Impacto de los LED en la calidad de la fruta poscosecha

La Dr. Vijayalaxmi Kinhal, Felix Instruments, analiza cómo la aplicación de la luz LED en poscosecha permite mejorar diferentes parámetros vinculados a la calidad de la fruta   Las frutas se encuentran entre los alimentos más perecederos y sufren pérdidas significativas de peso y calidad en las etapas poscosecha debido a procesos fisiológicos. La industria alimentaria ha utilizado diodos emisores de luz (LED) durante la etapa previa a la cosecha como procedimiento estándar, pero las aplicaciones poscosecha aún no están muy extendidas. Sin embargo, una nueva investigación sugiere que las luces LED pueden ser seguras, libres de químicos y preservar físicamente la calidad de la fruta. Descubra lo que se sabe hasta ahora sobre las posibles aplicaciones de los LED en poscosecha para mejorar la calidad de la fruta.  

Problemas actuales en poscosecha

Los frutos pueden perder calidad y senescencia ya que sus procesos fisiológicos, como la respiración, la maduración y la senescencia, continúan después de la recolección. Las frutas pierden humedad y peso, sabor, textura y valor nutricional. También son vulnerables al deterioro microbiano. Las condiciones poscosecha están diseñadas para reducir las tasas de respiración y maduración y posponer la senescencia. Los métodos tradicionales de tratamiento químico ya no son populares debido a la conciencia de sus riesgos para la salud. Los resultados de las investigaciones sobre el control de la calidad y la senescencia de la fruta en la fase poscosecha con diodos emisores de luz (LED) han sido prometedores y sugieren que los LED también pueden mejorar diversas características de calidad.  

LED

LED es una tecnología de estado sólido que produce luz con longitudes de onda estrechas, intensidad variable, alta eficiencia fotoeléctrica y bajas propiedades térmicas. Los LED vienen en longitudes de onda que van desde el infrarrojo hasta el ultravioleta y se aplican con diferentes fluencias. La fluencia de la luz es la radiación incidente por unidad de superficie por unidad de tiempo. Muchos procesos fisiológicos en las frutas están controlados por la radiación luminosa, por lo que los LED de longitud de onda adecuada pueden optimizar el proceso de maduración, el valor nutricional, la producción de metabolitos secundarios, retrasar la senescencia y mejorar la calidad y la vida útil de la fruta. La fig. 1 muestra los resultados de la investigación sobre sobre estos efectos potenciales de las LED en la calidad de la fruta en poscosecha. [caption id="attachment_25271" align="aligncenter" width="300"] Figura 1: Representación gráfica del efecto LED en frutas poscosecha, Nassarawa et al. 2021. (Créditos de las imágenes: https://doi.org/10.1007/s11947-020-02534-6)[/caption]  

Influir en la maduración

La maduración en el momento previsto es ventajosa, ya que produce un cambio de calidad en apariencia, sabor, textura y nutrición que los consumidores desean. Sin embargo, una maduración temprana durante el almacenamiento provocará senescencia. Los LED acelerarán la maduración al aumentar la respiración y la producción de etileno. La luz LED también desencadena la expresión genética que controla la producción de pigmentos como los carotenoides y flavonoides que cambian de color. Por tanto, el efecto general de las LED es aumentar la maduración. Sin embargo, el genotipo es significativo y el azul acelera la maduración en los plátanos, seguido del rojo y el verde. El efecto del color LED sobre la maduración depende del genotipo. El LED azul acelera la maduración de melocotones, plátanos, satsuma, fresas y naranjas dulces al aumentar la síntesis de etileno. En los plátanos, el azul, el rojo y el verde son adecuados para la maduración. La luz azul dificulta el proceso de maduración y el ablandamiento de los tomates, mientras que los LED rojos favorecen el proceso de maduración. Por tanto, el azul puede prolongar la vida útil y el rojo acelera la maduración. Por lo tanto, la elección del espectro de LED puede depender de si es necesario limitar o acelerar la maduración.  

Desarrollo de Parámetros de Calidad de la Fruta

Los tratamientos con LED pueden mejorar el color, la firmeza, el sabor y la calidad nutricional.

Desarrollo de color

El color es uno de los primeros parámetros de calidad que los consumidores evalúan para elegir una fruta. Dependiendo de la especie y el cultivo, en el desarrollo del color intervienen varios pigmentos como las antocianinas, el licopeno, la clorofila o los flavonoides. Generalmente, la temperatura y la fisiología del fruto, al igual que la maduración, determinan los cambios de color. Sin embargo, la luz también puede afectar a la acumulación de estos pigmentos. La luz azul evita que los tomates verdes se pongan rojos, pero la luz roja puede hacer que los tomates se vuelvan rojos. Sin embargo, las temperaturas importan y temperaturas más bajas de 2°C en comparación con 21°C reducen el desarrollo del color. La luz roja en cualquier fluencia produce el desarrollo del color a 21°C en los arándanos. La luz roja es la mejor para el desarrollo del color, seguida de la azul y el verde.

