EFECTO DE UNA BIOPELÍCULA DE ALGINATO EN LA CONSERVACIÓN DE CEBOLLA LARGA (Allium fistulosum L.)/EFFECT OF AN ALGINATE EDIBLE FILM COATING IN THE CONSERVATION OF WELSH ONION (Allium fistulosum L.).

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RESUMEN

Antecedentes: Los empaques plásticos para los alimentos están ocasionando graves problemas ambientales. En Colombia, la cebolla larga tradicionalmente, se empaca en costales de fique o de propileno y en bolsas o mallas plásticas. Este sistema de empaque además, origina pérdidas postcosecha en el producto Objetivo: Evaluar los efectos de la aplicación de una biopelícula a base de alginato obre las características fisicoquímicas de la cebolla larga (Allium fistulosum L.), con el fin de proponer la sustitución de los empaques plásticos usados en la post-cosecha e incidir en el aumento de los ingresos de los productores de cebolla en Colombia. Métodos: Las cebollas fueron sometidas a lavado, desinfección y secado a 21°C ±0,2°C. La aplicación del recubrimiento se hizo a (30°C) sintetizando una matriz multicomponente de alginato de Sodio que varío entre el 2% y 10%, glicerol al 2%, Tween 20 al 1% y ácido ascórbico 10% y fue reticulada con Cloruro de Calcio al 2%. Los parámetros utilizados para evaluar el efecto del recubrimiento fueron: pérdida de peso, tasa respiratoria, dureza, pH y acidez titulable, los resultados se compararon con cebollas empacadas en bolsas plásticas. Se estudiaron las superficies de la cebolla recubierta y de la biopelícula por medio de microscopía electrónica de barrido. Para el análisis estadístico se compararon los siguientes tratamientos: cebollas sin recubrir (control); cebollas recubiertas con matriz de alginato al 2%, cebollas recubiertas con matriz de alginato al 10% y cebollas empacadas en bolsas plásticas, se realizó un hizo un análisis de varianza (ANOVA), con el paquete estadístico R. Resultados: El ANOVA mostró diferencias estadísticas (p<0,05) en el peso, pH y acidez titulable, mientras que la dureza y la tasa respiratoria fueron similares en los tratamientos. En las micrografías se observa que el recubrimiento es completo, homogéneo, regular, sin cristalización ni burbujas de aire. Conclusiones: La biopelícula de alginato al 10% mostró un efecto favorable frente a la pérdida de peso, pH y acidez titulable, en comparación con los demás tratamientos, demostrando así, que ésta biopelícula puede mejorar los ingresos de los cultivadores y puede reemplazar a los empaques plásticos.

Palabras clave: Allium fistulosum L, alginato, biopelículas, conservación, empaques plásticos.

ABSTRACT

Background: Plastic food packaging causes serious environmental problems. Welsh Onion in Colombia is traditionally packed inside fique or propylene or plastic net bags. Objective: Determine the effect of an alginate-based coating biofilm on the physicochemical characteristics of Welsh onion (Allium fistulosum L.), in order to provide evidence in favour of the replacement of plastic packaging used in post-harvesting process, and at the same time offer a strategy to increase the income of Colombian onion producers. Methods: The onions were subjected to process of washing, disinfection and drying at 21 °C ± 0.2 °C. The coating was applied at (30 ° C) with a multicomponent matrix of sodium alginate ranging from 2% to 10%, glycerol (2%), Tween 20 (1%), and ascorbic acid (10%), which was cross-linked with calcium chloride (2%). We used the following parameters to test the effect of the alginate-based biofilm over each onion scape: weight loss, respiratory rate, hardness, titratable acidity and pH. Then we compared properties of both biofilm-coated onions and plastic-packed onions. The surface of the onions' skin was estimated, as well as for the biofilm, using electron microscopy. Analysis of variance (ANOVA) was carried out in R software. Results: treatments. Coated onions showed statistical variations in weigth, PH and titratable acidity. SEM micrographs showed a homogeneous alginate coating film. It was also complete, regular, crystallization free and air bubbles free. Conclusions: Our 10% alginate edible biofilm showed a favorable effect over the onion regarding weight loss, pH and titratable acidity, compared to non-coated. making evident that the usage of this film may increase onion producers income and it could gradually replace traditional, environmentally irresponsible plastic packaging.

