Envase activo de cartón, que incluye agentes naturales encapsulados, para el envasado a granel de tomates y pimientos frescos

Abstract

[SPA] Esta tesis doctoral se presenta bajo la modalidad de compendio de publicaciones. España es uno de los principales países productores y exportadores de productos hortofrutícolas en la Unión Europea. Esto es en gran medida a la importancia que tiene este sector productivo en varias comunidades autónomas, donde tiene un puesto destacable la Región de Murcia. No obstante, este sector tiene que competir con otros países, sobre todo del arco Mediterráneo, donde pueden conseguir precios más bajos, aunque la calidad y seguridad de estos productos sea significativamente inferior. Por ello, es muy importante avanzar en la tecnología de envasado y conservación de frutas y hortalizas, para diferenciar todavía más la calidad y vida útil de estos productos frescos frente a la competencia, haciendo un especial hincapié en la mejora de su calidad microbiológica y organoléptica, y en su seguridad alimentaria. Estos productos frescos son altamente perecederos, cuya calidad puede disminuir rápidamente a medida que pasan los días, debido principalmente al desarrollo de la actividad microbiológica de bacterias y hongos, y en algunos casos, por la liberación de etileno, una hormona que fomenta la maduración de los frutos. La incorrecta manipulación postcosecha, como la ruptura de la cadena de frío o el uso de envases inadecuados, pueden dar como resultado grandes pérdidas económicas postcosecha debidas, sobre todo, al desarrollo de la microbiología típica alterante de estos productos. Además, se pueden encontrar microorganismos patógenos en frutas y verduras frescas, debido a que son productos que se consumen prácticamente sin procesar o solamente lavados. Esta microbiología patógena y alterante puede aparecer durante las etapas de recolección, postcosecha y conservación. Durante la manipulación postcosecha de las hortalizas frescas y antes del envasado, se lleva a cabo un tratamiento de descontaminación superficial utilizando agua clorada u otros agentes desinfectantes. Esta es la única etapa donde se puede reducir el número de microorganismos patógenos y causantes del deterioro de estos productos. Este lavado de descontaminación superficial, normalmente reduce la carga microbiana solamente en una unidad logarítmica. Además, como no se trabaja en ambiente ultralimpio, suele producirse una recontaminación de los productos, normalmente por hongos procedentes del aire y de las superficies de los equipos de manipulación. Por tanto, es interesante considerar un sistema de envasado que controle la proliferación de la carga microbiana en estos productos. Por ello tiene de gran interés el desarrollo de nuevas tecnologías de envasado activo antimicrobiano que satisfagan las demandas de los consumidores en cuanto al uso de agentes antimicrobianos naturales y que mejoren, a su vez, la seguridad alimentaria. Los plásticos sintéticos son materiales muy empleados para la fabricación de envases para frutas y hortalizas, puesto que estos presentan buenas propiedades que contribuyen a la protección del alimento y permiten ver el mismo por su transparencia. Pero estos plásticos tienen el inconveniente de estar constituidos por polímeros no biodegradables derivados del petróleo. Esto implica que tienen una gran persistencia en la naturaleza, manteniendo sus características, durante varias décadas una vez que son vertidos, lo cual constituye un serio problema medioambiental. Como consecuencia de esta problemática medioambiental, el uso de envases de cartón corrugado se presenta como una alternativa importante al uso de plásticos, debido sobre todo a que tienen buenas propiedades mecánicas que se adaptan muy bien a los envases que se necesitan para la conservación y transporte de frutas y hortalizas frescas. Además, los envases de cartón son menos perjudiciales para el medio ambiente y más económicos que los plásticos. Los procedimientos habituales de envasado de este tipo de productos en cajas de cartón sin carácter activo, aunque se mantenga una temperatura y humedad relativa (HR) adecuada de conservación del producto, no permiten extender mucho la vida útil ni asegurar la ausencia de podredumbres ni de microorganismos patógenos. Esta es la razón por la que se propone una solución tecnológica avanzada de envase activo de cartón con el objetivo de poder alargar la vida útil de frutas y hortalizas frescas, y de mejorar su seguridad alimentaria. La solución que se propone consiste en el desarrollo de un envase activo de cartón que se caracteriza porque al menos una de sus caras internas posee un recubrimiento activo antimicrobiano que comprende una emulsión en base agua de un compuesto polimérico que incluye complejos de inclusión formados por ciclodextrinas (CDs) y aceites esenciales (AEs), y/o nanotubos de halloysita (HNT) con AEs, o componentes de éstos, o una mezcla de ambos. Las sustancias antimicrobianas que se proponen son AEs que pueden utilizarse solos, o mediante combinación de los mismos, los cuales se liberan por evaporación cuando el envase es almacenado en condiciones de elevada HR, ejerciendo su acción antimicrobiana sobre los microorganismos presentes en la superficie del producto envasado. En esta tesis se ha desarrollado y validado, a escala de planta piloto y a nivel industrial, un prototipo de envase activo de cartón con actividad antimicrobiana y de control de etileno, que incluye agentes naturales encapsulados, para el envasado a granel de tomates y pimientos frescos, aumentando su vida útil, la calidad y seguridad alimentaria Este tipo de envase desarrollado se ha evaluado como un sistema de envasado capaz de prolongar la vida útil de productos frescos, como son el tomate y el pimiento. La liberación controlada de los vapores de los AEs durante la conservación, a una determinada temperatura y HR, permite el control de la pérdida de la calidad de estos productos frescos debido a que los AEs ejercen una acción antimicrobiana impidiendo el desarrollo de microorganismos alterantes que provocan podredumbres en los frutos, además de obtener una mejora en la calidad sensorial. Durante la conservación de tomates y pimientos frescos se realizaron determinaciones microbiológicas, fisicoquímicas (sólidos solubles, pH y acidez titulable). También se estudió la firmeza de los frutos y su calidad sensorial, así como el porcentaje de frutos podridos y la determinación de residuos de AEs sobre la superficie del fruto, como en el envase. Durante todo el estudio se observó que los frutos almacenados en envases de cartón activo presentaron un menor porcentaje de frutos podridos con respecto a los frutos almacenados en envases de cartón no activo, al final de su vida útil. Produciéndose una reducción de hasta el 14% de frutos defectuosos envasados en cajas activas. Por otro lado, en cuanto a la calidad sensorial, los frutos mejor evaluados fueron aquellos que se envasaron en sistema activo frente a los que se envasaron en sistema no activo. Sin embargo, ni la calidad microbiológica ni fisicoquímica, del fruto, se vieron afectadas independientemente del tipo de envase estudiado.

[ENG] This doctoral dissertation has been presented in the form of thesis by publication.Spain is one of the main producers and exporters of fruit and vegetables in the world. In fact, this sector has a high importance in the Region of Murcia and other places of Spain. Nevertheless, many other countries produce such horticultural products with lower prices and quality. In order to consolidate, and even improve, the actual situation of this sector it is necessary to preserve the product quality using advanced technologies of packaging and preservation extending the shelf life of these fresh products. Such advances may allow to obtain a more competitive product against the other producer countries. Furthermore, it is crucial to ensure the food safety, while ensuring the highest microbiological and organoleptic quality. Horticultural fresh products are highly perishable being their quality reduced during postharvest storage mostly due to microbial growth (mainly bacteria and fungi), and other physiological processes such related to senescence like the production and effects of ethylene, which is known as the ripening hormone. Nonadequate post-harvest techniques like inadequate refrigerated storage (e.g. not controlled relative humidity (HR), etc.) or inappropriate packaging, can result in high postharvest economic losses due to the microbial growth of spoilage microorganisms. Moreover, pathogenic microorganisms can be detected in fresh vegetables that are minimally processed. The origin of microbial crosscontamination may be originated during harvesting, post-harvesting or conservation periods. During postharvest handling of fresh vegetables before packaging, surface decontamination treatment is carried out using chlorinated water or other sanitizing agents. This processing stage is crucial to minimize microbial loads of the product. Such surface decontamination using sanitizing washings normally reduces microbial loads less than one logarithmic unit. In addition, since horticultural products are not usually processed under an ultra-clean environment, they are usually decontaminated with fungi from the air and the surfaces of the handling equipment. Accordingly, it is of high interest to develop a packaging system that controls the microbial growth in these products. In that sense, new active antimicrobial packaging technologies may control microbial growth of the contained product satisfying also the consumer demands since they are natural antimicrobial agents while ensuring the product food. Synthetic films have been widely used as packaging materials for fruit and vegetables since they have excellent properties that contribute to the protection of the food while ensuring a good transparency. Nevertheless, these films are non-biodegradable polymers derived from petroleum. These petroleum-derived polymers have a great persistence in nature maintaining their characteristics for several decades once they are discharged, constituting a serious environmental problem. Due to this problematic situation, corrugated cardboard packages are an interesting alternative because they have good mechanical properties, which are crucial for a proper storage and transport of the packaged food. Moreover, cardboard packages are environment-friendly and economical compared with plastic materials. Conventional cardboard boxes are not able to extend the shelf life of products as consequence of the control of microbial growth. Then, an emerging technology that allows the extension of the product shelf-life of fruit and vegetables using an active cardboard box coated with waterproof lacquers including nanoencapsulated antimicrobial compounds is here by studied. Essential oils (EOs), single or combined, have high antimicrobial properties. Encapsulation of EOs using cyclodextrins (CD) and/or nanotubes of halloysite (HNT) is incorporated in the lacquers of the active cardboard packages to extend the product shelf-life. Then, EOs are released from the CD by evaporation when the packaging is stored in conditions of high HR, exerting their antimicrobial activity on the microorganism present of the surface of the horticultural products packaged with this active packaging.. This Thesis has developed and optimized an active antimicrobial packaging at different scales (pilot plant and industrial) using a lacquer with the EOs-CD inclusion complex to preserve the quality of fresh tomatoes and peppers. This developed packaging type has been evaluated as a packaging system able to extend the shelf life of fresh horticultural products such as tomatoes and peppers. Controlled release of EOs vapours during storage at a specified temperature and HR allows the control of quality losses of these fresh products due to the antimicrobial activity of EOs reducing the growth of spoilage microorganisms, which are responsible of fruit rottenness. Overall, the product quality is better maintained with such proposed technology. Microbiological and physicochemical determinations (soluble solids, pH and treatable acidity) were made during the storage of fresh tomatoes and peppers. Firmness was also studied together with sensory quality and the decay incidence. Furthermore, residues of EOs were also studied during storage in the fruit surface as well as the remaining EOs in the packaging material. Throughout the study, products stored within the non-active cardboard packages showed a higher percentage of decay incidence compared to active cardboard packages during storage. On the other hand, samples packaged within the active system showed better sensory quality than those samples packaged with the non-active system. However, neither the microbiological quality nor the physicochemical quality of the products were affected regardless of the type of containers studied.