Diseño, fabricación y evaluación del prototipo de simulación de esfuerzos dinámicos en durazno (Prunus persica)*

Design, fabrication and evaluation of a simulation prototype of dynamic stress on peach (Prunus persica)

María Guadalupe Victoria-Escamilla^1§, Sergio Humberto Chávez Franco¹, Yareli Yazmín Mendoza Rodríguez¹, Jorge Nery Molina Gómez² y Dora María Sangerman-Jarquín³

¹ Colegio de Postgraduados. Carretera México-Texcoco, km 36.5 Montecillo, Estado de México. Tel. (595)9520200. (sergiocf@colpos.mx; yareli.mendoza@colpos.mx). ^§Autora para correspondencia: victoria.maria@colpos.mx.

³ Campo Experimental Valle de México-INIFAP. Carretera Los Reyes- Lechería, km 18.5. A. P. 10. C. P. 56230. Chapingo, Texcoco, Estado de México. Tel. y Fax. 5959212681. (sangerman.dora@inifap.gob.mx).

* Recibido: agosto de 2012
Aceptado: mayo de 2013

Resumen

Los frutos de durazno (Prunus persica) tienen corta vida de anaquel, su actividad metabólica se ve afectada por la presencia de daños mecánicos, este daño físico puede ser causado por impacto o vibraciones durante el transporte y en general por el manejo después de cosechar las frutas, provocando pérdidas de hasta 40% en su mayoría. En este trabajo se diseñó, fabricó y evaluó un prototipo de simulación de esfuerzos dinámicos en durazno en dos variedades (Paquimé y Oro de Tlaxcala), a diferentes grados de madurez y se aplicaron diferentes cargas (Paquimé testigo, 50 y 14 kg; Oro testigo, 100 y 50 kg). Se midió pérdida de peso, firmeza, sólidos solubles totales, color y respiración por flujo dinámico. Explicando con modelos de regresión no lineal los parámetros de firmeza y sólidos solubles totales, su comportamiento en función de la carga. En color se encontraron diferencias significativas (Tukey, α= 0.05) entre variedades y entre tratamientos de diferentes variedades para el índice de saturación y ángulo hue. La respiración presentó disminución en sus tasas de crecimiento en función del tiempo.

Palabras clave: Prunus persica, cargas, daño mecánico, esfuerzos dinámicos, postcosecha.

Peach fruit (Prunus persica) have a short shelf life, their metabolic activity is affected by the presence of mechanical damage; the physical damage can be caused by impact or vibration during transportation and postharvest handling, causing losses of up to 40%. In the present work was designed, fabricated and evaluated a simulation prototype of dynamic stress in two peach varieties (Paquime and Oro from Tlaxcala), at different stages of ripening and different loads were applied (Paquime control, 50 and 14 kg; Oro control, 100 and 50 kg). Weight loss, firmness, total soluble solids, color and respiration using continuous air flow method dynamic, were measured. Explaining with nonlinear regression models the firmness and total soluble solids parameters, their behavior is in function of the load. Color showed significant differences (Tukey, α= 0.05) between varieties and treatments of different varieties to the saturation index and hue angle. Respiration decreased on its growth rate versus time.

Key words: Prunus persica, load, mechanical damage, dynamic efforts, postharvest.

Introducción

Los esfuerzos dinámicos han sido poco evaluados en frutos, debido a la falta de equipo para la medición de éstos en los productos agrícolas. Se han hecho estudios de esfuerzos estáticos con ayuda del Instron (Villaseñor, 2006); sin embargo, no son suficientes ya que éste aparato detiene la aplicación de fuerza al llegar al punto de fractura del fruto. Las fuerzas de gravedad aumentan cuando los frutos son trasportados por carretera, debido diversos factores como: topes, baches, vibradores, curvas pronunciadas, pendientes, etcétera. Los cuales producen daños mecánicos en los frutos y se afecta considerablemente el fruto por efecto de la carga adicional extraordinaria generada por fuerzas gravitacionales durante su transporte.