Keywords: Allium fistulosum L, alginates, edible films, conservation, plastic packaging.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, el consumo de plásticos obtenidos de fuentes fósiles está ocasionando graves problemas ambientales, el sector de empaques alimentarios es responsable del uso de estos compuestos en un 50% de sus productos comerciales (1) y por lo tanto, debemos generar alternativas que contribuyan al mejoramiento del desempeño ambiental de éste sector productivo. La cebolla larga (Allium fistulosum L.) es la segunda hortaliza de importancia en Colombia (2); sin embargo, se estima que más del 25% de su producción se pierde por inadecuadas labores de post-cosecha (2). Tradicionalmente, la cebolla larga es empacada en costales de fique o de polipropileno y en bolsas o mallas plásticas que cubren el producto total o parcialmente (2). En un esfuerzo por producir materiales respetuosos con el ambiente, los biopolímeros biodegradables se han estudiado como materiales de revestimiento (3). Las biopelículas comestibles reemplazan y/o fortifican las capas naturales de frutas y verduras y previenen pérdidas de humedad al permitir el intercambio selectivo de gases (4). Una película o recubrimiento también puede proporcionar esterilidad a la superficie y evitar la pérdida de otros componentes importantes (4). El alginato es un biomaterial producido por algas pardas (Phaeophyceae, principalmente Laminaria) con un alto potencial para formar biopelículas (5). Se han estudiado recubrimientos con biopelículas de polisacáridos, de alginatos, en manzanas (6, 7, 8, 9, 10), papaya (7, 11); duraznos (13), mango (14), piña (15), fresas (16, 17), sandía (18); melón (10, 19) ciruelas, tomates y cerezas (20), ajo (21), pimientos y carnes (22) y zanahorias (23). Se sabe que la pérdida de peso de la cebolla cabezona (Allium cepa) es mayor inmediatamente después de la cosecha, afectando los ingresos de los cultivadores (24).

Sin embargo, a pesar de que Hershko & Nussinovitch (25) concluyeron que las biopelículas a base de alginatos extienden la vida útil de la cebolla cabezona (Allium cepa) produciendo una película trasparente y aumentando su brillo, lo que potencialmente podría mejorar la posibilidad de venta de dicho producto así como el sabor del producto recubierto, la literatura no se hace referencia a coberturas con biopelículas en cebolla larga (Allium fistulosum L.). El objetivo de este trabajo fue evaluar los efectos de la aplicación de una biopelícula a base de alginato sobre las características fisicoquímicas de la cebolla larga (Allium fistulosum L.), con el fin de brindar evidencias que permitan sustentar la sustitución de los empaques plásticos usados en la post-cosecha, así como mejorar los rendimientos y los ingresos de los cultivadores, lucro que actualmente se queda en los comercializadores.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se utilizaron cebollas largas (Allium fistulosum L.), cultivadas en el municipio de Aquitania (Boyacá), 20 horas después de ser cosechadas, llegaron al laboratorio donde se lavaron, desinfectaron con etanol y luego fueron sumergidas en soluciones de matriz de alginato preparadas en concentraciones 2 y 10% (Laboratorio Disproalquímicos S.A.) que contenían Tween 20 al 1% y glicerol al 2% (Laboratorio Chemí); se dejó actuar la mezcla durante 3 minutos, se retiró el exceso de alginato antes de sumergir la cebolla en una solución de cloruro de calcio al 2% (Laboratorio Panreac) que contenía ácido ascórbico al 10% (Laboratorio Mallinckrodt) durante 3 minutos, para inducir una reacción de reticulación espontánea con el alginato. Las cebollas fueron secadas a temperatura ambiente por 24 horas.

La pérdida de peso, tasa respiratoria, dureza, pH y acidez titulable, fueron monitoreados durante 7 días. La tasa respiratoria se determinó por medición directa de CO2 con un analizador de gases PBI Dansensor CheckPoint., la dureza se midió con un penetrómetro de 0 a 13 Kg serie FT . La acidez titulable se determinó por valoración directa con NaOH 0.1N, y el pH se midió directamente un pH-metro marca Hanna.

Las propiedades de estructura física de la biopelícula se estudiaron mediante Microscopía electrónica de barrido (MEB) con un equipo FEI modelo Quanta 200-r.

El análisis de varianza (ANOVA) se realizó con el paquete estadístico R versión 3.2.1, con el método de comparaciones múltiples y con un nivel de confianza del 95% (??=0,05).

RESULTADOS

T La figura 1 muestra los gráficos de caja y bigotes de las propiedades fisicoquímicas pérdida de peso (a), pH (b) y acidez titulable (c).

En la figura 2a se observan las células de la cebolla con un aumento de 400x y 200μm. Esta células son de forma hexaédrica, alargadas, se ven las paredes celulares, pero no los núcleos de las mismas. En la figura 2b se ve un borde de la cebolla recubierta con la biopelícula con un aumento de 400x y 200μm. El recubrimiento es homogéneo, regular, sin cristalización ni burbujas de aire. En ningún punto se ven las células de la cebolla lo que indica que el recubrimiento fue completo.

