Desafíos en la conservación de frutos frescos cortados

La Organización Mundial de la Salud recomienda el consumo diario de frutas y verduras para reducir el riesgo de enfermedades cardiovasculares y cáncer ^[1]. Las frutas, al ser ricas fuentes de vitaminas, minerales y fibra dietética, son elementos cruciales en la alimentación humana ^[2]. Esta tendencia hacia un consumo más saludable coincide con la creciente demanda de productos frescos y de fácil acceso, a causa de un ritmo de vida acelerado, en el que el tiempo para la preparación de alimentos es limitado. En este contexto, las frutas frescas cortadas son uno de los segmentos de más rápido crecimiento en la industria alimentaria, ya que satisfacen la necesidad de opciones saludables, convenientes y rápidas para una población cada vez más ocupada ^[3].

La fruta recién cortada se define como cualquier fruta que ha experimentado un procesamiento mínimo, como el cortado en cualquier forma, pelado, triturado o rebanado; y se obtiene como resultado una alteración física de su forma original ^[4]. El principal inconveniente de estos productos radica en su reducida vida útil, la cual generalmente no supera las dos semanas. Las frutas, al ser sometidas a procesos mínimos, pierden la barrera natural que las protege contra el deterioro, los microorganismos y los efectos adversos del ambiente. La eliminación de la cáscara las hace particularmente vulnerables a la descomposición y reduce su atractivo comercial y valor nutricional. Además, ha contribuido a varios brotes de enfermedades transmitidas por frutas frescas cortadas ^[5].

Al cortar frutas, se daña el tejido, lo que causa la ruptura celular y la liberación de metabolitos como enzimas que afectan la firmeza y compuestos volátiles que alteran las características sensoriales de la fruta (Figura 1) ^[6]. Además, la exposición al aire acelera la deshidratación, lo cual merma la jugosidad de la fruta y provoca la oxidación de componentes sensibles; esto deteriora la calidad organoléptica. Por otro lado, al eliminar la capa protectora natural de la fruta y aumentar los nutrientes en la superficie expuesta, se favorece el crecimiento microbiano ^[7]. Este crecimiento se ve aún más favorecido por las condiciones presentes en las frutas, como la elevada actividad de agua y un pH que propicia la proliferación de microorganismos ^[8]. Como resultado, la vida útil de las frutas cortadas se reduce a 4-10 días, en comparación con algunas frutas enteras que pueden conservarse durante semanas. Esto subraya la importancia de implementar estrategias efectivas de manejo postcosecha para extender la vida de anaquel de las frutas frescas cortadas.

Figura 1 Alteración química, física, microbiológica y sensorial de las frutas al ser cortadas.  

Se podrían emplear varios métodos de preservación para conservar las frutas. Sin embargo, como las frutas cortadas se consumen frescas, las técnicas que implican calor o congelación no son adecuadas porque pueden afectar la calidad sensorial, nutricional y fisicoquímica ^[9]. Además de estos aspectos, es fundamental preservar la calidad microbiológica de las frutas frescas cortadas, ya que el deterioro microbiano acorta su vida útil y compromete la seguridad del consumidor.

De manera convencional, el lavado y desinfección con cloro han sido los métodos preferidos debido a su bajo coste y facilidad de uso. Sin embargo, se ha considerado que los subproductos de la reacción del cloro con materia orgánica, como trihalometanos y ácidos holoacéticos, pueden representar un riesgo para la salud, pues pueden ocasionar cáncer, daño hepático y renal e irritación respiratoria y cutánea ^[10]. A esto se suma la creciente demanda de los consumidores por productos más naturales, libres de aditivos sintéticos, que sean microbiológicamente seguros y mantengan un perfil nutricional saludable. Por ello, es crucial encontrar alternativas que permitan mantener la calidad microbiológica sin comprometer la seguridad alimentaria ni la calidad sensorial y nutricional del producto.

Como resultado, encontrar estrategias efectivas para prevenir el crecimiento de microorganismos y al mismo tiempo mantener la calidad de las frutas recién cortadas es de gran interés para las industrias alimentarias. En este sentido, el envase de los frutos frescos cortados puede ser un punto clave para su conservación.

