Reseña sobre los Disolventes Eutécticos Profundos, una Alternativa Verde en Poscosecha

Las pérdidas de fruta poscosecha siguen siendo un desafío crítico en la agricultura global, lo que impulsa la búsqueda de estrategias de conservación sostenibles y ecológicas.

Los disolventes eutécticos profundos (DES, Deep Eutectic Solvents), una nueva clase de disolventes ecológicos compuestos por componentes biodegradables, han surgido como una alternativa prometedora a los conservantes químicos convencionales.

Esta revisión destaca los avances recientes en la aplicación de los DES para la conservación de fruta poscosecha, centrándose en sus propiedades antimicrobianas, antioxidantes y formadoras de película, así como en su uso en la extracción de conservantes naturales.

Las características fisicoquímicas únicas de los DES, como su baja explosividad, alta capacidad de solubilización y polaridad ajustable, los hacen adecuados para su uso en recubrimientos comestibles, nanoemulsiones y la extracción de compuestos bioactivos.

También exploramos el potencial sinérgico de los DES al combinarlos con biopolímeros y antimicrobianos naturales para mejorar la vida útil de la fruta y sus atributos de calidad, como la textura, el color y el valor nutricional.

A pesar de su potencial, es necesario abordar los desafíos relacionados con la toxicidad, la escalabilidad y la aceptación regulatoria para su adopción comercial exitosa.

Esta revisión ofrece una visión general del conocimiento actual, estudios de caso recientes y perspectivas futuras sobre la integración de los DES en sistemas sostenibles de conservación poscosecha de frutas.

Introducción

Las pérdidas de fruta poscosecha siguen representando un desafío global significativo, especialmente en las regiones tropicales y subtropicales, donde las altas temperaturas y la humedad aceleran su deterioro. Se estima que casi la mitad de la fruta cosechada se pierde debido a la degradación fisiológica, infecciones microbianas y condiciones de almacenamiento inadecuadas (Gidado et al., 2024a).

Estas pérdidas no solo amenazan la seguridad alimentaria y la estabilidad económica, sino que también socavan la sostenibilidad de las cadenas de valor agrícolas.

Tradicionalmente, se han empleado diversos métodos de conservación poscosecha para mitigar estas pérdidas, incluyendo el almacenamiento en frío, la atmósfera controlada (AC) y el envasado en atmósfera modificada (MAP), los tratamientos con agua caliente, la irradiación y la fumigación química, junto con el uso de fungicidas sintéticos y recubrimientos a base de cera (Chaudhary et al., 2025a, 2025b; Gidado et al., 2024a).

Si bien estos enfoques pueden reducir eficazmente el deterioro y prolongar la vida útil, suelen estar asociados a inconvenientes importantes, como la presencia de residuos químicos, la aparición de resistencia a patógenos, una alta demanda energética, preocupaciones ambientales y posibles impactos en la salud del consumidor (Chaudhary et al., 2025a, 2025b; Gidado et al., 2024a, 2025a).

Estos desafíos han impulsado una demanda urgente de alternativas más seguras, biodegradables y ecológicas que se ajusten a las expectativas modernas de sostenibilidad y seguridad alimentaria.

En respuesta a estas preocupaciones, los principios de la química verde y la ingeniería sostenible han cobrado impulso en el desarrollo de tecnologías poscosecha.

Una innovación prometedora en este campo es el uso de disolventes verdes, en particular los disolventes eutécticos profundos (DES) y los líquidos iónicos (LI).

Los DES representan una clase única de solventes conocidos por su baja volatilidad, inflamabilidad, alta estabilidad térmica, propiedades antioxidantes y antimicrobianas, viscosidad ajustable e inercia química en un amplio espectro de temperaturas (Abo-Hamad et al., 2015; Airouyuwa et al., 2024; Rahman et al., 2025).

Los DES se consideran a menudo una subclase de los IL debido a sus características fisicoquímicas similares, como alta estabilidad térmica, presión de vapor insignificante y polaridad ajustable, lo que los hace atractivos para aplicaciones poscosecha (Pollet et al., 2014; Zhang et al., 2025a, 2025b, 2025c).

Si bien los IL ofrecen propiedades solventes deseables, su toxicidad, costo y persistencia ambiental han limitado su aplicación en los sistemas alimentarios.

Por el contrario, los disolventes eutécticos profundos naturales (NADES) están compuestos por componentes naturales y de grado alimentario (p. ej., azúcares, aminoácidos y ácidos orgánicos), lo que les otorga la categoría de generalmente reconocidos como seguros (GRAS), menor toxicidad y mayor biocompatibilidad, características cruciales para la conservación poscosecha de la fruta (Radošević et al., 2015; Khandelwal et al., 2016; Xu et al., 2017; Alsaidi y Thiemann, 2025).

