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INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL CENTRO DE DESARROLLO DE PRODUCTOS BIÓTICOS “RECUBRIMIENTOS BIODEGRADABLES PARA EL CONTROL DE MICROORGANISMOS PATÓGENOS Y CONSERVACIÓN DE LA CALIDAD DE FRUTOS DE JITOMATE (Lycopersicon esculentum L.) T E S I S QUE PARA OBTENER EL GRADO DE DOCTOR EN CIENCIAS EN DESARROLLO DE PRODUCTOS BIÓTICOS PRESENTA ALUMNA: MARGARITA DE LORENA RAMOS GARCÍA DIRECTORES DE TESIS: DRA. SILVIA BAUTISTA BAÑOS DR. IRAN ÁLIA TEJACAL YAUTEPEC, MORELOS, JUNIO 2012

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Page 1: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

CENTRO DE DESARROLLO DE PRODUCTOS BIÓTICOS

“RECUBRIMIENTOS BIODEGRADABLES PARA EL

CONTROL DE MICROORGANISMOS PATÓGENOS Y CONSERVACIÓN DE LA CALIDAD DE FRUTOS DE

JITOMATE (Lycopersicon esculentum L.)”

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL GRADO DE

DOCTOR EN CIENCIAS

EN

DESARROLLO DE PRODUCTOS BIÓTICOS

PRESENTA

ALUMNA:

MARGARITA DE LORENA RAMOS GARCÍA

DIRECTORES DE TESIS:

DRA. SILVIA BAUTISTA BAÑOS

DR. IRAN ÁLIA TEJACAL

YAUTEPEC, MORELOS, J UNIO 2012

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Este trabajo se realizó en el laboratorio de Fitopatología Postcosecha del

departamento de Interacciones Planta-Insecto del CEPROBI-IPN, bajo la

dirección de la Dra. Silvia Bautista Baños y el Dr. Irán Alia Tejacal.

Para la realización de los estudios se contó con el apoyo económico de

CONACyT (No. becario, 202396) y del Programa Institucional de Formación

de Investigadores de la Secretaría de investigación y Posgrado (SIP) del IPN.

Page 6: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

DEDICADA

A mi hija María Ximena

Por ser el aliciente que me inspiró cada día a seguir adelante, por soportar

mis ausencias y disfrutar nuestro poco tiempo juntas, por darme tanto

cariño y ternura y sobre todo por ser la niña más hermosa, lista y

maravillosa que alguien pudiera llegar a tener.

TE AMO!!! Ximenita

y todo el tiempo estoy pensando en ti y por ti mi amor voy a seguir

adelante para nunca te falte nada y para que siempre estés orgullosa de mí.

A mi cantante favorito

El que siempre me hace reír y hace que me sienta maravillosa con sus

halagos, por ser paciente y compartir mi tiempo con su hermanita. Te

dedico mi esfuerzo Vale y estoy completamente agradecida con tu apoyo y

tu cariño. Te amo.

A ti cariño

Por ser un excelente esposo y padre, por que con tu amor y compañía he

podido salir adelante y tener otro logro en nuestra vida.

A ti, que me apoyaste, me cuidaste, me escuchaste, me consolaste y me

ayudaste, solo quiero recordarte lo orgullosa que estoy de ti y lo importante

que eres en mi vida

Gracias mi amor por quererme tanto, aunque sabes? ni con otro corazón te

alcanzaría para amarme como yo TE AMO!!

Page 7: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

AGRADECIMIENTOS

Dra. Silvia Bautista

No me alcanzarían las palabas para expresarle lo agradecida que estoy con

usted por su amistad, apoyo, ánimo y su compañía en las diferentes etapas

de mi carrera y mi vida.

He aprendido de usted un mar de conocimiento que dudo mucho que lo

hubiera podido aprender en otro lugar. Permítame decirle que es usted una

gran investigadora y profesionista de la cual le quiero aprender su empeño

para realizar las cosas y su ánimo para seguir adelante en sus proyectos a

pesar de las adversidades.

Gracias a usted he podido realizar uno de mis mas grandes anhelos

dándome el estimulo necesario para poder lograrlo y ayudándome a cruzar

con firmeza mi camino de la superación.

Es usted una persona que considero parte de mi familia y la estimación que

le tengo es muy grande y solo puedo decirle…

GRACIAS

Lic. Raúl Orozco

Gracias por toda la ayuda que me has brindado, gracias por ser una persona

tan agradable y amable, pero sobre todo por darme tu mas sincera amistad

y afecto, te agradezco infinitamente todas tus compañías y atinados

consejos que han mejorado y simplificado muchos aspectos de mi vida.

Page 8: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

A mi comité tutoral

Dr. Miguel Velázquez, Dra. Rosalía González, Dra. Elsa Ventura, Dra. Laura Barrera Necha

Por tomarse el tiempo y la dedicación de fortalecer mi trabajo, por darme

parte de sus consejos, y aportaciones, ya que sin ellos este trabajo no seria

el mismo

Dr. Irán Alia

Gracias por ser parte de este proyecto, ya que usted fue una pieza clave,

para esta investigación, gracias por el tiempo invertido y por sus

aportaciones y sus consejos

A mi familia

A mis padres que siempre han estado con migo y toman mis logros como

suyos. Gracias a ellos yo he llegado hasta donde estoy gracias a sus

consejos, cariño y principalmente a su apoyo. Gracias por querer y

preocuparse tanto por mis hijos. Y principalmente gracias por guiarme

hacia el camino de la superación, ya que su ejemplo es un aliciente para

llegar cada día más lejos.

Los AMO.

A mis sobrinos y hermanas, les agradezco el que me apoyaran tanto con

mis hijos, gracias por quererlos como si fueran suyos

y gracias por ser parte de mi familia.

Page 9: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

A mi amiga Mónica Hernández

Por darme tu amistad y por apoyarme tanto en mi investigación, gracias a ti

pude terminar a tiempo mis experimentos.

Durante el tiempo hemos tenido altos y bajos, pero nació una bonita

amistad y no creo que eso se acabe nunca TQM

A Carolina, Estrella, Mitzu y Olguita

Gracias amigas por sus aportaciones en mi trabajo, gracias por ser parte de

este proyecto y por haber trabajado juntas.

A mi amigo Emanuel

Que siempre ha estado con migo apoyándome en todo, por ser tan paciente

y atento con migo.

Gracias por toda la información que me proporcionaste que hizo más

confortable mi estancia en el centro.

Y aunque me vaya del centro siempre te voy a llevar en mi corazón.

Dr. Javier Solorza

Le agradezco infinitamente sus aportaciones y enseñanzas que fueron

vitales para la realización de mi trabajo, es un gran investigador y un

excelente profesor

Un agradecimiento especial a la empresa Sistemas Agrícolas Avanzados

S.A de C. V. por proporcionar el material vegetal para la realización de

este trabajo.

Page 10: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

Dra. Elsa Bosquez

Le agradezco todo el conocimiento que compartió con migo, le agradezco

su tiempo, su trabajo, sus consejos su trato y todas las consideraciones que

tuvo con migo.

Dr. Terres y Dr. Hernández

Por ayudarme en mi investigación y por todas sus asesorías, que sin duda

fortalecieron por completo mi trabajo

Dra. Zavala

Le agradezco todas las consideraciones que me tuvo, gracias por cuidarme

a mi y a Ximena y por darme un gran apoyo en mi estancia fuera del

CEPROBI. Gracias y que Dios la Bendiga!!

A mi amigo Delfino

Por ser una gran persona, por darme su amistad y por estar siempre a mi

lado.

Estoy muy agradecida con la vida que me dio la oportunidad de estar aquí,

y llenar todos los aspectos de mi vida PROFESIONISTA, ESPOSA y

MADRE!!

Page 11: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

1

ÍNDICE

RESUMEN ..........................................................................................................................9

ABSTRACT ......................................................................................................................10

Capítulo I...........................................................................................................................11

Recubrimientos comestibles adicionados de compuestos antimicrobianos para proteger frutos de

jitomate. ............................................................................................................................11

Capítulo I. Recubrimientos comestibles adicionados de compuestos antimicrobianos para proteger

frutos de jitomate................................................................................................................12

Resumen ............................................................................................................................ 12

1. Introducción................................................................................................................ 13

2. Propiedades específicas de los recubrimientos a base de lípidos, proteínas y polisacáridos

aplicados en frutas y hortalizas. ........................................................................................... 14

2.1 Recubrimientos a base de lípidos. ............................................................................... 15

2.2 Recubrimientos a base de proteínas. ............................................................................ 16

2.3 Recubrimientos a base de polisacáridos. ...................................................................... 17

3. El quitosano como recubrimiento filmogénico con actividad antimicrobiana ....................... 18

3.1 Aplicación del quitosano como recubrimiento. ............................................................ 21

4. Incorporación de aditivos en los recubrimientos ............................................................... 22

4.1 Aceites esenciales ...................................................................................................... 23

4.1.2 Aceites esenciales y su actividad en bacterias que afectan la ...................................... 25

salud humana. ................................................................................................................. 25

4.1.3 Aplicación de aceites esenciales en recubrimientos comestibles. ................................ 27

5. Aplicación de la combinación quitosano + aceites esenciales, y su efecto en el control de

microorganismos. ............................................................................................................... 28

6. Cera de abeja y ácido oleico compuestos con propiedades funcionales................................ 28

7. Conclusión ..................................................................................................................... 29

8. Referencias bibliográficas ...............................................................................................29

Capítulo II .........................................................................................................................43

Evaluación de la actividad antifungica de recubrimientos comestibles en Rhizopus stolonifer en

frutos de jitomate ...............................................................................................................43

Page 12: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

2

Capítulo 2. Evaluación de la actividad antifungica de recubrimientos comestibles en Rhizopus

stolonifer en frutos de jitomate ............................................................................................44

Resumen ............................................................................................................................ 44

1. Introducción................................................................................................................ 45

2. Materiales y métodos ................................................................................................... 47

2.1 Obtención de Rhizopus stolonifer............................................................................... 47

2.2 Obtención del jitomate ............................................................................................... 47

2.3 Formulación del recubrimiento ................................................................................... 48

2.4 Preparación de los recubrimientos ............................................................................... 49

2.5 Extracción del aceite esencial de limón y tomillo ......................................................... 50

2.6 Aplicación de los tratamientos .................................................................................... 50

2.7 Procesamiento de muestras de Microscopia Electrónica de Barrido (MEB).................... 51

2.8 Variables Evaluadas................................................................................................... 51

2.9 Análisis estadístico .................................................................................................... 52

3. Resultados ...................................................................................................................... 53

4. Discusión ....................................................................................................................... 64

5. Conclusiones .................................................................................................................. 67

6. Referencias bibliograficas................................................................................................ 67

Capítulo III ........................................................................................................................74

Evaluación de la actividad antibacterial de recubrimientos comestibles sobre Escherichia coli en

frutos de jitomate ...............................................................................................................74

Capítulo 3. Evaluación de la actividad antibacterial de recubrimientos comestibles sobre

Escherichia coli en frutos de jitomate ..................................................................................75

Resumen ............................................................................................................................ 75

1. Introducción................................................................................................................ 76

2. Materiales y métodos ................................................................................................... 79

2.1 Obtención y activación de la cepa Escherichia coli DH5α ......................................... 79

2.2 Obtención de la dilución óptima de Escherichia coli DH5α..................................... 79

2.3 Formulación del recubrimiento ................................................................................... 80

2.4 Aplicación in vitro de los tratamientos en Escherichia coli DH5α ................................. 81

2.5 Inoculación de Escherichia coli DH5α sobre frutos de jitomate a nivel de laboratorio y

semicomercial................................................................................................................. 82

2.6 Procesamiento de muestras en Microscopia Electrónica de Barrido (MEB). ................... 83

2.7 Análisis Estadístico. ................................................................................................... 84

Page 13: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

3

3. Resultados .................................................................................................................. 84

4. Discusión.................................................................................................................... 92

5. Conclusiones............................................................................................................... 94

6. Referencias bibliograficas ............................................................................................ 94

Capitulo IV ...................................................................................................................... 103

Aplicación de recubrimientos comestibles en frutos de jitomate y su impacto sobre los atributos de

calidad ............................................................................................................................. 103

Capitulo 4. Aplicación de recubrimientos comestibles en frutos de jitomate y su impacto sobre los

atributos de calidad........................................................................................................... 104

Resumen ...........................................................................................................................104

1. Introducción...............................................................................................................105

2. Materiales y métodos ..................................................................................................108

2.1 Formulación del recubrimiento ..................................................................................108

2.2 Aplicación de los recubrimientos sobre frutos de jitomate ...........................................108

2.3 Variables evaluadas.............................................................................................109

2.4 Análisis Estadístico...................................................................................................111

3. Resultados .................................................................................................................111

3.1 Evaluación de la firmeza, SST y pérdida de peso en jitomates tratados con recubrimientos

comestibles ....................................................................................................................111

3.2 Evaluación de color en frutos de jitomate tratados con recubrimientos comestibles .......116

3.3 Evaluación de la producción de CO2 y etileno en frutos de jitomate tratados con

recubrimientos comestibles .............................................................................................122

4. Discusión...................................................................................................................126

5. Conclusiones..............................................................................................................130

6. Referencias bibliograficas ...........................................................................................130

Capitulo V ....................................................................................................................... 137

Propiedades mecánicas y de permeabilidad al agua de películas comestibles elaboradas con

quitosano y adicionadas con compuestos antimicrobianos. ................................................. 137

Capitulo 5. Propiedades mecánicas y de permeabilidad al agua de películas comestibles elaboradas

con quitosano y adicionadas con compuestos antimicrobianos. ........................................... 138

Resumen ...........................................................................................................................138

1. Introducción...............................................................................................................138

2. Materiales y métodos ..................................................................................................140

2.1 Preparación de las formulaciones ...............................................................................140

Page 14: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

4

2.2 Formación de películas .............................................................................................140

2.3 Acondicionamiento de las cámaras .......................................................................141

2.4 Evaluación del grosor de la película .....................................................................141

2.5 Determinación de la permeabilidad del vapor de agua .................................................142

2.6 Determinación de las propiedades mecánicas..............................................................143

3. Resultados y Discusión ...............................................................................................144

4. Conclusiones..............................................................................................................145

5. Referencias bibliograficas ...........................................................................................146

CONCLUSIONES ........................................................................................................... 149

PERSPECTIVAS ............................................................................................................. 150

ANEXOS ........................................................................................................................ 151

Page 15: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

5

ÍNDICE DE CUADROS

Cuadro 1. Efecto de diferentes concentraciones de quitosano en el control de varios hongos

postcosecha importantes en la producción hortofrutícola. .......................................................... 20

Cuadro 2. Efecto del quitosano como inhibidor de colonias de bacterias patógenas en humanos. . 21

Cuadro 3. Aceites esenciales con efecto fungicida contra algunas especies de hongos postcosecha

importantes en la producción hortofrutícola.............................................................................. 24

Cuadro 4. Efecto de aceites esenciales contra bacterias patógenas de humanos. ......................... 26

Cuadro 5. Tratamientos evaluados ........................................................................................... 48

Cuadro 6. Desarrollo in vitro de Rhizopus stolonifer en diferentes cubiertas a base de quitosano

incubado por 48 h a 20 °C ....................................................................................................... 54

Cuadro 7. Efecto curativo y preventivo de diferentes cubiertas a base de quitosano probadas en tres

estados de madurez de frutos de jitomate, inoculados con Rhizopus stolonifer y almacenados a

temperatura controlada y ambiente (10 ± 2 y 25 ± 2°C, respectivamente). .................................. 59

Cuadro 8. Efecto de diferentes cubiertas a base de quitosano y estados de madurez en frutos de

jitomate inoculados con Rhizopus stolonifer, y almacenados a temperatura controlada y ambiente

(10 ± 2 y 25 ± 2°C) a un nivel semicomercial. .......................................................................... 63

Cuadro 9. Diluciones decimales de Escherichia coli DH5α (cultivo “over night”)....................... 80

Cuadro 10. Número de colonia de Escherichia coli DH5α en medio Mac Conkey cubierto con

diferentes formulaciones a base de quitosano e incubadas durante 48 h. ..................................... 85

Cuadro 11. Efecto de diferentes cubiertas a base de quitosano en frutos de jitomate con tres estados

de madurez inoculados con Escherichia coli DH5α y almacenados a dos temperaturas, a nivel de

laboratorio. ............................................................................................................................ 89

Cuadro 12. Efecto de diferentes cubiertas a base de quitosano en frutos de jitomate con tres estados

de madurez inoculados con Escherichia coli DH5α y almacenados a dos temperaturas a nivel

semicomercial. ....................................................................................................................... 91

Cuadro 13.Valores de firmeza de frutos de jitomates tratados con recubrimientos a base de

quitosano adicionados con compuestos antimicrobianos y almacenados durante 3 semanas. .......112

Cuadro 14. Valores de SST de frutos de jitomates tratados con recubrimientos a base de quitosano

adicionados con compuestos antimicrobianos y almacenados durante 3 semanas. ......................113

Cuadro 15. Porcentaje de pérdida de peso de frutos de jitomates tratados con recubrimientos a base

de quitosano adicionados con compuestos antimicrobianos y almacenados durante 3 semanas....115

Page 16: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

6

Cuadro 16. Valores de luminosidad (L*) de frutos de jitomates tratados con recubrimientos a base

de quitosano adicionados con compuestos antimicrobianos y almacenados durante 3 semanas....117

Cuadro 17. Valores de cromaticidad (C*) de frutos de jitomate tratados con recubrimientos a base

de quitosano adicionados con compuestos antimicrobianos y almacenados durante 3 semanas....119

Cuadro 18. Valores de matiz (H*) de frutos de jitomates tratados con recubrimientos a base de

quitosano adicionados con compuestos antimicrobianos y almacenados durante 3 semanas. .......121

Cuadro 19. Valores de CO2 de frutos de jitomates tratados con recubrimientos a base de quitosano

adicionados con compuestos antimicrobianos y almacenados durante 3 semanas. ......................124

Cuadro 20. Valores de etileno de frutos de jitomates tratados con recubrimientos a base de

quitosano adicionados con compuestos antimicrobianos y almacenados durante 3 semanas. .......125

Cuadro 21. Propiedades mecánicas y de permeabilidad al vapor de agua de películas a base de

quitosano. .............................................................................................................................145

Page 17: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

7

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Frutos de jitomate en tres diferentes estados de madurez: a) veteado, b) naranja y c) rojo.

............................................................................................................................................. 48

Figura 2. Preparación de los recubrimientos comestibles. a) adición del quitosano, b) adición del

ácido oleico y glicerol, c) homogenización durante 5m., d) recubrimiento terminado. ................. 49

Figura 3. Escala del índice de severidad de Rhizopus stolonifer en los frutos de jitomate: 1) 0, 2)1-

25, 3) 26-50, 4) 51-75, 5) 76-100. ............................................................................................ 52

Figura 4. Crecimiento in vitro de Rhizopus stolonifer sobre diferentes cubiertas, incluyendo el

control. .................................................................................................................................. 55

Figura 5. MEB del micelio de Rhizopus stolonifer evaluado en diferentes cubiertas: a) quitosano

1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1%, b) quitosano 1% + ácido oleico 1% +

aceite esencial de limón 0.1%, c) quitosano 1% + cera de abeja 0.1%, d) quitosano 1% + ácido

oleico 1%, e) PDA, f) PDA (esporangióforo). ........................................................................... 56

Figura 6. Incidencia de frutos de jitomate con tres estados de madurez e inoculados con Rhizopus

stolonifer. a) frutos tratados de manera curativa almacenados a temperatura controlada b) frutos

tratados de manera curativa almacenados a temperatura ambiente c) frutos tratados de manera

preventiva almacenados a temperatura controlada d) frutos tratados de manera preventiva

almacenados a temperatura ambiente. ...................................................................................... 57

Figura 7. Índice de severidad de frutos de jitomate veteados inoculados con Rhizopus stolonifer de

manera preventiva /curativa y almacenados a 25 ± 2 y 10 ±2 °C ............................................... 61

Figura 8. Índice de severidad de frutos de jitomate naranja inoculados con Rhizopus stolonifer de

manera preventiva /curativa y almacenados a 25 ± 2 y 10 ± 2 °C .............................................. 61

Figura 9. Índice de severidad de frutos de jitomate rojos inoculados con Rhizopus stolonifer de

manera preventiva /curativa y almacenados a 25 ± 2 y 10 ± 2 °C .............................................. 62

Figura 10. Índice de severidad en los tres estados de madurez de los frutos de jitomate (veteado,

naranja y rojo) inoculados con Rhizopus stolonifer y almacenados a 25 ± 2 y 10 ± 2 °C. ........... 64

Figura 11. Formación de las cubiertas en los experimentos in vitro e inoculación de E. coli DH5α82

Figura 12. Aplicación de las cubiertas e inoculación de E. coli DH5α en frutos de jitomate a nivel

de laboratorio. ........................................................................................................................ 82

Figura 13. Aplicación de las cubiertas e inoculación de E. coli DH5α en frutos de jitomate a nivel

semi-comercial. ...................................................................................................................... 83

Figura 14. Evaluación del desarrollo de E. coli DH5α en frutos de jitomate. ............................... 83

Page 18: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

8

Figura 15. Número de UFC desarrolladas en diferentes cubiertas e incubadas por 48 h: a)

quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1% b) quitosano 1% + cera de

abeja 0.1% + aceite esencial de tomillo 0.1% c) quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial

de limón 0.1% d) quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de tomillo 0.1% e) quitosano

1% + cera de abeja 0.1% f) quitosano 1% + ácido oleico 1% y g) Medio Mac Conkey. ............... 86

Figura 16. Muestras de MEB de Escherichia coli DH5α inoculada en diferentes cubiertas: a)

quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1% b) quitosano 1% + ácido oleico

1% + aceite esencial de limón 0.1% c) quitosano 1% + cera de abeja 0.1% d) quitosano 1% + ácido

oleico 1% e) MacConkey. ....................................................................................................... 87

Figura 17. Colonias de Escherichia coli DH5α aisladas de frutos de jitomate naranjas almacenados

a 10 ± 2 °C y cubiertos con las diferentes formulaciones: a) quitosano 1% + cera de abeja 0.1% +

aceite esencial de limón 0.1% b) quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1%

c) quitosano 1% + cera de abeja 0.1% d) quitosano 1% + ácido oleico 1% e) Agua. .................... 89

Figura 18. Crecimiento de E. coli aislado de frutos de jitomate de tres estados de madurez cubiertos

con dos recubrimientos : verdes a) quitosano 1% + cera de abeja 0.1% b) quitosano 1% + cera de

abeja 0.1% + aceite esencial de limón 01% c) Agua; Naranjas d) quitosano 1% + cera de abeja

0.1% e) quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1% f) Agua; Rojos g)

quitosano 1% + cera de abeja 0.1% h) quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de

limón 0.1% i) Agua. ............................................................................................................... 90

Figura 19. Lavado en hipoclorito de sodio, b) inmersión en las cubiertas, c) secado, d)

almacenamiento. ...................................................................................................................109

Figura 20. Evaluación de firmeza en frutos de jitomate en el texturometro ...............................109

Figura 21. Formación de las películas sobre la placa ................................................................141

Figura 22. Cámara de acondicionamiento ................................................................................141

Figura 23. Diagrama de flujo de la determinación de permeabilidad total de vapor de agua. .......143

Page 19: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

9

RESUMEN

La aplicación de cubiertas comestibles es una tecnología que permite extender la vida útil

de frutas y vegetales frescos debido a que reduce sus procesos metabólicos, y la posibilidad

de ataque de microorganismos. Las cubiertas a base de quitosano y otros agentes

antimicrobianos han dado buenos resultados cuando se han aplicado en frutos. Se

evaluaron cubiertas a base de quitosano + ácido oleico/cera de abeja + aceite esencial de

limón sobre frutos de jitomate, con la finalidad de controlar los patógenos Rhizopus

stolonifer y Escherichia coli y que además la cubierta prolongue la vida de anaquel del

fruto sin modificar sus atributos de calidad. Los experimentos se llevaron a cabo de manera

in vitro y directamente sobre los frutos de jitomate en tres estados de madurez (verde,

naranja y rojo) y fueron almacenados a temperatura controlada y temperatura ambiente (10

± 2 y 25 ± 2 ºC, respectivamente), las evaluaciones se llevaron a cabo a nivel de

laboratorio y semi-comercial. Con respecto a las evaluaciones in vitro, las cubiertas

adicionadas con aceite esencial de limón controlaron completamente el desarrollo del

hongo R. stolonifer y en las imágenes de Microscopia Electrónica de Barrido, se observó

una distorsión en el crecimiento del micelio. Sin embargo, en los frutos de jitomate solo la

cubierta de quitosano + ácido oleico + aceite esencial de limón disminuyó el porcentaje de

infección del hongo en los frutos que se almacenaron a temperatura ambiente. Las

cubiertas adicionadas con cera de abeja controlaron satisfactoriamente e l desarrollo de E.

coli de manera in vitro e in situ, en las imágenes de MEB no se observó crecimiento de la

bacteria. La cubierta de quitosano + ácido oleico + aceite esencial de limón disminuyó la

pérdida de peso en frutos de jitomate al término del almacenamiento. Los frutos rojos de

jitomate cubiertos o no, mostraron valores mayores de CO2 y etileno comparado con los

verdes, así como los frutos almacenados a 25 ºC al final del almacenamiento tuvieron

mayor contenido de CO2 que los almacenados a temperatura controlada. Se determinaron

las propiedades mecánicas y de permeabilidad de vapor de agua en cubiertas a base de

quitosano + ácido oleico/cera de abeja + aceite esencial de limón. El ácido oleico y la cera

de abeja son compuestos lipídicos que no solo mejoran las propiedades de las películas, si

no que además, presentan efecto antibacterial y en el caso del ácido oleico, disminuye la

pérdida de peso de los frutos de jitomate sin modificar sus atributos de calidad.