Envases activos en la conservación de alimentos

Los envases desempeñan múltiples funciones cruciales en la conservación de alimentos desde el procesamiento y hasta que los productos llegan a los consumidores. Dentro de sus principales funciones se encuentra la de proteger a los alimentos de contaminantes como microorganismos y suciedad. Además, los envases pueden actuar como barreras contra la humedad, el oxígeno y la luz, para evitar el deterioro y la oxidación. Los envases también pueden cumplir un papel en el control de la temperatura, ya que hay envases aislantes o refrigerados. Asimismo, facilitan el transporte y almacenamiento, ya que reducen el riesgo de daños o contaminación durante la distribución.

Aunque los envases tradicionales fueron clave en el desarrollo de los sistemas de distribución de alimentos, ya no cumplen eficazmente con las demandas actuales de alimentos más seguros y naturales ^[11]. Hasta el momento, los plásticos se han adoptado ampliamente como materiales de envasado de alimentos porque son eficientes y extremadamente versátiles ^[12]. Sin embargo, la mayoría de ellos provocan graves problemas ecológicos por su falta de biodegradabilidad, por contribuir a la contaminación oceánica y por ser una fuente significativa de emisiones de gases de efecto de invernadero ^[13]. Por lo tanto, es importante la búsqueda de alternativas para la elaboración de envases de alimentos de manera más sostenible y aprovechando recursos naturales.

Los envases activos son una innovación significativa en la industria alimentaria por su capacidad para ir más allá de la función tradicional de contención y protección de productos. Su distinción radica en su capacidad para interactuar activamente con el contenido y el entorno para mejorar la conservación, calidad e inocuidad de los alimentos ^[14]. Estos envases ofrecen ventajas sobre los convencionales, ya que extienden la vida útil y mejoran la calidad de productos como frutas frescas cortadas, al impactar en procesos como la respiración, transpiración, oxidación de compuestos, y deterioro microbiano ^[15].

Los envases activos mejoran el rendimiento del sistema de envase mediante la incorporación de dos tipos de componentes los que absorben o eliminan oxígeno, humedad o etileno y los que pueden liberar de manera controlada agentes antimicrobianos y antioxidantes (Figura 2) ^[16]. Estos componentes pueden integrase al envase a través de la adición directa de las sustancias activas al material de envase durante su proceso de fabricación. Otro método implica la encapsulación de la sustancia activa dentro de matrices poliméricas como recubrimientos o películas, o incorporarlos dentro de un sobre, paquete, o etiqueta pequeños en el espacio de cabeza del envase ^[14]. Las sustancias activas quedan protegidas por la encapsulación y se liberan de manera controlada debido a situaciones particulares en contacto con el entorno externo, como la presencia de oxígeno o la actividad microbiana. Uno de los envases activos que han capturado el interés de las industrias alimentarias y de la comunidad científica es el de recubrimientos y películas comestibles ^[17].

Figura 2 Tipos de envases activos y su principal función. 

Elaboración de recubrimientos y películas comestibles

Los recubrimientos comestibles son capas delgadas de material líquido aplicadas sobre la superficie de los alimentos, mientras que las películas comestibles se forman como láminas sólidas antes de su aplicación (Figura 3) ^[18]. Ambos deben ser comestibles, con estatus GRAS (Generalmente reconocidos como seguros), y no deben modificar el sabor, textura, olor o apariencia original del alimento. Su creciente popularidad refleja la preferencia de los consumidores por productos naturales, saludables, de calidad, seguros, de consumo inmediato, y con un procesamiento mínimo. Además, dependiendo del material con que sean elaborados pueden contribuir a la economía circular y reducir el impacto ambiental, comparados con los empaques no biodegradables, al ser consumidos con el producto y evitar residuos contaminantes ^[19].

Figura 3 Esquema de elaboración de recubrimientos y películas comestibles. 