Los DES se forman mediante la combinación de un donante de enlaces de hidrógeno (HBD) y un aceptor de enlaces de hidrógeno (HBA), lo que da como resultado una mezcla eutéctica con un punto de fusión inferior al de cualquiera de los componentes (Abbott et al., 2003; Smith et al., 2014; Xu et al., 2025a, 2025b, 2025c). Su preparación es sencilla y suele incluir componentes naturales y biodegradables como el cloruro de colina y la urea.

Según su polaridad, los DES se clasifican en hidrófilos o hidrófobos (HDES). Los HDES están compuestos por compuestos apolares como terpenos o ácidos grasos, lo que ofrece inmiscibilidad en agua, estabilidad química y compatibilidad con moléculas lipofílicas (van Osch et al., 2020).

A diferencia de los disolventes verdes convencionales, como el etanol o el glicerol, que suelen presentar alta volatilidad, inflamabilidad o selectividad limitada hacia los compuestos bioactivos, las formulaciones de NADES y HDES proporcionan mayor estabilidad, adaptabilidad y retención de la actividad funcional, lo que las hace más adecuadas para aplicaciones poscosecha sensibles.

Para aplicaciones poscosecha en fruta, las características fisicoquímicas de los DES, como el pH, la viscosidad, la volatilidad y la permeabilidad, son particularmente importantes.

Los HDES, en particular, ofrecen propiedades prometedoras como baja presión de vapor (que limita la pérdida de agua), compatibilidad con las ceras superficiales de la fruta y actividad antimicrobiana natural, lo que los convierte en candidatos ideales para recubrimientos comestibles o vehículos bioactivos. Por ejemplo, los NADES y el almidón de amilosa se han utilizado para prolongar la vida útil de las fresas durante el almacenamiento, reduciendo el deterioro microbiano y retrasando el deterioro de las propiedades físicas (Gupta et al., 2023).

De igual manera, se han probado DES naturales basados ​​en mentol y timol en mangos y plátanos, retrasando el proceso de maduración, la pérdida de peso y mejorando la vida útil durante el almacenamiento (Gidado et al., 2023b, 2024b).

Estos estudios iniciales destacan la compatibilidad de las formulaciones de NADES y HDES con diversas matrices de fruta, pero se necesita investigación más específica para optimizar completamente su formulación para diferentes fisiologías de fruta y condiciones de almacenamiento.

Además de su compatibilidad y versatilidad funcional, los sistemas basados ​​en DES ofrecen la ventaja única de la capacidad de ajuste, lo que permite a los investigadores adaptar las propiedades del solvente modificando las proporciones HBA-HBD o incorporando grupos funcionales específicos.

Esta adaptabilidad permite la personalización para diferentes tipos de fruta, permeabilidad de la piel y tasas de respiración. Por ejemplo, las frutas tropicales con altas tasas de transpiración, como el mango y el plátano, pueden beneficiarse de los DES con mayor hidrofobicidad y menor permeabilidad al agua (Gidado et al., 2023b, 2024b), mientras que las bayas delicadas pueden requerir formulaciones que prioricen una acción antimicrobiana suave y el intercambio de gases (Iniguez-Moreno et al., 2023).

Esta versatilidad subraya su potencial para reemplazar o complementar los recubrimientos y conservantes tradicionales en diversos contextos poscosecha.

A pesar de estas prometedoras características, pocos estudios han investigado la aplicación de los DES, en particular los DES hidrófobos, en la tecnología poscosecha de frutas, y los datos disponibles sobre su uso práctico siguen siendo escasos.

La mayor parte de la investigación sobre DES se ha centrado en su uso en química analítica, tecnologías de extracción y productos farmacéuticos, lo que deja una brecha significativa en la comprensión de su comportamiento, funcionalidad y seguridad cuando se aplican directamente a productos agrícolas perecederos.

Esta limitada exploración subraya la necesidad de investigación específica para evaluar el rendimiento, los mecanismos de acción y la optimización de la formulación de DES para sistemas poscosecha reales.

Por lo tanto, esta revisión busca describir las propiedades fisicoquímicas y las clasificaciones de los DES relevantes para aplicaciones poscosecha en fruta, evaluar críticamente su papel en sistemas antimicrobianos, antioxidantes y formadores de película, e identificar las lagunas de conocimiento actuales, los desafíos regulatorios y las futuras direcciones para su uso como agentes sostenibles en la conservación poscosecha.

Al abordar estos aspectos, esta revisión apoya el desarrollo de estrategias innovadoras, seguras y ecológicas para reducir las pérdidas poscosecha y mejorar la gestión de la calidad.