DISCUSIÓN

Los resultados del ANOVA muestran que hubo diferencias significativas (p<0,05) en cuanto a las variables: pérdida de peso, pH y acidez titulable. La disminución del pH es menor en la cebolla recubierta al 10% (5,22± 0,26), la tendencia a la disminución de la acidez, posiblemente es debido a que en el caso de los recubrimientos comestibles, éstos ralentizan la frecuencia respiratoria y retrasan la utilización de los ácidos orgánicos en las reacciones enzimáticas (26) constituyendo una ventaja, ya que una alta actividad metabólica se manifiesta a través de una alta tasa respiratoria, acortando la vida post-cosecha de la cebolla larga (2). La pérdida de peso es menor en las cebollas con alginato al 10% (60,77g± 5,85) y en las empacadas en la bolsa plástica (48,95g± 1,53), comparadas con la película de alginato al 2%lo que significa que la biopelícula al 10% en comparación con la bolsa plástica brinda mejores beneficios al productor pues su cebolla llegará al destino final más fresca y con mejores pesos, incrementando las ganancias económicas. Los resultados de la dureza y la tasa respiratoria no muestran diferencias significativas entre los tratamientos, es decir, que ningún tratamiento tiene ventaja sobre otro en cuanto a estas dos características.

Es interesante observar que las cebollas con alginato al 2% pierden más peso (79,05 g± 7,50) y su pH (5,97± 0,10) disminuye más rápidamente que las que cubiertas con alginato al 10%, siendo mejor para el productor el recubrimiento al 10%.

Los resultados de la microscopía electrónica de barrido permiten demostrar que la cebolla larga sometida a una inmersión de 3 minutos en el alginato al 10% y 3 minutos en Cloruro de Calcio, formará una biopelícula más homogénea, continua, compacta que se adhiere a la superficie externa de la cebolla y se adapta a su forma, con menos irregularidades como burbujas de aire o poros y poca cristalización. La estructura compacta y homogénea es un indicador de la integridad estructural y como consecuencia, las buenas propiedades mecánicas como alta resistencia y elongación al rompimiento (4). Las fotos demuestran que la película no es transparente; según Bierhalz, A. K., da Silva, M. A., & Kieckbusch, T. G. (27), la microestructura regular de la película de alginato ayuda a disminuir la solubilidad al agua de este tipo de biopelículas.

CONCLUSIONES

La biopelícula de alginato al 10% extiende la vida útil de la cebolla larga, y disminuye la pérdida de peso post-cosecha, produciendo coberturas homogéneas, transparentes y compactas, constituyéndose así, en un posible reemplazo a los empaques plásticos y mejorando los rendimientos e ingresos a los cultivadores.

References

REFERENCIAS

1. Navia R. Villada C. Impacto de la investigación en empaques biodegradables en ciencia, tecnología e innovación. Biotecnología En El Sector Agropecuario Y Agroindustrial. 2013;11(2): 173-180.

2. Collazos Andrade F. Manejo post-cosecha y comercialización de cebolla de rama (Allium fistulosum L.). Armenia : SENA, NRI. 1999.

3. Hambleton A, Voilley A, Debeaufort F. Transport parameters for aroma compounds through i-carrageenan and sodium alginatebased edible films. Food Hydrocolloids. 2011; 1128-1133.

4. Embuscado M, Huber K. Edible films and coatings for food applications. Nueva York: Springer. 2009; 403 p.

5. Skurtys O. Food Hydrocolloid Edible Films and Coatings. New York: Nova Science Publishers. 2010.

6. Olivas G, Mattinson D y Barbosa-Cánovas G. Alginate coatings for preservation of minimally processed 'Gala' apples. Postharvest Biology And Technology. 2007; 4589-96.

7. Falguera V, Quintero J, Jiménez A, Muñoz J, Ibarz A. Review: Edible films and coatings: Structures, active functions and trends in their use. Trends In Food Science & Technology. 2011. 22: 292-303.

8. Rojas-Graü M, Tapia M, Rodríguez F, Carmona A, Martin- Belloso O. Alginate and gellan-based edible coatings as carriers of antibrowning agents applied on fresh-cut Fuji apples. Food Hydrocolloids. 2007; 21: 118-127.

9. Tapia M, Rojas-Graü M, Carmona A, Rodríguez F, Soliva- Fortuny R, Martin-Belloso O. Use of alginate- and gellan-based coatings for improving barrier, texture and nutritional properties of fresh-cut papaya. Food Hydrocolloids. 2008; 22:1493-1503.

