UNC CIENCIAS AGRARIAS INDUSTRIAS ALIMENTARIAS CURSO: FISIOLOGÍA POST COSECHA. TEMA:
DETERMINACIÓN DE LA INTENSIDAD
DEL PROCESO RESPIRATORIO RESPIRATORIO EN FRUTOS FRUTOS CLIMATÉRICOS Y NO CLIMATÉRICOS.
NOMBRE: JUDIT ABANTO ATALAYA. PROFESOR: ANTENOR DOMINGUEZ PALACIOS. FECHA: 17/11/13
DETERMINACIÓN DE LA INTENSIDAD DEL PROCESO RESPIRATORIO EN FRUTOS CLIMATÉRICOS Y NO CLIMATÉRICOS.
I.
INTRODUCCIÓN: La respiración es uno de los procesos básicos de la vida, ya que por medio de ella los organismos vivos convierten la materia en energía para vivir. La actividad respiratoria involucra la oxidación enzimática de compuestos orgánicos en las células, principalmente azúcares, pero también de ácidos orgánicos, proteínas y lípidos. SUSTRATO + O2 Carbohidratos Proteínas Lípidos Acs. Orgánicos
CO2 + H2O + Energía (Calor, ATP)
Los frutos, como órganos vivos, llevan a cabo este proceso fisiológico aún después de haber sido separados de las plantas que les dieron origen. Durante las primeras etapas del desarrollo, los frutos presentan una actividad respiratoria elevada, la cual va disminuyendo a medida que el desarrollo avanza y, durante la fase de maduración comestible, cierto tipo de frutos exhiben un resurgimiento antes de entrar a la senescencia. Dicho resurgimiento es de menor intensidad al registrado al inicio del desarrollo. Otro grupo de frutos exhibe una disminución paulatina en su actividad respiratoria hasta las últimas etapas del desarrollo. Atendiendo al tipo de patrón respiratorio que presentan los frutos después de la cosecha, se les clasifica en la categoría de climatéricos, si se trata del primer caso y de no climatéricos si pertenecen al segundo. La velocidad con la que se lleva a cabo este proceso está determinado por la cantidad de O 2 que está disponible en la unidad de tiempo y las cantidades de CO 2 y Calor que se producen en este mismo tiempo. En el caso de los frutos, la actividad respiratoria está estrechamente relacionada con los cambios en maduración, calidad, vida de almacenamiento, rapidez de aparición de ciertas fisiopatías, manejo del producto y tratamientos postcosecha. Por lo tanto, la actividad respiratoria es el mejor indicador de la vida útil y del calor vital que puede generar un producto vegetal. Factores que afectan la Actividad Respiratoria. Entre los que son inherentes al producto vegetal se encuentran: el estado de desarrollo, tipo y estructura del tejido, cubierta natural, estado metabólico del tejido (coeficiente respiratorio), tamaño del producto. De los factores externos, los más relevantes son la temperatura, concentración de gases en el ambiente (O2, CO2, C2H4), daños mecánicos, fitopatológicos y fisiopatías. Medición de la Respiración. Puede cuantificarse, en teoría, midiendo la cantidad de sustrato consumido, O2 absorbido, CO2 desprendido, energía liberada (calor, ATP) o agua liberada. Sin
embargo, en la práctica los métodos para determinar la actividad respiratoria cuantifican el intercambio gaseoso asociado con el proceso. Existen diferentes métodos y técnicas para cuantificarlo. Actualmente lo más preciso y confiable lo constituye la cromatografía de gases. La mayor parte de la energía liberada se desprende como calor y puede determinarse por calorimetría. Se producen muchos cambios químicos y la mayoría de ellos influyen directamente en la calidad. Algunos de estos cambios son: desaparición de la clorofila y síntesis de pigmentos, ablandamiento de los tejidos debido a la descomposición de las pectinas, desarrollo de algunos constituyentes de olor, destrucción de otros, etc. Muchos de estos cambios se hallan interrelacionados con la respiración o depende de ella. Se puede medir la tasa de respiración de las frutas cosechadas, mediante la determinación de la velocidad reemisión de CO 2 o de consumo de O 2 por la fruta colocada en un recipiente, de método adecuado para medir y registrar en forma continua la respiración de la fruta. II.
OBJETIVOS: Determinar la intensidad respiratoria de frutos climatéricos y no climatéricos, a través del intercambio de gases en la cámara de respiración.
III.
