Resumen

La incorporación de aceites esenciales (AEs) en empaques de frutas constituye una potencial alternativa para la mitigación del deterioro fúngico en frutas frescas, enteras o mínimamente procesadas. Este trabajo se enfoca en el desarrollo de sistemas activos de liberación (esferas de alginato) de aceite esencial en la fase gas, para su utilización en empaques de frutas frescas, como estrategia para el control del deterioro fúngico en las frutas.

El aceite esencial usado para la elaboración de las esferas fue seleccionado entre diferentes aceites esenciales destacados por su actividad antimicrobiana y compatibilidad con el aroma/sabor de frutas. Entre los aceites esenciales de cascara de naranja, zacate limón y canela probados contra Botrytis cinerea y Penicillium expansum, ambos del Laboratorio de Microbiología de Alimentos (LMA) de la UDLAP, el AE de canela fue el más efectivo en el control in vitro, a 25 °C, de los mohos mencionados. De igual forma, el AE de canela fue el más efectivo contra los mohos Alternaria alternata y Colletotrichum gloeosporioides, in vivo a 25 °C, en comparación a los AE de zacate limón y anís. Por ello, para el AE de canela, se determinó el efecto de la temperatura de incubación en la concentración mínima inhibitoria de AE contra mohos del LMA de la UDLAP y mohos aislados de frambuesa y zarzamora (B. cinerea, P. expansum, Penicillium italicum y Cladosporium cladosporioides), siendo mayores las CMIs conforme aumenta la temperatura.

Asimismo, esferas de alginato (3% p/v) fueron preparadas con 5% (v/v) de AE de canela (Cinnamomum zeylanicum), con una eficiencia de encapsulación de 85.43 ± 4.97%, esfericidad de 0.013 ± 0.009 y dimensiones de 2.44 ± 0.20 mm. Utilizando microextracción en fase sólida se detectaron cinamaldehído, cariofileno y α-cariofileno en la fase gas de cajas herméticas con esferas de AE en su interior, almacenadas a 4 °C. Las cinéticas de liberación de agua y de aceite esencial de canela de las esferas, en la fase gas, fueron estudiados determinando cambios en el peso y contenido de fenoles de las esferas, respectivamente, a 59 y 88% de humedad relativa y a 4 y 25 °C, utilizando sistemas herméticos. La tasa de liberación de agua fue más elevada a mayores temperaturas y menores valores de humedad relativa. Por otro lado, la difusión del AE de canela fue mayor a mayor temperatura y humedad relativa. La liberación de agua y de AE se ajustaron a modelos dinámicos de primer y segundo orden, respectivamente, y ambos presentaron mecanismo Fickiano, en que la liberación dependió, principalmente, del gradiente de concentración. Por esta razón, la liberación de AE de esferas contenidas en empaque perforados de frutas no fue visiblemente afectada por la presencia de las perforaciones, dado que fue gobernada por procesos de difusión, antes que por convección o evaporación.

Para el transporte de AE, liberado por las esferas, en el espacio de cabeza del empaque perforado y a través de las perforaciones, se determinaron los coeficientes de difusión, los flujos y las velocidades de flujo. Estos fueron más elevados a mayor temperatura, para el cinamaldehído en comparación con otros componentes volátiles del AE de canela, y para los empaques que contenían frambuesa en comparación a aquellos con zarzamora. La actividad antifúngica in vitro de las esferas, en fase vapor, contra mohos del LMA de la UDLAP y mohos aislados de frambuesa y zarzamora, fue mejorada con el uso de esferas de alginato comparativamente al empleo del AE libre. Sin embargo, cuando fueron probadas in vivo (en frambuesa y zarzamora) contra B. cinerea y P. expansum del LMA de la UDLAP, y contra los mohos aislados de las frutas, las esferas no fueron tan efectivas como lo fueron in vitro. El crecimiento de mohos en frambuesa y zarzamora fue modelado usando regresión con datos de vida útil (tiempo para observar la falla), y se observaron mayores tiempos para falla y menores probabilidades de crecimiento a mayores concentraciones de aceite esencial y menores temperaturas.

Por último, a través de análisis sensorial mediante una prueba triangular, se evaluó si la presencia de esferas de alginato con AE de canela podía afectar los atributos sensoriales de la frambuesa y de la zarzamora. Aunque se hayan observado diferencias significativas en olor y sabor de las frutas, la mayoría de los jueces estarían dispuestos a consumir las frutas expuestas a esferas como parte de su dieta.

