Efecto de recubrimiento de almidón de yuca modificado y aceite de tomillo aplicado al pimiento (Capsicum annuum)*

Effect of coating of starch from cassava modified and thyme oil applied to the pepper (Capsicum annuum)

Diana Yamile Ordoñez Bolaños¹, Danyely Zuñiga Camacho², José Luis Hoyos Concha³, Silvio Andrés Mosquera Sánchez^4§ y Lyda Patricia Mosquera Sánchez⁵

¹ Universidad del Cauca, Facultad de Ciencias Agropecuarias, Sede Las Guacas. Popayán, Cauca, Colombia. (dianita.o@hotmail.com).

³ Universidad del Cauca, Facultad de Ciencias Agropecuarias, Sede Las Guacas. Popayán, Cauca. Calle 5 Núm. 4-70. (jlhoyos@unicauca.edu.co).

⁴ Universidad del Cauca, Facultad de Ciencias Agropecuarias, Sede Las Guacas. Popayán, Cauca. Tr 9A Núm. 57N-370. (smosquera@unicauca.edu.co). ^§Autor para correspondencia: smosquera@unicauca.edu.co.

⁵ Universidad del Cauca, Facultad de Ciencias Agropecuarias, Sede Las Guacas. Popayán, Cauca. Cra 1 E No. 8A-55. (pmos22@gmail.com).

* Recibido: febrero de 2014
Aceptado: mayo de 2014

Resumen

El pimiento (Capsicum annuum) tiene gran potencial agroindustrial debido a sus propiedades nutricionales y composicionales pero es susceptible al deterioro por sus condiciones de manipulación que ocasionan pérdidas de calidad del producto y disminución de su valor comercial, razón por la cual se evaluó el efecto de un recubrimiento de almidón de yuca (Manihot esculenta Crantz) modificado y aceite esencial de tomillo (Thymus vulgaris) sobre la pérdida de peso, firmeza, tasa de respiración, color de la epidermis y crecimiento bacteriano bajo condiciones ambientales de Popayán (Cauca, Colombia) a 1 880 msnm, temperatura media de 18 °C y humedad relativa de 77.75%. Se aplicó un diseño en bloques completamente al azar con cinco tratamientos y tres réplicas: T1: muestra testigo, T2: 4% almidón y sin aceite, T3= 4% almidón y 500 ppm de aceite, T4= 4% almidón y 1 000 ppm de aceite y T5= 4% almidón y 2 000 ppm aceite, agregando además 2% (v/v) de glicerina y 0.02% de Tween 80. Los resultados se sometieron a un análisis de varianza seguido de una prueba de Tuckey (α= 0.05). La aplicación del recubrimiento resultó en cambios significativos en las propiedades de barrera del producto en menores pérdidas de peso y de firmeza y así como disminución del deterioro. Los tratamientos T3, T4 y T5 fueron los más eficaces en la determinación de las variables evaluadas.

Abstract

The pepper (Capsicum annuum) has great agro-industrial potential due to its nutritional and compositional properties but is susceptible to deterioration by their handling conditions that cause loss of product quality and decrease its market value, which is why the effect was evaluated a coating of starch from cassava (Manihot esculenta Crantz) modified and essential oil of thyme (Thymus vulgaris) on weight loss, firmness, respiration rate, skin color and bacterial growth under ambient conditions of Popayan (Cauca, Colombia) to 1 880 m, average temperature of 18 °C and relative humidity of 77.75%. T3= 4% starch and 500 ppm of oil, T4= 4% starch and 1 000 ppm of 4% starch and without oil: a design was applied in a randomized complete block with five treatments and three replications: T1: control sample, T2 oil and T5= 4% starch and 2 000 ppm oil, plus adding 2% (v/v) glycerol and 0.02% Tween 80. Results of an analysis of variance followed by Tukey test (α= 0.05) were subjected. Applying the coating resulted in significant changes in the barrier properties of the product and less weight loss of firmness and deterioration as well as decrease. T3, T4 and T5 treatments were more effective in determining the variables evaluated.

Keywords: Capsicum annuum, Thymus vulgaris, Manihot esculenta Crantz, maturation.

