contribuye significativamente a prolongar su vida útil.

Las actividades fisiológicas esenciales, como la respiración, la transpiración, la maduración y la senescencia, son cruciales para la conservación de los productos frescos. Para controlar estos procesos específicos, se utilizan diversas técnicas y tecnologías, como cámaras con atmósfera controlada (AC), de maduración y envasado en atmósfera modificada (MAP). Cada uno de estos métodos está diseñado para ajustar y mantener las condiciones óptimas que ralentizan el deterioro y preservan la calidad de los productos.

• Los AC y MAP se emplean durante el almacenamiento y transporte para prolongar la vida útil y mantener la calidad de los productos frescos.
• Las cámaras de maduración están diseñadas para facilitar la maduración, el ablandamiento de tejidos y la desverdizado de diversas frutas

Las condiciones atmosféricas varían en ambos casos, dependiendo de los procesos fisiológicos y de la atmósfera interna de la fruta que se pretende regular. Los gases que se controlan son el oxígeno (O2), el dióxido de carbono (CO2) y el etileno.

Intercambio de Gases a Través de la Superficie de la Fruta

Es importante conocer la atmósfera interna de la fruta y cómo cambia durante la maduración y el almacenamiento para desarrollar atmósferas externas modificadas comercialmente.

A temperaturas ambientales, la atmósfera interna de la fruta consiste en una mezcla de CO2, O2, etileno, vapor de agua y otros compuestos volátiles, como aromáticos, alcoholes y compuestos de azufre, entre otros. Estos componentes varían a lo largo de las distintas etapas de maduración (Ver Figura 1), influyendo en procesos fisiológicos clave y determinando la evolución de la calidad del fruto.

Los gases se desplazan entre el órgano vegetal cosechado (raíces, bulbos, tubérculos, hojas y frutas) y su entorno siguiendo un gradiente de concentración, es decir, desde áreas de mayor concentración hacia áreas de menor concentración. La velocidad y dirección de este movimiento dependen tanto de las características del gas como de las barreras intermedias. El intercambio gaseoso ocurre a través de la capa más externa del órgano vegetal, como cutículas y grietas, así como por aberturas naturales como lenticelas y estomas, y también por el tejido cicatrizado en el tallo. La piel de la fruta constituye una barrera significativa, lo que limita el intercambio de gases entre las atmósferas interna y externa. Sin embargo, la difusión de gases a través del tejido vegetal es considerablemente más rápida, siendo de 10 a 20 veces mayor que a través de la piel.

La morfología y la anatomía de la planta, más que los procesos bioquímicos, son los principales factores que influyen en la difusión y los niveles de O2 y CO2 dentro de las frutas. A pesar de esto, las atmósferas interna y externa de la fruta siguen siendo diferentes, lo que afecta los procesos fisiológicos y de conservación.

La atmósfera interna de la fruta puede variar dependiendo de la especie, el cultivar y las etapas de desarrollo, pero hay algunos aspectos comunes en las fases de maduración y almacenamiento.

Figura 1: "Cambios en varios parámetros durante la maduración de frutas climatéricas," Paul y Pandey 2014. (Créditos de la imagen: DOI: 10.1007/s13197-011-0583-x).

Maduración

Los frutos se dividen en dos tipos de maduración: climatérica y no climatérica. Los frutos no climatéricos se cosechan ya maduros y no necesitan maduración artificial poscosecha. Solo los cítricos se someten a tratamiento con etileno para su desverdizado. En cambio, los frutos climatéricos pueden madurar en el momento deseado mediante la aplicación de etileno producido artificialmente en cámaras de maduración, utilizando programas específicos adaptados a cada especie y cultivar. Los programas de maduración y desverdizado tienen en cuenta la etapa de madurez, los niveles de etileno y la duración de la exposición al gas, manteniendo la temperatura y los niveles de O2 y CO2 estables.

Los analizadores de gases facilitan el monitoreo y control de la composición atmosférica para garantizar que se mantengan las concentraciones adecuadas, lo que puede incluir:

• Añadir de niveles más altos de etileno: El etileno regula el desarrollo de la textura, color, sabor, aroma y los compuestos nutricionales de la fruta durante su maduración. Además, el etileno presenta un mecanismo de retroalimentación positiva: cuando se aplica etileno exógeno, se estimula una mayor producción de etileno endógeno (interno). Por esta razón, el etileno se introduce periódicamente en las salas de maduración para mantener el nivel deseado, que puede variar entre 10 y 150 ppm, dependiendo de la especie. Los productores de alimentos recurren cada vez más al etileno, ya que resulta ser una opción más segura en comparación con las alternativas químicas para lograr la dulzura, el sabor y el color deseados.
• Mantener altas concentraciones de oxígeno: Durante la maduración de las frutas climatéricas, se produce un aumento en la respiración que ocurre simultáneamente o después de la producción de etileno. Este aumento climatérico en la respiración puede ser inducido por la aplicación de etileno externo. Los programas de maduración requieren niveles elevados de oxígeno para facilitar la respiración aeróbica y evitar la respiración anaeróbica y la descomposición. Asimismo, se necesitan concentraciones más altas de oxígeno para la biosíntesis de etileno y otros procesos de maduración, como el reblandecimiento, el cambio de color de la piel a través de la degradación de la clorofila y la conversión de polisacáridos en monosacáridos para incrementar la dulzura.
• Reducción de los niveles de CO2: Altas concentraciones de CO2 inhiben los efectos del etileno y los procesos de maduración, por lo que sus niveles deben ser más bajos. Sin embargo, debido al aumento de la respiración, se produce más CO2, por lo que el gas debe ser eliminado mediante ventilación para mantener sus niveles por debajo del 0,5%.
• Mantener altas temperaturas y humedad relativa: Temperaturas altas aceleran la maduración, pero la humedad relativa siempre se ha de mantiener alrededor del 85-95% para evitar la transpiración de la fruta y la pérdida de peso.