Los recubrimientos y películas comestibles aportan múltiples beneficios a las frutas frescas cortadas, lavadas, envasadas y refrigeradas, ya que mejoran tanto su calidad como su vida útil. Funcionan como barreras semipermeables que limitan el intercambio de gases y humedad, ralentizando la respiración y oxidación, lo que previene el oscurecimiento y la pérdida de calidad nutricional. También ayudan a reducir la deshidratación, lo cual mantiene la frescura y textura de las frutas, que tienden a secarse más rápido al estar cortadas ^[20]. Además, protegen contra el daño por frío al amortiguar las fluctuaciones térmicas y minimizar la exposición directa a bajas temperaturas, y contra el daño mecánico al distribuir la presión externa y reducir los impactos en la superficie de la fruta. Asimismo, pueden incorporar agentes antimicrobianos que inhiben el crecimiento de bacterias y mohos, complementando la refrigeración, y antioxidantes que evitan la degradación de compuestos sensibles como la vitamina C. En conjunto, los recubrimientos prolongan la vida útil de las frutas, al preservar su calidad sensorial, nutricional y microbiológica más allá de lo que la refrigeración sola puede ofrecer ^[17].

La elaboración de películas comestibles implica varios pasos que incluyen la selección del material que servirá como base, su dispersión en un disolvente adecuado como agua, junto con plastificantes como glicerol para mejorar la flexibilidad de la película. Además, se pueden añadir agentes activos como antioxidantes, antimicrobianos o nutrientes para conferir funciones específicas. La solución resultante se homogeneiza y se desgasifica para eliminar burbujas de aire, con lo que se asegura una película uniforme. Posteriormente, esta mezcla se extiende sobre una superficie plana o se vierte en moldes; después se somete a un proceso de secado controlado para evaporar el disolvente (agua) y así se forma una película sólida ^[21]. Finalmente, las películas son cuidadosamente retiradas de la superficie y almacenadas bajo condiciones adecuadas hasta su uso (Figura 3).

Por otro lado, los recubrimientos comestibles se aplican en una variedad de productos alimenticios utilizando diferentes métodos, que incluyen inmersión, atomización o brocha (Figura 3) ^[22]. La inmersión consiste en sumergir directamente el producto en la solución de recubrimiento durante un tiempo determinado y luego dejarlo secar durante unos minutos. Este método se utiliza habitualmente para frutas. La técnica de atomización es adecuada cuando la solución de recubrimiento tiene baja viscosidad y se puede atomizar sobre el producto. El método con brocha consiste en esparcir la solución de recubrimiento con una brocha directamente sobre la superficie del producto; sin embargo, este método podría verse afectado por factores humanos como inconsistencias en la cantidad y uniformidad del recubrimiento ^[23] (Figura 3).

Dentro de los materiales utilizados en los recubrimientos y películas, podemos encontrar los biopolímeros biodegradables naturales que incluyen carbohidratos, proteínas y lípidos ^[24]. Polímeros de carbohidratos, tales como celulosa, almidón, quitosano, alginato, carragenina, dextrina, goma arábiga, goma xantana y pectina, son utilizados por su capacidad para actuar como espesantes, estabilizadores y emulsionantes, aunque su eficacia como barreras contra la humedad es limitada debido a su alta permeabilidad al vapor de agua. Los lípidos hidrofóbicos, incluidas diversas ceras y aceites, ofrecen excelentes propiedades como barreras contra el agua^[25]. Las proteínas, como la caseína de la leche, la zeína de maíz, la queratina y el suero, por su parte, proporcionan una buena protección contra el oxígeno, dióxido de carbono, lípidos y aromas, y pueden servir como adhesivos y portadores de antimicrobianos, aunque sus propiedades mecánicas y de barrera contra el agua son limitadas^[18], ^[19], ^[26].

La combinación de estos materiales, junto con la adición de plastificantes, estabilizadores o emulsionantes, permite optimizar las propiedades físicas y químicas de los recubrimientos y de las películas. El quitosano, derivado de la quitina presente en la cáscara de los crustáceos, posee destacadas propiedades antimicrobianas, lo que lo convierte en un candidato ideal para recubrimientos que requieren protección contra microorganismos^[27]. Aunque el quitosano es biocompatible, no tóxico y forma películas y recubrimientos con buenas propiedades mecánicas, tiende a ser rígido, frágil y con acción limitada en las propiedades de barrera. Su combinación con otros materiales puede mejorar estas propiedades: por ejemplo, el almidón actúa como agente entrecruzante, y por ello mejora sus propiedades mecánicas y de barrera. Esto aumenta la resistencia y estabilidad de las películas, lo que las hace más adecuadas para envases alimenticios. En la tabla 1 se muestran algunos de los biopolímeros más utilizados para la elaboración de recubrimientos y películas comestibles en alimentos.