FUNDAMENTACIÓN: La intensidad de respiración de un fruto depende de su grado de desarrollo y se mide como la cantidad de CO 2 (miligramos) que desprende un kilogramo de fruta en una hora. A lo largo del crecimiento se produce, en primer lugar, un incremento de la respiración, que va disminuyendo lentamente hasta el estado de maduración. Sin embargo, en determinadas frutas después de alcanzarse la mínima maduración se produce de nuevo un aumento de la intensidad respiratoria hasta alcanzar un valor máximo, llamado pico climatérico, después del cual la intensidad respiratoria disminuye de nuevo; estas frutas son llamadas “frutas
climatéricas”. Las frutas climatéricas normalmente se recolectan antes de madurar para su distribución comercial, de forma que terminan de madurar fuera del árbol. Esto evita que se produzcan pérdidas, ya que el periodo de conservación de la fruta madura es relativamente corto. Durante la respiración de todas las frutas se forma un compuesto gaseoso llamado Etileno. Este compuesto acelera los procesos de maduración, por lo que es preciso evitar su acumulación mediante ventilación, a fin de aumentar el periodo de conservación de las frutas. Si este compuesto gaseoso, producido por una fruta madura, se acumula en las cercanías de frutas no maduras, desencadenará rápidamente su maduración, lo que contribuye a acelerar el deterioro de todas las demás. El Etileno es un gas no tóxico, altamente inflamable, incoloro y con característico olor y sabor dulce.
Asimismo, el Etileno es una hormona natural de las plantas, la cual cumple activamente con el crecimiento, desarrollo, maduración y envejecimiento de las mismas y a su vez, es muy importante para la maduración de algunos frutos como plátanos, papayas y cítricos. Muchas frutas producen grandes cantidades de Etileno y resultan en una maduración uniforme cuando se exponen a una fuente externa de Etileno. Históricamente el Etileno era usado en la medicina como un anestésico y actualmente la industria alimenticia lo usa como un agente de maduración seguro, rápido y económico. Mientras que el Etileno es invaluable debido a su habilidad para iniciar el proceso de maduración, también puede ser muy dañino para muchas frutas, vegetales, flores y plantas ya que acelera de forma inmediata el proceso de envejecimiento, disminuyendo así la calidad del producto y la vida anaquel. La maduración de las frutas está ligada a complejos procesos de transformación de sus componentes. Las frutas, al ser recolectadas, quedan separadas de su fuente natural de nutrientes, pero sus tejidos todavía respiran y siguen activos. Los azúcares y otros componentes sufren importantes modificaciones, formándose anhídrido carbónico (CO2) y agua. Todos estos procesos tienen gran importancia porque influyen en los cambios que se producen durante el almacenamiento, transporte y comercialización de las frutas, afectando también en cierta medida a su valor nutritivo. Fenómenos especialmente destacados que se producen durante la maduración son la respiración, el endulzamiento, el ablandamiento y los cambios en el aroma, la coloración y el valor nutritivo. La respiración: la intensidad respiratoria de un fruto depende de su grado de desarrollo y se mide como la cantidad de CO 2 (miligramos) que desprende un kilogramo de fruta en una hora. A lo largo del crecimiento se produce, en primer lugar, un incremento de la respiración, que va disminuyendo lentamente hasta el estado de maduración. Sin embargo, en determinadas frutas después de alcanzarse el mínimo se produce un nuevo aumento de la intensidad respiratoria hasta alcanzar un valor máximo, llamado pico climatérico, después del cual la intensidad respiratoria disminuye de nuevo; estas frutas son llamadas "frutas climatéricas". Las frutas climatéricas normalmente se recolectan antes del citado pico para su distribución comercial, de forma que terminan de madurar fuera del árbol. Esto evita que se produzcan pérdidas, ya que el periodo de conservación de la fruta madura es relativamente corto. Durante la respiración de todas las frutas se forma un compuesto gaseoso llamado etileno. Este compuesto acelera los procesos de maduración, por lo que es preciso evitar su acumulación mediante ventilación, a fin de aumentar el periodo de conservación de las frutas. Si este compuesto gaseoso, producido por una fruta madura, se acumula en las cercanías de frutas no maduras, desencadena rápidamente su maduración, lo que contribuye a acelerar el deterioro de todas ellas.