Las frutas son organismos vivos y su vida útil es afectada por temperatura, humedad, composición de la atmósfera circundante, manejo durante y después de la cosecha, ataque por organismos, entre otros (Thompson, 1996). Los impactos son la fuente de daño mecánico más común durante la venta de frutos (Knee y Miller, 2000), y es importante conocer el efecto que producen cobre la fisiología, bioquímica y calidad del producto.

El durazno es un fruto climatérico, continúa su proceso de maduración aún después de su cosecha. Este tipo de frutos dependen de muchos factores para determinar su manera de maduración viéndose afectado por la presencia de daños mecánicos, los cuales afectan su apariencia y aceleran su descomposición. Es altamente perecedero y se desea que en su transporte sufra el menor daño posible y de este modo no afecte su metabolismo normal.

La aceptación del consumidor hacia los frutos primero responde a los sentidos de la vista y el tacto, y posteriormente, a su percepción en la boca, momento en que evalúa la dureza o firmeza, elasticidad, harinosidad y la jugosidad (Sistrunk, 1985). Para el distribuidor y el comerciante final, la textura es también un atributo importante, ya que debe permitir el manejo y el transporte de la fruta sin daños por magullamiento (Crisosto, 1994). Respecto al sabor, las frutas con alta cantidad de sólidos solubles, son en general las de mayor aceptación, si bien no se ha establecido un nivel mínimo para este parámetro (Crisosto y Kader, 2000). El objetivo final de la producción, manejo y distribución de frutas y vegetales frescos es satisfacer a los consumidores(as), estando relacionado a la calidad del producto (Shewfelt, 1999).

El tejido dañado del fruto se oscurece rápidamente. En el caso de que participen enzimas se tiene un oscurecimiento enzimático, el cual aparece cuando el tejido dañado está en contacto con el aire, lo que ocurre similarmente en el oscurecimiento de manzanas, peras, duraznos, cerezas y fresas. Otro aspecto importante del daño es que en los tejidos dañados la respiración se hace más intensa, hay un mayor consumo de oxígeno (Giórgy, 1986), y durante la respiración, los azúcares y otros productos de almacenamiento de las frutas se consumen y contribuyen a la pérdida del valor alimenticio y de las reservas, consecuentemente la calidad sensorial se ve afectada (Crisosto et al., 1993).

La determinación de las propiedades biomecánicas (limite elástico, deformación plástica, resistencia al corte) permite conocer parámetros útiles que indiquen la resistencia del fruto al daño mecánico y cómo mejorar su manejo postcosecha (Chávez et al., 2000). Para poder evaluar el efecto del transporte sobre los productos agrícolas, se puede realizar mediante una simulación del transporte o en pruebas reales en los vehículos de transporte comercial durante su transportación. El mejor método indudablemente es el del transporte en condiciones reales; sin embargo es difícil controlar las variables bajo estas condiciones por la cantidad de equipo que se requiere para hacer los estudios. Con base en ello y a la escasa información de esfuerzos dinámicos estudiados en frutos postcosecha el presente trabajo se realizó en laboratorio con el propósito de analizar el comportamiento fisiológico de frutos de durazno al ser sometidos a esfuerzos dinámicos.

Materiales y métodos

El experimento se realizó en el laboratorio de Fisiología Postcosecha (coordenadas geográficas del laboratorio: 19° 27' 45.56" latitud norte, 98° 54' 14.45" longitud oeste y altitud 2 245 msnm) del Colegio de Postgraduados, ubicado en el km 36.5 de la carretera Texcoco-México, Montecillo, Estado de México. Coordenadas geográficas de la entrada del Colegio de Postgraduados: 19° 28' latitud norte y longitud oeste 98° 53' 44".

Los equipos y accesorios utilizados para instalar el equipo creado fueron: compresor de aire, frascos de plástico, mangueras látex y polietileno, tablero mezclador de gases con flujo y presión constante, medidores de CO₂, data logger, tanque de nitrógeno.

