Espectroscopía NIR para evaluar los recubrimientos y la madurez de las frutas comestibles

Vijayalaxmi Kinhal, Divulgador científico, CID Bio-Science

Los productores y proveedores necesitan un método no destructivo para medir los parámetros de calidad, ya que estos deben medirse repetidamente, tanto antes de la cosecha como durante el almacenamiento. Un conjunto reciente de experimentos con kiwi probó el recubrimiento de la fruta comestible Ca-quitosano y si la espectroscopia de infrarrojo cercano es un medio viable para determinar la madurez, el tiempo de cosecha, la maduración y la capacidad de almacenamiento. Descubra lo que los científicos recomiendan en este estudio de "baby kiwi" [A. arguta cv. Saehan].

Prolongando el tiempo de almacenamiento del kiwi

Los kiwis son populares tanto por su perfil de sabor como por sus beneficios para la salud. Los kiwis son climatéricos, se cosechan cuando han alcanzado el estado de madurez en planta que les permite continuar la evolución hasta acabar el proceso. Maduran después de la cosecha cuando el almidón se convierte en azúcares, medidos como contenido de sólidos solubles (SSC). A medida que avanza la maduración, hay una disminución asociada de la firmeza y la acidez. Los kiwis son perecederos y tienen una vida útil de solo 1 a 2 semanas, según los niveles de SSC, la respiración y el deterioro microbiano. La respiración en curso en las frutas climatéricas acelera la maduración y conduce a la pérdida de humedad, mientras que la infección microbiana estropea las frutas al causar descomposición, cambiando tanto la apariencia como el sabor. En un esfuerzo por disminuir la respiración, la pérdida de humedad y la infección microbiana mientras se ralentizan los trastornos fisiológicos, muchas partes interesadas emplean recubrimientos de frutas comestibles. El quitosano, un material natural derivado de exoesqueletos de artrópodos combinado con cloruro de calcio (Ca-quitosano), ha prolongado con éxito la vida útil de muchas frutas. El quitosano forma una fina película antimicrobiana, no tóxica y comestible que protege las frutas de la infección por hongos. El calcio conserva la firmeza al mantener la turgencia celular, la firmeza de los tejidos y la integridad de la membrana. También aumenta la resistencia a las enfermedades y el catabolismo de los lípidos.

Medición no destructiva de la calidad de la fruta con NIRS

Aunque el recubrimiento de Ca-quitosano se había utilizado en otras frutas, su efecto sobre la calidad poscosecha de los kiwis era, hasta este estudio, desconocido. Para comprender el efecto del recubrimiento es necesario probar parámetros de calidad de la fruta como materia seca (MS o DM), contenido en sólido solubles SSC, firmeza y acidez. En la cadena de suministro, gran parte de estas pruebas se llevan a cabo utilizando métodos destructivos convencionales. Sin embargo, la espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS) está emergiendo como una forma conveniente y no destructiva de estimar los parámetros de calidad externos e internos. Los dispositivos NIRS portátiles se usan ampliamente para estimar la madurez de la fruta y fijar el tiempo de cosecha en las fincas. Los dispositivos NIRS también se utilizan para la maduración y el control de calidad en la etapa de poscosecha. Sin embargo, no existen recomendaciones para predecir la madurez de cosecha, la maduración y la capacidad de almacenamiento de los kiwis baby. Kim, Park, Shin, Muneer, Lerud, Michelson, Kang, Min y Kumarihami, investigadores de tres universidades coreanas en conexión con un representante de Felix Instruments - Applied Food Science se esforzaron por probar la eficiencia de Ca-quitosan como recubrimiento utilizando el Medidor de calidad de producción F-750. El equipo también exploró el poder predictivo del dispositivo en cuanto a madurez fisiológica, maduración comercial y vida útil.  

Prueba de espectroscopia NIR para kiwis pequeños

Los kiwis baby se cosecharon dos veces el 24 de septiembre (primera cosecha) y el 8 de octubre (segunda cosecha), 108 días después de la floración. Madurez de la cosecha: Para predecir la madurez de la cosecha, los científicos utilizaron un tamaño de muestra de 100 kiwis de tamaño uniforme en buenas condiciones de la primera cosecha. Los frutos se almacenaron a tres temperaturas, 1°C, 15°C y 25°C, durante una hora para estabilizar la respuesta espectral. Luego, los espectros se recopilaron de forma no destructiva al escanear las frutas con el medidor de calidad de productos F-750. Después de esto, se secaron en horno núcleos de 2 cm de la porción escaneada de las mismas frutas para estimar el contenido de materia seca. Los investigadores utilizaron estos valores como valores de DM de referencia para la calibración del F-750. Se escanearon otros 100 kiwis, estabilizados a las mismas tres temperaturas, para la calibración SSC. A continuación, estos frutos se trataron con etileno y se dejaron madurar artificialmente. Después de 4-5 días, los investigadores estimaron el SSC de las frutas. Finalmente, correlacionaron estos valores con los espectros asociados para evaluar la eficacia del escaneo previo a la cosecha para predecir el dulzor debido a la maduración. Evaluación del tratamiento con Ca-quitosano: Las frutas de la segunda cosecha se usaron para probar el pretratamiento con Ca-quitosano y examinar los parámetros de calidad poscosecha. El tratamiento se aplicó antes de la cosecha sumergiendo los frutos tres veces en la mezcla. En el momento de la cosecha, los kiwis tratados se almacenaron en envases de plástico durante 7 y 14 días a 5ºC y 95% de humedad relativa (HR). Al final del almacenamiento, los frutos fueron tratados con etileno. A continuación, los frutos se almacenaron durante 5 días más antes de medir la SSC. Cambios durante el almacenamiento del kiwi: Luego, los científicos evaluaron la SSC, la acidez titulable y la firmeza en nueve réplicas para ver el cambio en la calidad debido al almacenamiento, utilizando métodos destructivos. La segunda derivada de los espectros se analizó mediante modelos de regresión de mínimos cuadrados parciales y se correlacionó con el valor de referencia de los parámetros de calidad en cada experimento.

Parámetros de calidad internos

Los espectros NIR recopilados se cargaron en el constructor de software del modelo F-750 para predecir varios parámetros de calidad, como se muestra en la Figura 2. Según los hallazgos derivados de los espectros, los científicos hicieron varias recomendaciones importantes.

Madurez de cosecha del kiwi

Hubo variación entre los espectros colectados de los frutos, lo que se puede apreciar en los valores estimados de MS. Alrededor del 71 % de los frutos tenían 21-22 % de MS, el 10 % de los frutos tenían <21 % de MS y el 18 % de los frutos tenían >23 % de MS. Dado que no todos los kiwis maduran simultáneamente en un cultivo, es fundamental poder utilizar medios de estimación no destructivos en las explotaciones. La MS predicha mostró una correlación de R2=0,74 con los valores de referencia reales, como se muestra en la Figura 3. La SSC aumentó 1° Brix y la firmeza disminuyó 3.7N en los frutos cosechados en diferentes fechas, mostrando que la maduración fisiológica ya había comenzado antes de la 2ª. cosecha. Los valores de SSC previstos y reales mostraron una correlación de R2= 0,48. Asimismo, el contenido de MS a la cosecha mostró una relación clara y positiva con la SSC después de la maduración. La correlación de la MS predicha con la SSC real fue R2=0,65 (Figura 4). La MS fue del 20 %, 21 % y 22 %, la SSC fue de 9,1° Brix, 9,6° Brix y 11,2° Brix, respectivamente. Los frutos con mayor contenido de MS en la cosecha fueron más dulces después del proceso de maduración artificial. Los científicos concluyeron que el modelo creado para analizar espectros NIR recopilados de forma no destructiva podía predecir con precisión MS y SSC.