Contenidos

• Fundamentos de los disolventes eutécticos profundos
• Clasificación de los DES
• Componentes y mecanismo de formación
• Propiedades fisicoquímicas y su importancia
• Ventajas de los DES como disolventes ecológicos en los sistemas alimentarios
• Consideraciones sobre biodegradabilidad, no volatilidad y toxicidad
• Estado normativo y aspectos de seguridad para su uso en alimentos
• Compatibilidad con recubrimientos comestibles y materiales de envasado
• Aplicación de los DES en la conservación poscosecha de frutas
  • Propiedades antibacterianas y antifúngicas
  • Potencial antioxidante de los DES
  • Uso de los DES en el envasado y la conservación de alimentos
  • DES para la extracción de conservantes naturales
• Avances tecnológicos de la aplicación de DES en la gestión poscosecha
  • Diseño racional y personalización de formulaciones de DES
  • Avances en nanoencapsulación y sistemas nanocompuestos
  • Sistemas DES inteligentes y con capacidad de respuesta
  • Compatibilidad con el procesamiento y el envasado industriales
• Brechas en la investigación actual

Desafíos y Trabajo Futuro

El futuro de la aplicación de DES en la conservación de frutas presenta un gran potencial, pero no está exento de importantes desafíos científicos y técnicos.

De cara al futuro, la comunidad investigadora debe adoptar un enfoque multidisciplinario que integre los avances de la química, la nanotecnología, la ciencia de los materiales, la microbiología y la ingeniería alimentaria para aprovechar al máximo el potencial de los DES en la tecnología poscosecha.

Una de las perspectivas más prometedoras y transformadoras reside en el diseño de sistemas DES inteligentes que respondan a estímulos ambientales.

Estos DES sensibles a estímulos podrían programarse para activar y liberar compuestos bioactivos solo en condiciones fisiológicas o ambientales específicas, como la invasión de patógenos, cambios de pH o fluctuaciones de temperatura.

Por ejemplo, un DES diseñado para responder al microambiente ácido generado durante una infección fúngica podría permanecer latente en condiciones normales y activar su acción antimicrobiana solo cuando sea necesario.

De igual manera, los DES termorresponsivos podrían presentar una mayor biodisponibilidad o fluidez a temperaturas de almacenamiento más altas, lo que proporciona un mecanismo de autorregulación que mejora la protección en condiciones subóptimas.

Estas intervenciones dirigidas con precisión podrían reducir la necesidad de exposición química continua o excesiva, preservando así la microbiota natural de la fruta y prolongando su vida útil con una mínima perturbación ecológica.

Paralelamente, existe una prometedora vía para integrar los DES con la nanotecnología, en particular en el desarrollo de nanoformulaciones para una mejor administración y estabilidad.

La encapsulación de los DES en nanotransportadores, como nanopartículas de quitosano, liposomas o matrices de ácido poliláctico, puede proteger los bioactivos sensibles de la degradación, facilitar la penetración profunda en las microestructuras de la fruta y permitir una liberación controlada y sostenida en el tiempo. Esta estrategia no solo aumenta la biodisponibilidad y la eficacia de los compuestos activos, sino que también abre nuevas posibilidades para el diseño multifuncional de recubrimientos comestibles nanocompuestos.

Estos sistemas pueden diseñarse para exhibir simultáneamente propiedades antimicrobianas, antipardeamiento, captación de etileno y regulación de la humedad, lo que los hace ideales para la protección poscosecha integral.

Sin embargo, las estrategias de nanoencapsulación deben superar las limitaciones técnicas relacionadas con la viscosidad, la separación de fases y la adhesión del recubrimiento.

Problemas como la inestabilidad del DES durante la atomización o el secado, la incompatibilidad con biopolímeros y la formación de agregados o cristales en nanoencapsulados de alta viscosidad siguen siendo desafíos apremiantes.

Las posibles soluciones incluyen la incorporación de plastificantes naturales (p. ej., sorbitol, trehalosa) o el uso de DES ternarios con aditivos moduladores de la viscosidad.

Otra dirección clave para el trabajo futuro es el diseño racional y específico de DES para cada fruta, basado en un profundo conocimiento de las interacciones fruta-patógeno.

Dado que las diferentes frutas presentan características fisicoquímicas variadas y albergan comunidades microbianas distintas, los DES deben adaptarse en consecuencia.

Mediante cribado de alto rendimiento, modelado computacional (como QSPR) y simulaciones de acoplamiento molecular, los investigadores pueden identificar pares HBD-HBA óptimos y bioactivos sinérgicos adecuados para frutas y patógenos específicos en condiciones de almacenamiento determinadas.