GENERAL ABSTRACT.

The use of essential oils (EOs) in fruit packages represents a potential alternative to prevent mold triggered spoilage, in whole or minimally processed fruits. This work aims the development of active system (alginate beads) for EO release in vapor phase in fresh fruit package, as a strategy for mold spoilage control in fruits. The EO used for the bead’s preparation was selected among different EO with outstanding antimicrobial activity and compatibility with fruits flavors. Among orange peel, lemongrass and cinnamon EOs tested against Botrytis cinerea and Penicillium expansum, both from UDLAP Food Microbiology Laboratory (UDLAP FML), cinnamon essential oil was the most effective in the in vitro control of the mentioned molds, at 25 °C. Likewise, cinnamon EO was the most effective EO against Alternaria alternata and Colletotrichum gloeosporioides, in vitro at 25 °C, in comparison to lemongrass and star anise EOs. Thus, for cinnamon EO, the effect of the incubation temperature on the Minimal Inhibitory Concentration (MIC) was determined for molds from UDLAP FML and molds isolated from raspberries and blackberries (B. cinerea, P. expansum, Penicillium italicum and Cladosporium cladosporioides), observing increasing MICs as temperature increases.

Likewise, alginate beads (3% w/v) were prepared with 5% (v/v) cinnamon essential oil (Cinnamomum zeylanicum), and an encapsulation efficiency of 85.43 ± 4.97%, sphericity of 0.013 ± 0.009 and dimensions of 2.44 ± 0.20 mm were obtained. Cinnamaldehyde, caryophyllene and α-caryophyllene were detected in the headspace of beads-containing hermetic packages at 4 °C, using solid phase microextraction. The kinetics of water and EO released from the beads, in the vapor phase, were studied determining changes in the weight and phenolic content of the beads, respectively, at 59 and 88% relative humidity and at 4 and 25 °C, using hermetic systems. The water release rate was higher at higher temperatures and lower relative humidities. On the other hand, EO diffusion was higher at higher temperatures and relative humidity. Water and essential oil release were fitted to first and second order dynamic models, respectively, and both presented Fickian mechanism, meaning that the release depended mainly on concentration gradient. For this reason, the release of EO from beads contained in perforated fruit packages was not visibly affected by the presence of the perforations, since it was also governed by diffusion rather than by convection or evaporation.

The diffusion coefficients, fluxes and flux velocities associated to the transport of the EO released by the beads, through the perforated package headspace and perforations, were determined. The parameters were higher at higher temperatures, for cinnamaldehyde in comparison to other cinnamon EO volatile components, and for packages containing raspberry in comparison to packages containing blackberry.

The in vitro antifungal activity of the beads, in vapor phase, against molds from UDLAP FML and molds isolated from raspberry and blackberry, was higher than the activity of the nonencapsulated EO. However, when the beads were tested in vivo (in raspberry and blackberry) against B. cinerea and P. expansum from UDLAP FML, and against molds isolated from fruits, the beads were not as effective as they were in vitro. Mold growth in raspberry and blackberry was modeled using regression with life data (time to fail model), where higher times to growth and lower growth probabilities were associated to higher essential oil concentrations and lower temperatures.

Finally, the effect of alginate beads on the sensory attributes of raspberry and blackberry were studied through sensory evaluation, using triangular test. Even though significant changes occurred for the odor and taste of the fruits exposed to beads, most of the panelists were willing to consume the mentioned fruits as part of their diet.

Palabras clave: Aceite esencial, fase vapor, envasado activo.

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Índice de contenido

Portada

Agradecimientos

Índices

Capítulo 1. Introducción General

Capítulo 2. Justificación

Capítulo 3. Objetivos

Capítulo 4. Hipótesis

Capítulo 5. Revisión Bibliográfica

Capítulo 6. Materiales y Métodos

Capítulo 7. Resultados y Discusión

Capítulo 8. Conclusiones y Recomendaciones

Referencias

Anexo 1. Cuestionario de evaluación sensorial (prueba triangular)

Anexo 2. Productos

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Da Silva Gabriela Paris, M. J. 2021. Control del deterioro fúngico en frutas frescas, combinando aceites esenciales en fase vapor con envasado activo. Tesis Doctorado. Ciencia de Alimentos. Departamento en Ingeniería Química, Alimentos y Ambiental, Escuela de Ingeniería, Universidad de las Américas Puebla. Mayo. Derechos Reservados © 2021.