Las propiedades de diversos polisacáridos y proteínas hacen que puedan ser utilizadas como recubrimientos y películas comestibles en la conservación de frutas cortadas. Por ejemplo, en un estudio se exploró el efecto de los recubrimientos de gelatina de pescado y quitosano en manzanas cortadas, almacenadas a 5 °C y 22 °C. Se encontró que el quitosano controla eficazmente el crecimiento microbiano y mantiene la firmeza de la fruta. Los recubrimientos de gelatina de pescado-quitosano se mostraron especialmente eficaces en mantener la apariencia y prolongar la vida útil de las manzanas cortadas al mitigar la pérdida de vitamina C y reducir los cambios en el color y la textura durante el almacenamiento en frío ^[28].

Como se ha mencionado, los polímeros biodegradables y naturales son una buena opción para el envasado de alimentos. Sin embargo, sus cualidades físico-mecánicas como su barrera al gas, oxígeno y agua, y su resistencia mecánica y térmica, suelen ser inferiores a las de los plásticos tradicionales, lo que hace necesario el desarrollo de técnicas para superar las barreras tecnológicas y hacer posible su aplicación práctica. La nanotecnología surge como la estrategia más prometedora para mejorar el rendimiento del envasado biopolimérico y generar nanocompuestos funcionales ^[29].

Incorporación de nanopartículas en recubrimientos y películas comestibles

Una de las tendencias actuales en la industria del envasado de alimentos está evolucionando de los métodos tradicionales hacia soluciones más activas e innovadoras, gracias al empleo de nanotecnología ^[30]. Esta permite el desarrollo de envases activos que responden al entorno para potenciar sus funcionalidades. La nanotecnología, un campo en pleno auge que se ocupa de la fabricación, manipulación y producción de materiales a escala nanométrica (de 1 a 100 nm), juega un papel crucial en este avance. Cuando el tamaño de las partículas del material se reduce a un tamaño nanométrico, el material resultante exhibe propiedades físicas y químicas que difieren dramáticamente de las propiedades de los materiales a macroescala que consisten en el mismo componente ^[31].

Uno de los principales avances es la capacidad de encapsular sustancias activas, como antioxidantes o antimicrobianos, en nanopartículas o nanocápsulas. Estas sustancias pueden liberarse de manera controlada en el entorno del alimento, lo que ayuda a prevenir la degradación y el deterioro, con lo que se extiende la vida útil de los productos alimenticios perecederos. Además de la liberación controlada de sustancias activas, la nanotecnología también ha permitido la creación de películas de barrera ultradelgadas que evitan la entrada de oxígeno, humedad y luz, elementos que pueden causar la degradación de los alimentos. La nanotecnología también se ha utilizado para conferir propiedades antimicrobianas a los envases, mediante la incorporación de nanopartículas de plata o cobre que inhiben el crecimiento de microorganismos dañinos ^[24].

Las películas y recubrimientos comestibles que incorporan nanopartículas ofrecen ventajas significativas sobre los materiales de envasado tradicionales, ya que mejora la conservación y la calidad de los alimentos. La incorporación de nanopartículas en una red polimérica de biopolímeros conduce a cambios en la estructura final de la película y tiene un impacto en las propiedades físicas y mecánicas, e incrementa su resistencia, durabilidad, flexibilidad y propiedades de barrera y reutilización. Algunos métodos de síntesis de nanopartículas metálicas pueden encontrarse resumidos en la Figura 4. En particular, las nanopartículas metálicas y de óxidos metálicos como plata (Ag), óxido de zinc (ZnO), óxido de cobre (Cu/CuO), y óxido de titanio (TiO₂) han atraído gran interés por su actividad antimicrobiana en los envases activos ^[32]. Los envases modernos basados en nanotecnología incluyen diversos biomateriales poliméricos y nanopartículas inorgánicas para la conservación de alimentos.

Figura 4 Diferentes métodos de síntesis de nanopartículas.  