Por ejemplo, un DES dirigido a C. gloeosporioides en mangos podría requerir una formulación diferente a la diseñada para inhibir Botrytis cinerea en uvas.

La próxima generación de tecnologías poscosecha basadas en DES debe respaldarse con marcos de diseño robustos y específicos para cada fruta y validarse mediante ensayos a gran escala en condiciones reales.

La integración de estos enfoques computacionales con datos empíricos acelerará el desarrollo racional de sistemas de conservación eficaces y eficientes.

A pesar de su potencial teórico y su éxito en el laboratorio, la transición del laboratorio al campo sigue siendo un desafío formidable.

La investigación futura debe priorizar la validación en condiciones reales mediante extensos ensayos de campo, estudios piloto y evaluaciones de envases comerciales. Estos ensayos deben evaluar el rendimiento del DES en condiciones variables de la cadena de suministro, incluyendo fluctuaciones de temperatura (p. ej., 4-20 °C), alta humedad (85-95 %) y estrés mecánico.

El éxito de cualquier sistema propuesto debe compararse con indicadores clave de rendimiento, como la reducción de la carga microbiana (%), la prolongación de la vida útil, la pérdida de peso (%), la firmeza (N) y la aceptabilidad del consumidor.

Además, se requieren análisis tecnoeconómicos para evaluar la rentabilidad, la escalabilidad y el potencial de integración de los tratamientos basados ​​en DES en los sistemas poscosecha existentes.

Igualmente importantes son las evaluaciones regulatorias y de seguridad, que siguen siendo un obstáculo para la implementación comercial de las tecnologías DES en los sistemas alimentarios.

Los marcos regulatorios deben abordarse con rigurosos expedientes toxicológicos, alineados con las normas internacionales de seguridad (p. ej., FDA, EFSA), evaluaciones de impacto ambiental y documentación exhaustiva del grado de calidad alimentaria de todos los componentes del DES.

Involucrar a las autoridades de seguridad alimentaria en las primeras etapas del proceso de desarrollo facilitará una transición más fluida de la investigación al mercado.

 También deben realizarse análisis de ciclo de vida (ACV) y auditorías completas de sostenibilidad para evaluar la huella ambiental de los sistemas de conservación basados ​​en DES. Se deben considerar las demandas energéticas para la síntesis del DES, su biodegradabilidad y su destino en los ecosistemas naturales.

A medida que la sostenibilidad se convierte en un criterio determinante para la innovación agrícola, es imperativo que las tecnologías DES se alineen con los principios de la química verde y los objetivos ambientales globales.

Conclusión

Los DES se han convertido en una innovación transformadora en la conservación poscosecha de frutas, combinando versatilidad funcional, respeto al medio ambiente y biocompatibilidad.

Su estructura química personalizable permite la incorporación de antimicrobianos, antioxidantes y potenciadores de nutrientes naturales, lo que proporciona un enfoque multifacético para prolongar la vida útil de la fruta y mantener su calidad.

A diferencia de los conservantes sintéticos convencionales, los DES suelen derivarse de componentes GRAS, se degradan sin causar daño e incluso pueden contribuir a las propiedades nutricionales o sensoriales de las frutas cuando se aplican como recubrimientos comestibles o soluciones de inmersión.

Estudios recientes demuestran que los sistemas basados ​​en DES inhiben eficazmente el crecimiento microbiano, retrasan la maduración y mejoran la protección antioxidante. Algunos NADES hidrófobos alcanzan una inhibición fúngica superior al 85 % y prolongan la vida útil de la fruta de 5 a 12 días en comparación con los controles.

Además, los DES cumplen una doble función como disolventes de extracción ecológicos y agentes conservantes activos, eliminando la eliminación posterior de disolventes y manteniendo la bioactividad de los compuestos sensibles.

A pesar de estos avances, ampliar las aplicaciones de DES a sistemas comerciales de poscosecha requiere abordar desafíos como la viscosidad, la reciclabilidad y la validación regulatoria.

La investigación interdisciplinaria y la colaboración industrial son cruciales para optimizar las formulaciones, desarrollar métodos de procesamiento rentables y establecer marcos de seguridad.

En general, los DES ofrecen una solución sostenible y adaptable para reducir el desperdicio de alimentos, mejorar la resiliencia de la cadena de suministro y satisfacer la creciente demanda de estrategias de conservación ecológicas y de etiqueta limpia.

Su integración exitosa en la gestión poscosecha podría redefinir la conservación de la fruta, ofreciendo productos de alta calidad en consonancia con las prioridades ecológicas y de salud del consumidor.

La imagen es la Fig. 2 del artículo original, Representación esquemática de los mecanismos antibacterianos y antioxidantes de los DES.

ACCESO a la fuente en BIBLIOTECA DE HORTICULTURA