Los frutos de duraznos utilizados fueron de las variedades Paquimé (hueso despegado) y Oro de Tlaxcala (hueso pegado). Los primeros fueron adquiridos en la central de abastos de Ecatepec en estado maduro, los segundos adquiridos en el mercado de Texcoco en estado de madurez fisiológica, posteriormente llevados al laboratorio de Fisiología Poscosecha del Colegio de Postgraduados, seleccionados de acuerdo a tamaño, uniformidad de madurez, sanidad y libres de daños. Fueron almacenados en un refrigerador a 9 °C.

Se utilizaron dos variedades de durazno, y dos tratamientos para cada variedad y un testigo. Para los frutos Paquimé se utilizó un testigo con 9 frutos, un tratamiento aplicando 50 kg de carga a 9 frutos y otro de 14 kg a 10 frutos, los duraznos fueron acomodados en una sola capa dentro de la maya receptora donde fueron sometidos a diferentes cargas. El número de frutos por tratamiento dependerá de sus dimensiones físicas, es decir, con frutos pequeños se necesitaron mas frutos para cubrir la capa inferior dentro de la malla receptora. En el caso de los frutos Oro de Tlaxcala se utilizó un testigo con 9 frutos, un tratamiento de 100 kg a 8 frutos y uno más de 50 kg a 8 frutos.

Las variables respuesta evaluadas fueron: peso de los frutos (g), color (L, a, b), firmeza (N), sólidos solubles totales (°Brix), respiración (mLCO₂ kg^-1h^-1). La evaluación de días para cada tratamiento varía de acuerdo a las condiciones del fruto, los testigos que permanecieron durante los dos tratamientos de aplicación de carga para cada variedad de durazno.

Los datos de pérdida de peso fueron graficados porcentualmente al tercer día de aplicación de cada uno de los 6 tratamientos. En el caso de los datos de diámetro polar, sólidos solubles totales y firmeza se graficaron todos los puntos y se utilizó un modelo de regresión no lineal para demostrar su comportamiento.

La respiración se evaluó comparando las tasas de respiración durante tres días. La pérdida de peso se determinó al inicio y final de los tratamientos, se registró en una balanza digital. La variación de diámetro polar fue tomada con un vernier, el contenido de sólidos solubles totales fue determinado de acuerdo a la Association of Official Agricultural Chemists (AOAC, 2000) con un refractómetro digital ATAGO Palette PR-32. La firmeza con el Texturómetro Universal WAGNER ForceFive Modelo FDV-30 se utilizó un puntal cónico de 7 mm de diámetro. La medición de color se obtuvo con un colorímetro Hunter Lab D25-PC2 donde L (0= negro y 100= blanco). a (con valores a+ y a-, va de rojo a verde); y b (con valores b+ y b-, va de amarillo a azul) y con ellos calcular el ángulo de matiz o ángulo hue e índice de saturación.

La velocidad de respiración (CO₂) se cuantificó mediante un sistema dinámico de flujo continuo, utilizando un medidor de CO₂ TELAIRE conectado al HOBO data logger (para medir temperatura, humedad relativa, intensidad luminosa, y calcula punto de rocío), un tablero de flujo continuo el cual controló la cantidad de aire que ingresaba al contenedor herméticamente cerrado que contenía un cierto número de duraznos de peso conocido. Se utilizó nitrógeno como gas acarreador para hacer un barrido de gases y comenzar la lectura de CO₂ desde 0.

Resultados y discusión

El diseño final del aparato creado para simular los esfuerzos dinámicos en laboratorio a escala se muestra en la Figura 1. En la Figura 2 se ilustra ya armado completamente con el material seleccionado y adaptado. El contenedor de mayor dimensión (bote azul) contuvo el peso que se adicionó para las pruebas, y el embolo blanco ejerció presión a la capa de fruta colocada en la parte inferior del contenedor y la malla. El contenedor inferior (anaranjado) junto con la capa plástica crea la atmósfera modificada (la cual se convertirá en una atmósfera controlada en forma posterior) donde se evaluó la respiración del fruto.

