Configuración de un sistema de empaque activo con inclusión de un absorbente de humedad y un agente antimicrobiano para la preservación de la vida útil de fresa (Fragaria ananassa)

Abstract

In this work, the configuration of an active packaging system for the preservation of fresh strawberry fruit is proposed by including biodegradable materials, an active element with moisture adsorption and controlled release of natural antifungal substances such as essential oils, and finally, regulation of O2 and CO2 levels. Initially, the characterization of the respiration and transpiration of fresh strawberry fruits was carried out to determine the appropriate gas levels for product preservation from the required gas exchange. For this, rigid trays were used and sealed at the top with a polylactic acid (PLA) film of 30 µm to which a micro-perforation (545 µm) was made in its central part to modify the atmosphere inside the system. The size of the required perforation was determined based on the frui’ts respiratory intensity achieving a steady O2 and CO2 level to reduce the product deterioration at room temperature (20 °C) and refrigeration (4 °C). Subsequently, the inclusion of an active element in the form of sachets was evaluated by combining powdered bentonite with antimicrobial substances from natural essential oils. For this, the effect of cinnamaldehyde, eugenol, and menthol was evaluated in pure form and at different saturated quantities in the sachets with bentonite, considering the moisture adsorption capacity, the required concentrations of the oils and the release rate of the components to minimize deterioration and spoilage. Finally, once the sachets were adjusted with appropriate amounts of bentonite and preservative agents, the effect of their inclusion in the packaging system on sensory acceptability, evidence of microbiological deterioration, and changes observed in various physicochemical characteristics were evaluated. Among these, water activity (aw), total soluble solids (TSS), total titratable acidity (ATT), firmness to penetration, and color on the peel (L*, a*, b*) were monitored. Likewise, when microbiological deterioration was evident, samples were taken to identify the microorganisms responsible for each of the packaging conditions and the effect of the active preservative element on their growth and activity in the packaging system. As a result of the configuration of the active packaging system, treatment with 0.05 g of menthol integrated with 2 g of bentonite resulted in the inhibition of microbial deterioration for up to 25 days for fruits preserved at 4.0 ± 0.2 °C and 80 ± 2% relative humidity. At ambient conditions (20.0 ± 0.5 °C and 60.0 ± 3 % RH) the different preservative treatments evaluated including bentonite sachets (2g) and preservative substances (0.01 – 0.025 g of menthol, 0.05 - 0.3 ml of cinnamaldehyde and 0.07 - 0.42 ml of eugenol) did not result in significant differences, obtaining a preservation time of 5- 6 days. The results obtained constitute an important advance in the development of a packaging system for the low-cost preservation of strawberry fruits made from sustainable and easily available materials. This can serve as a basis for carrying out subsequent studies of scaling up to real storage and marketing conditions.

En este trabajo final de maestría se planteó la configuración de un sistema de empaque activo para la preservación de frutos de fresa en fresco, incluyendo materiales biodegradables, elementos activos de adsorción de humedad como las arcillas naturales, liberación controlada de sustancias antifúngicas de origen natural como aceites esenciales y regulación de los niveles de O2 y CO2. Inicialmente, se realizó la caracterización de la respiración y transpiración de los frutos frescos de fresa para lograr determinar posteriormente los niveles de gases adecuados para la preservación del producto a partir de la transferencia requerida de gases. Para esto se utilizaron empaques rígidos sellados en la parte superior con una película de ácido poliláctico (PLA) de 30µm de espesor, con una microperforación (545 µm) en su parte central para modificar la atmosfera del interior del sistema. El tamaño de la perforación requerida se determinó con base en los resultados de la respiración de los frutos de fresa y considerando el propósito de alcanzar niveles de equilibrio de O2 y CO2 adecuados para reducir el deterioro de la fruta a temperatura ambiente (20 °C) y temperatura de refrigeración (4 °C). Posteriormente, se evaluó la inclusión de un elemento activo en forma de sachets combinando bentonita en polvo con sustancias antimicrobianas de aceites esenciales naturales. Para esto, se evaluó el efecto cinamaldehído, eugenol y mentol a diferentes cantidades saturadas en los sachets con bentonita, considerando la capacidad de adsorción de humedad, las concentraciones requeridas de los aceites y la velocidad de liberación de los componentes para minimizar el deterioro de las frutas. Finalmente, una vez ajustados los sachets con cantidades apropiadas de bentonita y de los agentes preservantes, se evaluó el efecto de su inclusión en el sistema de empaque sobre la aceptabilidad sensorial, evidencia de deterioro microbiológico además de los cambios observados en varias propiedades fisicoquímicas del producto. Entre estas se hizo el seguimiento de la actividad de agua (aw), solidos solubles totales (SST), acidez total titulable (ATT), firmeza a la penetración y color de la corteza (L*, a*, b*). Así mismo, al evidenciarse deterioro microbiológico, se tomaron muestras para identificar los microorganismos responsables del deterioro a cada una de las condiciones de empaque y el efecto del elemento activo preservante sobre su crecimiento y actividad en el sistema de empaque. Como resultado de la configuración del sistema de empaque activo, el tratamiento con 0,05 g de mentol integrado con 2 g de bentonita resultó en la inhibición del deterioro microbiano hasta por 25 días para los frutos conservados a 4,0 ± 0,2 °C y 80 ± 2 % de humedad relativa. A condiciones ambientales (20,0 ± 0,5 °C y 60,0 ± 3 % de HR) los diferentes tratamientos preservantes evaluados incluyendo los sachets de bentonita (2 g) y sustancias preservantes (0,01 - 0,025 g de mentol, 0,05 - 0,3 ml de cinamaldehído y 0,07 - 0,42 ml de eugenol) no resultaron en diferencias significativas obteniéndose un tiempo de preservación de 5-6 días. Los resultados obtenidos constituyen un importante avance en el desarrollo de un sistema de empaque para la preservación de frutos de fresa de bajo costo y hecho a base de materiales sostenibles y de fácil consecución. Esto puede servir de base para realizar estudios posteriores de escalado a condiciones reales de almacenamiento y comercialización. (Texto tomado de la fuente)