Endulzamiento: Azúcares: con la maduración aumenta el contenido de hidratos de carbono sencillos y el dulzor típico de las frutas maduras. Ácidos: los ácidos van disminuyendo con la maduración. Desaparece el sabor agrio y la astringencia, para dar lugar al sabor suave y al equilibrio dulzor-acidez de los frutos maduros. Ablandamiento: la textura de las frutas depende en gran medida de su contenido en pectinas; protopectina y pectina soluble en agua. La protopectina atrapa el agua formando una especie de malla, y es la que proporciona a la fruta no madura su particular textura. Con la maduración, esta sustancia disminuye y se va transformando en pectina soluble, que queda disuelta en el agua que contiene la fruta, produciéndose el característico ablandamiento de la fruta madura. En algunas como la manzana, la consistencia disminuye muy lentamente, pero en otras, como las peras, la disminución es muy rápida. Cambios en el aroma: durante la maduración se producen ciertos compuestos volátiles que son los que proporcionan a cada fruta su aroma. La formación de aromas depende en gran medida de factores externos, tales como la temperatura y sus variaciones entre el día y la noche. Así, por ejemplo, los plátanos con un ritmo día/noche de 30/20ºC, producen un 60% más de compuestos volátiles responsables de aroma que a temperatura constante de 30ºC. Cambios en el color: la maduración de las frutas generalmente va unida a una variación del color. La transición más habitual, de verde a otro color, está relacionada con la descomposición de la clorofila, de modo que quedan al descubierto otros colorantes que antes enmascaraba dicho compuesto. Además, aumenta la producción de colorantes rojos y amarillos característicos de las frutas maduras. El contenido de carotenos, por ejemplo, se incrementa fuertemente en los cítricos y el mango durante la maduración. La formación de otros colorantes como las antocianinas, suele estar activada por la luz. Valor nutritivo: Vitamina C: en general, las frutas pierden vitamina C cuando maduran en el árbol y durante el almacenamiento; en este caso, la pérdida depende en gran medida de la temperatura, siendo mucho menor si ésta es cercana a 0º C. Provitamina A: esta vitamina es muy sensible a la oxidación por contacto con el oxígeno del aire, por lo que el pelado, troceado y batido de frutas, debe realizarse justo antes de su consumo.
Comportamiento climatérico. Las frutas se clasifican en climátericas y noclimátericas, según su patrón respiratorio y de producción de etileno durante la maduración organoléptica o de consumo. Las frutas climatéricas incrementan marcadamente su ritmo respiratorio y producción de etileno durante la maduración organoléptica. De igual manera, los cambios asociados con esta etapa de desarrollo (color, sabor, aroma, textura) son rápidos, intensos y variados. Por el contrario, en las frutas no-climatéricas, los procesos de desarrollo y maduración organoléptica son continuos y graduales; manteniendo éstas, en todo momento, niveles bajos de respiración y de producción de etileno. Las frutas climatéricas pueden ser maduradas organolépticamente en la planta o después de cosechadas. Las frutas no-climatéricas sólo maduran para consumo en la planta. •Climatéricos: dejo el fruto en el árbol y madurará pero de forma mucho más lenta que si lo recolecto. Lo que retrasa su maduración es una sustancia que está en las ramas, por eso si las corto sí madurará antes, pero no tanto como si la recolecto. Por ejemplo, un estudio en el aguacate demostró que cuando se encuentra en el árbol tarda meses en madurar pero si se recolecta tarda en madurar en tan sólo 3 o 4 semanas. En estos productos al llegar la maduración (ripening) aumenta la intensidad respiratoria por lo que va a madurar en menos tiempo. La manzana por ejemplo respira lentamente por lo que tiene mayor duración de almacenamiento. La producción auto catalítico (natural) de Etileno en frutos climatéricos se puede ir aumentando en distintas dosis con lo que aumenta la respiración y se adelanta la maduración. •No climatéricos: no producen auto catalíticamente (naturalmente) Etileno; así, si
añadimos Etileno veremos que le puede afectar al fruto pues le aumentará la intensidad respiratoria por lo que a mayores dosis la intensidad respiratoria será más rápida. Si se deja de proporcionar Etileno cesará esa intensidad respiratoria y la maduración no se modificará. Por ejemplo si al pimiento verde en la planta se le aplica Etileno lo que va a pasar es que va a madurar, poniéndose de color rojo, pero si está fuera de la planta va a seguir verde, sólo se modificará algo si al cortarlo ya estaba algo rojizo. Es por esta razón que habrá productos que nos interesen maduren en el árbol o planta y otros que no. El melón es otro fruto climatérico, si lo cortamos antes de su maduración nunca va a madurar, así por mucho Etileno que se le proporcione no se conseguirá nada, se comporta como no climatérico. He aquí la importancia que se debe de saber cuando se tiene que cortar. Las frutas y hortalizas respiran tanto cuando están en la planta, como cuando se cortan de ella. Así toma O 2 y desprende CO 2; también transpiran, esto es, pierde humedad al igual que estando unida a la planta como separada. Al estar unida se mantiene el flujo de savia u otros productos como aminoácidos, minerales, etc., que hacen que se compensen las pérdidas por la respiración. Al separarse de la planta la fruta u hortaliza debe mantenerse con sus reservas, así si no la mantenemos en condiciones adecuadas pierde sus propiedades. La recolección puede provocar estrés el cual da lugar a
modificaciones en el metabolismo produciendo cambios químicos y fisiológicos lo cual repercute en la calidad del producto.