El tratamiento Paquimé 14 kg después de 3 días presentó un aplastamiento ligero, poco desjugue y oxidación en el área cercana al endocarpio y en la zona de presión (Figura 4).

El tratamiento Oro de Tlaxcala 100 kg presentó un aplastamiento en la zona de presión con una oxidación interna marcada, leve desjugue y manchado en el epicarpio (Figura 5).

Oro de Tlaxcala tratamiento de 50 kg presento ligero achatamiento de polos, desjugue a nivel de gotas, manchado interno en la zona de presión y alrededor del hueso (Figura 6).

Pérdida de peso

En la Figura 7, se observa el comportamiento sin carga entre testigos es similar, no muestran diferencia; sin embargo, destaca la pérdida de peso tan elevada del tratamiento Paquimé 50 kg que en el tercer día ha perdido 16% de su peso debido al desjugue por la condición de su madurez avanzada y por efecto de la carga. Mientras que los tratamientos restantes no superan una pérdida mayor al 4%.

Pérdida de peso porcentual de frutos de durazno Paquimé y Oro en tres tratamientos de carga en el tiempo total de su tratamiento (se utilizaron valores promedio).

La pérdida de peso obtenida en Paquimé 50 kg es considerable debido a que el grado de madurez del fruto permitió ruptura y derramamiento de jugo del fruto. Mientras que los testigos de ambas variedades presentaron el mismo comportamiento, el tratamiento de Paquimé 14 kg y Oro 100 kg mostraron un patrón de respuesta similar en pérdida de peso y Oro 50 kg perdió menos peso que los anteriores.

Tamaño

La Figura 8 muestra la respuesta a la perdida de tamaño del fruto (achatamiento de los polos) en respuesta a la carga aplicada sobre ellos, dando como resultado un menor diámetro del fruto a mayor carga aplicada. El grado de madurez de los frutos Paquimé más avanzado permite una mayor disminución de diámetro polar en comparación a la variedad Oro de Tlaxcala los cuales presentaban menor grado de madurez. Mientras que los Paquimé de aproximadamente 6 cm de diámetro polar se redujeron a escasos 2.8 cm, los Oro al doble de carga y con un diámetro polar inicial semejante a la Paquimé, se redujeron a 4.5 cm.

La respuesta de los frutos a la aplicación de carga muestra que en el caso de mayor carga, hay un aumento de pérdida de grados brix. Existe un comportamiento decreciente en la cantidad de sólidos solubles totales al paso del tiempo, no así para el caso de Oro Tlaxcala 100 kg quien muestra un incremento (Figura 9).

Firmeza

Por medio de un modelo estadístico de regresión no lineal se explica el comportamiento de la pérdida de firmeza respecto a la carga aplicada (Figura 10). Se observa una claro efecto de tendencia afectado por la carga donde a mayor peso existe una mayor pérdida de firmeza, y que es mayor esta pérdida cuando los frutos se encuentran en madurez de consumo como el caso de Paquimé, y un tanto menor cuando la madurez es fisiológica. Tal es el caso en el tratamiento Oro 50 kg existe un pérdida de 0.358N y para la carga de 100 kg la perdida de firmeza equivale a 0.8N. En el caso de Paquimé a una carda de 14 kg la firmeza disminuye 0.29 N.

La firmeza disminuye a través del tiempo y es más notorio en las cargas mayores, donde es drástica la pérdida de firmeza. También afecta considerablemente el estado de madurez del fruto.

Los promedios de color comparando ambas variedades Oro de Tlaxcala y Paquimé muestran la clara diferencia ente variedades, puesto que una tiende al rojo (Paquimé) y la otra al amarillo (Oro de Tlaxcala), con una mayor luminosidad o claridad la variedad Oro de Tlaxcala y ángulos hue mayores para la misma (Figura 11).