Al medir y controlar gases específicos de acuerdo con las necesidades de maduración de cada especie, se pueden regular diversos aspectos del proceso y del desarrollo de la calidad. Esto permite obtener frutas que maduran de manera uniforme, con mejor sabor, una vida útil más prolongada y que cumplen con los estándares de aceptación del cliente, optimizando tanto la calidad del producto como su conservación.

La mayoría de las condiciones atmosféricas se invierten durante el almacenamiento.

Almacenamiento

El objetivo del almacenamiento es crear condiciones que prolonguen la vida útil de los productos frescos tras la cosecha. En esta etapa, es necesario reducir las tasas de respiración, maduración, senescencia y transpiración, ya que estos factores contribuyen al deterioro y afectan negativamente la capacidad de conservación.

Reducir la respiración disminuye la maduración y la senescencia, y limita la transpiración. La vida útil de los productos frescos está inversamente relacionada con la tasa de respiración. A medida que disminuye la tasa de respiración, aumenta la vida de almacenamiento.

Los controladores de gases ayudan a proporcionar las siguientes condiciones estándar de almacenamiento:

• Menor concentración de etileno: Mientras que el etileno favorece la maduración, sus niveles se reducen durante el almacenamiento para evitar el reblandecimiento de los frutos y los cambios en su composición. Este gas también está relacionado con la senescencia y el deterioro del tejido que sucede tras la maduración o que ocurre debido al estrés y las lesiones físicas en frutas climatéricas y no climatéricas, así como en otros órganos vegetales cosechados. Por lo tanto, se emplean depuradores para reducir los niveles de etileno si superan los 0,005 µL/L. La sensibilidad de la mercancía al etileno determina su impacto en la maduración y la senescencia.
• Niveles bajos de oxígeno: Disminuir las concentraciones de O2 reduce la tasa de respiración, la producción de etileno y los procesos de maduración. Esta reducción en la respiración contribuye a prolongar la vida útil de los productos. La atmósfera controlada (AC) y el empaquetado en atmósfera modificada (MAP) alteran la atmósfera interna de los frutos para disminuir la relación O2/CO2.
• Aumento de los niveles de dióxido de carbono: Se mantienen niveles elevados de CO2 para contrarrestar los efectos del etileno en la maduración, reducir el desarrollo del color, disminuir la tasa de respiración y aprovechar sus propiedades antimicrobianas. La tecnología basada en CO2 es preferida sobre las alternativas químicas, ya que ayuda a evitar infestaciones de plagas y microbios. Sin embargo, el CO2 no puede mitigar el impacto del etileno producido por el estrés.
• Reducción de la temperatura: Las bajas temperaturas son el método más común para prolongar la vida útil durante el almacenamiento. Disminuyen la respiración, la transpiración, la maduración y la senescencia. El rango óptimo de temperatura varía según el tipo de producto fresco, ya que también es importante prevenir las lesiones por frío.
• Alta humedad relativa: La humedad relativa es el único factor que se mantiene en niveles similares durante la maduración y el almacenamiento. La humedad relativa debe estar alrededor del 85-95% para reducir la transpiración, la pérdida de calidad y de peso durante el almacenamiento.
• La relación entre O2 y CO2, así como las concentraciones de etileno, para el almacenamiento y transporte en atmósfera controlada (CA) y atmósfera modificada (MAP) están bien definidas. La CA se utiliza principalmente para frutas de gran importancia económica, como manzanas, peras y kiwis, mientras que la MAP se emplea para una variedad de frutas y verduras, tanto enteras como cortadas. Una gestión adecuada que incluya un monitoreo y control preciso de la atmósfera puede prolongar de manera segura la vida útil de los productos frescos y mejorar su calidad.

Controladores de Gases para Maduración y Almacenamiento

Los analizadores de gases fijos, como el F-901 AccuRipe y AccuStore de Felix Instruments, son capaces de monitorear y controlar todas las variables atmosféricas necesarias en las etapas postcosecha: los tres gases principales (O2, CO2 y etileno), la temperatura y la humedad relativa. Estos dispositivos utilizan sensores electroquímicos para el etileno y el oxígeno, mientras que la tecnología de infrarrojo no dispersivo (NDIR) se emplea para el análisis de CO2. Tanto el AccuRipe como el AccuStore integran varios sensores conectados a una unidad central mediante la tecnología Modbus, lo que facilita un monitoreo remoto y seguro. Esta unidad permite ajustar y mantener los niveles óptimos de gases durante la maduración, desverdización y almacenamiento en atmósfera controlada (AC), mejorando así la calidad del producto y maximizando las ventas y los ingresos de los productos frescos.