Page 20: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

10

ABSTRACT

The application of edible coatings or films is a technology that allows extending the shelf

life of fresh fruits and vegetables because it reduces their metabolic processes and the

possibility of attack by microorganisms. Coating based on chitosan and other antimicrobial

agents have given good results when applied to fruits. Coating based on chitosan + oleic

acid/beeswax + lime essential oil were evaluated on tomato fruits in order to control the

pathogens Rhizopus stolonifer and Escherichia coli. Additionally, the coatigs also prolong

the shelf life of fruit without changing their quality attributes. The experiments were

carried out in vitro and directly on tomato fruits at three stages of maturity (green, orange

and red) and were stored at a controlled temperature and room temperature (10 ± 2 y 25 ±

2 0C, respectively). Evaluations were conducted at the laboratory and semi-commercial

level. With respect to the in vitro assessments, coatings with lime essential oil added

completely controlled development of the fungus R. stolonifer and Scanning Electron

Microscopy (SEM) images showed distortion in mycelial growth. However, in the tomato

fruits only the chitosan + oleic acid + lime essential oil cover decreased the fungal

infection percentage in fruits stored at room temperature. Coatings with beeswax added

successfully controlled the development of E. coli in vitro and in situ as the SEM images

showed no bacterial growth. The chitosan + oleic acid + lime essential oil cover decreased

weight loss in tomato fruits at the end of storage. The red tomato fruits (covered or not)

showed higher CO2 and ethylene values compared with the green ones, and fruits stored at

25 0C at the end of storage had higher Co2 content than those stored at the controlled

temperature. Mechanical properties and water vapor permeability in coatings based on

chitosan + oleic acid/beeswax + lime essential oil were determined. Oleic acid and

beeswax are lipid compounds which not only improve the properties of the films, but also

exhibit an antibacterial effect. In the case of oleic acid, it reduces the weight loss of tomato

fruits without changing their quality attributes.

Page 21: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

11

Capítulo I

Recubrimientos comestibles adicionados

de compuestos antimicrobianos para

proteger frutos de jitomate.

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12

Recubrimientos comestibles adicionados de compuestos antimicrobianos

para proteger frutos de jitomate.

Resumen

En general los frutos de jitomate son altamente perecederos y susceptibles a daños durante

su almacenamiento y empacado, esto favorece la incidencia de enfermedades las cuales

limitan notablemente la calidad del producto. Se ha utilizado un gran número de

productos químicos para contrarrestar estos problemas, sin embargo, esto ha traído consigo

efectos nocivos a la salud humana y al ambiente e incluso resistencia de los

microorganismos. Una alternativa viable para estos problemas, es utilizar productos de

origen biológico con efecto antimicrobiano que sean amigables con el ambiente, tal es el

caso de los recubrimientos comestibles. Los recubrimientos son matrices co ntinuas

formuladas a base de lípidos, proteínas o carbohidratos o mezclas de estos componentes,

que les confieren diferentes propiedades fisicoquímicas. Un carbohidrato utilizado para la

formulación de los recubrimientos comestibles es el quitosano, el cua l reduce el

crecimiento de hongos y bacterias. Los recubrimientos pueden servir como vehículos para

un amplia gama de aditivos, incluyendo compuestos antimicrobianos, con la finalidad de

proporcionarles mayores atributos como es el control de microorganismos. Entre los

aditivos naturales están los aceites esenciales. Se tiene amplia evidencia de que los aceites

esenciales extraídos de diferentes plantas presentan inhibición contra hongos y bacterias.

La cera de abeja y ácido oleico, son productos con efecto antimicrobial que generalmente

se adicionan a los recubrimientos para proporcionarles a estos mejor elasticidad, sin

embargo, son pocos los estudios que reportan sus funciones antimicrobiales en frutos. Al

formular recubrimientos comestibles con quitosano y adicionar a las formulaciones

productos como los aceites esenciales, cera de abeja y ácido oleico, se evita el desarrollo

de microorganismos, se prolonga la vida de anaquel del producto, y mantiene sus

propiedades sensoriales.

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13

1. Introducción

Para prolongar la vida postcosecha de los productos hortofrutícolas se han implementado

diferentes tecnologías, entre ellas el almacenamiento a temperaturas bajas, la utilización de

empaques plásticos para crear atmósferas modificadas, la aplicación de tratamientos

hidrotérmicos, irradiación y formulaciones que contienen agentes biológicos, entre otras

(Quezada et al., 2003). Todas ellas a su vez ejercen cierto control en la incidencia de

microorganismos patógenos. Se ha reportado que durante el manejo postcosecha de los

productos vegetales se pueden estimar pérdidas hasta del 40% del total cosechado, estas

pérdidas varían entre productos, áreas de producción y época del año (Aular, 2006). De las

principales razones que generan estas pérdidas está la incidencia de enfermedades causadas

principalmente por hongos de diversos géneros. Por otro lado, los productos contaminados

por bacterias patógenas, pueden causar enfermedades graves a los humanos ocasionando

hasta la muerte si no son tratados a tiempo. Generalmente, en el caso de los hongos, éstos

no aparecen durante el crecimiento de las plantas, es más, algunos permanecen en estado

latente hasta la maduración del producto hortícola y otros se adquieren durante la cosecha,

el transporte y/o el manejo del producto (Ogden et al., 2005; Beverlya et al., 2008). En

relación a la incidencia de bacterias, son muy factibles de contaminar el producto durante

la etapa precosecha principalmente por aguas contaminadas, o bien durante la

manipulación de los productos hortícolas.

El jitomate es una de las especies hortícolas de gran importancia tanto económica como

social en nuestro país por ser un generador importante de empleos y divisas, además de ser

considerado como el segundo producto hortícola más consumido a nivel mundial. México

es el principal exportador de jitomate, comercializando 1, 136, 300 toneladas de las cuales

el mayor volumen se destina a Estados Unidos (FAOSTAT, 2009). Sin embargo, el

jitomate muchas veces no puede ser comercializado satisfactoriamente debido que sufre

daños que ocasionan la disminución de su calidad. Las pérdidas postcosecha del jitomate

son hasta del 50% en países industrializados, y estas pérdidas se atribuyen a una acelerada

actividad respiratoria, su sensibilidad a la deshidratación, la acción del etileno, pudriciones

causadas por microorganismos y daños mecánicos y fis iológicos (Artés, 1999). En Nueva

York, se han reportado pérdidas postcosecha de jitomate hasta de un 80% a causa del

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14

ataque de Rhizopus stolonifer y Alternaria alternata (Ceponis and Butterfield, 1979). En

Morelos R. stolonifer durante la etapa de postcosecha ha sido el más predominante hasta

con un 50% de infección (datos no publicados). El deterioro de los frutos durante el

almacenamiento ocasiona una de las mayores pérdidas económicas en el sector agrícola, ya

que el tiempo que tarda el fruto almacenado desde su cosecha hasta el consumidor puede

ser de varias semanas (Liu et al., 2007; Musse et al., 2009).

Una alternativa con potencial viable para la conservación de frutas y vegetales frescos es la

utilización de recubrimientos comestibles multicomponentes, los cuales pueden elaborarse

con ingredientes básicos adecuados al producto para brindarle la protección de barrera

deseada y además, conferir la propiedad de “activo” incorporando aditivos específicos

(antioxidantes, colorantes, antimicrobianos, etc.) para reforzar su funcionalidad, que en el

caso que se expone seria el de evitar el crecimiento de microorganismos patógenos en la

superficie de los productos vegetales (Nussinovitch y Lurie, 1995; Cagri et al., 2004;

Martin-Belloso et al., 2005).

2. Propiedades específicas de los recubrimientos a base de lípidos,

proteínas y polisacáridos aplicados en frutas y hortalizas.

La película o cubierta comestible consiste en una capa delgada que se pre-forma o forma

directamente sobre la superficie de los productos vegetales como una envoltura protectora

(Del-Valle et al., 2005; Bravin et al., 2006). Se elaboran a partir de una gran variedad de

proteínas, polisacáridos y lípidos ya sea como componentes únicos o combinados, con la

finalidad de mejorar sus propiedades de barrera y mecánicas (Kester y Fennema, 1986). El

mecanismo por el cual los recubrimientos conservan la calidad de frutas y vegetales es

debido a que crean una barrera física a los gases, produciendo una atmósfera modificada

alrededor ya que reducen la disponibilidad de O2 e incrementan la concentración de CO2

(Avena-Bustillos et al., 1997; González-Aguilar et al., 2005).

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15

2.1 Recubrimientos a base de lípidos.

Los recubrimientos a base de lípidos son muy eficientes para reducir la deshidratación de

los productos, debido a su baja polaridad presentan una escasa permeabilidad al vapor de

agua (Kester y Fennema, 1986). La pérdida de humedad en frutas y vegetales fr escos

disminuye la firmeza y el peso de los productos afectando su calidad y como consecuencia

ocurren pérdidas económicas durante su comercialización (Avena-Bustillos et al., 1994).

Estos recubrimientos presentan algunas limitaciones tales como, propiedades mecánicas

pobres y en ocasiones mala apariencia (García et al., 2000); es por eso que los lípidos son

mezclados con otras sustancias como polisacáridos, ya que estas combinaciones

proporcionan al recubrimiento mayor estabilidad (Koelsch, 1994; Martín-Belloso et al.,

2005).

García et al. (2000), reportaron que al mezclar aceite de girasol (Helianthus annus L.) y

almidón de maíz (Zea mays L.) con glicerol y sorbitol como plastificante, obtuvieron un

recubrimiento, con buenas propiedades mecánicas para adherirse a la zanahoria (Daucus

carota L.) y redujeron la pérdida de vapor de agua tres veces mas por encima del control.

Por su parte, McHugh y Senesi (2000), realizaron una mezcla de puré de manzana (Pyrus

Malus L.) con lípidos (ácidos grasos, alcoholes grasos, ceras y aceite vegetal), con glicerol

como plastificante, para elaborar un recubrimiento y aplicarlo en trozos de manzana. Como

los recubrimientos a base de puré de manzana demostraron tener excelentes propiedades de

barrera al O2, pero deficientes propiedades de barrera a la humedad, la adición de lípidos

garantizó mejores propiedades de barrera al agua (McHugh et al., 1996). El resultado que

obtuvieron fue una buena adherencia del recubrimiento, reducción en la oxidación de los

trozos de manzana y poca pérdida de humedad, de igual forma se mantuvo el sabor y el

aroma del fruto, concluyendo que a medida que se incrementó la concentración de lípidos

se redujo la pérdida de humedad.

Pérez-Gago et al. (2003), desarrollaron un recubrimiento mezclando hidroxipropil

metilcelulosa con glicerol y ácido esteárico para aplicarlo en frutos de mandarina (Citrus

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16

reticulata B.). La pérdida de humedad de las mandarinas cubiertas y almacenadas a 20 °C,

disminuyó significativamente a medida que la cantidad de lípidos aumentó. Los resultados

mostraron que el recubrimiento con mayor cantidad de lípidos (60 %) disminuyó hasta en

47 % la pérdida de humedad en comparación con el control. Sin embargo, estos resultados

también sugirieron utilizar bajas temperaturas de almacenamiento junto con la aplicación

del recubrimiento para extender la vida de anaquel de la mandarina. Actualmente la

mayoría de los recubrimiento son adicionados con glicerol (Rojas Graü et al., 2007;

Raybaudi-Massilia et al., 2008), utilizándolo como plastificante.

2.2 Recubrimientos a base de proteínas.

Los recubrimientos hechos a base de proteínas presentan mejores propiedades de barrera a

los gases, sin embargo, la resistencia que presenta al vapor de agua es menor debido a su

naturaleza hidrofílica (Pérez-Gago y Krochta, 2002). Gontard et al. (1996), elaboraron

películas a base de gluten, acido acético y glicerol consiguiendo una permeabilidad baja al

CO2 y O2 en comparación con el control, por lo que recomiendan su uso para frutas y

vegetales. Tanada-Palmu y Grosso (2005), formularon un recubrimiento a base de gluten,

etanol, hidróxido de amonio, y glicerol y lo aplicaron en fresa (Fragaria vesca L.).

Además de lo mencionado anteriormente este recubrimiento logró mantener el sabor de las

fresas por más tiempo (5 d.) en comparación con el control, sin embargo, sus propiedades

de barrera al agua no fueron buenas. A esta misma formulación se le adicionó cera de

abeja, acido esteárico y acido palmítico, reduciendo la pérdida de peso en las fresas hasta

en 50% en comparación con el recubrimiento sin lípidos. Peréz-Gago et al. (2005),

elaboraron un recubrimiento con proteína de suero de leche, hidroxipropil metilcelulosa,

cera de abeja y carnauba, para cubrir trozos de fresa, logrando una reducción en el

oscurecimiento enzimático. Los autores atribuyen este efecto a la alta propiedad de barrera

al oxígeno que presentan las proteínas. Estos mismos autores elaboraron otro

recubrimiento con proteína de suero de leche, cera de abeja y acido ascórbico o cisteína,

obteniendo la misma reducción en el oscurecimiento enzimático en trozos de manzana

(Pérez-Gago et al. 2006). Monedero et al. (2009), elaboraron películas a base de proteína

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17

de soya (Glycine max M.), acido oleico y glicerol, para en un futuro hacer las pruebas en

frutos, obteniendo una permeabilidad selectiva al O2. Además, adicionaron lípidos y

lograron disminuir la pérdida de agua hasta en 50% en comparación con las películas no

adicionadas.

2.3 Recubrimientos a base de polisacáridos.

Los recubrimientos hechos a base de polisacáridos han sido los más ut ilizados para

recubrir frutos esto, es debido a sus propiedades mecánicas de adherencia y flexibilidad en

la superficie de los productos hortofrutícolas. Meza (2006), formuló un recubrimiento

utilizando tres diferentes polisacáridos; almidón de maíz, goma guar y pectina de bajo

metoxilo. Al incrementar la concentración de almidón de maíz, se mejoró la adherencia y

la flexibilidad del recubrimiento en la superficie de frutos como pera (Pyrus communis L.),

limón (Citrus limon L.) y aguacate (Persea americana M.). Sin embargo, las

concentraciones de almidón de maíz del 2% o mayores ocasionaron frutos aparentemente

deshidratados y opacos, además de ser recubrimientos quebradizos y fibrosos.

La goma guar y la pectina de bajo metoxilo (menor cantidad de grupos metil ester),

mostraron buena viscosidad y adherencia aun en concentraciones altas. Varios autores

atribuyen otros efectos a los recubrimientos a base de polisacáridos, por ejemplo, Viña et

al. (2007), recubrieron coles de Bruselas (Brassica oleracea L.) con una mezcla de

almidón de maíz, hidróxido de sodio y glicerol, conservando algunos atributos de calidad

del producto, tales como, firmeza y color. Además, la pérdida de peso fue menor en

comparación con el control. Ribeiro et al. (2007), realizaron una mezcla de almidón, ácido

cítrico y sorbitol para cubrir frutos de fresa y retardar su senescencia, los recubrimientos a

base de polisacáridos mostraron mejores propiedades de barrera a los gases que el control.

Oms-Oliu et al. (2008), formularon un recubrimiento a base de alginato, pectina y goma de

gelana, obteniendo un incremento en la resistencia de pérdida de agua y reducción en la

producción de etileno en peras cortadas.

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18

En frutos de mango, Sothornvit y Rodsamran (2008), probaron una película elaborada con

pulpa de mango del cual analizaron sus propiedades de barrera y mecánicas. Los mangos

cubiertos totalmente con el recubrimiento redujeron la pérdida de peso en 5 y 10% a

temperaturas de almacenamiento de 30 y 5 º C respectivamente. Dicha película mostró

altos valores de permeabilidad al vapor de agua y un valor intermedio de permeabilidad al

oxígeno, adicionalmente, los frutos cubiertos con esta película mostraron una mejor textura

que los no cubiertos; respecto a sus propiedades mecánicas ellos reportaron que la película

de este material tuvo una mayor elongación e índice de elasticidad en comparación con

otras hechas de almidón de frutas y plastificadas con glicerol.

3. El quitosano como recubrimiento filmogénico con actividad

antimicrobiana

El quitosano es un polisacárido que se obtiene del exoesqueleto de crustáceos mediante la

desacetilación parcial de la quitina (Freepons, 1991). Su actividad fungicida ha sido

reportada en varios estudios, mostrando inhibición en el crecimiento de los hongos

causantes de enfermedades postcosecha (Cuadro 1), pudiéndose manifestar esta inhibición

en el crecimiento micelial y esporulación o en ambos estados de desarrollo.

Se ha mencionado que el efecto fungicida del quitosano esta en función de la

concentración utilizada, el peso molecular y grado de desacetilación del mismo. El

quitosano se adhiere a la membrana plasmática de los hongos gracias a las interacciones

electrostáticas entre las cargas positivas del quitosano y a las cargas negativas de los

fosfolípidos formadores de membrana (El Ghaout et al., 1992a), una vez adherido a la

membrana, causa una filtración a través de ella hasta llegar al citosol; el quitosano utiliza

energía para atravesar la membrana, sin embargo este proceso no involucra al proceso de

endocitosis.

Los hongos normalmente mantienen en su citosol niveles muy bajos de Ca2+, esto es

gracias a la barrera que forma la membrana plasmática, la cual posee reguladores

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19

herméticos que impiden el paso libre de gradientes de Ca2+, en este proceso también se

involucra al mecanismo homeostático, donde dentro del citosol se regula la concentración

de Ca2+, enviando fuera de la célula al exceso de Ca2+, o los almacena en organelos de la

propia célula. Por lo tanto al introducirse el quitosano al interior del citosol se transforma

drásticamente el mecanismo homeostático, ya que al formar canales en la membrana

permite el paso libre de gradientes de calcio, ocasionando una inestabilidad en la célula e

incluso hasta su muerte. Sin embargo no todos los hongos presentan la misma

sensibilidad al quitosano y esto puede ser debido a la composición de fosfolípidos de

membrana y particularmente a la naturaleza de sus cargas (cargas neutras). Por mencionar

a los hongos resistentes al quitosano están los entomopatogenos y nematofagos, sin

embargo estos hongos no ocasionan daños en cultivos agrícolas (Palma-Guerrero et al.,

2008, 2009, 2010). Al igual que en los hongos, el efecto bactericida del quitosano ha sido

reportado en diferentes estudios (Cuadro 2).

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20

Cuadro 1. Efecto de diferentes concentraciones de quitosano en el control de varios

hongos postcosecha importantes en la producción hortofrutícola.

Patógeno Concentración

de quitosano

Resultados Referencias

Alternaria alternata

2 y 2.5 %

6.0 mg mL-1

Inhibición micelial Sánchez-Domínguez et al.,2007

El Ghaouth et al., 1992c

2%

0.2%

2.5 y 3%

1.5%

6.0 mg mL-1

Inhibición micelial

Baja esporulación

Inhibición micelial

Hernández-Lauzardo et al.,

2008

Hernández, 2002

Bautista-Baños et al., 2004

El Ghaouth et al., 1992a

Colletotrichum

gloeosporioides

2.5 y 3 %

3%

6.0 mg mL-1

Inhibición micelial y

esporulación

Control del crecimiento

micelial

Bautista-Baños et al., 2003

El Ghaouth et al., 1992a

Fusarium

oxisporium

1.5, 2.5 y 3%

1.5%

Inhibición micelial

Baja esporulacuón

Bautista-Baños et al., 2004

El Ghaouth et al., 1992b

Botrytis cinerea 50 mg L-1

60 mg mL-1

Inhibición del micelio Ben-Shalom et al., 2003

El Ghaouth et al., 1992c

Penicillium

digitatum

2.5 y 3 %

1.5 %

Inhibición micelial El Ghaout et al., 1992a

Bautista-Baños et al., 2004

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Cuadro 2. Efecto del quitosano como inhibidor de colonias de bacterias patógenas en

humanos.

Patógeno

Concentración

de quitosano Resultados Referencias

Escherichia coli

100 mg L-1 Inhibición de la colonia Nan et al., 2006

10 mg L-1 “ Lim y Hudson, 2004

0,25 µg mL-1 “ Qi et al., 2004

0.0075 %

“ Simpson et al., 1997

Listeria monocytogenes

1 % “ Beverlya et al., 2008

1 % “ Ponce et al., 2008

1% “ Belalia et al., 2008

2 %

“ Ye et al., 2008

Salmonella

typhimurium 1 % “ Belalia et al., 2008

Salmonella enterica 1 % “ Su et al., 2007

3.1 Aplicación del quitosano como recubrimiento.

El quitosano es un compuesto que presenta características biofuncionales, por lo que

podría ser una alternativa viable para sustituir los métodos de control de microorganismos

tradicionales además, puede utilizarse sin problemas para elaborar recubrimientos

comestibles (González-Aguilar et al., 2005). Los recubrimientos con quitosano forman una

cubierta en la superficie de los frutos, el cual actúa como una barrera mecánica para

proteger al fruto de infecciones causadas por hongos, ayudando así a disminuir las

enfermedades causadas durante el almacenamiento por Rizophus stolonifer (Ehrenb:Fr),

Botrytis cinerea Pers:Fr, y Alternaria alternata (Fr.:Fr.) Keissl entre otras (Hernández,

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22

2002; El Gaouth et al., 1992c; Meng et al., 2008; Sánchez, 2008). A la fecha, se han

desarrollados diferentes recubrimientos comestibles con quitosano, los cuales han

proporcionado al producto características importantes.

El Gaouth et al. (1992b), elaboraron cubiertas con quitosano a 15mg mL-1 e inhibieron el

crecimiento de B. cinerea y R. stolonifer en fresa, los signos de infección de estos hongos

aparecieron 5 días después de ser almacenados a 13 ºC, mientras que en el control estos

síntomas fueron visibles al primer día. Al final del almacenamiento se redujo hasta en un

60% más la infección en fresas tratadas con quitosano. Por su parte Romanazzi et al.

(2002), reportaron una actividad fungicida significativa del quitosano cuando se aplicó

como recubrimiento en frutos de uva (Vitis vinifera L.) y fresa contra B. cinerea. Jiang et

al. (2005), reportaron que las cubiertas de quitosano a una concentración de 2%, lograron

inhibir la aparición de microorganismos en frutos de litchi (Litchi chinensis Sonn.) al final

de la evaluación (12 h de incubación), sin embargo, al aumentar la concentración de

quitosano no aumentaron significativamente los efectos benéficos del quitosano en el

control de microorganismos. Chien et al. (2007), mostraron que al aplicar quitosano al 2 %

como recubrimiento para frutos de mango al término del almacenamiento no hubo

presencia de ningún microorganismo patógeno. Aunque en la investigación realizada por

Robson et al. (2008), no se señala el género y la especie de los patógenos controlados, se

observó que la aplicación de cubiertas de agar con quitosano y acido acético, en ajos

(Allium sativum L.), hubo 20 % menos infección que en los no tratados.

4. Incorporación de aditivos en los recubrimientos

Los recubrimiento se pueden utilizar como vehículos de otros ingredientes los cuales

pueden proporcionar al producto vegetal funciones más especificas como una actividad

antimicrobiana, La adición de agentes antimicrobianos en los recubrimientos comestibles

evita o reduce el crecimiento de microorganismos en su superficie (Rodríguez et al., 2005).

Sin embargo, se ha observado que se requiere de aplicaciones pequeñas para que sus

atributos de calidad no se vean afectados (Min y Krochta, 2005). Dentro de los agentes

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23

antimicrobianos incorporados a los recubrimientos vegetales pueden considerarse a los

aceites esenciales (Asis y Pessoa, 2004; Rodríguez et al., 2005; Rojas, 2006).

4.1 Aceites esenciales

Los aceites esenciales se encuentran en abundancia en el reino vegetal y se pueden

localizar en diferentes partes de la planta por ejemplo: en hojas como albahaca (Ocimun

basilicum L.), mejorana (Origanum majorana L.), menta (Mentha rotundifolia L.), romero

(Rosmarinus officinalis L.), salvia (Salvia officinalis L.), en raíces de cálamo (Acorus

calamos L.), valeriana (Valeriana officinalis L.), en la corteza de canela (Cinnamomum

zeylanicum Nees.), cedro (Cedrela odorata L.), sándalo (Santalum album Linn.), en flores

como el jazmín (Jasminum officinale L.) y en la rosa (Rosa sp.). En cáscara de algunas

frutas como el limón, mandarina, naranja (Citrus sinensis L.) y en frutos de anís

(Pimpinella anisum L.), cardamomo (Elettaria cardamomum L.), eneldo (Anethum

graveolens L.) e hinojo (Foeniculum vulgare Miller.) (Ronquillo, 2007).

Los aceites esenciales son una mezcla de componentes volátiles, producto del metabolismo

secundario de las plantas. Las esencias son mezclas complejas en cuya composición se

encuentran los hidrocarburos como terpenos, alcoholes, ésteres, aldehídos y compuestos

fenólicos, los cuales son los responsables del aroma que caracteriza a los aceites esenciales

(Templeton, 1969). La actividad antifúngica de los aceites esenciales se asocia al contenido

de fenoles monoterpenos especialmente en tomillo (Thymus vulgari L.), orégano

(Origanum vulgare L.) y clavo (Eugenia caryophyllata Thunb). Su mecanismo de acción

se asocia con la capacidad de interactuar con la membrana del patógeno y su modo de

acción parece estar estrechamente relacionado con la solubilidad de cada compuesto

(Ronquillo, 2007).

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24

4.1.1 Aceites esenciales y su actividad fungicida en hongos postcosecha .

Los aceites esenciales han mostrado una actividad fungicida contra patógenos postcosecha

en un gran número de hongos (Daferera et al., 2000). Actualmente, se han reportado varias

investigaciones en donde se demuestra la actividad fungicida de los aceites esenciales

(Cuadro3).

Cuadro 3. Aceites esenciales con efecto fungicida contra algunas especies de hongos

postcosecha importantes en la producción hortofrutícola.

Patógeno Aceite Concentración Resultados Referencia

Alternaria citri Thymus vulgaris L.

250 mg L-1 Inhibición micelial

Arras y Usai, 2001

Botrytis cinerea Cymbopogon

Martini Rox.

Syzygium

aromaticum L.

T. Vulgaris L.;

C. sinensis L.

7800 mg L-1

Inhibición de la

germinación

Wilson, 1997

Penicillium digitatum

Poncirus trifoliata L.

250, 275, 246 mg L-1

Inhibición micelial

Arras y Usai, 2001; Caccioni et al., 1998

P. italicum

P. citrinum Anethum graveolens L.

6 mg L-1

Aspergillus flavus

Citrus aurantifolia

Christm.

Mentha viridis L.

300 mg mL-1 Inhibición micelial

Mishra y Dubey, 1994

Penicillium chrysogenum

Rosmarinus oficinales L.

300 mg mL-1 Retarda el crecimiento

Yang y Clausen, 2007

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Colletotrichum gloeosporioides

Cinnamomum zeylanicum

Zyzygium aromaticum

50-250 mg mL-1 Inhibición del crecimiento micelial y

germinación de esporas

Barrera et al., 2008

4.1.2 Aceites esenciales y su actividad en bacterias que afectan la

salud humana.

La actividad bactericida de los aceites esenciales ha sido reportada por varios autores

(Cuadro. 4). Esta actividad podría estar relacionada a la respectiva composición de aceites

volátiles de cada planta, a la configuración estructural de los componentes constituyentes

de los aceites, a sus grupos funcionales y a posibles interacciones sinérgicas entre sus

componentes (Dorman y Deans, 2000). La hidrofobicidad de los aceites esenciales les

permite incorporarse a los lípidos de la membrana bacteriana, ocasionando trastornos en su

estructura y permeabilidad, dando lugar a la fuga de iones y otros compuestos (Bosquez-

Molina et al., 2009).

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26

Cuadro 4. Efecto de aceites esenciales contra bacterias patógenas de humanos.

Patógeno Aceite Concentración Resultados Referencia

Listeria

monocytogenes

Syzygium aromaticum L.

10000 mg L¯¹

Inhibición

del crecimiento

Mytle et al., 2008

Redujo el desarrollo

Smith-Palmer et al., 2001

Thymus vulgaris L.

Cinnamomun zeylanicum Blume.

1000 mg L¯¹ Inactivó a la bacteria

Yuste y Fung, 2002

Escherichia coli

Coriandrum sativum L. 8 mg L¯¹ Inhibió el crecimiento

Lo Cantore et al., 2004

Camellia sinensis L.

20000 mg L¯¹

Inhibición del

crecimiento

Hammer et al.,

1999

Origanum vulgare L.

Aniba rosaeodora Ducke.

Coriandrum sativum L.

Cymbopogon martini Rox.

Mentha viridis L.

Mentha spicata L.

Salvia officinalis L. Origanum majorana L.

Thymus vulgaris L. 300 mg L¯¹

Salmonella sp Citrus cinensis L. 1250 mg L¯¹

Inhibición en su

crecimiento

O' Bryan et al.,

2008

S. enteritidis

Syzygium aromaticum L.

750 mg L¯¹

Detuvo el desarrollo

Smith-Palmer et al., 1998

Cinnamomun zeylanicum

Blume.

Thymus vulgaris L.

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27

4.1.3 Aplicación de aceites esenciales en recubrimientos comestibles .

En la actualidad, varios autores han utilizado los aceites esenciales como aditivos en las

formulaciones de sus recubrimientos. La incorporación de agentes antimicrobiales como es

el caso de los aceites esenciales (anís, cardamo y tomillo) en películas, cubiertas o

empaques, se ha probado en varios productos alimenticios como carne y productos de

panadería, inhibiendo el desarrollo de hongos, bacterias y levaduras (Cagri et al., 2004).

Plotto et al. (2003), adicionaron aceite de tomillo (10000 mg L-1) al recubrimiento,

obteniendo en frutos de tomate una significativa inhibición en el crecimiento de B. cinerea.

En otras investigaciones, concentraciones por arriba de 0.06% de aceite de tomillo

redujeron el desarrollo de R. stolonifer en frutos de papaya, reportándose que a medida que

aumentaban la concentración disminuía la severidad de la infección del hongo. En el caso

de bacterias, el uso de aceites esenciales también ha sido benéfico para el control de estos

microorganismos. Rojas-Grau et al. (2007), reportaron que el recubrimiento a base de puré

de manzana alginato, glicerol y aceite esencial de orégano en trozos de mango, disminuyó

el desarrollo de Listeria innocua, hasta un 50% más que en los no tratados. Raybaudi-

Massilia et al. (2008), al incorporar recubrimientos a base de alginato, glicerol, acido

málico y aceites esenciales de canela y limón, en trozos de melón, inhibieron el

crecimiento de Salmonella enterica, además de conservar el producto fresco con buenos

parámetros de calidad.

S. pollorum Piper nigrum L. 18 mg L¯¹

Inhibición de

su crecimiento

Dorman y Deans, 2000

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28

5. Aplicación de la combinación quitosano + aceites esenciales, y su efecto

en el control de microorganismos.

En estudios realizados por Ponce et al. (2008), se demostró el efecto inhibitorio de

cubiertas comestibles con quitosano y romero (Rosmarinus officinalis L.) al 1%, sobre el

crecimiento de L. monocytogenes en la superficie de calabazas (Cucurbita moschata

Dutch). Asimismo, este recubrimiento logró inhibir el halo de crecimiento de esta bacteria

5 mm más que el resto de otras cubiertas probadas (quitosano y olivo (Olea europea L) y

quitosano y chile (Capsicum annum L.)). Otra combinación que demostró buenos

resultados fue la reportada por Pranoto et al. (2005), estos autores realizaron un

recubrimiento a base de quitosano y aceite de ajo, los resultados se mostraron favorables

debido a que este recubrimiento controló el crecimiento de los microorganismos

Staphylococcus aureus, L. monocytogenes y Bacillus cereus. Por otro lado, Alvarado et al.

(2011), Inhibieron el desarrollo de R. stolonifer en su totalidad al adicionar quitosano (10

mg mL-1) y aceite esencial de canela, clavo, o tomillo a una concentración de 0.3 mg mL-1.

6. Cera de abeja y ácido oleico compuestos con propiedades funcionales

La cera de abeja es una materia sólida a temperatura ambiente segregada por las glándulas

cereras de las abejas en estado líquido, la cual en contacto con el a ire forma escamas que el

insecto recoge con sus patas y la lleva a su boca para masticarla antes de usarla en la

construcción del panal. Está compuesta principalmente por hidroxicarbonos, alcoholes,

ésteres, ácidos grasos y compuestos no identificados (Tulloch, 1970). Es utilizada

principalmente en la industria cosmética y farmacéutica para la elaboración de cremas que

brindan ayuda para controlar bacterias que afectan la piel. Recientes investigaciones in

vitro han demostrado el efecto biocida in vitro de la cera de abeja sobre bacterias

patógenas para el humano como lo es Staphylococcus aureus, inhibiendo notablemente su

crecimiento (Al-Waili, 2005). En general los derivados de las abejas como la miel, el

propoleo, la jalea real y la cera presentan actividad antimicrobial y este efecto se atribuye a

la cantidad de flavonoides y compuestos fenólicos que los componen (Wahdan, 1998). A

diferencia de la cera de abeja el efecto antimicrobial de la miel esta bien documentado

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29

sobre bacterias como Staphylococus aureus, Salmonella enteritidis, Listeria monicytogenes

y E. coli (Estrada et al., 2005).

El ácido oléico es un ácido graso monoinsaturado de la serie omega 9 típico de los aceites

vegetales y se encuentra presente en diversos alimentos como el aceite de o liva y el

aguacate, cuyo beneficio radica en favorecer la circulación sanguínea, por lo tanto el riesgo

de sufrir enfermedades vasculares disminuye. El aceite de oliva comprende hasta un 80%

de ácido oléico. Se ha evaluado el efecto antimicrobial del aceite de oliva en diversas

enfermedades en humanos. El aceite de oliva virgen es capaz de destruir bacterias como

Helicobacter pylori, la bacteria responsable de la mayoría de las úlceras de estomago

(Romero et al, 2007), de muchas gastritis crónicas, e incluso cáncer de estomago. De igual

manera inhibe el desarrollo in vitro de Staphylococcus aureus y Candida albicans a una

concentración del 33% v/v en medio de cultivo con agar (Al-Waili, 2005). Vargas et al.

(2006), realizaron un experimento donde demostraron con un recubrimiento a base de

quitosano y ácido oleico, la reducción de la incidencia de microorganismos hasta en un

80% al término de la evaluación en frutos de fresa en comparación con los frutos no

tratados.

7. Conclusión

Las cubiertas comestibles son una tecnología que permite extender la vida útil de los

productos hortofrutícolas retrasando sus procesos metabólicos, evitando su rápida

transpiración y manteniendo sus propiedades sensoriales. Además pueden ser mezclados

con compuestos antimicrobianos y así inhibir el crecimiento de patógenos.

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Capítulo II

Evaluación de la actividad antifungica de

recubrimientos comestibles en Rhizopus

stolonifer en frutos de jitomate

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44

Evaluación de la actividad antifungica de recubrimientos comestibles en

Rhizopus stolonifer en frutos de jitomate

Resumen

Los frutos de jitomate son altamente perecederos y susceptibles a sufrir daños mecánicos

durante su manejo postcosecha y su almacenamiento. Estas condiciones favorecen la

aparición de hongos fitopatógenos causantes de pudriciones en los frutos como R.

stolonifer, estas pudriciones limitan la conservación del fruto y su vida de anaquel y

calidad disminuyen. Para contrarrestar a este patógeno, se han utilizado diversos fungicidas

sintéticos, sin embargo, el uso indiscriminado de estos productos ocasiona efectos

perjudiciales en la salud humana así como resistencia de la enfermedad. El uso de cubiertas

en vegetales, es una tecnología que permite extender su vida útil al reducir los procesos

metabólicos. Un carbohidrato utilizado para la formulación de los recubrimientos

comestibles es el quitosano, el cual reduce el crecimiento de hongos en productos

hortofrutícola. Las cubiertas sirven también como vehículos para aditivos, incluyendo

compuestos antimicrobianos. Entre los aditivos naturales que se han exper imentado están

el ácido oleico y los aceites esenciales extraídos de diferentes especies de plantas. En esta

investigación varias formulaciones a base de quitosano 1% + cera de abeja + aceite

esencial de limón/tomillo 0.1% y quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de

limón/ tomillo 0.01%, fueron probados in vitro y directamente en frutos de jitomate con

tres estados de madurez a nivel de laboratorio y semi-comercial para controlar a R.

stolonifer. En los experimentos in vitro las cubiertas de quitosano 1% + cera de abeja +

aceite esencial de limón 0.1% y quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón

0.01% presentaron una inhibición del crecimiento micelial en 100%, mientras que las de de

quitosano 1% + cera de abeja + aceite esencial de tomillo 0.1% y quitosano 1% + ácido

oleico 1% + aceite esencial de tomillo 0.01%, solo redujeron su esporulación (5.4x105 y

19.6x105, respectivamente) comparado con el control (50x105). En estudios a nivel de

laboratorio y semi comercial la formulaciones que controlaron mejor al hongo a

temperatura de 10 ± 2 °C fue quitosano 1% + ácido oleico 1% (13 %), mientras que a la

temperatura de 25 ± 2 °C la formulación que controló de manera más efectiva al hongo fue

quitosano 1 % + ácido oleico 1 % + aceite esencial de limón 0.1% (13 %). Las cubiertas

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45

adicionadas con aceite esencial de limón, controlan completamente el desarrollo de R.

stolonifer a nivel in vitro. La utilización de cubiertas comestibles a base de quitosano 1% +

ácido oleico 1% a 10 ± 2°C y quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón

0.1% a 25 ± 2°C es una alternativa amigable con el medio ambiente para controlar el

desarrollo del hongo R. stolonifer, el cual, afecta la calidad y comercialización de los frutos

de jitomate.

1. Introducción

Las pudriciones que se presentan en el fruto de jitomate durante su almacenamiento son

causadas principalmente por Botrytis cinerea, Alternaria alternata y Rhizopus stolonifer.

Este último hongo comúnmente ocasiona enfermedades postcosecha en muchas frutas y

vegetales, su rango de crecimiento oscila entre los 10 y 33 °C, motivo por el cual se

encuentra distribuido en casi todo el planeta. Es un organismo saprófito que sobrevive en

residuos orgánicos de frutas y vegetales. La característica mas importante para identificar a

R. stolonifer son sus esporangiosporas y su micelio algodonoso aéreo (Hernández-

Lauzardo et al., 2006,). Su rápido crecimiento le permite colonizar la superficie de los

frutos en un corto periodo de tiempo. Para poder alimentarse el hongo segrega enzimas

pécticas las cuales degradan las pectinas de la pared celular causando una pudrición

blanda, la cual causa grandes pérdidas económicas. El micelio es la forma mas infectiva

del hongo al contener mayor cantidad de enzimas causantes de la maceración celular

(Velázquez-del Valle et al., 2005, 2008; Bautista-Baños et al., 2008).

El tipo de control mas común para este microorganismo es el uso de fungicidas químicos

(Dicloran, Fludioxonil, Iprodione y Tebuconazole) (Velazquez-del Valle et al., 2008;

Bautista-Baños y Bravo-Luna, 2004). El Rovral® (Iprodione) se ha aplicado en jitomate

controlando en 50% la pudrición causada por este microorganismo (Abdel-Mallek, 1995).

Sin embargo, en los últimos años los fungicidas químicos han demostrado ser un riesgo de

contaminación para el medio ambiente, además de perjudicar a los consumidores debido a

que en ocasiones las frutas y vegetales presentan residuos de estas sustancias toxicas y

sobre todo causan resistencia en las cepas del hongo.

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46

Se han probado métodos alternativos naturales para controlar este patógeno como el

quitosano. Este compuesto es un polisacárido que se obtiene del exoesqueleto de

crustáceos mediante la desacetilación parcial de la quitina (Freepons, 1991), y e n varios

estudios, se ha mostrado que controla el crecimiento de hongos causantes de enfermedades

postcosecha (Bautista-Baños et al., 2003; Bautista-Baños et al., 2004; Sánchez-Domínguez

et al., 2007). García-Rincón et al. (2010), mostraron que el quitosano inhibió el desarrollo

de R. stolonifer hasta en 65%. Por otro lado Alvarado (2009), obtuvo una inhibición del

crecimiento micelial, de la esporulación y la germinación de las esporas de R. stolonifer al

aplicar quitosano a una concentración de 10 mg mL-1).

Los aceites esenciales de limón y tomillo han sido caracterizados dentro de los compuestos

antifúngicos, ya que presentan inhibición en un gran número de hongos tales como

Penicillium digitatum, B. cinérea, A. citri y R. stolonifer (Caccioni et al., 1998; Dafetera et

al., 2000; Arras y Usai, 2001; Bosquez-Molina et al., 2010). Bozquez-Molina et al. (2010),

evaluaron ambos aceites a una concentración del 0.1% obteniendo una inhibición total en

el crecimiento de R. stolonifer. El acido oleico es otro compuesto que se ha utilizado en la

industria, para controlar el desarrollo de microorganismos principalmente bacterias

patógenas (Greenway y Dyke, 1979; Tantaoui-Elaraki and Errifi, 1994; Romero et al,

2007; Al-Waili, 2005. Sin embargo son pocos los estudios que evalúan su efecto fungicida.

Vargas et al. (2006), realizaron un experimento donde demostraron la inhibición del

desarrollo de microrganismos al aplicar un recubrimiento a base de quitosano 1% y ácido

oleico (1, 2 y 4%), hasta en un 80% comparado con los frutos no tratados.

En los últimos tiempos se han introducido cubiertas comestibles a base de quitosano como

una tecnología que permite prolongar la vida postcosecha de los productos hortofrutícolas,

utilizándose para crear una atmosfera modificada directamente en el fruto, produciendo

una barrera que impide la pérdida de agua y el intercambio frecuente de gases. La cubierta

se adhiere adecuadamente al fruto para poder proporcionar todos estos beneficios. Además,

se puede adicionar a las cubiertas compuestos como el ácido oleico y los aceites esenciales

para que inhiban el desarrollo de hongos y así se prolongue la vida de anaquel de los

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47

productos. Estas cubiertas de origen biológico son biodegradables y presentan un mínimo

impacto negativo en la salud humana. El objetivo de esta investigación fue evaluar el

efecto fungicida de recubrimiento a base de quitosano 1% + cera de abeja 0.1% /ácido

oleico 1% + aceite esenciales de limón 0.1% / tomillo 0.1% sobre el desarrollo de R.

stolonifer in vitro e in situ.

2. Materiales y métodos

2.1 Obtención de Rhizopus stolonifer

La cepa de R. stolonifer se obtuvo a partir de frutos de jitomate infectados provenientes del

municipio de Yautepec, Morelos. Los frutos fueron llevados al laboratorio donde se tomó

una porción de micelio del hongo con ayuda de una aguja de disección, la cual se depositó

en cajas petri con medio PDA (Papa, Dextrosa y Agar) y se purificó. Una vez que se

observaron los esporangios o esporangiosporas del hongo se mantuvo la cepa en una

incubadora a 20 ºC para su futura utilización. La identificación del hongo se hizo con el

apoyo del manual de Barnett y Hunter (1972).

Para mantener la patogenicidad se inoculó el hongo a frutos de jitomate y se colocó en

cámaras húmedas durante dos días, se aisló y de multiplicó en cajas Petri con medio PDA

por 4 días.

2.2 Obtención del jitomate

Los frutos de la var. 'Cuahutemoc' fueron donados por productores de jitomate bajo

cubierta del municipio de Yautepec, Morelos. Dichos frutos se seleccionaron

uniformemente en color, tamaño, forma y ausencia de daño por enfermedades microbianas

y se cosecharon en tres estados de madurez (veteado, naranja y rojo) Figura 1.

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48

Figura 1. Frutos de jitomate en tres diferentes estados de madurez: a) veteado, b) naranja y

c) rojo.

2.3 Formulación del recubrimiento

Para los experimentos in vitro se aplicaron las formulaciones del siguiente cuadro:

Cuadro 5. Tratamientos evaluados

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7

Quitosano 1 % 1 % 1 % 1 % 1 % 1 % PDA*

Cera de abeja 0.1 % 0.1 % 0.1 %

Ácido oleico 1% 1% 1 %

Glicerol 0.3 % 0.3 % 0.3 % 0.3 % 0.3 % 0.3 %

Aceite esencial de limón 0.1 % 0.1 %

Aceite esencial de tomillo 0.1 % 0.1%

Ácido acético 98.5 % 98.5 % 97.6 % 97.6 % 98.6 % 97.7 %

*Medio de cultivo a base de Papa, Dextrosa y Agar.

a b c

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49

En los experimentos in situ a nivel de laboratorio se utilizaron las formulaciones 1, 3, 5 y 6

antes mencionadas y para los experimentos a nivel semicomercial la 3 y 6 (se

seleccionaron los recubrimientos que mostraron un mejor efecto). Se lavaron los frutos con

agua como control.

2.4 Preparación de los recubrimientos

Se colocó el ácido acético en agitación sobre una parrilla a una temperatura de 70 °C

durante 1 min. Después se adicionó el quitosano y una vez homogenizado por completo se

incorporó el ácido oleico ó la cera de abeja, (la cual se dejó en agitación durante 10 min o

hasta que se incorporó completamente a la solución); por último, se agregó el glicerol y se

agitó por 1 min. Se utilizó un homogenizador de aspas ”Virtis” a 13,500 RPM durante 4

min (Figura 2a,b,c y d). Para el caso de los recubrimientos adicionados con aceites

esenciales se llevó a cabo el mismo procedimiento solo que después de la homogenización

se agregó el aceite esencial de limón o tomillo y se homogenizó por 1 min. Los

recubrimientos obtenidos se almacenaron a temperatura ambiente hasta por un mes.

Figura 2. Preparación de los recubrimientos comestibles. a) adición del quitosano, b)

adición del ácido oleico y glicerol, c) homogenización durante 5m., d) recubrimiento

terminado.

a b c d

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50

2.5 Extracción del aceite esencial de limón y tomillo

La destilación de los aceites esenciales se realizó siguiendo la metodología de Bosquez-

Molina et al. (2010). Se obtuvieron 5 kg de la cáscara de limón mexicano y se mezcló con

agua en una proporción de un 60 y 40 %, respectivamente. Se calentó a 60 °C por 2 h,

utilizando un destilador por arrastre de vapor. Para el caso del tomillo, se desprendieron las

hojas del resto de la planta y se mezclaron con agua en una proporción de un 40 y 60%

respectivamente y se utilizaron las condiciones mencionadas anteriormente.

2.6 Aplicación de los tratamientos

2.6.1 Experimentos in vitro

En cajas petri con medio PDA se colocaron 0.5 mL del recubrimiento. El recubrimiento se

distribuyó completamente por toda la caja y se dejó secar dentro de una campana de flujo

laminar. Una vez seco el recubrimiento, se tomó una porción de micelio de R. stolonifer y

se colocó en el centro de la caja Petri sin dañar la superficie.

2.6.2 Aplicación de los recubrimientos sobre frutos de jitomate a nivel de laboratorio

y semi comercial

Una vez seleccionados los frutos se lavaron con agua corriente y se sumergieron en

hipoclorito de sodio al 3% durante 10 min, se enjuagaron con agua destilada estéril y se

dejaron secar. En esta investigación se evaluaron los recubrimientos de manera curativa

(después de inocular el fruto) y preventiva (antes de inocular el fruto). A cada fruto se le

hicieron tres heridas y posteriormente se sumergieron en las diferentes formulaciones

durante 30 s y se dejaron secar, una vez secos se les asperjó una solución de esporas de R.

stolonifer de 1 x 105esporas mL-1 (preventivo). Se realizaron tres heridas a los frutos y se

asperjó una solución de esporas de R. stolonifer de 1 x 105esporas mL-1, los frutos se

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51

dejaron reposar durante dos h y posteriormente se sumergieron en las diferentes

formulaciones (curativo). Los frutos se almacenaron a temperatura ambiente (25° C) y

controlada (10° C).

2.7 Procesamiento de muestras de Microscopia Electrónica de Barrido

(MEB)

El procesamiento de las muestras se llevó a cabo en el Instituto Mexicano del Petróleo con

el apoyo del Dr. Eduardo Terres Rojas. Las muestras se analizaron siguiendo la

metodología de Perea-Flores et al. (2011), las muestras in vitro fueron montadas en talones

de aluminio con cintas adhesivas de doble cara de carbono haciéndose observaciones

directas en el Microscopio Electrónico de Barrido Ambiental (Philips) XL- 30 el cual

trabajó en un rango de presión de 2.0 – 3.3 torr utilizando un detector de electrones

secundarios gaseosos para la formación de la imagen.

2.8 Variables Evaluadas

2.8.1 Crecimiento micelial

El crecimiento micelial del hongo R. stolonifer se midió en mm con la ayuda de un Vernier

manual (Pretul) en las diferentes cubiertas evaluadas incluyendo el control. Es tas

mediciones se realizaron 48 h después de la inoculación.

2.8.2 Esporulación

Las esporas de cada caja se diluyeron en 10 mL de agua destilada esteril, se tomó una gota

de esta solución (0.035mL) y se colocó en una cámara de Neubauer para contabilizarlas.

Para determinar la concentración de esporas se sumaron todas las esporas de cada uno de

los campos de la cámara (A+B+C+D+E x 10,000). Posteriormente se realizó una regla de

tres para obtener la cantidad de esporas por mL.

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52

2.8.3 Incidencia de Rhizopus stolonifer

La incidencia o porcentaje de infección se evaluó al término del almacenamiento de los

frutos de jitomate y se determinó mediante la siguiente fórmula.

INCIDENCIA = Número de frutos infectados x 100/ Número de frutos tratados

2.8.4 Índice de severidad

El índice de severidad de los frutos se determinó mediante superficie afectada:

Figura 3. Escala del índice de severidad de Rhizopus stolonifer en los frutos de

jitomate: 1) 0, 2)1-25, 3) 26-50, 4) 51-75, 5) 76-100.

2.9 Análisis estadístico

Para los estudios in vitro, se utilizó un diseño completamente al azar, se utilizaron seis

cajas Petri por tratamiento con dos repeticiones. Se realizó un análisis de varianza con un

método de comparación de medias de Tukey (P≤ 0.05). Para los estudios in situ se utilizó

una ANOVA de dos vías con un arreglo de los datos factorial. Para los experimentos a

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53

nivel de laboratorio se utilizaron 15 frutos por tratamiento, mientras que para el

semicomercial se utilizaron 120 frutos con dos repeticiones. Los experimentos se hicieron

por duplicado. Los valores en cero se transformaron sumándoles 1 y obteniendo la raíz

cuadrada.

3. Resultados

En los estudios in vitro, en general los aceites esenciales redujeron significativamente (P <

0.05) el desarrollo de R. stolonifer en comparación con el resto de los tratamientos. El

mejor efecto de las cubiertas, se observó con las formulaciones de quitosano 1% + cera de

abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1% y quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite

esencial de limón 0.1%, las cuales inhibieron completamente el crecimiento del hongo

(Figura 4), mientras que en las formulaciones adicionadas con aceite esencial de tomillo se

redujó la esporulación (Cuadro 6). Las cajas Petri inoculadas en medio PDA, tuvieron un

crecimiento uniforme y constante. En los estudios de MEB se observó que en las cajas

Petri con quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1% así como en

las que contenían quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1% el

micelio de R. stolonifer creció distorsionado y sin formación de estructuras de

reproducción (Figura 5 a, b), contrario a lo ocurrido en el control donde se observó micelio

y esporangióforos bien desarrollados (Figura 6 e, f).

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54

Cuadro 6. Desarrollo in vitro de Rhizopus stolonifer en diferentes cubiertas a base de

quitosano incubado por 48 h a 20 °C

Letras diferentes en la misma columna representan diferencias estadísticas (P < 0.05). Para

el análisis estadístico en general a todos los datos se les sumo un 1, sin embargo, los datos

de esporulación se transformaron usando raíz cuadrada.

Cubiertas

Rhizopus stolonifer

Crecimiento micelial

(mm)

P < 0.001

Esporulación1

(esporas ml-1)

P < 0.001

1. Quitosano 1% + cera de

abeja 0.1% + aceite

esencial de limón 0.1%

0 a* 0 a*

2. Quitosano 1% + cera de

abeja 0.1% + aceite

esencial de tomillo 0.1%

47 bc 5.4 x 105 b

3. Quitosano 1% + ácido

oleico 1% + aceite esencial

de limón 0.1%

0 a 0 a

4. Quitosano 1% + ácido

oleico 1% + aceite esencial

de tomillo 0.1%

47 bc 19.6 x 105 c

5. Quitosano 1% + cera de

abeja 0.1%

45 b 40 x 105 d

6. Quitosano 1% + ácido

oleico

50 cd 50 x 105 e

7. PDA 51 d 50 x 105 e

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55

Figura 4. Crecimiento in vitro de Rhizopus stolonifer sobre diferentes cubiertas,

incluyendo el control.

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56

Figura 5. MEB del micelio de Rhizopus stolonifer evaluado en diferentes cubiertas: a)

quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1%, b) quitosano 1%

+ ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1%, c) quitosano 1% + cera de abeja

0.1%, d) quitosano 1% + ácido oleico 1%, e) PDA, f) PDA (esporangióforo).

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57

En los frutos que se evaluaron a nivel de laboratorio, el experimento que mostró un control

más efectivo sobre R. stolonifer fue el preventivo (cuando se aplicó la cubierta antes de

inocular el hongo), en el estado de madurez veteado y en ambas temperaturas. La menor

incidencia de la enfermedad se observó en los frutos que fueron cubiertos con la

formulación de quitosano + ácido oleico, con 13% de infección durante un

almacenamiento de 48 h a 10 ± 2 °C (Figura 6c). En los frutos que se almacenaron a

temperatura ambiente, los que mostraron un porcentaje de infección menor comparados

con el resto de los tratamientos, fueron los tratados con la formulación de quitosano 1% +

ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1% y quitosano 1% + cera de abeja 0.1% +

aceite esencial de limón 0.1% (13 y 20 %, respectivamente), mientras que el control tuvo

una infección del 40% (Figura 6d). Los tratamientos aplicados de manera curativa no

mostraron diferencas estadísticas significativas (Figura 6a,b).

Figura 6. Incidencia de frutos de jitomate con tres estados de madurez e inoculados

con Rhizopus stolonifer. a) frutos tratados de manera curativa almacenados a

temperatura controlada b) frutos tratados de manera curativa almacenados a

10 ± 2 °C

10 ± 2 °C

25 ± 2 °C

25 ± 2 °C

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58

temperatura ambiente c) frutos tratados de manera preventiva almacenados a

temperatura controlada d) frutos tratados de manera preventiva almacenados a

temperatura ambiente.

En el análisis de la interacción de los factores aplicados en el estudio de incidencia del

hongo R. stolonifer tales como tratamientos, estados de madurez y temperaturas de

almacenamiento, se obtuvo que los recubrimientos probados de forma curativa (después de

la inoculación del hongo) no mostraron diferencias estadísticas significativas al ser

evaluados, mientras que en los estados de madurez se observó que los frutos veteados

presentaron una menor infección (Cuadro 7). En el experimento preventivo sobresalió la

cubierta de quitosano 1% + ácido oleico 1% a 10 ± 2 °C del resto de los tratamientos con

diferencias significativas (33%). Mientras que el estado de madurez veteado tuvo el

porcentaje de infección mas bajo.

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Cuadro 7. Efecto curativo y preventivo de diferentes cubiertas a base de quitosano

probadas en tres estados de madurez de frutos de jitomate, inoculados con Rhizopus

stolonifer y almacenados a temperatura controlada y ambiente (10 ± 2 y 25 ± 2°C,

respectivamente).

12 °C 25 °C Efecto

Nivel

Infección

(%)

Infección

(%)

Curativo

Cubiertas NS NS

1. Quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1% 64.0a 84.0a

2. Quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1% 70.6a 90.6a

3. Quitosano 1% + cera de abeja 0.1% 63.0a 90.0a

4. Quitosano 1% + ácido oleico 1% 66.3a 88.6a

5. Agua 68.6a 88.0a

Estado de

madurez P < 0.009 NS

Veteado 59.2a 88.6a

Naranja 69.0b 89.0a

Rojo 71.4b 87.6a

Interacción Cubierta x

Estado de madurez P < 0.028 P < 0.004

Preventivo Cubiertas P < 0.001 P < 0.008

1. Quitosano 1% + cera de abeja

0.1% + aceite esencial de limón 0.1% 68.0b 55.0a

2. 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1% 55.0b 42.0a

3. Quitosano 1% + cera de abeja

0.1% 53.0b 51.0a

4. Quitosano 1% + ácido oleico 1% 33.0a 51.0a

5. Agua 91.0c 62.0b

Estado de

madurez P < 0.050 P < 0.001

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60

Veteado 53.0a 29.2a

Naranja 69.2b 47.8b

Rojo 58.4a 79.8c

Interacción Cubiertas x

Estado de madurez P < 0.032 P < 0.019

Letras diferentes en la misma columna representan diferencias estadísticas (P < 0.05)

En relación al índice de severidad de R. stolonifer en los tratamientos preventivos, los

frutos cubiertos con quitosano 1% + ácido oleico 1% y almacenados a 25 ± 2 °C mostraron

un índice de severidad menor (1.2) comparado con el resto de las formulaciones. Los frutos

verdes almacenados a 10 ± 2 °C y cubiertos con las diferentes formulaciones, no mostraron

diferencias estadisticas entre ellos (1.2a, 1.3a, 1.6a), sin embargo todos fueron diferentes al

control (3b). (Figura 7 a). Las cubiertas aplicadas de manera preventiva en frutos veteados,

mostraron in índice de severidad mucho menor que el resto de las evaluaciones.

Los frutos naranja almacenados a temperatura ambiente y cubiertos con quitosano 1% +

ácido oleico 1% y quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite de limón 0.1% fueron los que

mostraron un índice de severidad menor (1.6 y 1.9, respectivamente) comparado con el

resto de las formulaciones aplicadas (Figura 8a), mientras que ha temperatura controlada

los frutos que tuvieron una menor severidad fueron los cubiertos con quitosano 1% + cera

de abeja 0.1% + aceite de limón 0.1% y quitosano 1% + ácido ole ico 1%, con valores de

1.6 y 1.8, respectivamente (Figura 8b), comparado con el control (3.4).

El aceite esencial de limón en los frutos rojos, controló el desarrollo del hongo

significativamente (P ≤ 0.05) comparado con el resto de los tratamientos (Figura 9a-d).

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Figura 7. Índice de severidad de frutos de jitomate veteados inoculados con Rhizopus

stolonifer de manera preventiva /curativa y almacenados a 25 ± 2 y 10 ±2 °C

Figura 8. Índice de severidad de frutos de jitomate naranja inoculados con Rhizopus

stolonifer de manera preventiva /curativa y almacenados a 25 ± 2 y 10 ± 2 °C

10 ± 2 °C

25 ± 2 °C

10 ± 2 °C

25 ± 2 °C

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62

Figura 9. Índice de severidad de frutos de jitomate rojos inoculados con Rhizopus

stolonifer de manera preventiva /curativa y almacenados a 25 ± 2 y 10 ± 2 °C

En los estudios a nivel semi comercial podemos observar similitud con los resultados

obtenidos en el laboratorio. Los frutos almacenados a temperatura controlada y cubiertos

con quitosano 1% + ácido oleico 1% mostraron un porcentaje de infección menor (44.6%)

que la cubierta de quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1% y el

control (59 y 63%, respectivamente) (Cuadro 8). En frutos almacenados a temperatura

ambiente la cubierta de quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite de limón 0.1% disminuyó

la incidencia de R. stolonifer (37.8%) comparado con el resto de los tratamientos, sin

embargo no hubo diferencias significativas entre ellos.

25 ± 2 °C

10 ± 2 °C

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63

Cuadro 8. Efecto de diferentes cubiertas a base de quitosano y estados de madurez

en frutos de jitomate inoculados con Rhizopus stolonifer, y almacenados a

temperatura controlada y ambiente (10 ± 2 y 25 ± 2°C) a un nivel semicomercial.

Medias con letras diferentes en la misma columna representan diferencias estadísticas (P <

0.05)

En relación al índice de severidad de frutos almacenados a temperatura ambiente, no se

observaron diferencias estadísticas entre las cubiertas de quitosano 1% + ácido oleico y

quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1% en los tres estados de

madurez (Figura 10). Los frutos tratados con el control mostraron los valores de severidad

más altos (hasta 4.5).

10 ± 2 °C 25 ± 2 °C

Efectos

Nivel

Infección (%)

Infección (%)

Preventivo P < 0.001

Cubiertas

1. Quitosano 1% + ácido oleico 1%

+ aceite esencial de limón0.1% 59b* 37.8a*

2. Quitosano 1% + ácido oleico 1% 44.6a 53a

3. Agua 63b 58a

Estado de

Madurez P < 0.001 P < 0.001

Veteado 49b* 19a*

Naranja 28.6a 74.6b

Rojo 89c 55c

Interacción

Cubiertas x Estado de

Madurez NS NS

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64

Figura 10. Índice de severidad en los tres estados de madurez de los frutos de jitomate

(veteado, naranja y rojo) inoculados con Rhizopus stolonifer y almacenados a 25 ± 2

y 10 ± 2 °C.

4. Discusión

Se corroboró el efecto fungicida del aceite esencial de limón en el control de R. stolonifer

en los estudios in vitro. Al adicionar este compuesto a la formulación de las cubiertas, no

se observó desarrollo del micelio inoculado y no se observaron alteraciones o cambios en

la apariencia del micelio, sin embargo, en las imágenes de MEB sí se observaron

alteraciones. Por ejemplo, el micelio se mostró distorsionado, hinchado y sin estructuras de

reproducción (Figura 5a). Estos datos concuerdan con lo reportado por Bosquez-Molina et

al. (2010), donde evaluaron el efecto del aceite esencial de limón al 0.1% sobre R.

stolonifer, mostrando una inhibición total del hongo. Por otro lado Viuda-Martos et al.

(2008), evaluaron el efecto del aceite esencial de limón al 0.94% y reportaron una

inhibición en el crecimiento de otros hongos patógenos tales como, Aspergillus niger, A.

flavus, Penicillium verrucosum y P. Chrysogenum.

El aceite esencial esta compuesto por un gran número de compuestos de los que destaca el

D-Limoneno por ser el más abundante, además es el compuesto al que se le atribuye el

efecto antimicrobiano (Bosquez-Molina et al., 2010; Bezic et al., 2005; Viuda-Martos et

al., 2008). El D-Limoneno se ha encontrado en otras especies vegetales y se ha utilizado

para evitar el desarrollo de microorganismos, Alma et al. (2004), Reportaron el efecto del

10 ≤ 2 °C

°C 25 ≤ 2 °C

°C

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65

D-Limoneno para controlar Escherichia coli in vitro al utilizar aceite esencial de Pistacia

vera a una concentración de 4 μL/caja. Rasooli et al. (2002), inhibieron el desarrollo de E.

coli, Staphylococcus aureus, Streptococcus faecalis, Pseudomonas aeruginosa, Candida

albicans y Sacharomyces cerevisiae utilizando aceite esencial de Myrtus communis (10

μL), el cual es rico en D-Limoneno. Otra especie vegetal que contiene D-Limoneno es

Satureja cuneifolia, de la cual su aceite esencial ha controlado el desarrollo de E. coli, S.

aureus y C. albicans cuando se utiliza en concentraciones entre 10 y 20 μL (Bezic et al.,

2005). El carácter hidrofóbico del aceite esencial, le permite incorporarse a los lípidos de

la membrana celular perturbando su estructura y su permeabilidad, dando lugar a una fuga

de iones y otros contenidos celulares vitales. De igual forma puede afectar las proteínas

embebidas en la membrana citoplasmática del hongo al deformar la interacción lípido-

proteína e inhibir la síntesis de enzimas como la ATPasa, se disminuye la producción de

energía e impide la producción del micelio, hasta ocasionar finalmente la muerte del hongo

(Lee and Beynen, 2004; Leite et al., 2005; Ronquillo, 2007; Bejarano y Centeno., 2009).

En las evaluaciones in situ, se realizó la inoculación del hongo antes de aplicar los

tratamientos (manera curativa), sin embargo, esto permitió que R. stolonifer colonizará el

fruto y una vez dentro, las cubiertas no pudieron controlar su desarrollo. R. stolonifer es

un hongo saprofito, crece y se desarrolla sobre tejido muerto, por lo tanto al hacer heridas

en los frutos se garantizó la entrada del hongo en el fruto (Bautista-Baños et al., 2008).

Cuando las esporangiosporas germinan dentro del fruto se produce el micelio, este a su vez

segrega enzimas pécticas, las cuales degradan la lámina media de la pared celular de las

células y así las invade y se alimenta de ellas. Una vez que se inicia la lesión el hongo

invade todo el fruto creando contaminación a los frutos maduros cercanos afectándolos en

su totalidad (Agrios, 1978).

En los experimentos de manera preventiva se observó control de las cubiertas sobre el

desarrollo del hongo. La cubierta elaboradas con quitosano1% + ácido oleico 1%, redujo el

porcentaje de infección (13%) en los frutos veteados inoculados con R. stolonifer y

almacenados a 10 ± 2 °C. Esto concuerda por lo reportado por Vargas et al. (2006), donde

aplicaron una cubierta de quitosano 1% y ácido oleico 1% en fresas y controlaron el

desarrollo de microrganismos en mas de un 60%, comparado con los frutos no tratados en

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66

donde no hubo control. Por otro lado Walters et al. (2005), no observaron un efecto

inhibitorio del ácido oleico a 1000μM sobre Rhizoctonia solani. El ácido oleico es un ácido

graso de gran importancia por sus efectos benéficos en la salud humana, sin embargo son

pocos los autores que han reportado trabajos sobre la sensibilidad de los hongos a estos

ácidos (Hellgren y Vicent, 1972), sin embargo, su efecto se ha estudiado en otros

microorganismos. Bhattacharjee et al. (2005), evaluaron aceite esencial de Cestrum

nocturnum, el cual es rico es ácidos grasos dentro de los que destaca el ácido oleico y

mostraron que dicho aceite a una concentración de 1000 ppm inhbibe el desarrollo

Staphylococcus aureus y Pseudomonas aeruginosa. A diferencia de los anterior Outtara et

al. (1997), no observaron efecto inhibitorio al aplicar ácido oleico a 2500 μg mL-1 sobre

Carnobacterium piscícola, Lactobacillus curvatus y L. sake. Del mismo modo Fay y Farias

(1975), no obsevaron efecto inhibitorio del acido oleico en concentrariones de 1 a 4%

sobre E. coli. Tantaoui-Elaraki y Errifi (1994), evaluaron el efecto antifúngico de ácidos

grasos sobre Zygorhynchus sp y Aspergillus niger, siendo el ácido laurico el que tuvo un

efecto inhibitorio mayor contra ambos hongos. Otros investigaciones concluyeron que los

ácidos grasos causan disturbios principalmente en la membrana celular de hongos y

bacterias inhibiendo o retrasando su crecimiento (Greenway and Dyke, 1979; Beuchat and

Golden, 1989). Existen en el mercado productos comerciales elaborados con base de

ácidos grasos los cuales son recomendados para controlar hongos postcosecha tales como

Botrytis cinerea, Penicillium sp. y Fusarium oxysporum, se dice que su modo de acción es

directamente en la membrana celular (inhibición actividad enzimática) e inhibe la

respiración celular (Anonimo, 2000).

Los frutos veteados que fueron cubiertos con quitosano 1% + acido oleico 1% + aceite de

limón 0.1% y almacenados a temperatura ambiente (25 ± 2 °C) tuvieron un porcentaje de

infección menor (13%) que el resto de las cubiertas y el control. Vu et al. (2011),

evaluaron cubiertas de quitosano + limoneno y al igual que en este estudio, no observaron

inhibición de microorganimos en fresa cuando se almacenaron a temperaturas menores de

10 ºC. Por otro lado Mishra and Dubey (1994), reportan la inhibición de Aspergillus flavus

hasta en un 80% al utilizar aceite esencial de Citrus aurantifolia a 25 ºC. Se ha evaluado la

efectivadidad de otros aceites esenciales a temperatura ambiente, tal es el caso de

Origanum compactum y Thymus glandulosos a 100ppm, los cuales inhibieron al 100% el

desarrollo de Botrytis cinérea cuado se almacenó a 24 ºC (Bouchra et al. 2003). Los aceites

Page 77: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

67

esenciales son compuestos volátiles con poca residualidad en el ambiente es por eso

importante que se combinen con otros compuestos para alargar su permanencia en los

frutos. Se ha observado el efecto sinérgico entre los aceites esenciales y los ácidos grasos,

por ejemplo el aceite esencial de manzanilla en asociación con el ácido oleico, láurico o

propiónico provocó un efecto sinérgico sobre Zygorhynchus sp. (Tantaoui-Elaraki and

Errifi, 1994).

5. Conclusiones

Las cubiertas adicionadas con aceite esencial de limón, inhibieron por completo el

desarrollo del hongo a nivel in vitro

Las cubiertas a base de quitosano 1% + acido oleico 1%, parcialmente controlaron el

desarrollo y severidad del hongo R. stolonifer, en frutos de jitomate veteados cuando se

almacenaron a temperatura controlada (10 ± 2 °C).

Las cubiertas a base de quitosano 1% + acido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1% ,

controlaron el desarrollo y severidad de la infección de R. stolonifer, en frutos de jitomate

veteados cuando se almacenan a temperatura ambiente (25 ± 2 °C).

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Capítulo III

Evaluación de la actividad antibacterial

de recubrimientos comestibles sobre

Escherichia coli en frutos de jitomate

Page 85: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

75

Evaluación de la actividad antibacterial de recubrimientos comestibles

sobre Escherichia coli en frutos de jitomate

Resumen

En la actualidad existe una demanda creciente por el consumo de vegetales frescos entre

las que se encuentra el jitomate. A pesar de las medidas preventivas con las que se cuenta

en el cultivo de jitomate, se pueden llegar a contaminar con bacterias patógenas, esto

genera serios problemas en la salud pública y en el caso de los productos de exportación,

rechazos que dañan severamente la economía de las empresas. Se han implementado

sanitizantes para disminuir la presencia de la bacteria, sin embargo, estos productos no

protegen a los frutos de futuras infecciones. La cubierta comestible es una capa delgada

que se forma directamente sobre la superficie del fruto y permite que se extienda su vida

útil al reducir los procesos metabólicos vitales, pero además funciona como vehículo para

adicionar compuestos antimicrobianos, los cuales protegen al fruto de invasiones

patógenas. En esta investigación se evaluaron diferentes cubiertas a base de quitosano y se

adicionaron con cera de abeja, ácido oleico y aceites esenciales (limón y tomillo) a nivel in

vitro e in situ (laboratorio y semicomercial). En general las cubiertas que contenían cera de

abeja fueron las que controlaron satisfactoriamente el desarrollo de Escherichia coli DH5α.

En los estudios in vitro se inhibió en 100% el desarrollo de E. coli DH5α en las cubiertas

con cera de abeja. En los frutos almacenados a 10 ± 2 °C y cubiertos con quitosano 1% +

cera de abeja 0.1% y en la de quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de

limón 0.1% se observó un escaso crecimiento del patógeno en los frutos naranja y rojo (3,

10 y 24 y 17 UFC, respectivamente) comparado con el control (600 UFC). En frutos

almacenados a 25 ± 2 °C se observó un crecimiento pobre de la bacteria en frutos verdes y

naranjas (1 y 0 UFC, respectivamente) cuando se cubrió con quitosano 1% + cera de abeja

0.1% + aceite esencial de limón 0.1%, mientras que la cubierta quitosano 1% + cera de

abeja 0.1% controló en desarrollo en los frutos verdes, naranjas y rojos (20, 2, 9 UFC,

respectivamente). Las cubiertas elaboradas con quitosano y cera de abeja disminuyeron el

desarrollo de Escherichia coli DH5α in vitro y directamente en los frutos de jitomate.

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76

1. Introducción

Las frutas y hortalizas son productos esenciales en la dieta del ser humano, por lo

beneficios nutricionales que estas aportan (Klaiber et al., 2005), sin embargo, estos

productos pueden ser vehículo para la transmisión de bacterias, las cuales pueden causar

enfermedades en los humanos. En los últimos años se ha reportado un aumento en el

número de brotes de enfermedades transmitidas por alimentos contaminados por Lysteria

monocitogenes, Salmonella sp., y Escherichia coli, por lo tanto, ha aumentado la

preocupación de que las frutas y vegetales frescos sean una fuente creciente de infecciones

(Sivapalasingam et al., 2004).

El Centro de Control de Enfermedades (CDC, por sus siglas en ingles) estima que cada

año se enferman cerca de 76 millones de personas en Estados Unidos por consumir

alimentos contaminados con bacterias patógenas, 325 mil son hospitalizadas y 5 mil

mueren. Asímismo, se estima que 12 % de estas enfermedades están relacionadas con el

consumo de frutas y vegetales frescos (K lonsky, 2006). Se ha reportado el rápido

crecimiento de las bacterias sobre frutas o vegetales y la capacidad que tienen para

sobrevivir en condiciones ácidas (Conner y Kotrola, 1995). Por ejemplo, en jícama, papaya

y sandía almacenada a temperatura ambiente se incrementó la población de bacterias en 2

log10 después de seis horas (Fernández et al.,1989)

Escherichia coli es una bacteria patógena que forma parte de la familia Enterobacteriaceae,

y esta integrada por bacilos Gram-negativos móviles, aerobios o anaerobios facultativos.

Es un organismo de rápido crecimiento y una amplia distribución, se han aislado de frutas,

verduras de hoja verde, col, apio, pepino, rábanos, germinados y tomates debido a que

estos productos proporcionan los nutrientes necesarios para su crecimiento (Beuchat,

1996). Escherichia coli puede aparecer durante el desarrollo de las plantas, por contacto

con estiércol (heces de humanos u otros aminales), por regar con agua contaminada, por

insectos, en la cosecha, durante su manejo postcoseha y transporte (Ogden et al., 2005;

Beverlya et al., 2008; Inatsu et al., 2010; Keeratipibul et al., 2011). Se ha demostrado que

la cepa de E. coli O157:H7 es la mas agresiva causando diarrea, diarrea con sangre y

síndrome urémico hemolítico en las personas que la consumen.

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77

Para contrarrestar la aparición de Escherichia coli, se han evaluado una gama de

sanitizantes tales como, hipoclorito de sodio (Zhuang et al., 1995), agua electrolizada (Park

et al., 2008) e hipoclorito de sodio acidificado ( Inatsu et al., 2005, 2010) y se han obtenido

resultados prometedores, sin embargo, estos productos no protegen al los productos de

futuras infecciones. El quitosano es un compuesto que presenta características

biofuncionales, por lo que podría ser una alternativa viable para sustituir los métodos de

control tradicionales, ha controlado el desarrollo de bacterias patógenas, como

Escherichia coli (Simpson et al., 1997; Qi et al., 2004; Lim et al., 2004; Nan et al., 2006)

la ventaja de este, es que forma una capa en la superficie de los frutos y el efecto dura por

un tiempo prolongado, por lo tanto es un producto que puede ser utilizado para elaborar

cubiertas (Gonzalez-Aguilar, 2005). Las cubiertas pueden adicionarse con otros

compuestos antibacteriales naturales como es el caso de la cera de abeja y los aceites

esenciales.

La cera de abeja y la miel son productos naturales que contienen flavonoides, antioxidantes

y otros compuestos con propiedades antimicrobiales (All-Waili, 2005). Los productos

derivados de las abejas se han utilizado desde hace sigloes en la medicina popular

(Guisalberti 1979; Miorin et al., 2003). Actualmente se utiliza principalmente en la

industria cosmética y farmacéutica como vehículo para la elaboración de cremas (Carbajal

et al., 1998), y se ha reportado el efecto que presenta la cera de abeja para controlar

bacterias patógenas, tal es el caso de Staphylococcus aureus (All-Waili, 2005). Se ha

utilizado la cera de abeja en combinación con otros compuestos tales como, goma laca,

acidos grasos, cera de candelilla y cera de carnauba para formular cubiertas vegetales, y se

ha mejorado el aspecto de los frutos y evitado la perdida exesiva de peso y agua

(Hagenmaier y Bakrl, 1997; Martínez-Jávega y Coquerella, 2000; Han et al., 2006), sin

embargo son escasos los estudios que reportan el efecto antimicrobial de la cera de abeja

en productos hortofrutícolas.

Otros compuestos utilizados son los aceites esenciales, estos compuestos volátiles se

caracterizan por su fuerte olor y están compuestos por metabolitos secundarios de las

plantas, se extraen generalmente por hidrodestilación, principalmente de plantas

aromaticas y pueden ser sintetizados por todos los órganos de la planta (flores, hojas,

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78

tallos, raíces, frutos) además juegan un papel importante en la naturaleza al proteger a las

plantas del ataque de virus, hongos y bacterias (Bakkali et al., 2008). Los aceites

esenciales ha sido objeto de estudio para controlar el crecimiento de bacterias patógenas

para el humano. Oussalah et al. (2007), reportaron la inhibición del crecimiento in vitro de

E. coli al incorporar aceite esencial de canela, oregano y tomillo en concentraciones

menores de 0.4%. Por otro lado Hammer et al. (1999), mostró que el aceite esencial de

tomillo al 0.3% inhibe el desarrollo in vitro de la bacteria anterior. Smith-Palmer et al.

(1998), mediante un estudio in vitro, probaron varios aceites esenciales entre ellos el de

tomillo a una concentración del 0.05% sobre E. coli, obteniendo una inhibición completa

de su desarrollo. Aceites esenciales de otras especies tales como oregano, clavo y pimienta

del mismo modo han mostrado que reducen el crecimiento in vitro de E. coli al utilizar

concentracions de 15μL por caja (Dorman and Deans, 2000).

Otras investigaciones relacionadas con el patógeno antes mencionado, muestran como el

aceite esencial obtenido de plantas de limón a una concentración de 1μg mL-1 inhibió

completamente su desarrollo (Saikia et al., 2005). Así como, Moreira et al. (2005),

mostraron la inhibición in vitro de E. coli al adicionar 1.7 mL/100 mL de aceite esencial de

limón. Otros autores han demostrado el efecto antimicrobial que proporcionan los aceites

esenciales de limón para controlar el desarrollo de bacterias patógenas. Subba et al.

(1967), determinaron que el aceite esencial de limón tiene un efecto antibacterial contra

Salmonella. Así mismo O´Bryan et al. (2008), mostraron el efecto antibacterial del D-

limoneno 1% contra este mismo patógeno. Fisher y Phillips (2006), evaluaron el aceite

esencial de limón al 1% contra E. coli, observando un efecto inhibitorio sobre su

desarrollo.

Las cubiertas comestibles son una tecnología que no solo permite extender la vida útil de

los productos hortofrutícolas reduciendo sus procesos metabólicos vitales, sino que además

puede servir como vehículo para compuestos antibacterianos tales como la cera de abeja y

los aceites esenciales. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto bactericida de

diferentes cubiertas a base de quitosano sobre E. coli DH5α inoculada en jitomates con tres

estados de madurez, almacenados a 10 ± 2 ºC y 25 ± 2 °C.

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79

2. Materiales y métodos

La obtención e índice de madurez de los frutos de jitomate se ha explicado en el capítulo

anterior inciso 2.2.

2.1 Obtención y activación de la cepa Escherichia coli DH5α

Se utilizó la cepa de E. coli DH5α, la cual fue donada por la Universidad Politécnica del

Estado de Morelos. La cepa se retiró del congelador (Freezer -70 °C) y se dejó

temperatura ambiente (27 °C) para su descongelación. Una vez descongelada la cepa, se

tomó una porción de esta con una asa bacteriológica previamente esterilizada y se realizó

una técnica de estriado sobre medio de cultivo MacConkey. Transcurridas 48 h del

estriado se tomó una porción de la bacteria y se colocó dentro de un tubo de ensaye que

contenía 5 mL de caldo LT (Lauril triptosa) y se dejó en agitación por 24 h a 225 RPM.

2.2 Obtención de la dilución óptima de Escherichia coli DH5α

Del cultivo de E. coli DH5α se tomaron 100 μL y se colocaron en 900 μL de caldo Lauril

Triptosa (LT). De la solución anterior se tomaron 100 μL y se diluyeron en 900 μL de

caldo, este procedimiento se repitió 10 veces (Cuadro 9). Para determinar la concentración

de las células se utilizó un espectrofotómetro la lectura de las absorbancias fue de 600 nm

y se utilizó caldo LT como blanco. El objetivo de realizar estas diluciones fue para

encontrar la dilución ideal para evaluar las cubiertas.

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80

Cuadro 9. Diluciones decimales de Escherichia coli DH5α (cultivo “over night”).

Número Diluciones decimales Absorbancias Número de UFC/PLACA*

1 1-10 0.289 INCONTABLES

2 1-100 0.153 INCONTABLES

3 1-1000 0.073 INCONTABLES

4 1-10000 0.045 INCONTABLES

5 1-100000 0.028 120

6 1-1000000 0.025 64

7 1-10000000 0.017 4

8 1-100000000 0.014 1

9 1-1000000000 0.002 0

10 1-10000000000 0.001 0

* Los valores reportados son el promedio de los datos

2.3 Formulación del recubrimiento

Las formulaciones aplicadas in vitro se describen en el capítulo anterior inciso 2.3. Para los

experimentos in situ a nivel de laboratorio se utilizaron las formulaciones 1) quitosano 1%

+ cera de abeja 0.1% + glicerol 0.3% + aceite esencial de limón 0.1% + acido acético 1%;

3) quitosano 1% + ácido oleico 1 % + glicerol 0.3% aceite esencial de limón 0.1% + ácido

acético 1 % ; 5) quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + glicerol 0.3% + ácido acético 1%; 6)

quitosano 1% + ácido oleico 1% + glicerol 0.3% + ácido acético 1%; 7) PDA. Para los

experimentos a nivel semicomercial se utilizaron las formulaciones 1 y 5, las cuales

mostraron un mejor efecto contra el pátogeno. Se lavaron los frutos con agua como control.

Page 91: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

81

La elaboración del recubrimiento se explicó en el capítulo anterior inciso 2.4.

2.4 Aplicación in vitro de los tratamientos en Escherichia coli DH5α

Se tomó una porción de la bacteria de un cultivo “over night” con una asa bacteriológica y

se depositó en tubos de ensaye con caldo LT para obtener una dilución de 1-100000

(1x105).

Se colocó 1.0 mL de las cubiertas sobre cajas petri de 100 x 15 con medio MacConkey. Se

distribuyó uniformemente por toda la caja y se dejó secar. Una vez seco se tomaron 100µL

de la dilución y se colocó sobre el recubrimiento y se esparció completamente por toda la

caja. Se inocularon cajas con medio MacConkey como control, 48 h después se contó el

número de colonias de la bacteria (UFC) (Figura 11).

Page 92: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

82

Figura 11. Formación de las cubiertas en los experimentos in vitro e inoculación de E.

coli DH5α

2.5 Inoculación de Escherichia coli DH5α sobre frutos de jitomate a nivel

de laboratorio y semicomercial

Los frutos de jitomate se sumergieron en las diferentes formulaciones de las cubiertas

durante 30 s y se dejaron secar a temperatura ambiente. Posteriormente se agregó a cada

fruto una gota (35 μL) de inoculo de E. coli DH5α de una concentración de 1 x 105 y se

esparció con un triángulo dispersor por toda una cara el fruto (Figura 12). Los frutos se

almacenaron a dos temperaturas (10 ± 2 y 25 ± 2 °C) durante 48 h. Los frutos evaluados en

el experimento semicomercial fueron asperjados también con una solución de la bacteria

de 1 x 105 (Figura 13).

Una vez trascurrido el periodo de incubación, los frutos fueron lavados en vasos que

contenían 10 mL de agua destilada estéril. Se tomaron 100 μL de esta solución y se inoculó

en cajas Petri con medio de cultivo Mac Conkey (Figura 14), se almacenaron las cajas en

una incubadora a 25 °C durante 48 h. Se evaluó el número de UFC desarrolladas.

Figura 12. Aplicación de las cubiertas e inoculación de E. coli DH5α en frutos de

jitomate a nivel de laboratorio.

Page 93: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

83

Figura 13. Aplicación de las cubiertas e inoculación de E. coli DH5α en frutos de

jitomate a nivel semi-comercial.

Figura 14. Evaluación del desarrollo de E. coli DH5α en frutos de jitomate.

2.6 Procesamiento de muestras en Microscopia Electrónica de Barrido (MEB).

El procesamiento de las muestras se realizó en el IBT-UNAM con la Dra. Guadalupe

Zavala y la observación en el microscopio TESCAN VEGA 3 LMU se realizó con el Ing.

Carlos Segovia de MicraIngeniería

Las cubiertas inoculadas con E. coli DH5α se fijaron con glutaraldehido al 8%, y

posteriormente se fijaron con tetraóxido de osmio al 2%, a partir de entonces las muestras

se lavaron con 0.16M de bufer cacodilato y se deshidrataron en soluciones de etanol.

Finalmente se secaron al aire libre y se cubrieron con pulverizaciones de oro, para mejorar

Page 94: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

84

la conductividad de la superficie del microscopio Electrónico de barrido TESCAN VEGA

3 LMU.

2.7 Análisis Estadístico.

El diseño de los experimentos fue completamente al azar. Para los estudios in vitro se

utilizaron seis cajas por tratamiento con dos repeticiones. En los tratamientos a nivel de

laboratorio fueron 15 frutos por tratamiento, mientras que para el experimento

semicomercial, se utilizaron 120 frutos por tratamiento, con dos repeticiones. En todos los

datos se uso un análisis de varianza con un método de comparación de medias de Tukey

(P≤ 0.05). En los análisis donde había datos con valor cero, se hizo una transformación

sumándole uno y sacándole raíz cuadrada.

3. Resultados

Los resultados observados en los experimentos in vitro mostraron diferencias estadísticas

significativas (P < 0.05) entre los tratamientos aplicados (Cuadro 10). Las cubiertas

formuladas con quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1%,

quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de tomillo 0.1% y quitosano 1% +

cera de abeja 0.1%, inhibieron en su totalidad el desarrollo de E. coli DH5α (Figura 15 a, b

y g), mientras que en el resto de los recubrimientos se observó la aparición de colonias

(300 - 200 UFC) al igual que el control (211 UFC). En las imágenes de MEB se observa

que en la superficie de las cubiertas formuladas con quitosano + cera de abeja + aceite

esencial de limón y quitosano + cera de abeja, no hubo presencia de la bacteria, a

diferencia de las cubiertas adicionadas con quitosano + acido oleico + aceite esencial de

limón, cera de abeja + acido oleico y el control (medio MacConkey) en donde se observa

abundante desarrollo de E. coli DH5α (Figura 16).

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85

Cuadro 10. Número de colonia de Escherichia coli DH5α en medio Mac Conkey

cubierto con diferentes formulaciones a base de quitosano e incubadas durante 48 h.

*Medias con la misma letra no presentan diferencias significativas por Tukey (P <

0.05). Los Valores de P son en base a una transformación de raíz cuadrada.

Cubiertas

Escherichia coli DH5α

UFC /caja

P< 0.001

1.Quitosano 1% + cera de abeja 0.1% +

aceite esencial de limón 0.1%

0 a*

2. Quitosano 1% + cera de abeja 0.1% +

aceite esencial de tomillo 0.1%

0 a

3. Quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite

esencial de limón 0.1%

300 c

4. Quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite

esencial de tomillo 0.1%

300 c

5. Quitosano 1% + Cera de abeja 0.1% 0 a

6. Quitosano 1% + ácido oleico 1% 200 b

7. Medio Mac Conkey 211 b

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86

Figura 15. Número de UFC desarrolladas en diferentes cubiertas e incubadas por 48

h: a) quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1% b) quitosano

1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de tomillo 0.1% c) quitosano 1% + ácido

oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1% d) quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite

esencial de tomillo 0.1% e) quitosano 1% + cera de abeja 0.1% f) quitosano 1% +

ácido oleico 1% y g) Medio Mac Conkey.

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87

Figura 16. Muestras de MEB de Escherichia coli DH5α inoculada en diferentes

cubiertas: a) quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1% b) quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1% c) quitosano 1% +

cera de abeja 0.1% d) quitosano 1% + ácido oleico 1% e) MacConkey.

Page 98: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

88

Los tratamientos con las diferentes formulaciones aplicadas a base de quitosano y

evaluados a nivel de laboratorio mostraron diferencias significativas (P< 0.05) entre ellos.

Las cubiertas aplicadas disminuyeron el desarrollo de E. coli DH5α comparado con el

control (agua). Los mejores resultados de los frutos almacenados a 10 ± 2 ° C se

observaron en la cubierta de quitosano 1% + cera de abeja 01% y en la de quitosano 1% +

cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1% en los frutos naranja y rojo (3, 10, 24 y

17 UFC, respectivamente) (Cuadro 11) en donde el crecimiento de la bacteria fue mucho

menor que en el control (600 UFC) (Figura 17). En ambas cubiertas con cera de abeja no

se observaron diferencias estadísticas (P< 0.05). La cubierta de quitosano 1% + ácido

oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1% aplicada a los frutos verdes, mostró un número

de UFC menor (71 UFC) que el resto de los tratamientos, sin embargo, no se detectaron

difrencias significativas.

Del mismo modo en los frutos almacenados a 25 ± 2 °C, las cubiertas con cera de abeja

fueron las más efectivas para controlar el desarrollo de E. coli DH5α . La cubierta de

quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1% inhibió casi

totalmente el crecimiento de E. coli DH5α en los frutos verdes y naranjas (1 y 0 UFC,

respectivamente) mientras que en la cubierta de quitosano 1% + cera de abeja 0.1% se

mostró un desarrollo escaso de la bacteria en los tres estados de madurez (verde = 20,

naranja = 2, rojo = 9).

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89

Cuadro 11. Efecto de diferentes cubiertas a base de quitosano en frutos de jitomate

con tres estados de madurez inoculados con Escherichia coli DH5α y almacenados a

dos temperaturas, a nivel de laboratorio.

Cubiertas

Estado de Madurez

Veteado Naranja Rojo

UFC / Caja

P < 0.001

UFC / Caja

P < 0.001

UFC / caja

P < 0.001

12°C 1. Quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1%

125*a 24*a 17*a

3. Quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1%

71 a 470 bc 113 b

5. Quitosano 1% + cera de abeja 0.1% 168 a 3 a 10 a

6. Quitosano 1% + ácido oleico 1% 152 a 381 b 45 ab

7. Agua 600 b 600 c 600 c

25°C

1. Quitosano 1% + cera de abeja 0.1%

+ aceite esencial de limón 0.1%

1 a 0 a 231 b

3. Quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1%

171 b 212 b 66 ab

5. Quitosano 1% + cera de abeja 0.1% 20 a 2 a 9 a

6. Quitosano 1% + ácido oleico 1% 200 b 450 c 208 b

7. Agua 600 c 600 c 600 c

*Medias con la misma letra no presentan diferencias significativas (P< 0.05). Los Valores

de P son en base a una transformación de raíz cuadrada.

Figura 17. Colonias de Escherichia coli DH5α aisladas de frutos de jitomate naranjas

almacenados a 10 ± 2 °C y cubiertos con las diferentes formulaciones: a) quitosano

1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1% b) quitosano 1% + ácido

oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1% c) quitosano 1% + cera de abeja 0.1% d)

quitosano 1% + ácido oleico 1% e) Agua.

Page 100: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

90

En los experimentos realizados a nivel semi-comercial las cubiertas formuladas con

quitosano + cera de abeja + aceite esencial de limón y quitosano + cera de abeja evaluadas

en ambas temperaturas, controlaron en forma el desarrollo de E. coli DH5α, inhibiendo su

crecimiento y evitando su aparición en el medio de cultivo en ambas temperaturas de

almacenamiento (Figura 18 a, b, d, e, g y h) notándose clara diferencia sobre el control que

tuvo una carga bacteriana hasta de 600 UFC (Cuadro 12).

Figura 18. Crecimiento de E. coli aislado de frutos de jitomate de tres estados de

madurez cubiertos con dos recubrimientos : verdes a) quitosano 1% + cera de abeja

0.1% b) quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 01% c) Agua;

Naranjas d) quitosano 1% + cera de abeja 0.1% e) quitosano 1% + cera de abeja

0.1% + aceite esencial de limón 0.1% f) Agua; Rojos g) quitosano 1% + cera de abeja

0.1% h) quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1% i) Agua.

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91

Cuadro 12. Efecto de diferentes cubiertas a base de quitosano en frutos de jitomate

con tres estados de madurez inoculados con Escherichia coli DH5α y almacenados a

dos temperaturas a nivel semicomercial.

Cubiertas

Estados de Madurez

Veteado Naranja Rojo

UFC / caja

P <0.001

UFC / caja

P <0.001

UFC / caja

P <0.001

12°C

1. Quitosano 1% +

cera de abaja 0.1%

+ aceite esencial de

limón 0.1%

0*a 0*a 0*a

5. Quitosano 1% +

cera de abeja

0.2 a 0.2 a 0.2 a

Agua 80 b 51 b 288 b

25°C

1. Quitosano 1% +

cera de abeja 0.1%

+ aceite esencial de

limón 0.1%

0 a 0 a 0 a

5. Quitosano 1% +

cera d abeja

0 a 0 a 0 a

Agua 80 b 600 b 448 b

*Medias con la misma letra no presentan diferencias significativas (P < 0.05). Los Valores

de P son en base a una transformación de raíz cuadrada.

Page 102: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

92

4. Discusión

De acuerdo con los resultados obtenidos en esta investigación la cera de abeja es un

compuesto que controla el desarrollo de E. coli DH5α. La cera de abeja esta constituida

principalmente por lípidos (lo cual le da excelentes propiedades de barrera), esteres de

ácidos grasos y compuestos no identificados. La cera de abeja presenta un olor muy

parecido a la miel y esto se debe a que tienen algunos compuestos similares como los

flavonoides (All-Waili, 2005).

Los resultados in vitro mostraron que las cubiertas que contenían en su formulación cera de

abeja inhibieron por completo el crecimiento de la bacteria 48 h después de la inoculación,

a diferencia del resto de los tratamientos, así como en los frutos evaluados a nivel de

laboratorio, y semi-comercial los mejores resultados se observaron en aquellos que se

cubrieron con cera de abeja. La primer hipótesis sugiere que el efecto antimicrobiano de la

cera de abeja es debido a que forma una barrera sobre el fruto y esto no permite a la

bacteria tomar los nutrientes necesarios para alimentarse del medio. La cera de abeja esta

constituida principalmente por lípidos (lo cual le da excelentes propiedades de barrera

(Tullok, 1969), además se ha observado que la cera de abeja presenta cristales otorrombios

los cuales proporcionan mejor compactación de los mismos formando asociaciones densas

con un espacio minimo para la difusión de las moléculas (Martin-Polo, 1992; Llanos,

2007), lo cual impidiria en este caso el paso de la bacteria.

La cera de abeja también esta constituida por flavonoides (All-Waili, 2005) y pudieran ser

estos los compuestos que les brinda este efecto antimicrobiano ya que tienen acción contra

bacterias Gram positivas y Gram negativas tales como S. aureus y E. coli (Cowan, 1999;

All-Waili, 2005). Esta bien documentado el modo de acción de los flavonoides contra

patógenos, su uso esta dirigido a matar directamente las células de los microorganismos

(Lopes, 1998) causando alteraciones en la fluidez de la membrana del patógeno (Tsuchiya

et al., 2000) e inhibiendo la energía de su metabolismo (Haraguchi et al., 1998). También

se ha observado que los flavonoides inhiben la síntesis de los ácidos nucleicos. Mori et al.

(1987), demostraron la inhibición del DNA y RNA en presencia de flavonoides así como

una afectación en la síntesis de proteínas y lípidos. Los productos derivados de las abejas

tales como la miel, el propóleo y la jalea real contienen flavonoides como la Quercetina y

Page 103: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

93

el Kaempferol (Ayala y Macay, 2010), los cuales para el caso especifico de E. coli DH5α

muestran un efecto bactericida. Ohemeng et al. (1993), encontraron que el DNA es

inhibido por la presencia de estos flavoniodes. Colorado et al. (2007), mostraron que el

kaempferol presentó una concentración mínima inhibitoria de 512μg mL-1 contra E. coli.

Plaper et al. (2003), observaron que la quercetina inhibió la actividad de la enzima

ATPasa, lo cual impide que la bacteria se reproduzca adecuadamente e impide la

formación de las colonias, esto explica porque el crecimiento de las colonia de E. coli

DH5α en todas las evaluaciones fue baja con la presencia de la cera de abeja.

Otros compuestos presentes en la composición de la cera de abeja y a los cuales se les

puede atribuir un efecto antimicrobiano son los esteres de ácidos grasos (Bogdanov, 2004).

Existen investigaciones que han descubierto que los esteres de ácidos grasos presentan

características antibacterianas, principalmene con bacterias Gram-negativas como E. coli

(Otto et al., 2008; Berger-Nell et al., 1989). Se ha evaluado el efecto del ácido

hidroxicarboxilico contra bacterías e incluso hay en el mercado patentes de dicho

compuesto que prometen inhibir el desarrollo del patógeno (Otto et al, 2008). A pesar de

los trabajos mostrados no se conoce el mecanismo de acción de los esteres sobre las

bacterias.

En general las cubiertas adicionadas con ácido oleico no mostraron una inhibición de la

bacteria en ninguno de los experimentos, esto concuerda por lo reportado por Conner y

Kotrola (1995), donde mencionan que estos patógenos son resistentes a los ácidos grasos.

Con respecto a las temperaturas de almacenamiento (10 y 25 °C) no se observó una clara

diferencia en el crecimiento de la bacteria. Algunos microorganismos son sensibles a

temperaturas controladas y eso reduce su desarrollo, sin embargo, no es el caso de la

bacteria en estudio. Varios autores mencionan la sobrevivencia de E. coli a bajas

temperaturas, Castro et al. (2004), almacenaron a E. coli a una temperatura de 4 °C. Abdul-

Raoufy et al. (1993), no obtuvieron disminución significativa en la concentración de la

bacteria cuando se inoculó en carne y se almacenó a 5 °C durante 72 h al igual que

McIngvale et al. (2000), donde conservaron la cepa de dicha bacteria a 5 y 12°C sin

efectos negativos aparentes.

Page 104: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

94

5. Conclusiones

La cera de abeja presentó un efecto inhibitorio contra el desarrollo in vitro de la bacteria E.

coli DH5α.

La utilización de cubiertas comestibles de quitosano + cera de abeja y quitosano + cera de

abeja + aceite esencial de limón en frutos de jitomate disminuyeron el desarrollo de E. coli

DH5α.

6. Referencias bibliograficas

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103

Capitulo IV

Aplicación de recubrimientos comestibles

en frutos de jitomate y su impacto sobre

los atributos de calidad

Page 114: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

104

Aplicación de recubrimientos comestibles en frutos de jitomate y su

impacto sobre los atributos de calidad

Resumen

El jitomate es una de las hortalizas más populares utilizadas en la gastronomía de muchos

países y es muy importante por la derrama económica que genera. En México, es sin duda

la principal hortaliza que se exporta como producto en fresco a países como Estados

Unidos y Canadá, y su calidad es un factor fundamental para que los frutos puedan

comercializarse satisfactoriamente, sin embargo, un inadecuado manejo postcosecha

provoca daños físicos y desordenes fisiológicos. Los criterios de calidad más importantes

que necesita tener el jitomate son color, tamaño, apariencia, sabor y una larga vida de

anaquel. Durante el manejo postcosecha a los frutos se les aplica ceras sintéticas, de origen

mineral y de origen químico así que la tendencia es restringir el uso de estas ceras y buscar

nuevas posibilidades naturales y orgánicas. Los recubrimientos comestibles son una

tecnología que prolonga la vida postcosecha de los productos hortofrutícolas al reducir sus

procesos metabólicos vitales y puede utilizarse para sustituir las ceras sintéticas. El

quitosano, la cera de abeja, ácido oleico y aceite esencial de limón, son compuestos que

pueden utilizarse para formular los recubrimientos y así brindar a los frutos una mayor vida

de anaquel sin modificar sus atributos de calidad. En esta investigación se evaluaro n dos

recubrimientos comestibles uno a base de quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite

esencial de limón 0.1% y el segundo a base de quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite

esencial de limón 0.1%, en frutos de jitomate cosechados en dos estados de madurez y

almacenados a temperatura controlada (10 ± 2 °C) y temperatura ambiente (25 ± 2 °C)

durante cuatro semanas. Las variables evaluadas fueron firmeza, SST, pérdida de peso,

color y producción de CO2 y etileno. Los resultados mostraron que los frutos veteados

mostraron firmeza mayor al término del almacenamiento (9.84 N) así como los

almacenados a 10 ± 2 °C (8.59 N), en los SST no hubo diferencias significativas entre los

tratamientos evaluados. La pérdida de peso fue menor en los frutos que se cubrieron con

quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1% (7.19%) y en los

almacenados a 10 ± 2°C (5.16%). Los frutos tratados con el recubrimiento de quitosano

1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1% no tuvieron modificaciones en e l

Page 115: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

105

desarrollo de color comparado con los frutos del control. Los frutos veteados y los

almacenados a 10 ± 2 °C tuvieron menor respiración (14.32 mL kg-1 h-1 y 14.39 mL kg-1 h-

1, respectivamente) que los frutos cosechados rojos y almacenados a temperatura ambiente

(25 ± 2). Los frutos cosechados en estado de madurez verde produjeron mayor cantidad de

etileno (21.48 μL kg-1 h-1) al final de la evaluación. Los frutos vetados cubiertos con

quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón, y almacenados a temperatura

controlada mantuvieron su calidad alargando su vida postcosecha.

1. Introducción

El jitomate es considerado dentro de las hortalizas más importantes en todo el mundo, por

su alta demanda de consumo, por las divisas que aporta y la elevada derrama economía que

genera (Santiago et al., 1998). Actualmente, México es el país que exporta la mayor

cantidad de toneladas de jitomate en todo el mundo (1,042,730 ton) seguido de España

(938,596 ton) siendo su U.S.A. su principal comprador (FAOSTAT, 2009). Este fruto

puede consumirse en fresco o procesado ya sea en salsa, pasta, puré, jugo, frutas enlatadas

etc. Por lo tanto, la calidad de los frutos de jitomate depende de su destino final. La mayor

parte del jitomate que se comercializa para mercado de exportación es para consumo en

fresco y es cosechado en el estado de madurez fisiológica verde (veteado) y completa su

maduración fuera de la planta. Para mercado local la producción es cosechada en un estado

de madurez naranja o rojo según sea el punto de venta (Zambrano et al., 1995). En ambos

casos de comercialización, la calidad del jitomate se puede ver afectada por inadecuado

manejo postcosecha del fruto ocasionando daños físicos y sometiendo al fruto a cambios

bruscos de temperatura, este último ocasiona un rápido deterioro en la fisiología del fruto,

ya que al ser un fruto climatérico es sensible a cambios de temperatura (Ramírez et al.,

2004), y por lo tanto, hay un incremento significativo en la producción de etileno, evento

que desencadena una serie de reacciones bioquímicas, que origina que el producto llegue

mas rápido a la senescencia (Zambrano et al., 1995).

La calidad del tomate indica que el fruto debe estar bien formado, con color uniforme, de

apariencia lisa sin grietas de crecimiento sin quemadura de sol, daño por insectos o

mecánicos y ser firme al tacto. El manejo postcosecha del jitomate se inicia con el

Page 116: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

106

acondicionamiento de la fruta, eliminando todo tipo de material extraño del producto;

posteriormente se selecciona el fruto, esta actividad consiste en separar los frutos aptos

para el consumo de aquellos que no lo son, por presentar heridas, golpes o pudriciones;

después de esta actividad se clasifica el fruto de acuerdo a varias características, tales

como, tamaño, forma y color.

El encerado es una técnica de conservación muy utilizada, con este método se genera una

barrera de protección entre el producto y el medio ambiente para evitar que el fruto respire

de una manera acelerada, y que el proceso de senescencia ocurra a menor velocidad por la

presencia del etileno. El etileno es considerado una fitohormona, debido a su capacidad de

ser fisiológicamente activo en promover cambios en los procesos fisiológicos de los frutos

como la maduración, y esto permite que ocurra la degradación de la pectina y la clorofila y

la transformación de almidon a azucares, se reduce la acidez y se pierde astringencia

(Nieto, 1999; Lers et al., 1998). Además las ceras se utilizan con el propósito de dar mayor

brillo y mejor apariencia al producto para e l consumidor y disminuir la invasión de

patógenos. Las ceras utilizadas durante este proceso son de origen mineral y de origen

químico así que la tendencia es restringir el uso de estas ceras y buscar nuevas

posibilidades naturales y orgánicas (Reina et al., 1998).

Los recubrimientos comestibles son una tecnología desarrollada últimamente para

prolongar la vida postcosecha de los productos hortofrutícolas, que puede utilizarse

sustituyendo el uso de ceras sintéticas. Estos recubrimientos forman una capa

directamente sobre el fruto como una envoltura protectora (del-Valle et al., 2005; Bravin et

al., 2006). El mecanismo por el cual conserva las frutas es debido a que crean una barrera

física a los gases, produciendo una atmósfera modificada alrededor reduc iendo la

disponibilidad de O2 e incrementando la concentración de CO2 (Avena-Bustillos et al.,

1997; González-Aguilar et al., 2005). Geraldine et al. (2008), evaluaron la respiración de

ajos mínimamente procesados en cubiertas a base de agar, quitosano y ácido acético.

Obtuvieron que la tasa de respiración de los ajos tratados, se redujo casi a la mitad (30 mg

CO2 h-1 kg-1) comparada con los ajos que no fueron cubiertos (55 mg CO2 h-1 kg-1). Por

otro lado, Valverde et al. (2005), evaluaron cubiertas de aloe vera sobre uvas y se observó

la disminución de la tasa de respiración (13 mg CO2 h-1 kg-1), comparado con el control (19

mg CO2 h-1 kg-1 ). Así como El Ghaouth et al. (1992a), reportaron una tasa de respiración

Page 117: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

107

en frutos de jitomate cubiertos con quitosano de 12 mg CO2 h-1 kg-1, valores menores

comparados con los frutos no cubiertos (17 mg CO2 h-1 kg-1).

Los recubrimientos se elaboran a partir de una gran variedad de proteínas, polisacáridos y

lípidos ya sea como componentes únicos o combinados, con la finalidad de desarrollarlas

con mejores propiedades de barrera y mecánicas (Kester y Fennema, 1986). Un

componente frecuentemente utilizado para cubrir vegetales es el quitosano, este es un

polisacárido que se obtiene del exoesqueleto de crustáceos mediante la desacetilación

parcial de la quitina (Freepons, 1991). El quitosano es un compuesto que presenta

características biofuncionales y puede utilizarse sin problemas para elaborar

recubrimientos comestibles por su alta capacidad de cohesión que le permite formar

películas continuas (González-Aguilar, 2005). Los recubrimientos con quitosano forman

una cubierta en la superficie de los frutos, la cual actúa como una barrera mecánica que

protege al fruto del deterioro causado por enfermedades durante el almacenamiento por

diferentes patógenos (Hernández, 2002; El Gaouth et al., 1992b; Meng et al., 2008;

Sánchez, 2008), además forma una atmosfera modificada sobre el fruto regulando el

intercambio de gases (O2 y CO2) entre el fruto y el exterior, lo que reduce la respiración

(Meng et al., 2008).

Una de las propiedades mas importantes de los lípidos es su hidrofobicidad, y esta

propiedad se debe a principalmente a los ácidos grasos que los contienen. El ácido oleico

es un ácido graso monoinsaturado y es una de las grasas naturales más comunes (Murray et

al., 2001; Stryer et al., 2003; Murphy, 2005). Se encuentra presente en muchos alimentos

tales como el aceite de oliva, aguacate, semillas de girasol etc., cuya utilidad ha sido

brindar beneficios en el sistema sanguíneo reduciendo el riesgo de sufrir enfermedades

cardiovasculares. Además, se ha utilizado para controlar algunos hongos y bacterias

patógenas como es el caso de Aspergillus niger, Zigorhynchus sp y Sthaphylococcus

aureus (Hellgren y Vicent, 1972; Greenway, D. and Dyke, K. 1979; Tantaoui-Elaraki and

Errifi, 1994).

Tanto el ácido oleico como la cera de abeja son utilizados para la elaboración de

recubrimientos, son compuestos lipídicos que además de proporcionar brillo, presentan

excelentes propiedades de barrera al vapor de agua, reduciendo la transpiración y la

deshidratación gracias a sus características hidrofóbicas, sin embargo, presentan poca

Page 118: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

108

capacidad para formar recubrimientos debido a que carecen de una integridad estructural

en su forma libre, es por ello que requieren de una matriz estructural de proteína o

polisacárido (Pastor, 2010).

El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de dos recubrimientos, el primero a base

de quitosano 1% +ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1% y el segundo a base

de quitosano 1% + cera de abeja 0.1% +aceite esencial de limón 0.1%, sobre atributos de

calidad y su respuesta fisiológica.

2. Materiales y métodos

Los frutos evaluados fueron de la variedad 'Cuauhtémoc'. La obtención de los frutos e

índice de madurez, se ha explicado en el capitulo II inciso 2.2.

2.1 Formulación del recubrimiento

Las formulaciones utilizadas para elaborar los recubrimientos fueron las siguientes: 1)

quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1% y 2) quitosano 1% + cera

de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1%. Ambas formulaciones se disolvieron en

ácido acético al 1% y se utilizó glicerol (0.3%) como plastificante. Los frutos control se

sumergieron en agua corriente.

La elaboración del recubrimiento se detalla en el capitulo II inciso 2.4.

2.2 Aplicación de los recubrimientos sobre frutos de jitomate

Los frutos se lavaron con agua corriente y se sumergieron en hipoclorito de sodio al 3%

durante 10 min, se enjuagaron con agua destilada estéril y se dejaron secar, posteriormente

se sumergieron en las diferentes formulaciones durante 30 s y se dejaron secar, una vez

Page 119: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

109

secos se almacenaron a temperatura ambiente (25 ± 2° C) y controlada (10 ± 2° C) (Figura

19).

Figura 19. Lavado en hipoclorito de sodio, b) inmersión en las cubiertas, c) secado, d)

almacenamiento.

2.3 Variables evaluadas

2.3.1 Determinación de firmeza y sólidos solubles totales (SST)

Para determinar la firmeza se utilizó un texturometro Chatillon DFE METEK® con punta

de cono. El fruto se colocó en la platina y se ejerció presión con la ayuda de la palanca

sobre la parte ecuatorial del fruto con epidermis y se evaluó por dos lados del fruto (Figura

20). Los valores de firmeza se registraron en Newtons (N). En el mismo lugar donde se

evalúo la firmeza, se extrajo una gota de jugo del fruto y se depositó sobre el sensor de un

refractómetro (ATAGO N, con escala de 1 - 32%) para determinar la cantidad de sólidos

solubles totales presentes en el jitomate, se realizó una calibración con agua destilada antes

de cada medición.

Figura 20. Evaluación de firmeza en frutos de jitomate en el texturometro

a b d c

Page 120: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

110

2.3.2 Pérdida de peso

Los frutos se pesaron cada semana en una balanza CS200 Compact Scale (OHAUS) .El

porcentaje de pérdida de peso (%PP) se determinó mediante la siguiente formula:

%PP= Peso inicial-Peso final/Peso inicial x 100.

2.3.3 Color

El color de los frutos se determinó cada semana con la ayuda de un espectofotómetro X-

rite MD. SP64 que registra los valores de L*, a*, b*. Las mediciones se realizaron en

cuatro lados del fruto de la parte ecuatorial del fruto. Los valores de color se reportaron en

coordenadas Luminosidad (L*), ángulo de matiz (tan-1 b*/a*) y cromaticidad (raíz (a*)2 +

(b*)2).

2.3.4 Evaluación de CO2 y Etileno

Antes de comenzar con las mediciones, se obtuvó el volumen de los frutos evaluados. Se

colocaron tres frutos de jitomate dentro de un frasco de plástico (2000 mL) y se sellaron

(se utilizaron tres frascos por tratamiento), se dejaron los frutos durante dos horas y

después se extrajeron 6 mL de aire de los frascos con una jeringa. El aire obtenido se

inyectó en tubos vacoutainer para su posterior evaluación en un cromatografo de gases

(Varian Star 3400 CX, EE. UU.) equipado con detectores de conductividad térmica (TCD)

para la medición de CO2 y de ionización flama (FID) para evaluar el etileno. El gas

acarreador fue el helio.

La tasa de respiración y producción de etileno fueron calculadas de acuerdo a la siguiente

formula:

Dióxido de carbono

Page 121: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

111

Etileno

2.4 Análisis Estadístico

El arreglo de los experimentos fue completamente al azar, y se realizó un análisis de

varianza con un arreglo de los datos factorial. Para las variables destructivas se utilizaron

seis frutos por semana, mientras que para las variables no destructivas se utilizaron nueve

frutos por tratamiento. Se utilizó un paquete estadístico de SAS.

3. Resultados

3.1 Evaluación de la firmeza, SST y pérdida de peso en jitomates tratados

con recubrimientos comestibles

Con respecto a la firmeza en los estados de madurez, se observó que los frutos veteados

mantuvieron mayores valores que los frutos maduros durante toda la evaluación. (Cuadro

13). Los frutos almacenados a 10 ± 2 °C tuvieron una firmeza mayor comparada con los

almacenados en temperatura ambiente (6.95 N y 1.98 N, respectivamente). Entre las

cubiertas aplicadas y el control, no se observaron diferencias estadísticas en las últimas

dos semanas de almacenamiento.

La interacción estado de madurez y temperatura de almacenamiento fue altamente

significativa (P ≤ 0.0001) en la primer y segunda semana, mientras que en la semana tres

solo fue significativa (P ≤ 0.01). En el resto de las interacciones individuales (EM * C y C

* T), así como en la interacción de los factores tres factores estados de madurez, cubiertas

aplicadas y temperaturas de almacenamiento, no se detectaron diferencias significativas

durante el almacenamiento.

Page 122: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

112

Cuadro 13.Valores de firmeza de frutos de jitomates tratados con recubrimientos a

base de quitosano adicionados con compuestos antimicrobianos y almacenados

durante 3 semanas.

*,**,***,NS; 0.05, 0.001, 0.0001, No significativo

Los frutos rojos tuvieron un contenido de SST significativamente mayor (P ≤ 0.05) durante

las semanas 0, 1 y 2 (5.05%, 4.96% y 5.05%, respectivamente) comparado con los verdes

(4.63%, 4.42% y 4.72%, respectivamente), al final de la evaluación los SST fueron

similares entre los estados de madurez. No se detectó efecto por la cubierta o temperatura

de almacenemiento (Cuadro 14).

FACTOR SEMANAS DE ALMACENAMIENTO

Nivel 0 1

FIRMEZA (N)

2

3

ESTADO DE MADUREZ (EM)

Verde 14.51 a 7.33 a 12.09 a 9.84 a

Maduro 8.69 b 4.61 b 8.75 b 5.37 b DMSH 1.26 0.65 1.18 1.14

CUBIERTAS (C) Quitosano 1% + ácido oleico 1%

+ aceite esencial de limón 0.1%

11.30a 11.07 b 10.8 a 8.40 a

Quitosano 1% + cera de abeja

0.1% + aceite esencial de limón 0.1%

11.23 a 10.79 a 10.24 a 7.47 a

Control (Agua) 11.27 a 11.0 b 10.21 a 6.95 a DMSH 1.85 0.96 1.74 1.68

TEMPERATURA (T)

10±2 °C 11.53 a 6.97 a 12.4 a 8.59 a 25±2 °C 11.68 a 4.97 b 8.43 b 6.63 b DMSH

INTERACCIONES

1.26 0.65 1.18 1.14

EM * C NS NS NS NS

EM * T NS *** *** * C * T NS NS NS NS EM * C * T NS NS NS NS

C.V. 23.04 23.23 24.13 31.89

Page 123: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

113

No se detectaron diferencias entre las interacciones simples y triple (Cuadro 14).

Cuadro 14. Valores de SST de frutos de jitomates tratados con recubrimientos a base

de quitosano adicionados con compuestos antimicrobianos y almacenados durante 3

semanas.

*,**,***,NS; 0.05, 0.001, 0.0001, No significativo

FACTOR SEMANAS DE ALMACENAMIENTO

Nivel 0 1

SST (%) 2 3

ESTADO DE MADUREZ (EM)

Verde 4.63 b 4.42 b 4.72 b 4.70 a Maduro 5.05 a 4.96 a 5.05 a 4.81 a

DMSH 0.13 0.19 0.21 0.25

CUBIERTAS (C)

Quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1%

4.85 a 4.80 a 4.87 a 4.82 a

Quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1%

4.88 a 4.62 a 4.88 a 4.8 a

Control (Agua) 4.79 a 4.66 a 4.80 a 4.65 a

DMSH 0.20 0.28 0.31 0.36

TEMPERATURA (T)

10±2 °C 4.81 a 4.66 a 4.97 a 4.67 a 25±2 °C 4.87 a 4.72 a 4.8 a 4.84 a

DMSH

INTERACCIONES

0.13 0.19 0.21 0.25

EM * C * NS NS NS

EM * T NS NS NS NS C * T NS NS NS NS

EM * C * T NS NS NS NS

C.V. 5.99 8.61 9.21 11.18

Page 124: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

114

Con respecto al porcentaje de pérdida de peso, en la primera semana los frutos veteados

mostraron menor velocidad de pérdida de peso (2.17%) que los frutos maduros (2.52%)

(Cuadro 15). Sin embargo, el resto del almacenamiento no se observaron diferencias

significativas entre los dos estados de madurez evaluados. Se detectaron observar

diferencias estadísticas (P≤ 0.05) en las cubiertas evaluadas. Los frutos cubiertos con

quitosano 1% +ácido oleico 1% +aceite esencial de limón 0.1% mostraron pérdida de peso

menor durante las tres primeras semanas de almacenamiento (1.89%, 4.67% y 7.19%,

respectivamente), comparado con los frutos tratados con la cubierta de quitosano 1% +

cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1% y los frutos control (2.77%, 5.93% y

8.93%) Los frutos que se almacenaron a 10 ± 2ºC (0.97%, 3.41% y 5.16%) tuvieron menos

peso que los almacenados a 25 ± 2 ºC (3.76%, 8.18% y 12.26%) durante todo el tiempo de

almacenamiento.

La interacción estado de madurez y temperatura de almacenamiento fue altamente

significativa (P ≤ 0.0001) en la primer semana. En el resto de las interacciones no se

observaron diferencias significativas.

Page 125: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

115

Cuadro 15. Porcentaje de pérdida de peso de frutos de jitomates tratados con

recubrimientos a base de quitosano adicionados con compuestos antimicrobianos y

almacenados durante 3 semanas.

*,**,***,NS; 0.05, 0.001, 0.0001, No significativo

FACTOR SEMANAS DE ALMACENAMIENTO

Nivel 0 1

PÉRDIDA DE PESO

(%)

2 3

ESTADO DE MADUREZ (EM)

Verde - 2.17 b 5.97 a 8.75 a

Maduro - 2.52a 5.51 a 8.51 a DMSH - 0.308 0.50 0.69

CUBIERTAS (C) Quitosano 1% + ácido oleico 1%

+ aceite esencial de limón 0.1%

- 1.89 b 4.67 b 7.19 b

Quitosano 1% + cera de abeja

0.1% + aceite esencial de limón 0.1%

- 2.39a 6.57 a 9.69 a

Control (Agua) - 2.77 a 5.93 a 8.93 a DMSH - 0.45 0.74 1.01

TEMPERATURA (T) 10±2 °C - 0.97 b 3.41 b 5.16 b

25±2 °C - 3.76 a 8.18 a 12.26 a DMSH - 0.30 0.50 0.69

INTERACCIONES

EM * C

-

EM * T - *** NS NS

C * T - NS NS NS EM * C * T - NS NS NS

C.V. - 30.27 20.59 18.61

Page 126: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

116

3.2 Evaluación de color en frutos de jitomate tratados con recubrimientos

comestibles

Los frutos cosechados veteados, mostraron luminosidad (P≤ 0.05) mayor durante las tres

semanas de almacenamiento (41.07, 40.30 y 41.48) comparado con los frutos maduros

(35.29, 38.09 y 38.52). Los frutos con las cubiertas evaluadas, mostraron diferencias en la

primer semana de almacenamiento; donde la cubierta de quitosano 1% + ácido oleico 1%

+aceite esencial de limón 0.1%, mostró una luminosidad significativamente (P≤ 0.05)

mayor (40.1) comparada con la cubierta de quitosano (1%) + cera de abeja (0.1%) + aceite

esencial de limón (0.1%) + glicerol (0.3%) + ácido acético 1% (98.5%) (37.8) y el control

(36.39). En la semana dos y tres no se observaron diferencias significativas entre las

cubiertas evaluadas incluyendo el control. El factor temperatura influyó durante el

almacenamiento. En las semana uno y dos, los frutos almacenados a 25 ± 2 ºC tuvieron un

valor de luminosidad mas alto (38.9 y 41.05, respectivamente) que los almacenados a 10 ±

2 ºC (37.3 y 37.34, respectivamente), mientras que en la última semana de almacenamiento

los frutos que se encontraban a 10 ± 2 ºC tuvieron los valores mayores (Cuadro 16).

El efecto de la interacción estado de madurez y cubiertas aplicadas no fue significativa, sin

embargo, la interacción estado de madurez y temperatura de alacenamiento fue altamente

significativo (P≤ 0.0001) hasta la semana 2. Con respecto a la interacción cubiertas

aplicadas y temperatura de almacenamiento se observaron diferencias altamente

significativas (P≤ 0.001) en la última semana de almacenamiento. La interacción estado

de madurez, cubiertas y temperatura fue significativa (P≤ 0.001) durante las primeras tres

semanas de almacenamiento (Cuadro16).

Page 127: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

117

Cuadro 16. Valores de luminosidad (L*) de frutos de jitomates tratados con

recubrimientos a base de quitosano adicionados con compuestos antimicrobianos y

almacenados durante 3 semanas.

*,**,***,NS; 0.05, 0.001, 0.0001, No significativo

FACTOR SEMANA

Nivel 0 1

LUMINOSIDAD

(L*)

2 3

ESTADO DE MADUREZ

(EM)

Verde 41.02 a 41.07 a 40.30 a 41.48 a Maduro 36.03 b 35.29 b 38.09 b 38.52 b

DMSH 1.29 1.29 0.74 0.799

CUBIERTAS (C)

Quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón

0.1%

40.1 a 40.1 a 39.65 a 40.84 a

Quitosano 1% + cera de abeja

0.1% + aceite esencial de limón 0.1%

37.5 b 37.8 b 39.28 a 40.55 a

Control (Agua) 37.8 b 36.39 b 38.66 a 38.64 a DMSH 1.9 1.89 1.1 1.1738

TEMPERATURA (T) 10 °C 35.49 b 37.3 b 37.34 b 41.43 a

25 °C 41.56 a 38.9 a 41.05 a 38.61 b DMSH

INTERACCIONES

1.29 1.29 0.74 0.799

EM * C NS NS NS NS

EM * T *** *** *** NS C * T NS NS NS ** EM * C * T ** NS * ***

C.V. 8.82 8.82 5.00 5.20

Page 128: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

118

La cromaticidad (C*) no mostró diferencias en la semana 0 y 1 en los dos estados de

madurez evaluados. En la semana dos los frutos maduros mostraron diferencias estadísticas

(P≤ 0.05) comparados con los verdes (35.91 y 31.19, respectivamente, sin embargo al

término del almacenamiento los frutos veteados fueron los que mostraron valores mayores

de cromaticidad (36.04), comparados con los maduros (33.47). Los frutos cubiertos con

quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1% tuvo valores mayores de

cromaticidad en la semana 0 y 1 (34.33 y 34.88, respectivamente) a diferencia de la

cubierta de quitosano 1%) + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1% (30.88 y

32.53, respectivamente) y el agua (32.62 y 33.68). Con respecto a la temperatura de

almacenamiento hubo diferencias estadísticas (P≤ 0.05), en la semana 0 y 1, ya que los

frutos almacenados a 25 ± 2 ºC, mostraron valores mayores de C* (34.42 y 34.42,

respectivamente) comparado con los almacenados a 10 ± 2 ºC (30.80 y 32.96) (Cuadro 17).

Existio poca interacción entre los factores evaluadod, solo en la interacción estados de

madurez y temperatura (P≤ 0.0001), en la semana 0 de almacenamiento y la interacción de

cubiertas y la tempratura fue significativa (P≤ 0.01) en la semana 0 y 2.

Page 129: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

119

Cuadro 17. Valores de cromaticidad (C*) de frutos de jitomate tratados con

recubrimientos a base de quitosano adicionados con compuestos antimicrobianos y

almacenados durante 3 semanas.

*,**,***,NS; 0.05, 0.001, 0.0001, No significativo

FACTOR SEMANAS DE ALMACENAMIENTO Nivel 0 1

CROMATICIDAD (C*)

2 3

ESTADO DE MADUREZ

(EM)

Verde 32.74 a 34.07 a 31.19 b 36.04 a

Maduro 32.49 a 33.33 a 35.91 a 33.47 b DMSH 1.21 1.17 1.25 1.42

CUBIERTAS (C) Quitosano 1% + ácido oleico

1% + aceite esencial de limón 0.1%

34.33 a 34.88 a 35.63 a 34.70 a

Quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón

0.1%

30.88 b 32.53 b 37.29 a 35.22 a

Control (Agua) 32.62 b 33.68 ab 36.72 a 34.33 a

DMSH 1.77 1.72 1.84 2.09

TEMPERATURA (T) 10±2 °C 30.80 b 32.96 b 36.90 a 35.80 a 25±2 °C 34.42 a 34.42 a 36.20 a 33.70 b

DMSH

INTERACCIONES

1.21 1.17 1.25 1.42

EM * C NS NS NS NS EM * T *** NS NS NS C * T * NS * NS

EM * C * T NS NS NS NS

C.V. 9.72 9.09 8.99 10.73

Page 130: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

120

En los datos de ángulo matiz (H*), se observaron diferencias significativas (P≤ 0.05),

durante el almacenamiento. Los frutos cosechados verdes tuvieron un valor de H* mayor

que los maduros desde la semana 0 hasta la 3 (57.19, 53.72, 50.66 y 45.98,

respectivamente) es decir mayor tendencia al verde o amarilo. Los frutos tratados, tanto

con la cubierta de quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón, así como la

de quitosano 1% + cera de abeja 1% + aceite esencial de limón 0.1%, no mostraron

diferencias estadísticas (P≤ 0.05), entre ellas durante todo el almacenamiento; sin embargo,

los frutos testigo mostraron siempre los valores menores. Con respecto a la temperatura de

almacenamiento en la semana 1 y 2, los frutos almacenados a 10 ± 2 ºC tuvieron valores de

H* mayores que los que se almacenaron a temperatura ambiente, si embargo, en la última

semana de almacenamiento no hubo diferencias entre las dos temperaturas (Cuadro 18).

La interacción entre estados de madurez y cubiertas fue significativa la semana 0, 1 y 2. La

interacción cubiertas y temperatura fue significativa durante todo el almacenamiento. La

interacción de los factores estados de madurez, cubiertas y temperatura fue significativa la

semana 1 y 2.

Page 131: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

121

Cuadro 18. Valores de matiz (H*) de frutos de jitomates tratados con recubrimientos

a base de quitosano adicionados con compuestos antimicrobianos y almacenados

durante 3 semanas.

*,**,***,NS; 0.05, 0.001, 0.0001, No significativo

FACTOR SEMANAS DE ALMACENAMENTO

Nivel 0 1

ÁNGULO

MATIZ (º)

2 3

ESTADO DE MADUREZ (EM)

Verde 57.19 a 53.72 a 50.66 a 45.98 a Maduro 48.44 b 45.62 b 37.49 b 41.88 b

DMSH 1.95 1.72 1.47 1.41 CUBIERTAS (C)

Quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1%

54.45 a 51.47 a 48.63 a 45.81 a

Quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón

0.1%

52.46 ab 51.19 a 48.65 a 43.88 ab

Agua 51.53 b 46.14 b 34.93 b 42.09 b DMSH 2.86 2.53 2.16 2.07

TEMPERATURA (T)

10 °C 51.28 b 51.09 a 49.12 a 44.03 a

25 °C 54.34 a 48.21 b 39.03 b 43.82 a DMSH

INTERACCIONES

1.95 1.72 1.47 1.41

EM * C * * *** NS

EM * T NS NS *** NS C * T * *** *** ** EM * C * T NS ** *** NS

C.V. 9.67 9.04 8.74 8.42

Page 132: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

122

3.3 Evaluación de la producción de CO2 y etileno en frutos de jitomate

tratados con recubrimientos comestibles

Al inicio de la evaluación, la producción de CO2 fue significativamente mayor (P≤ 0.05),

en los frutos cosechados en estado verde (22.01 mg kg-1 h-1) que en el rojo (20.57 mg kg-1

h-1). El mismo patrón se observó la siguiente semana. En la semana tres no se observaron

diferencias estadísticas entre los dos estados de madurez. Sin embargo, en la ultima

semana los frutos rojos fueron los que produjeron mayor contenido de CO2 (16.05 mg kg-1

h-1) a diferencia de los verdes (14.32 mg kg-1 h-1) (Cuadro 19). Con respecto a los frutos

tratados con cubiertas, no se observaron diferencias estadísticas.

Durante las dos primeras semanas los frutos almacenados a 10 ± 2 ºC produjeron mayor

contenido de CO2 (22.14 mg kg-1 h-1y 16.87 mg kg-1 h-1, respectivamente) que los

almacenados a 25 ± 2 ºC (20.57 mg kg-1 h-1 y 15.50 mg kg-1 h-1, respectivamente). En la

semana tres no hubo diferencias significativas. En la semana cuatro los frutos almacenados

a 25 ± 2 ºC tuvieron mayor producción de CO2 (16.19 mg kg-1 h-1) que los almacenados a

10 ± 2 ºC (14.39 mg kg-1 h-1)

Las interacciones estados de madurez y cubiertas, estados de madurez y temperatura, y

cubiertas y temperatura de almacenamiento fueron significativas la semana 1 de

almacenamiento (Cuadro 19).

Con respecto a las evaluaciones de la produción de etileno, durante las tres primeras

semanas de almacenamiento de los frutos no se observaron diferencias estadísticas entre

los estados de madurez evaluados. En la cuarta semana se observó que los frutos

cosechados en un estado de madurez rojo tuvieron un contenido de etileno mayor (25.28

μL kg-1 h-1) que los frutos verdes (21.48 μL kg-1 h-1) (Cuadro 20). En la primera y segunda

semana los frutos que fueron lavados con agua tuvieron valores de etileno mas altos

(32.31, 25.55, respectivamente) que los tratados con la cubierta de quitosano 1% + ácido

oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1% (24.26 y 23.06, respectivamente) y la cubierta

Page 133: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

123

de quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1% (25.27 y 21.65,

respectivamente). Sin embargo, durante las siguientes dos semanas no se observaron

diferencias estadísticas entre los tratamientos evaluados. Con respecto a las temperaturas

evaluadas no se observaron diferencias significativas durante todo el almacenamiento de

los frutos.

La interacción estados de madurez y cubiertas fue significativa solo la semana 2, mientras

que la interacción estados de madurez y temperatura de almacenamiento fue significativa

la semana 1 y 2. El resto de las interacciones no fueron significativas.

Page 134: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

124

Cuadro 19. Valores de CO2 de frutos de jitomates tratados con recubrimientos a base

de quitosano adicionados con compuestos antimicrobianos y almacenados durante 3

semanas.

*,**,***,NS; 0.05, 0.001, 0.0001, No significativo

FACTOR SEMANAS DE ALMACENAMIENTO

Nivel 0 1

PRODUCCIÓN

DE CO2

(mL kg-1 h-1)

2 3

ESTADO DE MADUREZ (EM)

Verde 22.01 a 17.36 a 18.68 a 14.32 b Maduro 20.57 b 15 b 17.87 a 16.05 a

DMSH 1.12 1.25 1.25 1.44

CUBIERTAS (C) Quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1%

21.77 a 16.52 a 20.45 a 16.43 a

Quitosano 1% + cera de abeja

0.1% + aceite esencial de limón 0.1%

20.31 a 16.07 a 17.63 a 15.03 a

Agua 21.80 a 15.96 a 16.74 a 14.45 a DMSH 1.66 1.86 5.54 2.14

TEMPERATURA (T) 10±2 °C 22.14 a 16.87 a 16.54 a 14.39 b

25±2 °C 20.44 b 15.50 b 20.01 a 16.19 a DMSH

INTERACCIONES

1.12 1.25 3.74 1.44

EM * C NS * NS NS EM * T NS *** NS NS

C * T NS NS NS NS EM * C * T NS * NS NS

C.V. 7.66 11.27 29.77 13.28

Page 135: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

125

Cuadro 20. Valores de etileno de frutos de jitomates tratados con recubrimientos a

base de quitosano adicionados con compuestos antimicrobianos y almacenados

durante 3 semanas.

*,**,***,NS; 0.05, 0.001, 0.0001, No significativo

FACTOR SEMANAS DE ALMACENAMIENTO

Nivel 0 1

PRODUCCIÓN

DE ETILENO μL kg-1 h-1

2 3

ESTADO DE MADUREZ (EM)

Verde 26.71 a 24.49 a 24.59 a 21.48 b

Maduro 27.85 a 22.35 a 26.77 a 25.28 a DMSH 2.77 2.45 3.89 2.58

CUBIERTAS (C) Quitosano 1% + ácido oleico 1%

+ aceite esencial de limón 0.1%

24.26 b 23.06 ab 25.63 a 23.18 a

Quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1%

25.27 b 21.65 b 26.49 a 24.19 a

Agua 32.31 a 25.55 a 24.92 a 25.05 a

DMSH 4.1 6.63 5.77 3.83

TEMPERATURA (T)

10±2 °C 26.10 a 25.59 a 25.32 a 23.04 a 25±2 °C 28.47 a 21.25 b 26.04 a 23.99 a

DMSH

INTERACCIONES

2.77 2.45 3.89 2.58

EM * C NS NS * NS

EM * T NS ** *** NS C * T NS NS NS NS

EM * C * T NS NS NS NS

C.V. 7.66 11.27 29.77 13.28

Page 136: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

126

4. Discusión

La firmeza es el factor más importante para determinar la calidad del jitomate la cual está

estrechamente ligada al estado de madurez. Los resultados mostraron que los frutos en el

estado de madurez verde tuvieron una firmeza mayor (9.84) al término del

almacenamiento, esto concuerda con lo reportado con Davis y Gartner (1994), donde

mencionan que los frutos cosechados en estado de madurez verde, son mas firmes al

término del almacenamiento. Según lo reportado por González et al. (2005), la firmeza de

los frutos va disminuyendo cuando pasa del color verde al rojo y esta disminución es la

consecuencia de la maduración del fruto, durante este proceso se incrementa la actividad

de la enzima poligalacturonasa sobre las pectinas y paredes celulares, provocando el

ablandamiento del tejido. En los frutos que fueron almacenados a 10 ± 2°C, también se

observó una mayor (8.59 N) firmeza al término de la evaluación, coincidiendo con los

experimentos reportados por Ramírez et al. (2004), quienes demostraron que frutos

almacenados a temperaturas bajas (9 ºC) conservaron una mayor firmeza (5.5 kg cm-2)que

los almacenados a temperatura ambiente (27 ºC). La firmeza también se ve afectada por la

transpiración, razón por la cual el fruto pierde agua y por lo tanto pierde turgencia y

firmeza (Navarro, 2010).