Analizando el color por variedad, se tiene en los frutos Paquimé un rojo más intenso, ángulo hue y luminosidad menores en los testigos, seguidos por el tratamiento de 14 kg y posteriormente el de 50 kg el muestra un grado menor de madurez, mayor ángulo hue y luminosidad.

En la variedad Oro de Tlaxcala tenemos un color ligeramente verde para el tratamiento de 100 kg quien tiene la mayor luminosidad, el testigo con un color muy cercano al amarillo y tiene el mayor ángulo hue y la menor luminosidad y por último el tratamiento de 50 kg que tiene el menor ángulo hue.

Los datos analizados en SAS nos arrojan las siguientes box plot que indica que existe diferencias significativas (p< 0.05) entre variedades tanto para el índice de saturación (Figura 12) como para el ángulo hue (Figura 13). Asimismo, se encuentran diferencias significativas entre tratamientos de diferentes variedades, más no entre tratamientos de la misma variedad tanto en índice de saturación (Figura 14), como en ángulo hue (Figura 15).

Respiración

La medición de la respiración por medio de flujo dinámico muestra el comportamiento a través del día de su respiración (Figura 16). Los testigos muestran una variación de máximo a mínimo de 10 mL CO₂kg^-1h^-1 para ambas variedades por efecto día-noche. Los valores máximos de respiración se detectan entre las 17:00 y 18:00 h y lo menores alrededor de las 7:00 h. El factor temperatura debido a su variación natural durante el día y noche, afecta directamente el patrón de respiración, mostrando un comportamiento oscilante casi paralelo entre ellos, presentándose un ligero desfase de aproximadamente una hora. Puesto que data logger en los frutos testigo, detecta la temperatura mínima a las 7:00 h y el valor mínimo de respiración es observado a las 8:00 h.

La respiración dinámica de los frutos de durazno fue analizada con modelos de regresión lineal para estimar la tasa de crecimiento o decrecimiento para cada día de los tratamientos, se analizan únicamente para la fase estable. Los valores se muestran a continuación en el Cuadro 1 donde se comparan los valores promedios al tercer día de los tratamientos.

Los frutos de durazno con menor grado de madurez presentaron daños menos drásticos en comparación a los de madurez más avanzada, soportan mayor carga sin presentar daños considerables, Crisosto et al. (2001) y Metheney et al. (2002) mencionan que el incremento de daños en durazno está relacionado con los niveles de impacto. En niveles de impacto intermedios o bajos que son los más comunes, las propiedades del fruto juegan un papel muy importante, pero a niveles de alto impacto el efecto de las propiedades de la fruta no son suficientes para evitar el daño y se deteriora la calidad del fruto.

Conclusiones

El equipo creado para evaluar esfuerzos dinámicos en frutos en laboratorio demostró ser funcional para la simulación y medición de parámetros de calidad de durazno.

Los frutos de durazno mostraron sensibilidad fisiológica a la aplicación de cargas externas, presentando daños mecánicos, la severidad depende el grado de madura del fruto y de la carga aplicada. La velocidad de respiración se incrementa al aplicar carga, posteriormente disminuye y por último se estabiliza, al paso del tiempo disminuye la tasa respiratoria.

La aplicación de carga en los frutos de durazno se tradujo en deformación del fruto, oscurecimiento interno en la parte donde se aplica la carga y alrededor del endocarpio, pérdida de peso y firmeza.

La respiración dinámica presentó comportamiento oscilatorio en el transcurso del día, variando de acuerdo a la hora, ya que la temperatura afecta la velocidad de respiración.