10. Oms-Oliu G, Soliva-Fortuny R, Martín-Belloso O. Edible coatings with antibrowning agents to maintain sensory quality and antioxidant properties of fresh-cut pears. Postharvest Biology And Technology. 2008;50: 87-94.

11. Maftoonazad N, Ramaswamy H y Marcotte M. Shelf-life extension of peaches through sodium alginate and methylcellulose edible coatings. International Journal Of Food Science & Technology. 2008; 43(6): 951-957.

12. Bonilla J, Atarés L, Vargas M, Chiralt A. Edible films and coatings to prevent the detrimental effect of oxygen on food quality: Possibilities and limitations. Journal Of Food Engineering, 110 (International Conference on Food Innovation - food Innova 2010). 2012; 208-213.

13. Narsaiah K, Wilson R, Gokul K, Mandge H, Jha S, Bhadwal, S, Vij S. Effect of bacteriocin-incorporated alginate coating on shelf-life of minimally processed papaya (Carica papaya L.). Postharves tBiology And Technology. 2015; 100:212-218.

14. Robles-Sánchez R, Rojas-Graü M, Odriozola-Serrano I, González-Aguilar G y Martin-Belloso O. Influence of alginatebased edible coating as carrier of antibrowning agents on bioactive compounds and antioxidant activity in fresh-cut Kent mangoes. LWT - Food Science And Technology. 2013; 50: 240-246.

15. Azarakhsh N, Osman A, Ghazali H, Tan C, MohdAdzahan N. Lemon grass essential oil incorporated into alginate-based edible coating for shelf-life extension and quality retention of fresh-cut pineapple. Postharvest Biology And Technology. 2014; 88:1-7.

16. Fan Y, Xu Y, Wang D, Zhang L, Sun J, Sun L, Zhang, B. Effect of alginate coating combined with yeast antagonist on strawberry (Fragaria × ananassa) preservation quality. Postharvest Biology And Technology. 2009; 53: 84-90.

17. Guerreiro A, Gago C, Miguel M, Antunes M y Faleiro M. The effect of alginate - based edible coatings enriched with essential oils constituents on Arbutusunedo L. fresh fruit storage. Postharvest Biology And Technology. 2015; 100: 226-233.

18. Sipahi R, Castell-Perez M, Moreira R, Gomes C y Castillo A. Improved multilayered antimicrobial alginate - based edible coating extends the shelflife of fresh-cut watermelon (Citrullus lanatus). LWT - Food Science And Technology. 2013; 5: 19-15.

19. Raybaudi-Massilia R, Mosqueda-Melgar J y Martín-Belloso O. Edible alginate-based coating as carrier of antimicrobials to improve shelf-life and safety of fresh-cut melon. International Journal Of Food Microbiology. 2008; 121:313-327.

20. Valero D, Díaz-Mula H, Zapata P, Guillén F, Martínez-Romero D, Castillo S, Serrano M. Effects of alginate edible coating on preserving fruit quality in four plum cultivars during postharvest storage. Postharvest Biology And Technology. 2013; 77: 1-6.

21. Pranoto Y, Salokhe V, Rakshit S. Physical and antibacterial properties of alginate-based edible film incorporated with garlic oil. Food Research International, 38(Food of the 21st Century: Safety &Health). 2005; 267-272.

22. Rhim J. Physical and mechanical properties of water resistant sodium alginate films. LWT - Food Science And Technology. 2004; 37:323-330.

23. Rojas-Graü M, Oms-Oliu G, Soliva-Fortuny R, Martín-Belloso O. The use of packaging techniques to maintain freshness in fresh-cut fruits and vegetables: a review. International Journal Of Food Science & Technology. 2009; 44(5): 875-889.

24. Brewster, J. L., & Rabinowitch, H. D. Onion and allied crops: Vol. I. Botany, physiology and genetics: CRC press, Boca Raton, FL. 1990; pp. 27-28.

25. Hershko V y Nussinovitch A. Physical properties of alginatecoated onion (Allium cepa) skin. Food Hydrocolloids. 1998; 12:195-202.

26. Restrepo F, Jorge I and Aristizabal T, Iván D. Conservación de fresa ( fragaria x ananassa duch cv. camarosa) mediante la aplicación de recubrimientos comestibles de gel mucilaginoso de penca sábila (aloe barbadensis miller) y cera de carnaúba. vitae [online]. 2010, vol.17, n.3

27. Bierhalz, A. K., da Silva, M. A., & Kieckbusch, T. G. Natamycin release from alginate/pectin films for food packaging applications. Journal Of Food Engineering. 2012; 110:18-25.