Clasificación de algunas frutas en función de su comportamiento respiratorio:
FRUTAS CLIMATERICAS
FRUTAS CLIMATERICAS
Palta (Persea americana ) Chirimoya ( Anona cherimolia) Granadilla (Passiflora edulis ) Mango (Magnifera indica ) Melón (Cucumis melo) Papaya (Carica papaya ) Plátano (Musa spp.) Maracuyá (Passiflora edulis )
Limón
NO
sutil (Citrus aurantifolia ) Mandarina (Citrus reticulata ) Naranja dulce (Citrus sinensis ) Sandía (Citrullus vulgaris ) Piña ( Ananas comosus) Pomelo (Citrus paradisi ) Toronja (Citrus grandis) Uva (Vitis vinifera)
Ritmo respiratorio de algunas frutas tropicales. Adaptado de: (Kader, A.A., 1992).
Ritmo de Rango de respiración respiración a 5°C (mg CO2/kg/h)
Producto
Bajo
5 - 10
Cítricos, papaya, piña, melón ¨Honey Dew¨, sandía
Moderado
10 - 20
Mango, melón reticulado, plátano
Alto
20 - 40
Palta (aguacate)
IV.
EXPERIMENTACIÓN: -MATERIALES : Frutos (climatéricos y no climatéricos) Cámara de respiración. Simula el lugar de almacenamiento del vegetal, donde se coloca la fruta, al cual se mide la tasa de respiración. Na(OH) al 10 Normal o K(OH) al 20% Tubos capilares Frascos pequeños de Vick Vaporub Tapones perforados Tubos de ensayo pequeños Azul de metileno Regla graduada Parafina para sellar Conectores de goma Vaselina inodora
-PROCEDIMIENTOS: Montar o equipar la cámara de respiración, colocando los capilares en los tapones de hule perforados, los capilares se conectan a un tubo de ensayo conteniendo de 20 – 30 ml de azul de metileno. Colocar 01Kg de fruta la que estará respirando en la cámara absolviendo el oxígeno y eliminando el dióxido de carbono. Colocar en la cámara el frasquito de vaporub conteniendo 30 ml de Na(OH) cuyo propósito es captura el CO 2 que la fruta elimina en la respiración. Sellar la campana con vaselina inodora. Al transcurrir las 24 ó 72 horas se podrá observar el ascenso del azul de metileno, en el capilar que se conectó entre la cámara y el tubo de ensayo, producido por el vacío que se produjo en la cámara que succiona el azul de metileno, cuyo volumen es igual al volumen del CO 2 producido en la respiración de los frutos. Esto ocurrirá cuando el O 2 llegue a cero, entonces es ahí cuando el azul de metileno realiza dicho ascenso El volúmen del azul de metileno se detecta con la siguiente fórmula: V= Ax h
-
V.
= 2 = (2 ) ( )
V: volumen del CO2 W: peso de la fruta T: tiempo transcurrido de la ascenso del metileno IR: Intensidad respiratoria
RESULTADOS:
Es importante tener en cuenta que una atmosfera de presión en el aire contiene 78% de Nitrógeno, 22% de Oxígeno, 0.003% de dióxido de carbono y esta es la que quedó atrapada en un principio en la campana. La fruta va a respirar el oxígeno por lo que va a haber una variante en este gas, también el hidróxido de sodio 10 M absorbe el CO 2 que se encuentra en la campana y al ser absorbido dichos gases, obliga a que el azul de metileno ascienda por el capilar. Los resultados fueron:
frutas
tiempo
peso
plátano maracuyá Palta
72h 72h 72h
1kg. 807g. 958g.
El ascenso del Tipo de fruta azul de metileno 1.8cm climatérico 0cm no climatérica 6cm climatérico
Manzana Mandarina
72h 72h
1kg. 450 g
8 cm 0 cm
Producto fruto Naranja
Volumen después de 24 h 0 cm3
Manzana
70 cm3
palta
30 cm3
plátano
90 cm3
climatérico no climatérica
Observación No hubo porque es una fruta no climatérica en la cual se encuentran los cítricos en la cual la IR es más lenta. El azul de metileno si asciende por el capilar ya que la fruta es climatérica y por lo tanto tiene una taza de respiración. El azul de metileno si asciende por el capilar ya que la fruta es climatérica y por lo tanto tiene una taza de respiración. El azul de metileno si asciende por el capilar ya que la fruta es climatérica y por lo tanto tiene una taza de respiración.