Tratamiento Ca-quitosano

Los científicos descubrieron que el Ca-quitosano que recubre la fruta comestible influyó en el metabolismo y la respiración de las frutas antes de la cosecha. Los frutos tratados tuvieron un mayor contenido de SSC (9,5° Brix) y contenido de MS (22,3%) en comparación con los kiwis sin tratar (8,4° Brix y 21,4% MS). Además, las estimaciones de MS se correlacionaron con los valores predichos. Estos valores también fueron mayores en frutos tratados (22,7%) que en frutos no tratados (22% MS). La acidez titulable no fue significativamente diferente, pero las frutas tratadas (12,8 g) pesaron menos que los kiwis no tratados (14,9 g). Las frutas tratadas también fueron más firmes (21.9N) que las frutas no tratadas (21.1N) El Ca-quitosano en el experimento actual retrasó la maduración y, por lo tanto, resultó en una mayor SSC, firmeza y MS, y puede usarse como tratamiento previo a la cosecha. Sin embargo, los científicos creen que se necesitan más estudios para comprender cómo el Ca-quitosano influye en la fisiología interna del kiwi.

Cambio de calidad durante el almacenamiento

Los kiwis tuvieron mayor SSC después de 14 días de almacenamiento que de 7 días, estando en una etapa más avanzada de maduración. La SSC de kiwi almacenado por 7 y 14 días también se asoció con el contenido de MS en la madurez. Los frutos con mayor contenido de MS en cosecha tuvieron mayor SSC post-almacenamiento, y la correlación fue R2=0.65. - El contenido de MS de 20%, 21%, 22% y 23% resultó en SSC de 12,3°, 14,2°, 14,5° y 14,9° Brix, respectivamente, después de 7 días de almacenamiento. - MS de 21% y 22% se asocia a 15,5° y 17,2°Brix, respectivamente, después de 14 días de almacenamiento. Más del 40% más alto que SSC en la cosecha. La pérdida de firmeza se asoció negativamente con el contenido de MS en la cosecha, consulte la Figura 5. El contenido de MS del 20 %, 21 %, 22 % y 23 % produjo kiwis con valores de firmeza de 18,5 N, 15,5 N, 14,6 N y 14,1 N. respectivamente, después de siete días de almacenamiento.

Se recomienda la evaluación NIRS y el recubrimiento de frutas con Ca-quitosano

En base a estos hallazgos, los científicos recomiendan que el contenido de MS determinado por espectroscopía NIR se pueda usar de manera efectiva como un índice de madurez e informar la capacidad de almacenamiento de los kiwis baby. Los investigadores sugieren cosechar kiwis baby con un contenido de MS de más del 21 % para producir frutos con mayor SSC y calidad comestible después del almacenamiento. El pretratamiento con Ca-quitosano también recibió el visto bueno, ya que se descubrió que mejora la calidad poscosecha y la vida útil. Estas recomendaciones brindan información vital para que los productores de kiwi mejoren su rendimiento y el retorno de la inversión, al tiempo que aumentan la sostenibilidad al disminuir la pérdida de alimentos en la cadena de suministro.  

Figuras Figura 1 – Kiwis baby

Figura 2 - "Captura de pantalla del software Model Builder que muestra los espectros de la segunda derivada recopilados de 100 frutas de kiwi baby cv Saehan usando F-750 para la predicción de SSC", Kim et al. (2018). Créditos de imagen: https://doi.org/10.5897/JSPPR2018.0257 Figura 3: "Correlación entre el contenido de materia seca (MS) real y previsto de kiwis baby cv Saehan", Kim et al. (2018). Créditos de imagen: https://doi.org/10.5897/JSPPR2018.0257 Figura 4: "Correlación entre el contenido de materia seca (MS) previsto y el contenido de sólidos solubles (SSC) real después de la maduración de kiwis baby cv Saehan", Kim et al. (2018). Créditos de imagen: https://doi.org/10.5897/JSPPR2018.0257 Figura 5: "Cambios en la firmeza de la fruta durante el período de almacenamiento a 5ºC frente al contenido de materia seca (MS) previsto en kiwis baby cv. Saehan", Kim et al. (2018). Créditos de imagen: https://doi.org/10.5897/JSPPR2018.0257    Fuentes NIR Spectroscopy to Assess Edible Fruit Coatings & Maturity Kim, J. G., Park, Y., Shin, M. H., Muneer, S., Lerud, R., Michelson, C., Il Kang, D., Min, J. H., & Kumarihami, C. H. M. P. (2018). Application of NIR-Spectroscopy to predict the harvesting maturity, fruit ripening and storage ability of Ca-chitosan treated baby kiwifruit. Journal of Stored Products and Postharvest Research, 9(4), 44-53.