Sólidos solubles totales

Los sólidos solubles totales (SST) medidos en Brix determinan la madurez en frutos climatéricos y no climatéricos. Un aumento en los SST acompaña a la maduración, y cualquier disminución de azúcar retrasa la maduración pero extiende la vida útil. Debería ser posible controlar la producción de azúcar eligiendo colores claros adecuados e influyendo en la vida útil. Los colores claros que mejoran o reducen la producción de SST son específicos de cada especie, pero están moderados por la temperatura y el tiempo de almacenamiento.

• El verde es bueno para prolongar la vida útil incluso a temperaturas altas de 21°C durante más de 15 días en los arándanos en comparación con otros colores y controles. La luz roja aumentó el SST en los arándanos a 21°C, seguida de la luz azul. Después de 15 días de almacenamiento, la luz azul de intensidad de fluencia baja a media (20 a 40 W m-2) puede aumentar el TSS incluso a temperaturas bajas de 2 °C.
• Los LED azules aumentan el TSS en fresas y melocotones. En los melocotones, la producción de etileno se retrasó de seis a nueve días en comparación con las frutas no tratadas. Pero después de nueve días, la producción de etileno aumentó, lo que provocó el desarrollo de color y SST.
• El rojo: la luz roja lejana en los tomates aumenta el SST y la acidez titulable en temperaturas de almacenamiento de 23°C.

[caption id="attachment_25274" align="aligncenter" width="300"] Figura 2: Los pimientos expuestos a la luz azul y roja eran más firmes, pero existen diferencias entre cultivares, Liu et al., 2022. (Créditos de las imágenes: https://doi.org/10.3390/foods11172712)[/caption]  

Firmeza

La firmeza es otro parámetro de calidad sensorial esencial y, a medida que los frutos maduran, se vuelven más blandos. El efecto de los LED sobre la firmeza de la fruta depende de las especies y cultivares. Por ejemplo, los LED azules y rojos mantuvieron los frutos de pimiento más firmes para prolongar su vida útil, aunque el color de la luz varía según los cultivares. Por ejemplo, los pimientos P1622 fueron los más firmes con luz azul, los pimientos Hangjiao-2 fueron tratados con luz roja, mientras que Xinxiang-2 tuvo un mejor desempeño en la oscuridad, ver Figura 2. Si las personas quieren frutas más suaves, elijan otros colores, como luz blanca en Serían necesarios pimientos.  

Características fisiológicas

Varios procesos fisiológicos, como la respiración, la transpiración y la senescencia, continúan en los frutos cosechados, provocando problemas de calidad.

Pérdida de peso

La luz azul hace que los estomas se abran, aumentando la respiración y la transpiración o la pérdida de agua. El resultado es una pérdida de peso del fruto, lo que lleva a un deterioro de la calidad. Por ejemplo, las fresas almacenadas a 5°C y tratadas con LED azules comenzaron a mostrar una tasa de respiración más alta después de cuatro días. Los tomates Kumato almacenados durante 13 días a 5°C perdieron hasta ~70% de peso en comparación con la oscuridad. Aunque los LED emiten menos calor que la luz convencional, elevan la temperatura de la bandeja aproximadamente 2°C. La luz continua también podría desencadenar estrés oxidativo que provoca la pérdida de peso. La luz roja y roja lejana provocaron la mayor pérdida de peso; la luz azul tuvo la menor pérdida de peso del 25 %, como se muestra en la Figura 3. La pérdida de peso aumentó con el tiempo, incluso en condiciones de refrigeración. [caption id="attachment_25276" align="aligncenter" width="300"] Figura 3: “Pérdidas de peso (%) de tomates cherry Kumato® almacenados durante 13 días a 5°C bajo varios tratamientos de iluminación”, Martínez-Zamora et al., 2023. (Créditos de la imagen: https://doi.org/10.1016 /j.lwt.2022.114420)[/caption]

Senescencia

La senescencia o envejecimiento provoca un deterioro de la calidad del fruto debido a la pérdida de nutrientes y cambios bioquímicos y estructurales. El estrés oxidativo produce especies reactivas de oxígeno (ROS) que degradan proteínas, lípidos y membranas, lo que eventualmente conduce a la muerte celular, por lo que la senescencia reduce la vida útil. Los LED de intensidad y longitud de onda adecuadas pueden retrasar la senescencia. Los LED azules y blancos son ideales para reducir el cambio de pigmento y tienen menos efecto sobre la respiración y la transpiración. La luz con un índice de fluencia bajo por debajo del punto de compensación de luz (cuando hay suficiente luz para la fotosíntesis) puede ser mejor para el almacenamiento que la oscuridad. Los LED pueden reducir el color amarillento de las mandarinas y los kiwis.  