La taza de respiración en manzana fue de 70 cm3 y en bibliografía data como 95 cm3 esto se debe al estado de maduración que ha tenido la fruta la usada para el experimento no estuvo tan madura por lo que la taza de respiración fue un poco más baja. • Otro motivo por lo que nuestros resultados no concuerdan con bibliografía es porque la práctica lo hicimos de día y con la presencia de luz y en esas circunstancias y tratándose de plantas C3 esta asen foto respiración por lo que nos •
produce error en nuestros resultados. Por lo que lo más recomendable hubiera sido hacerlo sin presencia de luz. • En la naranja no hubo respiración e las 24 horas que duró el experimento y si lo hubo y no se pudo visualizar a simple vista este fue muy bajo por tratarse de un fruto no climatérico.; igualmente ocurrió con la maracuyá, la mandarina. Preguntas: ¿Cuál es el fundamento del experimento? El fundamento de la práctica es que por medio de esta aprendamos a ver qué tipo de plantas es la que respira más si las plantas climatéricas o las no climatéricas y así poder controlarlo en el manejo post cosecha para que no haya daños en el producto. Ubique Ud. En qué grupo se ubica el fruto empleado en el experimento según resultados obtenidos en la práctica y la bibliografía especializada. Según los resultados obtenidos con la fruta que hicimos podemos concluir que es una planta no climatérica porque tiene un nivel muy bajo de respiración.
VI.
CONCLUSIONES: - La velocidad de respiración, medida por la producción de dióxido de carbono o por el consumo de oxígeno, es una buena medida de la velocidad de metabolismo y sirve para predecir el almacenamiento de frutas y verduras. Es deseable una baja velocidad de respiración, puesto que indica un bajo porcentaje de utilización de azúcares, que son los principales sustratos respiratorios, y de otros materiales de reserva esenciales, lo que alargará su vida. - En las frutas climatéricas se observa la maduración con un efecto de cambio de color, textura y sabor, mientras que en las frutas cítricas no se observa el patrón climatérico. -En las frutas climatéricas la respiración es más lenta. -Si hay aumento de calor, se acelera la intensidad respiratoria. - cuanto mayor es el ritmo respiratorio del producto, menor es su vida útil de almacenamiento. - La respiración en las frutas depende de varios factores dentro de los cuales se pueden mencionar la clase, la especie, la variedad y el grado de maduración de la fruta, así como también la temperatura y la composición de los gases del ambiente que rodea a la fruta. - Para desarrollar el color en algunas frutas no climatéricas como los cítricos el tratamiento que varía de 24 a 72 horas, incluye niveles de 1 _ 10 ppm de etileno, 20 _ 29°C y 90 _ 95 % de humedad relativa. Durante el tratamiento se destruye la clorofila presente en las frutas y se ponen de manifiesto los pigmentos carotenoides característicos de éstas. - Los productos climatéricos producen el gas etileno, mientras que los no climatéricos no.
- Durante la respiración de todas las frutas se forma un compuesto gaseoso llamado Etileno. Este compuesto acelera los procesos de maduración, por lo que es preciso evitar su acumulación mediante ventilación, a fin de aumentar el periodo de conservación de las frutas. Si este compuesto gaseoso, producido por una fruta madura, se acumula en las cercanías de frutas no maduras, desencadenará rápidamente su maduración, lo que contribuye a acelerar el deterioro de todas las demás. VII.
BIBLIOGRAFÍA: * Dra. Bosquez Molina Elsa, actividad respiratoria asociada a la maduración de frutos. Fisiología y tecnología post cosecha de frutas y hortalizas. * http://frutas.consumer.es/documentos/conozcamos/maduracion.php *http://www.fao.org/inpho_archive/content/documents/vlibrary/ac304s/ac304s0 1.htm *http://www.google.com.pe/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=web&cd= 5&ved=0CEAQFjAE&url=http%3A%2F%2Fwww.bohn.com.mx%2FBOHN2007%2Fboletines2008%2FBOLETIN_33_NOVDIC_2008.pdf&ei=WD6JUqbGLcfbkQfNoCwDg&usg=AFQjCNG9FpdgdRxG80oQx4tSetfYwvNnpA
VIII.
ANEXOS:
