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Introducción
México es el principal país productor de aguacate a nivel mundial, con un volumen de producción de 206,466 t en el ciclo 2019/2020 (SAGARPA, 2020), cubriendo una superficie de 241,140 ha. El principal cultivar es ‘Hass’, con el 89% de la producción. El aguacate (Persea americana Mill.) es un fruto con excelente sabor y textura. Además, el aguacate es rico en vitamina E, ácido ascórbico, vitamina B 6, β -caroteno y potasio (Arpaia, 2009); lo que lo convierte en un fruto con alto valor nutricional y sabor.
El aguacate es un fruto climatérico que madura después de cosechado y de alta tasa metabólica con una vida de anaquel corta, completando su madurez entre 5 a 7 días a 25 °C después de la cosecha (Kader y Arpaia, 1999). La aplicación de recubrimientos comestibles (RCs) o biodegradables es un método para extender la vida de almacenamiento del aguacate.
Las películas comestibles (PCs) son una capa fina que se puede utilizar como envase, las cuales al aplicarse sobre los alimentos de interés mediante la inmersión o aspersión forman los RCs; los componentes se formulan en solución como lípidos, proteínas, carbohidratos o mezclas de estos (Ramos-García et al., 2010). Un recubrimiento comestible (RC) se puede definir como una matriz polimérica, que forma un recubrimiento alrededor del alimento y forma un mecanismo de barrera entre el fruto o vegetal y el ambiente. La aplicación de RCs permite alargar la vida útil durante el almacenamiento al reducir las pérdidas de humedad y retardar la maduración de los frutos, ya que actúan como barrera al intercambio gaseoso (Maftoonazed y Ramaswamy, 2005). Los RCs también se utilizan para mejorar la integridad o protección de los frutos frente a la manipulación y para aportar brillo a la fruta. Biopolímeros a base de almidón, quitosano, alginato, agar, etc.; en forma de películas comestibles (PCs) o de RCs se han empleado como alternativa postcosecha de frutos, lo cual es una opción de envase primario ecológico y que no causa daño al medio ambiente por sus características de biodegradabilidad.
El agar (A) es un polisacárido extraído de las algas rojas (Gracilaria, Gelidium y Pterocladia), el cual se compone de residuos alternados de D- y L-galactosa, con enlaces β-1,3 and α-1,4, respectivamente (Campa-Siqueiros et al., 2020). Este biopolímero es biodegradable y biocompatible; además, posee la capacidad de producir películas; para ello, la adición de un plastificante es muy recomendable porque las películas de agar muestran alta resistencia mecánica, aunque con característica elástica (flexibilidad) limitada (Kanmani y Rhim, 2014).
Otro compuesto utilizado en los RCs es el quitosano (Q), el cual es un polisacárido lineal compuesto de glucosamina y unidades N-acetil-glucosamina unidas por enlaces β-(1-4) glucosídico. Es obtenido por desacetilación alcalina de la quitina proveniente de crustáceos (Vargas et al., 2006). Dependiendo del origen de extracción y las condiciones de extracción y desacetilación de la quitina, da como resultado el grado de acetilación y peso molecular del compuesto. La solubilidad, pK, viscosidad, capacidad de gelificación, entre otras propiedades depende de estos parámetros (Peniche et al., 2008). El Q es biocompatible, biodegradable y es un material no tóxico. También tiene otras propiedades biológicas, como capacidad de cicatrizar heridas y actividad antimicrobiana. Buena capacidad de formar películas y puede ser procesada en fibras, geles, microesferas, microcápsulas y micro-nanopartículas (Santos-López et al., 2017; Goycolea et al., 2009). El Q es soluble en la mayoría de las soluciones de ácidos orgánicos (ácido acético, ácido láctico y ácido fórmico) (Badawi y Rabea, 2011). Una característica del Q es que presenta una actividad antimicrobiana de amplio espectro contra bacterias, mohos y levaduras. Diversos autores mencionan que su actividad antimicrobiana depende de varios factores, como es el peso molecular, grado de desacetilación, solubilidad, densidad de carga positiva, modificación química, pH, concentración, característica hidrofílica o hidrofóbica, capacidad quelante y tipo de microorganismo (Badawi y Rabea, 2011; Liu et al., 2020).
Diversos estudios han reportado la aplicación de aceites esenciales o compuestos volátiles en los RCs, señalando que éstos dan buenos resultados en cuanto extender la vida de anaquel y mejorar la calidad de los frutos en postcosecha (Sellamuthu et al., 2013; Al-Tayyar et al., 2020; Pandey et al., 2022). Entre éstos se encuentra el aceite de tomillo (Thymus vulgaris), el cual ha sido utilizado en RCs. Está constituido principalmente por fenoles monoterpénicos, como timol, carvacrol, p-cimeno, ɣ-terpineno, limoneno, borneol y linalol. Se ha reportado que el aceite esencial de tomillo es uno de los aceites esenciales con buenas propiedades antimicrobianas, siendo el timol y carvacrol los componentes más activos contra múltiples patógenos transmitidos por alimentos (Altiok et al., 2010; Sellamuthu et al., 2013). También se ha publicado que este compuesto inhibe la germinación de esporas y el crecimiento y multiplicación celular de bacterias (López-Ambrocio et al., 2016). Los RCs pueden ser un medio para la incorporación de compuestos antimicrobianos, como son ácidos orgánicos, aceites esenciales, ácidos grasos, extractos de semillas de plantas, enzimas y óxidos metálicos han sido usado con efectos antimicrobianos (Kanhamani y Rhim, 2014). Si bien los RCs de Q y aceites escenciales (Thymus moroderi, Thymus piperella, cinnamon, clove, etc.) han sido estudiandos para su aplicación frutos frescos cortados y para el recubrimiento de éstos, permitiendo la inhibición de microorganismos y una alta actividad antioxidante. Sin embargo, no se tienen reportes en la literatura de la aplicación de un sistema basado en Q, A y T, para recubrimiento comestible de aguacate.
Por lo anterior, el objetivo de este trabajo fue evaluar las propiedades mecánicas y físicas de PCs a base de mezclas de Agar (A), Quitosano-Agar (QA) y Quitosano-Agar-Tomillo (QAT). Se espera que el agar en combinación con quitosano y tomillo pueda mejorar las propiedades mecánicas de la película comestible y mejorar la adhesión de los RCs con los frutos de aguacate ‘Hass’ durante su almacenamiento a 25 °C, así como evaluar el efecto de los RCs en la calidad y vida de anaquel de los frutos, con la finalidad de reducir las pérdidas postcosecha.
Materiales y métodos
Materiales
El quitosano (Q) de peso molecular medio y grado de acetilación ≥75% fue adquirido de Sigma-Aldrich Inc. (St. Louis, MO. USA). El agar (A) grado alimenticio se obtuvo de Agarmex, S.A. (Ensenada, BC. México). El aceite esencial de tomillo (T) grado alimenticio y de producción nacional, se obtuvo de Droguería Cosmopolita, S.A. (Ciudad de México). El material vegetal consistió en frutos de aguacate (Persea americana Mill.) ‘Hass’ adquiridos en el mercado local (Hermosillo, México), en estado de madurez fisiológica, con un color verde, tamaño uniforme, y libre de defectos. Los frutos se lavaron y desinfectaron con una solución de hipoclorito de calcio (Ca(ClO)2) a 200 ppm; posteriormente, se secaron y se les aplicaron los recubrimientos.
Preparación de soluciones y recubrimientos
Se preparó la solución acuosa de A al 1 % w/v, se disolvieron 3 g en 300 mL de agua destilada a una temperatura de 60 °C y en agitación constante por 2 h. En una solución de ácido acético al 1 % se disolvió el Q al 1 % p/v. Se preparó una mezcla de 300 mL con las soluciones obtenidas con anterioridad de Q y A en una proporción 50:50 (QA). Además, se preparó una mezcla de QAT en las mismas proporciones de Q y A (50:50) y a esta solución se le adicionó el aceite de tomillo (1 % v/v).
Por el método de “casting” se prepararon las películas comestibles (PCs), con las soluciones preparadas de estas formulaciones (Q, A, QA y QAT). Las cuales se colocaron 80 mL de la solución en recipientes de plástico y se secaron en una estufa hasta la evaporación total del solvente (por 24 h a 60 °C), y fueron mantenidas a 25 °C y 24 % de HR para su posterior evaluación.
Caracterización de PCs
A las PCs obtenidas se les realizaron las siguientes determinaciones:
Espesor. El espesor de las diferentes formulaciones de PCs (Q, A, QA y QAT) se midió utilizando un micrómetro Digital Mitutoyo MDC-1”SB (Mitutoyo, Japón) en tres zonas diferentes y se calculó el valor medio.
Propiedades ópticas. La transparencia de cada película (PC) se realizó por triplicado, utilizando un espectrofotómetro UV-visible Varian modelo Cary 50Bio (New London, USA) de acuerdo con el procedimiento descrito por Fang et al. (2002). El color de la superficie de la película comestible se determinó con un colorímetro Minolta modelo CR300 (Tokio, Japón). La escala utilizada fue la CIE-Lab y los parámetros medidos fueron: luminosidad (L*), los parámetros de color a* (rojo a verde), b* (amarillo a azul) y diferencia de color (ΔE).
Propiedades mecánicas. Las propiedades mecánicas de las diferentes películas formuladas se determinaron mediante el procedimiento de la norma ASTM D882-18, utilizando probetas de 7 x 1 cm2. El ensayo a la tensión se realizó en un texturómetro (Texture Technologies Corp., New York, USA), empleando una velocidad de cabezal de 10 mm/min y la distancia de separación de mordazas fue de 30 mm. Se determinaron tres parámetros mecánicos en el estudio: esfuerzo máximo, módulo de elasticidad y elongación a la ruptura.
Espectroscopia de infrarrojo (FTIR). Se utilizaron muestras de las PCs de A, Q, QA, QAT con una dimensión de 1 x 1 cm2, espesor de 0.1 mm y se registraron los espectros de IR usando un espectrómetro FT-IR Thermo ScientificTM Nicolet iS-50 (Madison, WI. USA.), empleando la técnica reflectancia total atenuada (ATR-Attenuated Total Reflection). En el caso del aceite esencial de tomillo (T) este fue analizado en estado líquido. Los espectros se registraron de 4000 a 650 cm-1 con una resolución de 4 cm-1, una velocidad de escaneo de 0.475 cm-1/s y 64 escaneos.
Análisis termogravimétrico (TGA). Las PCs fueron analizadas con el equipo TGA-8000 de Perkin Elmer (Boston, MA. USA). El rango de temperatura fue desde temperatura ambiente (25 °C) hasta 700 °C, a una velocidad de calentamiento de 10 °C/min bajo atmósfera de nitrógeno.
Velocidad de transmisión del vapor de agua (VTVA) y la permeancia. La velocidad de transmisión del vapor de agua (VTVA) y la permeancia al vapor de agua de las películas se realizó por triplicado, de acuerdo con el método reportado de la norma ASTM E96/E96M-16 (2016) con ligeras modificaciones.
Determinación de la capacidad antioxidante por el método de DPPH. Para la extracción de las películas, se siguió la metodología de Genskowsky et al. (2015), se pesó 0.2 g de película y se adicionó metanol para ser extraída en un sonicador Branson por 30 min para posteriormente ser cuantificada por el método de DPPH. La capacidad antioxidante se midió siguiendo la metodología de Brand-Williams et al. (1995). La solución del radical DPPH (2,2-diphenyl-1-picryhydrazyl) se preparó disolviendo 2.5 mg del radical en 100 mL de metanol puro y se ajustó hasta obtener una absorbancia de la mezcla de 0.7 ± 0.02. Posteriormente, 20 µL de extracto se mezclaron con 280 µL de la solución del radical y después de un tiempo de incubación de 30 min a temperatura ambiente y en la oscuridad, se midió la absorbancia a 515 nm en un lector de microplacas. Los resultados se expresaron en miligramos de equivalentes Trolox por 100 g de película (mg ET/100 g) con base a una curva de calibración de Trolox (0.02 - 0.25 mg/mL).
Aplicación de los recubrimientos a los frutos
Los frutos de aguacate seleccionados, lavados y secados se dividieron en tres lotes de 30 frutos cada uno, que corresponden a frutos Control (sin recubrimiento) y dos tratamientos de RCs (QA y QAT). Se colocaron en bandejas de plástico previamente desinfectadas. Después los frutos se recubrieron mediante inmersión en las soluciones de QA y QAT, se dejaron escurrir y secar por aproximadamente 1 h a temperatura ambiente. Posteriormente, los frutos se almacenaron durante 13 d a 25 °C y 60 % de H.R., simulando el tiempo de comercialización.
Evaluación de los frutos con recubrimiento comestible Pérdida de peso. Se registró el peso inicial de cada fruto en una balanza digital Ohaus (Modelo Scout Pro, NJ, USA) y se realizó un seguimiento diario de esta variable durante el almacenamiento de los frutos. Los resultados se expresaron como el porcentaje del peso perdido. Esta variable se evaluó en 16 frutos por tratamiento.
Tasa de respiración y producción de etileno. En un sistema cerrado, se colocó el fruto en frascos de plástico (1.6 L), los cuales se cerraron herméticamente y se incubaron durante 30 min a una temperatura de 20 °C. Se tomó 1 mL de muestra de espacio de cabeza empleando una jeringa hipodérmica y se inyectó a un cromatógrafo de gases Varian Star 3400 Cx acondicionado con un detector de ionización de flama (FID) y una columna Hayasep N80/100 (2 m X 3.17 mm de diámetro interno, Supelco, Inc.) acoplado a un detector de conductividad térmica (para CO2) y un detector de ionización de flama (para Etileno). Las condiciones del equipo fueron: temperatura de inyección de 100 °C, temperatura de conductividad térmica de 170 °C y para el detector de ionización de flama de 120 °C. El área de la muestra se comparó con estándares conocidos y se calculó la tasa de producción de CO2 y etileno, que se reporta en mL CO2 kg-1h-1 y µL etileno kg-1 h-1, respectivamente.
Evaluación subjetiva de pudriciones. Para la evaluación de pudriciones en la superficie del fruto se usó una escala subjetiva propuesta en el Manual Internacional de calidad de aguacate (Arpaia, 2009), que comprende valores de 0 a 1, donde 0 = sin pudrición (0 %) y 1 = con pudrición (> 0 %). La pudrición de la zona del pedúnculo se evaluó utilizando la misma escala subjetiva (Arpaia, 2009), que comprende valores de 0 a 3, donde 0 = sin daño, 1 = daño ligero (10 %), 1.5 (15 %), 2 = daño moderado (25 %) y 3 = daño severo (≤ 50 %). Se usaron 15 frutos por tratamiento.
Análisis estadístico. Los datos se analizaron con el análisis de la varianza (ANOVA) con un diseño completamente al azar, para el caso de pérdida de peso, tasa de respiración y producción de etileno. Cuando hubo significancia, se efectuó comparación de medias por la prueba de rangos múltiples de Tukey, con un nivel de significancia de (p ≤ 0.05). Todos los datos fueron procesados en el programa NCSS-9 Statistical Software 2017 (Kaysville, UT. USA). Las pruebas mecánicas de las películas se analizaron con el programa Microcal Origin versión 8.0 de Microcal Software.
Resultados y discusión
Caracterización de las PCs
Propiedades ópticas
Con respecto a las propiedades ópticas, las mezclas de QA y QAT no mostraron diferencias significativas en los valores de L*, a* y b*. Comportamiento similar fue observado en el parámetro ∆E con valores de 10.34 y 9.89, lo cual indica que la adición de Tomillo no cambió el color de las PCs (Tabla 1). La PC de A fue transparente, sin color, mientras que las películas de Q fueron menos transparentes, con ligera coloración amarilla. En lo que respecta a las PCs de QA y QAT, éstas no presentaron diferencias significativas (p > 0.05) en los valores de L*, b* y ∆E*. Respecto al ∆E*, las PCs presentaron valores de 8.3 a 10.42, presentando un valor mayor las PCs de Q, QA y QAT con valores de 10.42, 10.34 y 9.89, respectivamente, respecto a la PC de A.
Table 1. Optical properties of the formulated films*.
| Tratamiento | L* | a* | b* | ΔE* | Transparencia |
|---|---|---|---|---|---|
| A | 89.01 ± 1.2b | -0.54 ± 0.06c | 2.38 ± 0.1a | 8.13 ± 0.3a | 1.48 ± 0.31b |
| Q | 87.65 ± 0.3ab | -1.36 ± 0.1ab | 5.78 ± 1.0b | 10.42 ± 0.7b | 1.98 ± 0.06b |
| QA | 87.60 ± 0.6a | -1.40 ± 0.1a | 5.62 ± 0.3b | 10.34 ± 0.2b | 1.56 ± 0.35b |
| QAT | 87.62 + 0.6ab | -1.22 ± 0.1b | 5.11 ± 0.3b | 9.89 ± 0.25b | 1.11 ± 0.13a |
Donde A = Agar, Q = Quitosano, T =T omillo. Media ± desviación estándar; *Literales diferentes en la misma columna indican diferencia significativa (p < 0.05).
La transparencia en la película de Q fue superior al de las otras tres películas (A, QA y QAT) que incluyeron agar en su formulación, se puede atribuir a que el agar es ligeramente opaco (Tabla 1).
La menor transparencia la presentó la PC de QAT lo cual puede deberse a que la adición de aceite de tomillo produjo que la PC tuviera poca opacidad. Esto coincide con lo reportado en algunas investigaciones, donde la adición de aceites esenciales a la matriz polimérica aumenta la opacidad de las mismas (Altiok et al., 2010). Lo anterior se atribuye a la dispersión de las gotas de aceite en la matriz polimérica.
Propiedades mecánicas. En la Tabla 2 podemos observar los resultados de las pruebas mecánicas a tensión de las PCs de quitosano y sus formulaciones. Respecto al esfuerzo máximo, se puede señalar que las PCs de Q y QAT presentaron los valores mayores a 100 MPa (p < 0.05). Similares resultados son reportados por Escárcega-Galaz et al., (2018) para PC de quitosano puro con valores de 101 MPa, 4.73 % y 3834 MPa de esfuerzo máximo, elongación a la ruptura y módulo de elasticidad, respectivamente.
Table 2. Mechanical properties of the formulated edible films*.
| Tratamiento | Esfuerzo máximo (MPa) | Elongación a la ruptura (%) | Módulo de elasticidad (MPa) |
|---|---|---|---|
| Quitosano (Q) | 100.6 ± 8.6ab | 5.12 ± 0.88a | 3131.9 ± 152b |
| Agar (A) | 74.6 ± 8.1a | 6.42 ± 0.89a | 2309.8 ± 153a |
| QA | 79.8 ± 8.6a | 5.22 ± 0.96a | 3304.1 ± 164b |
| QAT | 119.7 ± 10.5b | 6.15 ± 1.07a | 3522.8 ± 167b |
Donde A = Agar, Q = Quitosano, T = Tomillo. Media ± desviación estándar;
*Literales diferentes en la misma columna indican diferencia significativa (p < 0.05).
En la PC de QAT, la presencia del aceite de tomillo incrementó el esfuerzo máximo de la PC, aun cuando se trata de un aceite que se incorporó a la matriz de QA. Esto es particularmente importante, debido a que la incorporación de aceites esenciales conduce a la formación de películas de estructura heterogénea, con discontinuidades producidas por separación de fases que comúnmente se forman entre los componentes las PCs (Altiok et al., 2010).
En lo que respecta a la elongación a la ruptura de las PCs formuladas, éstas no presentaron diferencias significativas (p > 0.05) y presentaron valores en el rango de 5.1 a 6.4 %. Se ha reportado que las películas de Q suelen ser rígidas, inflexibles y quebradizas, por lo que es necesario mejorar sus propiedades con el uso de algún aditivo (Escárcega et al., 2018). Algunos autores reportan una mejora en el % de elongación, con la adición de aceites esenciales de canela o de orégano en PCs a base de biopolímeros como carboximetil celulosa y quitosano. La adición de los aceites esenciales en PCs en cantidades mínimas pueden actuar en los sistemas como agentes plastificantes, debido a que disminuyen la fragilidad de la película causada por las fuerzas intermoleculares de los componentes (Bourtoom, 2008). Sin embargo, al incrementar el contenido de aceites esenciales o plastificantes, conduce a efectos de separación de fases (Madera-Santana et al., 2011), entrecruzamiento por enlaces covalentes de la matriz biopolimérica y el aditivo (Noshirvani et al., 2017). En este trabajo, la cantidad de aceite esencial de tomillo (1 %) permitió la elaboración de PCs basadas en Q y A con buenas propiedades mecánicas, sin separación de fases.
El módulo de elasticidad está relacionado con la rigidez de las películas. Se observa que las PCs que contienen Q se caracterizan por presentar los valores mayores de módulo elástico, los cuales son superiores a los registrados en la película de A (p < 0.05). La película QAT posee el mayor valor promedio de módulo de elasticidad, en comparación a las PCs formuladas, lo cual indica que la mezcla de los componentes de esta película presenta una sinergia que indica buena cohesión, sin separación de fases, pero reduce en cierto grado la flexibilidad de la película. Sin embargo, dada la aplicación que se les pretende dar a las PCs como es de recubrimientos de frutas y vegetales la formulación de QAT presentó buenas propiedades mecánicas en comparación a las demás formulaciones, ya que presento mayores valores de esfuerzo máximo y elongación a la ruptura. Es importante señalar que la elongación es la deformación del material, y se considera que es un factor en la selección de las PCs, porque representa la capacidad que posee la película para absorber y disipar el esfuerzo mecánico al que es sometida (Madera-Santana et al., 2011).
Velocidad de transmisión al vapor de agua (VTVA) y permeancia. La VTVA de las PCs de QAT presentó mayores valores (p<0.05), en comparación con las demás PCs (Tabla 3). Estos resultados coinciden con lo reportado por Altiok et al. (2010), quienes observaron un aumento de la VTVA de las PC de Q con la adición de aceite de tomillo, atribuyendo dicho incremento a la formación de estructuras de poros con la adición de aceite de tomillo, como se observó en las micro-grafías de MEB. Respecto a las PCs de A, Q y QA, mantuvieron similares valores de VTVA.
Table 3. WVTR, permeance and DPPH values of the formulated films*.
| Tratamiento | VTVA | Permeancia | DPPH |
|---|---|---|---|
| (g/m2 h) | (g/m2 h mm Hg) | (mg ET/100 g) | |
| A | 42.57 ± 0.17a | 2.52 ± 0.01a | 0.071 ± 0.022a |
| Q | 44.95 ± 2.66a | 2.66 ± 0.02ab | 1.16 ± 0.067b |
| QA | 43.34 ± 3.9a | 2.46 ± 0.22a | 1.19 ± 0.022b |
| QAT | 48.19 ± 2.8b | 2.81 ± 0.16b | 1.73 ± 0.043c |
Donde A = Agar, Q = Quitosano, T = Tomillo. *Literales diferentes en la misma columna indican diferencia significativa (p < 0.05).
Respecto a la permeancia, la PC de QAT presentó el mayor valor de permeancia (p<0.05) (Tabla 3), lo cual nos indica que la adición de aceite de tomillo aumenta en 14.2 % el transporte del vapor de agua, en comparación con la PC de QA.
Capacidad antioxidante (DPPH)
En el presente estudio se encontró mayor capacidad antioxidante en la PC de QAT, seguidas de las PCs de QA y Q (Tabla 3). Algunos componentes de los aceites esenciales como el timol y carvacrol son compuestos aromáticos, bioactivos y presentan cierta actividad antioxidante.
Se ha reportado actividad antioxidante del quito-sano y sus derivados (Kumar et al., 2020); así mismo, se ha reportado que los RCs a base de quitosano pueden reducir el estrés oxidativo, reduciendo la producción de ROS (Especies Reactivas al Oxígeno) a través de un aumento del sistema de defensa antioxidante. Por ejemplo, frutos de nísperos “loquat” con RC a base de quitosano/nanosílica tuvo una reducción de alrededor 35 % y 69 % en el contenido de O2- y H2O2, respectivamente (Adiletta et al., 2021). Los RCs de QAT presentaron mayor actividad antioxidante, lo cual nos indica que puede evitar el deterioro de la integridad celular y mejorar el sistema de defensa del fruto.
Kumar et al. (2020) reportan que hay una mayor capacidad antioxidante al incorporar aceite de tomillo a las PC de Q, debido principalmente a los compuestos como el timol y carvacrol.
Espectrometría de infrarrojo (FTIR)
Los espectros de IR de las PCs de Q se presentan en la Figura 1, donde se pueden observar los espectros de los grupos funcionales del Q. El Q es un copolímero aleatorio derivado de la desacetilación alcalina de la quitina, cuyos componentes han mostrado las bandas características entre 3300 y 3200 cm-1, que corresponden al estiramiento del grupo hidroxilo (O-H), así como al estiramiento asimétrico y simétrico de enlaces N-H en el grupo amino secundario. La región comprendida entre 2930 a 2870 cm-1 se observan dos bandas de absorción moderada, que corresponden a las vibraciones de tensión (C-H) de los grupos -CH2-. Jakuboswka et al. (2020) mencionan que en los espectros las bandas a 1631 y 1021 cm-1 se atribuyen a la vibración de estiramiento de C=O en las amidas (p. ej. banda amida I), mientras que la banda presente a 1540 cm-1 corresponde al doblamiento del enlace N-H en la amida y grupo amino protonado (p. ej. -(NH2), banda amida amida II). En este estudio la banda de amida I y el estiramiento del grupo C=O se observó a 1650 cm-1, mientras que a 1550 cm-1 se observaron las señales de amida II y el doblamiento del enlace N-H, lo cual coincide con lo reportado por otros autores (Rinaudo, 2006; Martínez-Robinson et al., 2022). Estas bandas representan la estructura de N-acetil glucosamina, el cual puede ser encontrado en quitosano puro con bajo grado de desacetilación (Escárcega et al., 2018).
En la Figura 1 se presenta el espectro del agar (A). Kanmani y Rhim (2014) reportaron el espectro de agar, con bandas características en la región de 3354 cm-1 a 771 cm-1. La banda característica de absorción a 3354 cm-1 indica estiramiento de grupos hidroxilo (OH), mientras que la ubicada a 2925 cm-1 es atribuida al estiramiento de CH, el cual es asociado con un anillo de la galactosa con átomos de metil-hidrógeno. La banda a 1642 cm-1 es debido al estiramiento de la vibración de los péptidos conjugados formado por amida (NH) y grupo acetona.
Después de mezclar a los dos biopolímeros, es posible comparar si una mezcla física de los componentes presenta alguna interacción química, mediante el análisis de las bandas características de los componentes en el espectro FTIR. Estas bandas pueden resultar en la aparición de nuevas o cambios en las bandas existentes (Madera-Santana et al., 2011). Respecto a las mezclas de QA y QAT, los espectros de absorción son muy similares. Esto indica que la incorporación de aceite de tomillo a la mezcla QA no presentó cambios estructurales en la PC, por lo que no se observaron cambios en la intensidad de las bandas y en el número de onda. Altiok et al. (2010) reportan en el espectro ATR-IR de aceite de tomillo una banda del anillo de vibración de timol y carvacrol a 804 y 811 cm-1, respectivamente. En el espectro del presente estudio, solo la banda característica del carvacrol fue observada a 813 cm-1, lo cual es una evidencia de la presencia de este compuesto en el aceite de tomillo.
Análisis termogravimétrico (TGA)
En el análisis termogravimétrico de las películas de QA y QAT, la descomposición se presenta en tres etapas (Figura 2). La primera descomposición corresponde a la liberación del agua libre (5.5 a 10 %) o humedad (> 100 °C), la incorporación de aceite de tomillo no afecta la evaporación del agua. La segunda descomposición se presenta con una inflexión más prolongada, que corresponde a la descomposición de los biopolímeros en el intervalo de 185 - 310 °C y una tercera y última descomposición, entre 395 - 585 °C. Esto coincide con Balau et al. (2004) reportan que las PC de Q se descomponen en 2 etapas, la primera inicia a 180°C y termina cerca de 300 °C, con un máximo descomposición de alrededor de los 255 °C. Esta descomposición se atribuye a un proceso que incluye la deshidratación, depolimerización y descomposición de las unidades acetiladas y desacetiladas de los polímeros. La última descomposición inicia a los 540 °C y probablemente se deba a los procesos termo-oxidativos (Balau et al., 2004). Kanmani y Rhim (2014) reportaron que las películas de A mostraron un segundo pico de degradación menos prolongado entre 220 - 250 °C. Además, se han reportado tres etapas en la degradación térmica del agar. Estas etapas de degradación térmica se observan a 90, 250 y 325 °C. La primera degradación fue principalmente atribuida a la evaporación del remanente de agua. La segunda y tercera etapa es la degradación que puede ser debida a la descomposición del glicerol (plastificante) y del biopolímero de agar, respectivamente (Rhim et al., 2006). Similarmente, Campa-Siqueiros et al. (2020) reportó la descomposición térmica de PC basadas en A, la cual presenta una primera descomposición térmica alrededor de los 260 °C y una segunda a 452 °C. Altiok et al. (2010) mencionan que la primera descomposición corresponde al efecto endotérmico atribuida a la evaporación de los solventes (ácido acético, etanol, agua) usada en la preparación de PC de Q. Mientras el efecto exotérmico ocurre a alta temperatura, la cual es atribuida a la descomposición del polímero. Si bien, el A y el Q tienen temperaturas de descomposición diferentes en las dos etapas, es importante señalar que los termogramas de las PC de Q, QA y QAT, estos fueron muy similares. Lo anterior, nos permite aseverar que los componentes tienen una buena miscibilidad, ya la temperatura de descomposición se encuentra entre sus componentes puros (Q y A).
Microscopía electrónica de barrido (SEM)
La morfología superficial de las PCs se muestra en la Figura 3. En la PC de A (Figura 3a) y la Q (Figura 3b) se observa que ambas películas presentan uniformidad en la superficie, la cual presenta una superficie lisa y sin poros. La PC de QA (Figura 3c) presenta una superficie homogénea, lo cual indica que tanto el Q como el A se mezclaron homogéneamente a nivel de microdominios, ya que no se ven evidencias de separación de fases. No obstante, se observan algunas irregularidades, como son los poros en la superficie, los cuales se atribuyen a la evaporación del solvente de la película. La adición de aceite de tomillo a la PC de QAT produjo modificaciones en la superficie, como son el aumento de la rugosidad y opacidad (Figura 3d). En la superficie de esta PC se observaban más poros, en comparación de QA; esto se puede deber a la presencia de pequeñas burbujas con la adición de aceite de tomillo. Los poros se pueden deber a la evaporación del solvente del quitosano (ácido acético) que posee una menor presión de vapor, en comparación con la del agua. Sin embargo, las PCs muestran cierto grado de uniformidad, por lo cual hace posible su uso como recubrimiento de alimentos.
Aplicación de los recubrimientos y almacenamiento Pérdida de peso, tasa de respiración y producción de etileno de frutos de aguacate
La pérdida de peso fue aumentando gradualmente durante el almacenamiento; a partir del día 7 se observó que los frutos control presentaron valores mayores (p < 0.05) respecto a los frutos recubiertos. Los RCs de QA y QAT redujeron un 40 % de pérdida de peso después de 13 días a 25 °C de almacenamiento, en comparación al Control (Figura 4). Estas diferencias significativas de pérdida de peso se atribuyen a que los RCs forman una barrera en la superficie del fruto que reduce la pérdida de agua por transpiración y, por lo tanto, pérdida de agua; además, limitan el intercambio de gases de O2 y CO2 (Aguilar-Méndez et al., 2008).
Respecto a la tasa de respiración, los aguacates Control y con RCs presentaron una disminución de la tasa de respiración durante su almacenamiento al décimo día a 25 °C (Figura 5), sin presentar diferencias significativas entre tratamientos (p < 0.05). Con excepción de los frutos QAT, los cuales presentaron un pico de producción al día 2 de almacenamiento, con un valor de 165 mL CO2 kg-1 h-1. Estos resultados coinciden con otros estudios en frutos de aguacate con RCs, donde reportan valores máximos de la tasa de respiración de 145 y 157 mL CO2 kg-1 h-1 (después de 6 días a 20 °C), para frutos encerados y frutos control, respectivamente (Meir et al., 1997).
La producción de etileno disminuyó durante el almacenamiento a 25 °C por 10 d, no observándose diferencias significativas (p < 0.05) entre los frutos control y con los RCs. La producción de etileno presentó un máximo al día 2, con valores de 82, 34 y 46 µL kg-1h-1 para el Control, QA y QAT, respectivamente para después disminuir sus valores.
En un fruto climatérico como el aguacate, el incremento en la tasa de respiración es el detonante para la elevación de etileno y cambios bioquímicos, como son la síntesis de carotenoides, degradación de clorofilas y carbohidratos, y la síntesis de ácidos grasos insaturados (Villa-Rodríguez et al., 2011).
Incidencia de pudriciones
En lo que respecta a la incidencia de pudriciones, al día 6 de almacenamiento se observó la aparición de hongos en los frutos control (valor de 0.5, muy ligero). En contraste, los frutos con RCs de Q y QAT presentaron menor incidencia de pudriciones (Tabla 4). Para el día 13 de almacenamiento, los frutos Control mostraron un aumento significativo en la presencia de hongos con un valor de 2.1 (más del 25 %), mientras que los tratamientos con RCs QA y QAT presentaron menor incidencia de hongos, aunque en menor proporción, con valores de 0.92 y 0.75 (daño ligero en el fruto). De acuerdo con los resultados, la aplicación de RCs nos indica que se inhibió significativamente el crecimiento de hongos en los frutos de aguacate, aunque no inhibió completamente la aparición de pudriciones. Esto coincide con lo reportado por otros autores, quienes mencionan una reducción de incidencia de pudriciones con RC de Q. Martínez-Camacho et al. (2010) evaluaron el crecimiento radial de colonias de Aspergillius niger en un medio de cultivo con quitosano, donde se encontró que el Q tuvo un efecto fungistático al inhibir el crecimiento del hongo, pero no lo inhibió al 100 %, y no un efecto fungicida. Resultados similares fueron obtenidos del Q y sus derivados al inhibir el crecimiento de hongos como B. cinérea, Fusarium oxysporum.
Tabla 4 Cambios de pudrición por hongos y pudrición de pedúnculo de aguacate ‘Hass’ recubiertos con QA y QAT almacenados por 13 d a 25 °C.
Table 4. Changes on the incidence and stem end rot of avocado fruit ‘Hass’ coated with QA and QAT stored for 13 d at 25 °C.
| Pudrición por hongos | |||
|---|---|---|---|
| Día | Control | QA | QAT |
| 0 | 0 ± 0a | 0 ± 0a | 0 ± 0a |
| 6 | 0.5 ± 0.52ab | 0 ± 0a | 0.16 ± 0.38a |
| 13 | 2.1 ± 1c | 0.92 ± 1.00b | 0.75 ± 1.17b |
| Pudrición de pedúnculo | |||
| Día | Control | QA | QAT |
| 0 | 0 ± 0a | 0 ± 0a | 0 ± 0a |
| 6 | 0.75 ± 1.5ab | 0.37 ± 0.75a | 0 ± 0a |
| 13 | 2.5 ± 1c | 0.72 ± 1.00b | 0.55 ± 1.17b |
Donde 0 = sin daño, 1 = daño ligero (10 %), 1.5 (15 %), 2 = daño moderado (25 %) y 3 = daño severo (≤ 50 %). *Es el promedio de la evaluación subjetiva de l5 frutos por tratamiento. *Literales diferentes en la misma columna indican diferencia significativa (p < 0.05).
Esto se atribuye a diversos mecanismos de acción de Q propuestos, como es la modificación de la pared celular de los hongos, reduciendo su capacidad de regeneración de la pared celular del microorganismo, provocando su muerte. Se ha reportado en varios trabajos la actividad antimicrobiana del quitosano (El Ghaouth et al., 1992; Rodríguez-Núñez et al., 2014), donde se ha observado una reducción en el crecimiento micelar de varios microorganismos como Alternaria alternata, Botrytis cinerea, Colletotrichum gloeosporioides y Rhizopus stolonifer a una concentración de quitosano (750-6000 mg/L) (Badawy y Rabea, 2011).
En lo que respecta a la pudrición del pedúnculo se tuvo un comportamiento muy similar, donde al día 6 se empezaron a presentar la incidencia de pudriciones (Tabla 4). Los frutos con los RCs presentaron menor desarrollo de pudriciones. Los frutos con RC de QAT no presentaron incidencias de pudriciones de pedúnculo al día 6 de almacenamiento hasta el día 10; esto se atribuye a la actividad antimicrobiana del quitosano y aceite de tomillo. La pudrición peduncular del aguacate se presenta en postcosecha, es un factor que limita su comercialización y exportación. Las restricciones del uso de fungicidas convencionales limitan su uso, por lo cual la aplicación de compuestos como el Q se pudiera utilizar en el control de esta pudrición.
Por otra parte, el modo de acción del aceite de tomillo pudiera estar relacionada con la presencia de compuestos como el timol y carvacrol, y a su actividad antimicrobiana. Sellamuthu et al. (2013) reportaron que empaques en atmósferas modificadas (MAP, 8 % CO2 y 2 % O2) + aceite de tomillo redujeron la incidencia del hongo que causa la antracnosis; así mismo, reduciendo la pérdida de peso y firmeza después de 18 d de almacenamiento a 10 °C más 10 d a 25 °C en frutos de aguacate ‘Hass’.
Conclusiones
Por medio de la técnica solución-vaciado, se fabricaron PCs de Q, A, QA y QAT, las cuales fueron transparentes, homogéneas y uniformes en color, aunque con una ligera coloración amarilla. Además, en los resultados de las pruebas mecánicas a tensión de las PCs, se observó que las películas de QA y QAT presentaron valores más altos de esfuerzo máximo y módulo de elasticidad, pero una baja flexibilidad. Las PCs de QA y QAT destacaron por su resistencia a la tensión, transparencia, velocidad de transmisión al vapor de agua y permeancia, así como la mayor capacidad antioxidante. Los resultados obtenidos de la permeabilidad al vapor indican que las mezclas QA y QAT son aptas para aplicarse en forma de RCs.
Los RCs aplicados a los frutos disminuyeron la pérdida de peso en casi un 40% en comparación con los frutos control. La aplicación de los RC a base de QA y QAT contribuyeron positivamente a mantener la calidad e inhibir la pudrición de los frutos y pudrición peduncular de frutos aguacate ‘Hass’. Los RCs QAT tuvieron un mayor efecto fungistático en el control del desarrollo de algunos hongos en postcosecha, reduciendo la incidencia de pudriciones del pedúnculo durante el almacenamiento a 25 °C después de 13 días de almacenamiento y permitieron conservar la apariencia de los frutos durante el almacenamiento a 25 °C. Por lo cual la aplicación de RC compuestos con el Q y aceite de tomillo en frutos de aguacate se pudiera utilizar en el control de pudriciones.