Producción bioquímica

La longitud de onda y la intensidad de la luz determinan la biosíntesis de metabolitos secundarios. El tratamiento con LED ayuda a la acumulación de metabolitos secundarios, como vitaminas, compuestos fenólicos, clorofila, sólidos solubles totales, antocianinas, fenoles y carotenoides. Las frutas reaccionan a la luz con otros factores desencadenantes como la temperatura, la humedad, la duración y el dióxido de carbono. Los LED azules y rojos aumentan los metabolitos secundarios. La luz azul estimula las enzimas fenilalanina amonio-liasa (PAL), que participan en la síntesis y acumulación de metabolitos secundarios. La luz roja aumenta la acumulación de tocoferoles y terpenos. Compuestos fenólicos: las plantas producen compuestos fenólicos en respuesta al estrés abiótico y biótico. La luz UV-B actúa como estrés y desencadena la producción de fenoles, como flavonoides, flavonoles y taninos. En los arándanos, la luz azul de fluencia media (40 W m-2) aumenta el contenido fenólico total después del tratamiento. Contenido de antocianinas: Varias fluencias y longitudes de onda afectan el contenido de antocianinas de las frutas.

• El azul, el rojo y el verde y una fluencia de 20 a 60 W m-2 aumentaron las antocianinas en los arándanos.
• Los LED UV-B, azules, blancos y verdes aumentan las antocianinas en las cerezas dulces, consulte la Figura 4.

Antioxidantes: Tener más antioxidantes y enzimas antioxidantes puede ayudar a las frutas a neutralizar las ROS producidas por el estrés, lo que conduce a la senescencia y mejora la vida útil. Los antioxidantes pueden ser vitamina E, polifenoles, carotenoides y glutatión reducido; Las enzimas son glutatión oxidasa, ascorbato oxidasa, catalasa, glutatión oxidasa y superóxido dismutasa. Una vez más, el efecto LED depende de cada especie.

• Los LED azules de alta fluencia aumentaron los antioxidantes en las fresas y los arándanos almacenados en condiciones de refrigeración.
• Una combinación de luz roja y azul disminuyó los carotenoides en los cítricos.

[caption id="attachment_25277" align="aligncenter" width="300"] Figura 4: “La irradiación poscosecha con luz azul aumenta el contenido de antocianinas en las cerezas dulces”, Kokalj et al. 2019. (Créditos de las imágenes: https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2018.11.011)[/caption]

Atributos nutricionales

Varios metabolitos secundarios como azúcares, vitaminas, antocianinas, compuestos fenólicos totales y antioxidantes son buenos para las frutas y las personas. Cuando los LED aumentan los metabolitos secundarios, mejoran la calidad nutricional de las frutas.  

Deterioro microbiano de las frutas

La exposición a LED puede reducir el deterioro y los retrasos microbianos. El efecto depende del genotipo y del cultivar.

• Los LED azules con una tasa de fluencia de 40 W m-2 inhiben los microorganismos patógenos fúngicos mediante la inactivación fotodinámica de los microbios. Reducen el crecimiento micelial de Penicillium digitatum, italicum y Phomopsis citri y las zonas podridas. Por ejemplo, los LED azules, verdes y rojos inhiben los tres hongos en las frutas de naranja dulce, tomate y mandarina.
• Los LED azules, verdes y rojos tenían acción antibacteriana contra Escherichia coli, Salmonella typhimurium y Staphylococcus aureus.
• Los rayos UV tienen efectos bactericidas y limitan el crecimiento microbiano.

 

Mejora de la vida útil

Al retrasar la maduración, la textura, el color y el desarrollo de SST, promover los antioxidantes para controlar la senescencia y reducir el deterioro microbiano, las frutas pueden durar mucho tiempo y mantener la calidad sin tratamiento químico. El tratamiento con LED suele ser eficaz incluso a temperaturas ambiente de alrededor de 20 °C, lo que posiblemente reduce la necesidad de un almacenamiento en frío costoso y que consume mucha energía. Al final del período de almacenamiento, los espectros de luz elegidos pueden ayudar a acelerar la maduración y el desarrollo de los parámetros de calidad para satisfacer las demandas de los consumidores.  

Más información

La investigación sobre la aplicación de LED en poscosecha, para mejorar la vida útil y la calidad de la fruta, muestra que los espectros de LED y los requisitos de fluencia son específicos de las especies y cultivares. Para poder utilizar esta novedosa técnica, serán necesarios más estudios y ensayos. Los experimentos de series temporales con observaciones repetidas del mismo conjunto de frutas necesitarán herramientas precisas y no destructivas. Felix Instruments Applied Food Science dispone de una serie de medidores de calidad de fruta con el fin de:

• F-750 Produce Quality Meter, medidor de la calidad de frutas y hortalizas
• F-751, Medidor de calidad del aguacate
• F-751, Medidor de calidad del kiwi
• F-751, medidor de calidad de mango
• F-751, Medidor de calidad del melón

Estas herramientas recopilan datos basados ​​en espectroscopia de infrarrojo cercano (NIR) y los analizan en tiempo real para obtener resultados en unos segundos. Estos son estándares de la industria en los que se basan los científicos y la cadena de suministro para monitorear y controlar la calidad de la fruta. La Bibliografía se encuentra en el artículo original de la Dr. Vijayalaxmi Kinhal, "LEDs Impact on Postharvest Fruit Quality"