Sistema de atmósfera controlada para la conservación de la manzana

Sistema de atmósfera controlada para la conservación de la manzana

1. A. José Alfredo Hernández Chacón¹, Dra. Sandra Pérez Álvarez^1*, Dr. César Marcial Escobedo Bonilla² y Dra. María Antonia Flores Córdova³

1. Facultad de Ciencias Agrícolas y Forestales. Universidad Autónoma de Chihuahua.

1.  Instituto Politécnico Nacional (IPN)-Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional (CIIDIR) Unidad Sinaloa

1. Facultad de Ciencias Agrotecnológicas. Universidad Autónoma de Chihuahua

*Autor por correspondencia: spalvarez@uach.mx

1. Introducción

El género Malus Mill. tiene entre 25 y 33 especies (Ma et al., 2017) incluyendo a la manzana (Malus domestica Borkh.), el cual es uno de los frutales más importantes desde el punto de vista económico en todo el mundo (Posadas-Herrera et al., 2

018).

En el año 2019 en México se sembraron 57,417.77 ha, con una producción 761,483.39 t y un valor en miles de pesos de 8,401,087.10. De la superficie sembrada en el país, Chihuahua contribuyó con 30,846.25 ha, produciendo 624,696.36 t, con un valor en miles de pesos de 7,356,907.30, siendo el primer estado productor (SIAP, 2021).

Las pérdidas poscosecha en la calidad nutricional de los productos hortícolas aumentan por las altas temperaturas, el daño físico, la baja humedad relativa, el daño por frío y el almacenamiento prolongado (Kader, 1983). Las atmósferas controladas representan una tecnología utilizada para disminuir estas pérdidas y elevar la seguridad nutricional y alimentaria.

Las atmósferas controladas dinámicas (ACD) y el uso de 1-metilciclopropeno (1-MCP) se encuentran entre las herramientas tecnológicas de poscosecha más modernas. El 1-MCP funciona mediante la inhibición de la acción del etileno al fijarse sobre el receptor impidiendo de esta forma el acoplamiento del etileno al mismo, por lo que a su vez se inhibe la maduración del fruto. Las ACD mantienen el oxígeno (O₂) en los niveles más bajos tolerados por la fruta, para esto se realiza un monitoreo con sensores ajustándose habitualmente sus niveles (Calvo y Candan, 2012).

Las atmósferas controladas se consideran una de las tecnologías más utilizadas para retardar la maduración de los alimentos. Esta tecnología se basa en modificar la concentración de los gases que se encuentran en el medio ambiente (aumenta CO₂ y reduce O₂) con el objetivo de disminuir la respiración para retardar la descomposición del alimento una vez que fue cosechado. Esta propiedad es de gran importancia para exportar un vegetal o fruta a otros países en cantidades considerables, y además para el almacenamiento sin daños antes de que el producto salga al mercado (Barreiro y Sandoval, 2006).

Para instalar una cámara de atmósfera controlada, en general, se necesita de una inversión considerable por parte del productor. Estas cámaras necesitan hermeticidad de forma tal que se asegure la atmósfera controlada. También deben incluir sistemas que controlen la presión interna y las concentraciones de gases, para impedir el deterioro de las instalaciones por un aumento en la presión o disminución de la misma. Además, se requiere de un sistema de refrigeración para mantener la temperatura a condiciones cercanas a 0°C para aumentar la utilidad de la tecnología (De la Vega et al., 2017).

2. Aspectos generales de la manzana (Malus domestica Borkh.)

La manzana (M domestica) es una de las frutas de pepita más importantes distribuidas principalmente en las regiones templadas del mundo. La manzana pertenece a la familia de las Rosáceas, que incluye más de 100 géneros y 3000 especies con frutos y bayas de zonas templadas de importancia económica (Martinelli et al., 2008). La mayoría de los cultivares de manzana son diploides (N=17) mientras que algunos cultivares son triploides (Hancock et al., 2008; Pereira-Lorenzo et al., 2009).

El origen del árbol de manzana, como el de diversas plantas cultivadas, no está muy esclarecido. En la actualidad se acepta que en la obtención de los manzanos cultivados han intervenido, al menos, M. sieversii, M. orientalis y M. sylvestris. Diversos autores suponen que las manzanas se originaron en el Turkestán y el Cáucaso, por la gran diversidad en las formas y sabores de las frutas que allí se encuentran. ​ Se trabaja con las especies antes mencionadas y se utilizan en programas de mejoramiento de M. domestica para obtener árboles que puedan crecer en climas desfavorables, fundamentalmente para aumentar la tolerancia al frío (Castroviejo, 1998).

3.       Almacenamiento de la manzana (Malus domestica Borkh.)

La calidad no se puede mejorar después de la cosecha, solo se mantiene; por lo tanto, es importante cosechar frutas, verduras y flores en la etapa y tamaño adecuados y con la máxima calidad. La calidad es una definición difícil debido a que incluye parámetros que son valorados paralelamente por el consumidor de una forma objetiva o subjetiva. Las frutas y verduras se consumen especialmente por su valor alimenticio, así como por la diversidad de colores, formas y sabores que las hacen atrayentes para la elaboración de comestibles. Cuando se consumen crudos o con muy poca preparación, la principal preocupación del consumidor es que deben estar libres de contaminantes bióticos o abióticos que puedan afectar la salud (FAO, 2004). Los productos hortícolas de alta calidad se pueden almacenar de la siguiente manera (Dhatt y Mahajan, 2007):

1.       Almacenar solo productos de alta calidad, libres de daños, descomposición y de madurez adecuada (no demasiado maduros o poco maduros);

2.       Se deben conocer los requisitos de los productos básicos que se desean almacenar y seguir las recomendaciones de temperatura, humedad relativa y ventilación adecuadas;

3.       Evitar temperaturas de almacenamiento inferiores a las recomendadas, ya que muchos productos básicos son susceptibles de sufrir daños por congelación o enfriamiento;

4.       No sobrecargar los cuartos de almacenamiento ni apilar los contenedores muy cerca;

5.       Proporcionar una ventilación adecuada en la sala de almacenamiento:

6.       Mantener limpias las salas de almacenamiento;

7.       Las instalaciones de almacenamiento deben protegerse de los roedores manteniendo limpia el área exterior inmediata y libre de basura y malezas;

8.       Los contenedores deben estar bien ventilados y ser lo suficientemente fuertes como para poder apilarse. No apilar contenedores más allá de su fuerza de apilamiento;

9.       Monitorear la temperatura en la sala de almacenamiento colocando termómetros en diferentes lugares;

10.   Evitar almacenar productos sensibles al etileno junto con aquellos que lo producen;

11.   Evitar almacenar productos que emitan olores fuertes (manzanas, ajo, cebollas, nabos, coles y patatas) con productos absorbentes de olores;

12.   Inspeccionar los productos almacenados con regularidad para detectar signos de lesiones, pérdida de agua, daños y enfermedades;

13.   Retirar las mercancías dañadas para impedir la propagación de problemas.

Algunos métodos que se utilizan para el almacenamiento de productos hortícolas son: preenfriamiento, aplicación de 1-metilciclopropeno (1-MCP) y las atmósferas controladas (Sandooja, 2014).

3.1   Preenfriamiento

El preenfriamiento es el enfriamiento de productos frescos para eliminar el calor del campo. El calor de campo excesivo que prevalece en los frutos conduce a una mayor tasa de respiración durante el almacenamiento y transporte. Una tasa de respiración más alta generalmente conduce a un deterioro temprano de las frutas durante el almacenamiento y transporte. El preenfriamiento es un dispositivo para mejorar la vida útil de las frutas. La temperatura afecta la tasa de elaboración de etileno que afecta la maduración de las frutas. En una fruta que madura, la concentración mínima de etileno mantiene la velocidad lenta de maduración y mejora la vida útil. En términos de actividad respiratoria, los frutos se clasifican en dos categorías, es decir, climatéricos y no climatéricos. Los frutos climatéricos normalmente maduran después de la cosecha, por lo que se cosechan antes del proceso de maduración. Las frutas no climatéricas, como los cítricos, las uvas, han madurado antes de la cosecha y deben cosecharse solo después de la maduración. Hay muchos métodos de enfriamiento dentro de los que se encuentran (Sandooja, 2014):

a)      Refrigeración de la habitación: Es la técnica más utilizada debido a su versatilidad y bajo costo. Sin embargo, este no es un verdadero método de preenfriamiento. En la habitación fría el producto debe ser tolerante a la lenta eliminación del calor porque implica el enfriamiento por conducción de calor cruzando las paredes del depósito. Los contenedores se colocan en una habitación enfriada por un sistema de refrigeración. Este sistema debe proporcionar circulación de aire a través y alrededor de los contenedores. El aire frío de los evaporadores entra a la habitación desde el techo y se mueve horizontalmente debajo del techo y luego pasa a través del producto. La posición del contenedor es muy importante en la manipulación. La principal ventaja del enfriamiento de la habitación es que se puede enfriar y almacenar en la misma habitación sin ser transferido, sin embargo, es demasiado lento y puede provocar una pérdida excesiva de agua. Además, la adición de productos calientes a la cámara frigorífica puede provocar la condensación de productos ya enfriados.

b)      Refrigeración por aire forzado: El aire enfriado se extrae mediante el uso de ventiladores a través del recipiente y se elimina el aire caliente. Es de 4 a 10 veces más rápido que el enfriamiento de la habitación y 2-3 veces más lento que el enfriamiento por agua. Es más eficaz para fresas, uvas y frutos rojos en general. Consiste en filas de contenedores a cada lado del extractor dejando espacio entre las filas. El ventilador de escape produce una presión de aire negativa dentro y el aire frío de las habitaciones circula por la abertura entre los contenedores y barre el calor del producto. En este caso, los contenedores deben reorganizarse para evitar la deshidratación después de que se haya enfriado previamente. En este método, la columna de aire permanente se crea mediante la construcción de una pared falsa equipada con extractores de aire. Se encuentra en un extremo de la abertura de la cámara frigorífica y se ubica a lo largo de la habitación contra la que se pueden colocar los contenedores.

c)      Refrigeración hidráulica: El tratamiento con agua fría es un método antiguo y eficaz para un preenfriamiento rápido. La amplia gama de frutas y verduras a hidroenfriarse pueden ser inmersas en un enfriador de agua tipo ducha. El agua fría se bombea desde el fondo hasta la bandeja perforada superior. La ducha de agua sobre los productos puede estar en el contenedor o en las cajas o suelta en la cinta transportadora que pasa por debajo. El agua que sale del producto se puede filtrar para eliminar desechos y luego pasar por serpentines de refrigeración donde se vuelve a enfriar por evaporación o refrigeración. También se puede agregar hielo al agua cuando el sistema de enfriamiento no es suficiente para mantener la temperatura del agua cerca de 0℃. El enfriamiento por este método es generalmente mayor que el enfriamiento por aire y no hay deshidratación del producto. La única precaución en este método es que el embalaje y el material de embalaje deben ser tolerantes a la humedad, al impacto del agua y tolerantes a los productos químicos que generalmente se utilizan para sanear el agua del hidroenfriamiento. El producto debe ser tolerante a una exposición prolongada a una temperatura de 0℃. La operación de hidroenfriamiento puede requerir la manipulación del producto antes del empaque o almacenamiento y aumenta el costo de mano de obra.

3.2   1-metilciclopropeno (1-MCP)

La utilización de 1-MCP en diversas hortalizas, frutas y flores, permite alargar la vida útil de las mismas. El 1-MCP compite por el etileno ya que tiene similitud con los receptores de membrana, induciendo una demora en las transformaciones fisiológicas características de la maduración y la senescencia. Algunas de las frutas que han sido sometidas a estudios de aplicación de 1-MCP son el banano (Jiang et al., 1999), el melón (Ergun et al., 2005), la manzana (Fan y Mattheis 1999), el mango (Hofman et al., 2001), el aguacate (Jeong et al., 2002), entre otras.

El 1-MCP fue descubierto como inhibidor del etileno por Blankenship y Sisler, investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte de Estados Unidos en 1996 (Mitcham, 2001). Los autores buscaban otro producto diferente al etileno que poseyera la capacidad de unirse enérgicamente a los receptores y de esta forma crear un sello que hiciera más fácil extraer y purificar los receptores. El 1-MCP se aplica en forma de gas, mediante la volatilización del compuesto por aireación o agitación. La concentración efectiva varía entre 50 y 1000 ppm y se dosifica en función del volumen total de la cámara (Guillén et al., 2006).

Luego de varias investigaciones se ha logrado demostrar que este compuesto irrumpe en los receptores del etileno, por lo que este no puede unirse y por lo tanto no está en capacidad de actuar. En 1997 se planteó un modelo, en el cual se detalla cómo reaccionan el 1-MCP y el receptor del etileno, donde el 1-MCP tiene una afinidad por el receptor del etileno 10 veces mayor que la del propio etileno (Sisler y Serek, 1997). Por lo tanto, efectuando esta comparación, el 1-MCP es activo a concentraciones mucho menores, impidiendo la acción del etileno y por ende la generación de reacciones químicas adversas para los productos (Guillén et al., 2006)

El 1-MCP se une a los receptores de etileno en la célula e impide las reacciones propias de la maduración que conducen al ablandamiento de tejidos, desintegración de la pared celular y degradación de pigmentos (Sisler y Serek, 1997).

El 1-MCP está clasificado por la Agencia de Protección del Ambiente de los Estados Unidos (EPA por sus siglas en inglés) como un regulador de crecimiento, el cual presenta un modo de acción completamente inocuo para el ser humano (Guillén, 2009). Este compuesto tiene ciertas características que lo hacen muy seguro, ya que es efectivo en dosis extremadamente bajas (del orden de las partes por billón), además tiene un modo de acción no tóxico, químicamente similar a sustancias naturales y deja cantidades muy bajas de residuos en los frutos luego del tratamiento, los cuales no superan las 5 ppm (Fan y Mattheis, 1999).

El 1-MCP retrasa la maduración y extiende la vida útil de las manzanas mediante el bloqueo de la acción del etileno (Blankenship y Dole, 2003). A pesar de los efectos positivos que se evidencian en varios frutos, el 1-MCP no tiene ningún efecto antimicrobiano y los informes sobre el crecimiento de microorganismos causantes de deterioro en los productos tratados con este compuesto han sido inconsistentes (Gang et al., 2007).

Según Calvo (2000) en otro estudio referente a la manzana, el 1-MCP retrasa la evolución de la madurez de la fruta cosechada, además produjo menor pérdida de firmeza, mayores valores de acidez y menos degradación de almidón en la fruta tratada.

Calvo (2005) obtuvo como resultado en una investigación en manzanas ´Granny Smith` que el 1-MCP redujo efectivamente la tasa de maduración de la fruta, así como la difenilamina (DPA), pero en menor medida que el 1-MCP. Esto sugiere que la aplicación de 1-MCP posee un gran potencial y se puede utilizar en lugar de la DPA para controlar escaldadura superficial, con la prerrogativa de una tasa de maduración y reducción de la incidencia de la escaldadura superficial inferior, sin dañar otros parámetros como por ejemplo la disminución en el peso.

Thewes et al. (2018) comprobó en tres cultivares de manzana («Galaxy», «Fuji» y «Pink Lady») en dos etapas de madurez (maduras y sobremaduras) que la aplicación de 1-MCP suprime la formación de productos del metabolismo anaeróbico después de 9 meses de almacenamiento en DCA-RQ 1.5 (atmósfera controlada dinámica basado en el cociente respiratorio) más 7 días de vida útil a 20°C.

3.3   Atmósferas controladas

La tecnología de atmósferas controladas se ha desarrollado desde el año 1925 (Yahia, 1995), la cual modifica la concentración de los gases presentes en la atmósfera ambiental, de tal manera que aprovecha su incidencia en la maduración de productos. En los productos comestibles, la variación de la concentración de gases reduce la tasa de respiración e induce un retraso en el proceso de descomposición. Este proceso permite conservar los productos por un tiempo considerablemente más largo desde que fue producido, aumentando el periodo para ser consumidos. Esta característica es de vital importancia cuando se desea exportar un alimento a tierras lejanas en cantidades considerables, buscando el menor costo posible por envío (Barreiro y Sandoval, 2006).

El primer trabajo sobre las atmósferas controladas como tecnología de conservación de frutas, se desarrolló en el año 1925 por Quid y Est en Inglaterra. Ellos encontraron que al aumentar la concentración del CO₂ o disminuir el O₂, se generaba un efecto positivo al conservar la manzana lo que se traducía en un aumento de su tiempo de vida útil después de la cosecha (Yahia, 1995). Las condiciones que se establecen en las cámaras de atmósfera controlada deben ser constantes durante todo el tiempo en el cual el producto este almacenado, ya que de esta forma se asegura la no maduración del fruto y se evitan daños por frío. Debido a los beneficios y factibilidad, esta tecnología comenzó a utilizarse para el almacenamiento y transporte de grandes cantidades de alimentos (Yahia, 1995).

Un factor que puede dañar la fruta durante su conservación es la disminución del O₂ a valores cercanos al 1%, por lo que es prioritario monitorear constantemente dicha concentración para evitar su disminución en las cámaras. Diversas investigaciones describen la concentración de O₂ más eficiente por cada alimento a una determinada temperatura (Barreiro y Sandoval, 2006), y esto a su vez aumenta la eficiencia de la tecnología al puntualizar el proceso para cada fruta u hortaliza. Una posibilidad para controlar el nivel de O₂ es introducir aire del ambiente externo, y debido a la respiración del alimento, remover el CO₂ para aumentar la eficiencia del proceso (Yahia, 1995).

En la actualidad, la empresa Cornelius Letkeman Wiebe ubicada en carretera Álvaro Obregón, Corredor Comercial, Km 14, Campo 3B, Cuauhtémoc, Chihuahua, tiene instaladas cinco cámaras con atmósfera controlada para la conservación de la manzana (Figura 1).

Figura 1: Cámaras con atmósfera controlada en la empresa Cornelius Letkeman Wiebe ubicada en Cuauhtémoc, Chihuahua.

Los ingresos de la empresa provienen de la venta de manzana, la cual representó el 51% de los ingresos totales; mientras que el resto fue generado por la selección, empaque y almacenamiento en atmósfera controlada (Figura 2).

Figura 2: Estado Financiero de la Empresa Cornelius Letkeman Wiebe.

En la figura anterior se puede observar que del 2016 al 2017 la empresa presentó un crecimiento de 15% esto debido al incremento en la maquila y empaque de manzana. Al cierre del 2018 las ventas totales fueron de $57 379 mdp. En periodo analizado del año 2019 (enero-abril) aparénteme ocurrió una disminución en los parámetros estudiados, sin embargo, esto no es representativo ya que no se considera el ciclo completo de este año o de la producción de manzana.

Los costos de producción del 2018 al 2019 se redujeron en un 4 p.p. Al cierre del 2019 el costo se incrementó en un 24 p.p. sobre ingresos en virtud de que se consideraron los costos de producción de manzana del 2018 y de la maquila y empaque de la cosecha del 2017 que se vendió en el 2018, los márgenes mejoraron por un mayor precio en los productos.

Los gastos del 2018 al 2019, se incrementaron en 1 p.p., lo anterior fue debido a un incremento en los gastos de fletes, al parcial de 2018 se produjo un incremento de 2 p.p. ya que además de los gastos del ciclo productivo de la manzana, se incrementó el precio del Diesel y mano de obra.

En base a la estimación y gestión del proyecto; el equipamiento, la inversión en infraestructura y la consultoría permitió generar los siguientes impactos:

• Se conservaron 28 empleos formales.
• Se generaron 10 empleos nuevos formales, representando un incremento en la plantilla productiva de la empresa del 35%.
• Las ventas para el primer año crecieron en un 36% después de la implementación del proyecto.
• Los costos de refrigeración se redujeron en un 50%.

Como se puede apreciar la implementación de este proyecto proporcionó resultados socioeconómica y financieramente favorables no solo a nivel de empresa sino también para la comunidad.

Referencias

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