El uso de nanopartículas de plata (AgNPs) en el envasado activo de alimentos es una innovación prometedora en la conservación de alimentos debido a sus destacadas propiedades antimicrobianas ^[32]. Estas nanopartículas pueden incorporarse en películas y recubrimientos de polímeros biodegradables, para liberar de forma gradual su acción antimicrobiana y reducir la necesidad de conservantes, al mismo tiempo que limitan el crecimiento de microorganismos. La efectividad antimicrobiana de las AgNPs se debe a la liberación de iones de plata, que inhiben el crecimiento de una variedad de microorganismos, incluyendo bacterias, hongos y virus, al interferir con sus funciones celulares y reproducción. Las AgNPs ofrecen grandes ventajas por su prolongada actividad antimicrobiana, mínimo impacto sensorial en los alimentos y versatilidad en aplicaciones. Es importante señalar que estas nanopartículas también podrían tener efectos citotóxicos en células humanas, por lo que es importante realizar estudios que evalúen los riesgos.

Por otro lado, las nanopartículas de óxido de zinc (ZnO NPs) poseen una fuerte actividad antimicrobiana contra una amplia gama de patógenos alimentarios, incluyendo hongos y bacterias como Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogens, y Salmonella enteritids. Este efecto se debe a la generación de iones Zn²⁺ y especies reactivas de oxígeno (ROS) que pueden dañar la membrana celular de los microorganismos, lo que inhibe su crecimiento, reproducción y causa la muerte celular (Figura 5) ^[33].

Figura 5 Mecanismo antibacteriano de nanopartículas de ZnO. 

Además, las ZnO NPs pueden mejorar las propiedades de barrera y mecánicas de los recubrimientos y películas compuestas. Su capacidad de bloquear los rayos UV y otros factores ambientales que pueden degradar los alimentos ayudan a preservar la calidad y la frescura del contenido durante periodos más prolongados. Una ventaja significativa del ZnO es su relativa seguridad comparada con otros nanomateriales. El ZnO es GRAS por varias agencias regulatorias, lo que facilita su incorporación en aplicaciones alimentarias.

Las nanopartículas de óxido de titanio (TiO₂ NPs) se utilizan ampliamente en la industria alimentaria como aditivos y componentes en envases de alimentos. Las TiO₂ NPs bloquean las radiaciones UV y mejoran las propiedades químicas, mecánicas y de barrera de los polímeros de los envases ^[34]. Además, poseen actividad antimicrobiana, por lo que generan radicales libres y ROS que interactúan con las células bacterianas y causa la muerte. También se usan como colorantes en alimentos procesados por su alto índice de refracción, brillo y estabilidad del color. El TiO₂ actúa como fotocatalizador eficaz por su estabilidad química, bajo costo, no toxicidad y su capacidad de eliminar oxígeno y etileno mediante la fotodegradación del etileno expuesto a la luz solar.

Diversos estudios se han realizado incorporando nanopartículas antimicrobianas en biopolímeros. Por ejemplo, un estudio desarrolló películas híbridas nanocompuestas de quitosano y gelatina que incorporan ZnO NPs sintetizadas de manera ecológica ^[27]. La adición de ZnO NPs mejoró significativamente la estabilidad térmica, la elongación a la rotura, la compactación de las películas híbridas y actividad antimicrobiana contra E. coli.

La toxicidad potencial de las nanopartículas en los alimentos o en sus envases aún no se comprende completamente. La seguridad de estas partículas depende de factores como su naturaleza, composición y tamaño. Estas nanopartículas pueden migrar hacia los alimentos y bebidas, lo que implica que, al entrar en contacto con el cuerpo humano, podrían alterar procesos celulares críticos: potencialmente daños en el ADN, membranas celulares, reorganizaciones genómicas y otras formas de disfunción celular. Este riesgo resalta la necesidad de un marco regulatorio sólido que garantice la seguridad de estos materiales en la industria alimentaria ^[35].

Actualmente, la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) de los Estados Unidos ha aprobado tres nanopartículas para su uso en alimentos envasados: dióxido de silicio, negro de carbono y nitruro de titanio ^[35]. Aunque otras nanopartículas, como las de plata, han sido aprobadas para aplicaciones en productos de cuidado personal y dispositivos médicos, su uso en alimentos y envasado no está claramente definido ^[36]. Asimismo, el óxido de zinc en su forma convencional ha sido utilizado en aditivos alimentarios y productos de cuidado personal, pero su forma nanoparticulada puede requerir un análisis adicional debido a las diferencias en sus propiedades físicas y químicas, que pueden influir en su seguridad y toxicidad ^[37].