Literatura citada

Association of Official Analytical Chemists (AOAC). 2000. Official methods of analysis. Ed. Washington. 268 p.         [ Links ]

Barbosa, C. G.; Fernández, M. J. J.;Alzamora, S. M.; Tapia, M. S.; López, M. A. and Welti, C. S. J. 2003. Handling and preservation of fruits and vegetables by combined methods for rural areas: technical manual. FAO Agricultural Services. Roma, Italy. Bulletin 149.         [ Links ]

Chávez, F. S. H.; Vázquez, G. E. y Saucedo, V. C. 2000. Propiedades biomecánicas de frutos de zarzamora. Agrociencia. 34:129-135.         [ Links ]

Crisosto, C. H.; Garnes, D.; Doyle, J. and Day, K. 1993. Relationship between fruit respiration, bruising susceptibility and temperature in sweet cherries. HortScience 28(2):132-135.         [ Links ]

Crisosto, C. H. 1994. Optimum procedures for ripening stone fruit. Perishables Handling Newsletter, University of California. Issue N° 80, Davis, CA. 22-24 pp.         [ Links ]

Crisosto, C.; Katrina, S.; Boyd, J.; Garner, D.; Labavitch, J. and Shackel, K. 1998. Improving the ripening protocol for warehouses and retail stores. Delayed cooling. Research report, california peaches, plums, and nectarines. California Tree Fruit Agreement. 326 pp.         [ Links ]

Crisosto, C. H. and Kader, A. A. 2000. Peach. Postharvest quality maintenance guidelines. Disponible en http://www.uckac.edu/postharv/PDF%20files/peach.pdf.         [ Links ]

Crisosto, C. H.; Slaughter, D.; Garner, D. and Boyd, J. 2001. Stone fruit critixal bruising thresholds. J. Am. Pomol. Soc. 54:76-81.         [ Links ]

Fekete, A. 1994. Elasticity characteristics of fruits. Acta Horticulturae. 386:199-205.         [ Links ]

Giörgy, S. 1986. Mechanics of agricultural materials. Elsevier Science Publisher. Amsterdam. The Netherlands andAkademiai Kiadó, Budapest, Hungry. 260-283.         [ Links ]

Gutiérrez, A.; Burgos J. A. and Molto, E. 2007. Pre-commercial sorting line for peaches firmness assessment. J. Food Eng. 81:721-727.         [ Links ]

Knee, M. and Miller, R. 2000. Mechanical injury. In: fruit quality and its biological basis. Knee, M. (Ed.). CRC Press. Sheffiel, UK. 157179 pp.         [ Links ]

Metheney, P. D.; Crisosto, C. H. and Garner, D. 2002. Developing canning peach critical bruising thresholds. J. Am. Pomol. Soc. 56:75-78.         [ Links ]

Mohsenin, N. N.1970. Applications of engineering techniques to evaluation of texture of solid food materials. J. Tex. Stud. 1(2):133.134.         [ Links ]

SAS Institute (Versión 9.3). 2000. The SAS system for Windows. Release 9.3. SAS Inst., Cary, NC. USA.         [ Links ]

Shewfelt, R. L. 1999. What is quality? postharvest biology and technology. Amsterdam. V. 15. N. 2. 197-200 pp.         [ Links ]

Sistrunk, W. A. 1985. Peach quality assessment: fresh and processed In: Patee, H. E. (Ed). Evaluation of quality of fruits and vegetables. AVI Publishing Company, Inc. Raleigh, NC. 1-46 pp.         [ Links ]

Thompson, A. K. 1996. Postharvest technology of fruit and vegetable. Blackwell Science. Oxford. UK 410 p.         [ Links ]

Valero, U. C. y Ruiz, A. M. 1996. Técnicas de medida de la calidad de frutas. Departamento Ingeniería Rural. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid. Disponible en: http://www.iru16.iru.etsia.upm.es/pdf/2000%20Ctmcs.PDF.         [ Links ]

Villaseñor, P. C. A. 2006. Comportamiento mecánico y fisiológico de frutos de melón (Cucumismelo L.) bajo compresión axial. Rev. Fitotec. Mex. 29(2):157-162.         [ Links ]

Watada, A. E.1995. Methods for determining quality of fruits and vegetables. Acta Horticulturae. 379: 559-567.         [ Links ]