En esta investigación la aplicación de las cubiertas de quitosano 1% +ácido oleico 1% +

aceite esencial de limón 0.1% y, de quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial

de limón 0.1% no influyeron en la firmeza de los frutos al término del almacenamiento, a

diferencia de los reportado por Hernández-Muños et al. (2006), los cuales reportaron que

frutos tratados con cubiertas de quitosano (1%) y ácido acético, tuvieron una firmeza

mayor (1.5 N) al término del almacenamiento que el control (1N). Otros investigadores

como Chien et al. (2007), probaron cubiertas de quitosano (0.2%) y ácido acético sobre la

firmeza de frutos de mandarina y mostraron que la firmeza fue mayor (269 g) en las

mandarinas cubiertas a diferencia del control (136 g). Coinciden con lo anterior

Hewajulige et al. (2007) reportando que la firmeza de frutos de papaya cubierta con

quitosano al 1% fue más alta (2.93 N) que los frutos no tratados. Ali et al. (2001), del

mismo modo en experimentos de papaya, mostraron que los frutos tratados con quitosano

Page 137: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

127

al 1% tuvieron una mayor firmeza (80 N), mientras que el control tuvo una firmeza menor

de 20 N.

Es común encontrar que durante la maduración de los frutos de jitomate su contenido de

azúcar aumenta progresivamente y esto comienza a partir de que los frutos presentan un

estado de madurez “Breaker” (aparición de de los primeros pigmentos amarillos). Los

azúcares mas frecuentes son fructuosa (25%) y glucosa (22%), así como los ácidos

orgánicos cítrico (9%) y málico (4%) (Young et al., 1993). Sin embargo, no todos los

cultivares de jitomate se comportan igual. Alvino et al. (1998), en frutos de jitomate

cosechados en tres diferentes estados de madurez no tuvieron ninguna variación en el

contenido de SST, por lo que probablemente el contenido de SST depende principalmente

de la variedad de jitomate evaluada. Al revisar nuestros resultados, se observó que no hubo

una clara variación en los SST de los frutos verdes y rojos de la variedad 'Cuauhtémoc',

desde el corte hasta el final del almacenamiento. Misma situación se ha reportado en otras

variedades tales como 'Sofía' y 'Bravona' donde no hubo variación en los SST desde el

estado verde hasta su maduración (Casierra-Posada y Aguilar-Avendaño, 2008). Con

respecto a la aplicación de cubiertas en los frutos, no se observaron diferencias en el

contenido de de SST, comparado con los frutos no tratados.

El porcentaje de pérdida de peso en los frutos, fue menor en los que se almacenaron a 10

°C, esto es similar a los resultados obtenidos por Navarro (2010) y De Castro et al. (2006),

los cuales mencionaron que la pérdida de peso fue menor en frutos de jitomate

almacenados a 10 °C y 13 °C, que en los almacenados a temperatura ambiente (24 °C) y

esta pérdida de peso menor puede deberse a que a menor temperatura se presenta menor

déficit de presión de vapor entre el aire de los espacios intercelulares del fruto y el aire del

entorno lo que reduce la transpiración y la pérdida de peso del fruto (Navarro, 2010). En

nuestra investigación los frutos tratados con la cubierta de quitosano 1% + ácido oleico 1%

+ aceite esencial de limón 0.1%, disminuyeron en mayor proporción la pérdida de peso en

los frutos de jitomate comparado con el resto de los tratamientos, lo cual pudo deberse al

efecto del ácido oleico. El ácido oleico es un ácido graso que posee características

hidrofóbicas que le permiten mantener la humedad debido a que impide la transpiración

acelerada de los frutos disminuyendo su pérdida de peso (Murphy, 2005).

Page 138: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

128

Con respecto al color las coordenadas CIE L*C*H* registradas con el espectofotometro se

mostró que los frutos cubiertos con quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de

limón 0.1% tuvieron valores estadísticamente similares en todos los ángulos de colo r que

el control, mientras que la cubierta de quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de

limón 0.1% solo en los valores de luminosidad (claridad ó brillo) y la cromaticidad (tono

de color que presenta fruto) fue igual que los frutos que no se cubrieron, el ángulo matiz a

pesar de ser estadísticamente diferente al resto de los tratamientos, se mantuvo en un

ángulo de 45.81º, muy cerca de la otra cubierta (43.88º) y el control (42.09º). El tono de

color rojo corresponde a un ángulo de matiz de aproximadamente de 45º (Boscarol, 2007),

por lo tanto no se observaron diferencias visibles entre los tratamientos evaluados. El

Ghaout et al. (1992a), mostraron que frutos cubiertos con quitosano al 1% no maduraron

de manera similar al control, los frutos cubiertos tuvieron un índice de color de 4 (dos

terceras partes de rojo) al término del almacenamiento, a diferencia de los frutos que no

fueron tratados los cuales tuvieron un índice de 6 (rojo). En frutos de fresas, al aplicar

cubiertas con quitosano y ácido acético, la luminosidad de los frutos al término del

almacenamiento disminuyó (26), por lo tanto los frutos se mostraron más opacos que el

control (31), sin embargo en la cromaticidad y ángulo matíz, no se observaron diferencias

(Hernández-Muños et al., 2006). Chien et al. (2007), a diferencia de lo anterior, mostraron

que la luminosidad en mangos aumentó al aplicar cubiertas de quitosano (61.37) a

diferencia del control que fue de (56.54).

La respiración es un proceso vital mediante el cual las reservas orgánicas tales como

carbohidratos, proteínas o grasas, se degradan a productos finales simples, las reservas que

mantienen vivo al producto se van agotando y dan lugar a una transformación de sabor

(Wills et al., 1998 ). En general, en esta investigación, en la primera semana los frutos

mostraron un contenido de CO2 mayor que el resto de las semanas evaluadas, y esto puede

atribuirse a que los frutos después de la cosecha fueron transportados en temperaturas altas

y estas condiciones aceleraron su proceso de respiración, además el incremento de CO2 se

asocia a la respuesta del fruto a la herida, la cual hace más intenso el proceso de

maduración (Ramírez et al., 2004; Mencarelli et al., 1988).

Page 139: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

129

Los frutos rojos tratados con ambas cubiertas presentaron una mayor producción de CO2

(16.05 mL kg-1 h-1) al término del almacenamiento (semana 4) que los verdes (14.32 mL

kg-1 h-1). A diferencia de lo anterior Calegario et al. (2001), al realizar evaluaciones en

frutos de jitomate var. “Santa Clara”, obtuvieron valores de CO2 mayores en frutos verdes

(90 mg kg-1 h-1) comparados con los frutos rojos (120 mg kg-1 h-1 ) al término de la

evaluación , al igual que Suslow y Cantwell (2000), el cual obtuvo un incremento de CO2

en frutos verdes (18-26 mL kg-1 h-1) comparado con frutos rojos (15-26 mL kg-1 h-1)

almacenados a 25º C. Salgado (2011), por su parte obtiene datos similares, en frutos verdes

donde se observó mayor contenido de CO2 (55 mL kg-1 h-1)comparado con los rojos (21

mL kg-1 h-1). Los frutos almacenados a 25 °C tuvieron una producción de CO2 mayor al

término del almacenamiento que los almacenados a 10 °C. El jitomate se considera un

fruto de producción moderada de CO2, cuando se almacena a bajas temperaturas produce

entre 10 y 20 mL kg-1 h-1, según lo reportado por Kader (1992) y de 15 a 26 mL kg-1 h-

1cuando se almacena a temperatura ambiente (Suslow, 2000).

El metabolismo de maduración en los frutos de jitomate es un proceso climatérico que

involucra principalmente al etileno (Ramírez et al., 2004). En el presente estudio la mayor

producción de etileno se registró al inicio de la evaluación, en las temperaturas de

almacenamiento de 10 ± 2 y 25 ± 2 ºC se registró una producción de etileno de 26.10 μL

kg-1 h-1 y 28.47 μL kg-1 h-1, respectivamente. Datos similares reporta Artés et al. (1999),

donde mostraron una mayor producción de etileno (35 pmol kg-1 h) el primer día de

almacenamiento en jitomates var. 'Durinta' almacenados a 10 ºC. Así como Ding y Yi

Wang (2003), reportaron una mayor producción de etileno (9 ng g-1 h-1) el primer día de

almacenamiento en frutos de jitomate cv 'Sun Bright' almacenados a 20 ºC. En este

investigación con respecto a la producción de etileno, no se observaron diferencias entre

las dos temperaturas de almacenamiento al final de la evaluación, a diferencia de lo

reportado por McDonald et al. (1999), donde mostraron una incremento en la producción

de etileno en frutos cv 'Sunbeam' cuando se almacenaron a 20 ºC (4.2 nL g-1 h-1) a

diferencia de los almacenados a 2 ºC (3.2 nL g-1 h-1). Ramírez et al. (2004) de igual forma

reporta un incremento de etileno en frutos que se almacenaron a 27 ºC (8.5 nl g-1 h-1)

comparado con los almacenados a 9 ºC. Los frutos cosechados en estado de madurez rojo

mostraron al final del almacenamiento un aumento en la producción de etileno de 25.28 μL

Page 140: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

130

kg-1 h-1 comparado con los frutos cosechados en estado de madurez verde (21.48 μL kg-1 h-

1). Esto concuerda con lo reportado por Wills et al. (1998), donde describen que frutos

maduros producen más etileno que otros estados de madurez. A diferencia de lo anterior

Ding y Yi Wang (2003), reportaron que los frutos de jitomate cosechados en estado verdes

produjeron mayor contenido de etileno (7 ng g-1 h-1) que los maduros (5 ng g-1 h-1).

5. Conclusiones

Los frutos de jitomate cosechados en un estado de madurez verde, cubiertos con

formulaciones de quitosano 1% + ácido oleico + aceite esencial de limón 0.1% y con

quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1% y almacenados a 10 ±

2 °C, mostraron una firmeza mayor al término del almacenamiento que los frutos

cosechados rojos.

Los frutos cubiertos con quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1%

y almacenados a 10 °C mostraron menor porcentaje de perdida de peso al final de la

evaluación.

Los frutos cubiertos con formulaciones de quitosano 1% + ácido oleico + aceite esencial de

limón 0.1% y con quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1%,

cosechados en un estado de madurez verde tuvieron una menor producción de CO2 y

etileno, comparado con los frutos rojos.

6. Referencias bibliograficas

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137

Capitulo V

Propiedades mecánicas y de

permeabilidad al agua de películas

comestibles elaboradas con quitosano y

adicionadas con compuestos

antimicrobianos.

Page 148: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

138

Propiedades mecánicas y de permeabilidad al agua de películas

comestibles elaboradas con quitosano y adicionadas con compuestos

antimicrobianos.

Resumen

Las películas comestibles están dirigidas a mejorar la calidad de los productos comestibles

y a alargar su vida de anaquel, actuando como una barrera física. Pueden estar elaborados a

base de lípidos, proteínas o carbohidratos o una mezcla de ellos. El quitosano es un

polisacárido ampliamente utilizado que proporciona excelentes propiedades mecánicas a

los frutos así como permeabilidad a los gases, sin embargo, sus propiedades de barrera al

agua son pobres, es por eso que surge la necesidad de combinarlo con algunos agentes

lipídicos, para que estos a su vez le briden esta propiedad de barrera a la humedad,

fundamental en una película. En esta investigación se determinaron las propiedades

mecánicas y de barrera al agua en películas a base de quitosano 1% + ácido oleico 1% +

aceite esencial de limón 0.1% y quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de

limón 0.1%. La película de quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón

0.1% mostró una mayor tensión a la fractura (18.6 Mpa) que la película de quitosano 1%

+cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1% (7.4 Mpa), lo que nos indica que la

primera película presenta mejores propiedades de elasticidad que la segunda, con respecto

a la permeabilidad de vapor de agua

1. Introducción

Las películas o cubiertas comestibles son definidas como un material de que se aplica y se

forma sobre la superficie del fruto, el cual lo protege como una barrera y puede ser

consumido (Del-Valle et al., 2005; Bravin et al., 2006). Han sido usadas para brindarle

mejor apariencia a los productos alimenticios y conservarlos por un periodo más largo de

tiempo (Dalal et al., 1971), gracias a que crean una atmosfera modificada y se reduce la

pérdida de peso en los frutos y vegetales que ocurre durante la transpiración (Hoa et al.,

Page 149: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

139

2002). Los materiales que se utilizan para su elaboración son lípidos, proteínas y

polisacáridos solos o combinados (Kester y Fennema, 1986).

Los polisacáridos que se utilizan para formar películas son la celulosa y sus derivados,

dextrinas, almidones, alginatos, pectinas, quitosano, etc. (McHugh et al., 1996; Krochta et

al., 1997). La celulosa y la quitina presentan una insolubilidad en estado natural es por eso

que deben ser tratadas químicamente con otros compuestos para incrementar su solubilidad

en agua (Miranda et al., 2003). Los polisacáridos pueden reducir los niveles internos de O2

y elevar el CO2, permitiendo prolongar la vida de los vegetales cubiertos, además de

conservar su sabor, ácidos, firmeza y color, mejora su apariencia y evitar fermentaciones

(Bosques et al., 2000).

El quitosano es un polímero natural no tóxico, biodegradable y comestible derivado de la

desacetilación parcial de la quitina (Shahidi et al., 1999), se extrae del exoesqueleto de

artrópodos, insecto, cangrejos, camarones y de la pared celular de algunos hongos, t iene

potencial como recubrimiento por su capacidad para formar películas sin el empleo de

aditivos (Suyatma et al., 2004), además presenta propiedades de barrera al oxigeno y

efecto antimicrobiano contra patógenos de frutas y vegetales. Sin embargo, carece de

hidrofobicidad, es por eso que se combinan con lípidos para fortalecer sus propiedades de

barrera al agua y sus propiedades mecánicas (Kester y Fennema, 1986; Baldwin et al.,

1997). El quitosano posee una elevada carga positiva sobre sus grupos aminos cuando se

disuelve en medio acuoso y por lo tanto es capaz de adherirse con los lípidos o grasas

cargados negativamente (Widro et al., 2007). El polisacarido para formar la película se

rompe en segmentos y después se regenera para formar la cadena al inter ior de la película

(Butler et al., 1996). Las formulación de las peliculas necesitan tener compuestos

plastificantes, para que estos intervengan en las uniones entre las cadenas del polímero

reduciendo su cohsión, aumentando así la movilidad entre las las cadenas y por lo tanto la

flexibilidad y elasticidad de las cadenas del `polímero (Banker, 1966).

Generalmente la adición de lípidos en la formulación de las películas mejora las

propiedadaes de barrera al vapor de agua, sin embargo el efecto sobre sus propiedades

Page 150: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

140

mecanicas varia con el tipo de hidrocoloide que se combine (Navarro, 2007). Sin embargo

un aumento exesivo de lípidos en la formulación empeora las propiedades mecanicas de las

películas y esto origina películas frágiles (Bravin et al., 2004; Pérez-Gago y Krochta,

2001).

El objetivo de este trabajo fue determinar las propiedades mecánicas y de permeabilidad de

vapor de agua en cubiertas a base de quitosano, ácido oleico/cera de abeja, aceite esencial

de limón y glicerol.

2. Materiales y métodos

2.1 Preparación de las formulaciones

Para este estudio se utilizaron las siguientes formulaciones:

1) quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1% + glicerol 0.3% +

ácido acético al 1% y 2) quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencia l de

limón 0.1% + glicerol 0.3% + ácido acético al 1%. La preparación de las

formulaciones se explica en el capitulo 2 inciso 2.4.

2.2 Formación de películas

Se tomaron 30 mL de las formulaciones y se esparcieron sobre una placa de acrílico,

posteriormente se dejaron secar durante 48 h a 25 ± 2 ºC (Figura 21). Una vez formada la

película se desprendió cuidadosamente de la placa partiendo de los extremos con la ayuda

de un bisturí y se dejo lista para utilizarse.

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141

Figura 21. Formación de las películas sobre la placa

2.3 Acondicionamiento de las cámaras

Las muestras de las películas a analizar se mantuvieron durante 48 h en una cámara de

acondicionamiento, la cual tenía una solución saturada de Bromuro de sodio (57 % HR) y

una temperatura promedio de 23 ºC (Figura 22).

Las celdas se colocaron en desecadores con una solución saturada de cloruro de sodio (75

% HR) y una temperatura de 25 ºC, para evaluar su permeabilidad.

Figura 22. Cámara de acondicionamiento

2.4 Evaluación del grosor de la película

Para determinar el grosor de las películas, se realizaron mediciones con un micrómetro

marca MYTUTUYO numero 2096-08 en 10 áreas diferentes de las muestras.

Page 152: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

142

2.5 Determinación de la permeabilidad del vapor de agua

Para la permeabilidad del vapor de agua se utilizó el método E96-80 (ASTM, 1996) con

algunas modificaciones.

Cada muestra de película se corto y se colocó en una celda de aluminio (ver anexo) de

prueba con un área circular abierta de 0.00264 m2 la cual contenía 37 g. de silica gel (0 %

HR). Se registró el peso inicial de las celdas y se colocaron en los desecadores.

Posteriormente, se pesaron las muestras cada hora por 8 h (Figura 23). El transporte al

vapor de agua se determinó por una ganancia en el peso de la celda de permeación. El

cambio de peso en las celdas se graficó en función del tiempo. Se calculó la pendiente de

cada línea por regresión lineal (R2 = 0.99), el coeficiente de transmisión de vapor de agua

(CTVA) se calculó de la pendiente (g s-1) dividido por el área de la celda (m2). Se midió el

espesor y con esta determinación se calculó la permeabilidad (PVA) (gm-1 s-1 Pa-1). Las

muestras se analizaron por triplicado.

Page 153: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

143

Figura 23. Diagrama de flujo de la determinación de permeabilidad total de vapor de

agua.

2.6 Determinación de las propiedades mecánicas.

Las propiedades mecánicas se evaluaron en un analizador de textura TA TX2i (Stable

Micro Systems, Co., Surrey, Inglaterra) de acuerdo con la norma D882-97 (ASTM, 1996).

10 tiras de muestra (10 cm x 1 cm) de cada película se cortaron, se midió su grosor y se

colocaron en las pinzas del texturómetro. La fuerza máxima a la tensión (MPa) y la

deformación (%) se registraron durante la extensión a una velocidad de 50 mm min-1 y una

distancia inicial entre las pinzas de 8cm. Se determinaron las variables de tensión a la

fractura y porcentaje de elongación.

Page 154: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

144

3. Resultados y Discusión

Las películas de quitosano 1 % + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1%,

tuvieron una tensión a la fractura de 18.65 Mpa y un porcentaje de elongación de 12%

(Cuadro 21). Vargas et al. (2009), caracterizó películas de quitosano y ácido oleico y tuvo

un tensión a la fractura similar (18 Mpa) y un porcentaje de elongación de 15%, otras

películas a base de quitosano que no contenian ácido oleico su tensión a la fractura fue

menor, tal es el caso de Pereda et al. (2012) donde demostró una tensión a la fractura de

8.52 Mpa, sin embargo, el porcentaje de elongación fue de 21.91%. Para el caso de la

película de quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1% la tensión a

la fractura fue de 7.46 Mpa y el porcentaje de elongación de 24.96%, lo cual indica un

mayor flexibilidad que en la cubierta anterior (Cuadro 21), estos datos fueron muy

parecidos a lo reportado por Pérez-Gago y Krochta (2001), donde en películas con suero de

leche y cera de abeja su tensión a la fractura fue de 8.5 Mpa, pero la elongación fue de

3%, lo cual indica que en este caso, la película a base quitosano y cera de abeja aumentó

más la flexibilidad que las elaboradas con proteínas (Miranda et al., 2003). Una de las

funciones que presenta la cera de abeja en las formulaciones es la de plastificante, lo cual

le permite a las películas menor ruptura (Kester y Fennema, 1986).

Page 155: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

145

Cuadro 21. Propiedades mecánicas y de permeabilidad al vapor de agua de películas

a base de quitosano.

Película Tensión a la

fractura (Mpa)

Elongación (%) Permeabilidad

al vapor de agua

(gm-1 s-1 Pa-1)

Quitosano 1% +

ácido oleico 1% +

aceite esencial de

limón 0.1%

18.65 12.5

5.08 X1010

Quitosano 1% + cera

de abeja 0.1% +

aceite esencial de

limón 0.1%

7.43 24.96

9.14 X 1010

Con respecto a las propiedades de permeabilidad al agua, la película de quitosano 1% +

ácido oleico 1% + aceite esencial de limón 0.1% mostró una permeabilidad menor (5.08 x

1010g m1 s1 Pa1) que la cubierta de quitosano 1% + cera de abeja 0.1% +aceite esencial de

limón 0.1% (9.14x1010 g m-1 s-1 Pa-1). La mayor concentración de ácidos grasos aplicados

en las películas permitió que se redujera la permeabilidad de vapor de agua (Vargas et al.,

2009). Otros estudios reportan que ceras tales como de abeja, candelilla y carnauba

reducen notablente la pérdida de peso en frutos (Hagenmaier y Bakerl, 1997). Martinez-

Jávega formularon cubiertas a base de goma laca, cera de abeja y cera de candelilla y

reporto que reducen la perdida de peso en naranjas y mandarinas comparado con las no

tratadas.

4. Conclusiones

La película de quitosano 1% +ácido oleico 1% +aceite esencial de limón 0.1% presentó

una mayor tensión a la fractura que la que contiene cera de abeja. La película de quitosano

1% + cera de abeja 0.1% +aceite de limón 0.1% mostró una elongación mayor que la

película que contenía ácido. La cera de abeja funcionó mejor como plastificante en esta

formulación que al ácido oleico.

Page 156: INSTITUTO POLITÉCNCO NACIONAL

146

La cubierta a base de quitosano 1% + ácido oleico % + aceite esencial de limón 0.1% tuvo

menor permeabilidad al vapor de agua que la que contiene cera de abeja.

5. Referencias bibliograficas

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CONCLUSIONES

Los recubrimientos estudiados a base de quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial

de limón 0.1% y quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de limón 0.1%

controlaron por completo el desarrollo in vitro de R. stolonifer, además mejoraron la

calidad postcosecha del jitomate veteado, al redicir la pérdida de firmeza, la pérdida de

peso, principalmente en frutos almacenados a 10 ± 2ºC y produciendo una menor

respiracón y etileno.

Los recubrimientos que contenían cera de abeja 0.1% controlaron satisfactoriamente el

crecimiento de E. coli de manera in vitro y directamente en los frutos de jitomate.

La película a base de quitosano + ácido oleico + cera de abeja + aceite esencial de limón

presento una menor permeabilidad al vapor de agua mientras que la película de quitosano +

cera de beja + aceite esencial de limón mostró mayor flexilbilidad.

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PERSPECTIVAS

En esta presente investigación se evaluó el efecto de cubiertas comestibles a base de

quitosano 1% + ácido oleico 1% + aceite esencial de limón sobre R. stolonifer. En los

resultados se manifestó una disminución en el porcentace de infección de R. stolonifer al

utilizar esta cubierta en frutos de jitomate, por lo tanto se propone evaluar otros hongos

postcosecha del jitomate, tal es el caso de Alternaria alternata.

En este estudio la cubierta de quitosano 1% + cera de abeja 0.1% + aceite esencial de

limón 0.1%, inhibió por completo el desarrollo de E. coli DH5α. Por lo tanto seria de gran

interés conocer el efecto que tiene esta cubierta en el desarrollo de otras bacterias

patógenas.

Las cubiertas vegetales a base de quitosano son una tecnología que debe seguir siendo

estudiada y evaluarse en un amplio grupo de productos hortofrutícolas.

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ANEXOS

Celdas de aluminio utilizadas en las evaluaciones

permeabilidad de vapor de agua.

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