La regulación de nanopartículas varía según el país y la región, y sigue siendo un área de debate y revisión constante. Además, no todas las nanopartículas son comestibles ni tienen un historial de uso seguro. Si bien su incorporación puede ofrecer ventajas, como una mayor estabilidad y propiedades antimicrobianas, también existen limitaciones significativas, como la posible toxicidad, la migración hacia los alimentos y las incertidumbres sobre sus efectos a largo plazo en el organismo.

Para evitar que las nanopartículas metálicas migren hacia los alimentos y representen un riesgo citotóxico, se podrían aplicar varias estrategias en envases y recubrimientos/películas. Una clave es la inmovilización de las nanopartículas en una matriz polimérica, lo que limita su liberación. También se podría controlar la cantidad de nanopartículas mediante sistema de liberación controlada, para asegurar que sean seguras para el consumo, en caso de que migraran. Otra estrategia es el uso de recubrimientos multicapa, que encapsulan las nanopartículas y evitan su contacto con el alimento.

Conservación de frutas frescas cortadas con nanocompuestos

Existen varios estudios sobre recubrimientos y películas comestibles basados en biopolímeros naturales que, al combinarse con nanopartículas metálicas, previenen el crecimiento de microorganismos en las superficies de frutas enteras y cortadas, mejoran sus propiedades fisicoquímicas y prolongan su vida útil ^[38]. A continuación, se describen algunos de estos estudios.

En una investigación, se examinó el efecto de los nanocompuestos de Ag-quitosano en recubrimientos de quitosano extraído de la tenaza roja de cangrejo de río sobre la calidad del melón cortado durante 13 días a 5 °C. Se observó que estos recubrimientos redujeron la tasa de respiración del melón y previnieron el ablandamiento, mantuvieron altos niveles de vitamina C y mejoraron las características sensoriales del melón, en menor translucidez y menor carga microbiana ^[38].

En otro estudio, se observó que las AgNPs incorporadas en solución formadora de películas de hidroxipropil metilcelulosa redujeron la incidencia y gravedad de la antracnosis causada por Colletotrichum gloeosporioides y evitaron la pérdida de peso de papayas durante el almacenamiento. Además, el recubrimiento con las nanopartículas retrasó el proceso de maduración de la papaya, por lo que se considera una alternativa para extender la vida útil de este fruto ^[39]. De manera similar, se desarrolló un recubrimiento nanocompuesto para mantener la calidad de la papaya fresca cortada basado en quitosano y nanopartículas de ZnO para inhibir el crecimiento microbiano en la fruta durante el almacenamiento por 12 días a 10 ºC ^[40].

Pocos estudios sobre películas y recubrimientos nanocompuestos se centran en frutas frescas cortadas; la mayoría se realiza sobre frutas enteras. Por ejemplo, un recubrimiento de alginato de sodio y quitosano, suplementado con ZnO NPs se utilizaron para mejorar la calidad de naranjas enteras durante 20 días a 4 °C ^[41]. Las naranjas recubiertas mostraron una menor tasa de cambio en pH, sólidos solubles totales y acidez total en comparación con el control. Las naranjas recubiertas presentaron la menor pérdida de peso, mayor firmeza, mayor concentración de vitamina C, menor tasa de respiración, mejor actividad antioxidante y menor desarrollo microbiano. Por otro lado, recubrimientos de alginato de sodio con ZnO NPs extendió la vida útil de fresas enteras durante 20 días de almacenamiento ^[42]. Las frutas recubiertas con ZnO NPs mostraron menor crecimiento de microorganismos, pérdida de peso, ablandamiento, degradación de fenoles y antocianinas y mayor contenido de ácido ascórbico comparado con las fresas no recubiertas. Además, las fresas recubiertas mostraron la mayor actividad antioxidante y de superóxido dismutasa, la menor actividad de peroxidasa y recibieron las mejores puntuaciones en atributos sensoriales.