Introducción

Situación del sector colombiano. El cultivo de frutas, hortalizas y plantas aromáticas y medicinales es escaso para abastecer el mercado local y la demanda internacional (por el bajo nivel de asociatividad de los productores, la dispersión en la producción (1 a 1.5 ha), volatilidad en los precios, resistencia de los agricultores al cambio y la penetración de nuevas tecnologías y deficiente manejo pos cosecha, sin embargo, el sector experimenta una tasa de crecimiento del área cosechada y del volumen de producción superior al 8% en productos que representan 92% de la producción nacional (Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, 2012) cuya economía se ha caracterizado por el crecimiento de las importaciones 8.4% anual y disminución de las exportaciones 15% anual (Asociación Hortofrutícola de Colombia, 2012), mientras que en el entorno local el mercado se ha incrementado y ampliado desde los centros de abasto hasta los supermercados, siendo el departamento líder en área y volumen cosechados Cundinamarca con el 28% del total, en tanto que el Cauca participa con 4% en área y 1% en volumen, ubicándose entre los 8 más representativos (Asociación Hortofrutícola de Colombia, 2012).

Los criterios de calidad del pimentón son: forma y tamaño apropiadas, coloración brillante, de paredes gruesas y firmes, libre de daños y con el cáliz y pedúnculo de un color verde fresco y turgente (Fernández et al., 1997), propiedades afectadas por inadecuado manejo durante y después de la cosecha causando deshidratación que se manifiesta en flacidez, marchitamiento, pérdida de peso y aparición de Alternaria, Erwinia carotovora, Fusarium y Botrytis cinerea (Carrasco, 2002).

Producción de almidón de yuca. La producción de almidón de yuca (Manihot esculenta Crantz) en Colombia es de aproximadamente 10.460 t año, 69.9% de las cuales son de almidón agrio y 30.1% de almidón nativo, renglón en el que el Departamento del Cauca participa con 27.2% ubicándose entre los cinco primeros (Centro Regional de Productividad e Innovación del Cauca, 2012). El almidón es una excelente materia prima para cambiar la textura y consistencia de los alimentos y su funcionalidad depende del peso molecular de la amilosa y la amilopectina, así como de la organización molecular de estos dentro del gránulo, la cual puede ser modificada para obtener propiedades deseables para la retención de agua, aumentar la estabilidad, mejorar la sensación al paladar y el brillo, gelificar, dispersar o conferir opacidad (Montes et al., 2008).

El objetivo de la investigación fue evaluar el efecto del recubrimiento de almidón modificado de yuca (Manihot esculenta Crantz) y aceite esencial de tomillo (Thymus vulgaris) sobre la pérdida de peso, desarrollo del color, textura, tasa de respiración y crecimiento microbiano del pimiento bajo condiciones ambientales predominantes en la zona de estudio.

Materiales y métodos

La investigación se realizó en los laboratorios de microscopía electrónica, microbiología y la planta piloto de vegetales de la Universidad del Cauca, ubicados en Popayán (Cauca, Colombia) a 1 880 msnm, temperatura media de 18 °C y humedad relativa de 77.75%.

Almidón de yuca modificado. Variedad SM 707-17 modificado enzimáticamente con alpha amylasa Bacillus amyloliquefaciens Ban 240 L (Sigma Aldrich), con grado de modificación de 10% de dextrosa equivalente (DE).

Material vegetal. Proveniente de la finca El Diviso en la Vereda Santa María del Municipio de Timbío (Cauca, Colombia).

Insumos. Aceite esencial de tomillo con pureza de 99% como agente antimicrobiano; glicerina de con pureza 99.9% como agente plastificante (Amaya et al., 2010); Tween 80 que confiere estabilidad a las emulsiones y mejora la adhesión del recubrimiento (Dantas y Silva, 2010).

Los procedimientos seguidos fueron:

Aislamiento e identificación macro y microscópica de Alternaria y Fusarium. Se incubaron muestras de pimiento para siembra e incubación por 5-7 días a 28 °C (Rivas, 2011), luego se observaron la textura, topografía y color del anverso y reverso de las colonias usando microscopía óptica de alta resolución. Para la determinación del efecto fungicida del aceite sobre Alternaria y Fusarium se definieron 4 tratamientos variando la concentración de aceite esencial de tomillo (T1= 0 ppm, T2= 500 ppm, T3= 1 000 ppm y T4= 2 000 ppm) (Soto et al., 2006).

Acondicionamiento de la hortaliza

Selección. Se seleccionaron 220 pimientos en grado de madurez 3 (Figura 1), enteros, firmes, sanos, libres de daños físicos, mecánicos, fisiológicos o fitopatológicos, limpios y de aspecto fresco.

Limpieza y desinfección. Se lavaron con agua potable y se sumergieron en solución de Tego 51 al 0.5%-1% durante 15 min para desinfección y se secaron.

Preparación del recubrimiento. Se mezclaron 4% de almidón de yuca, 2% (v/v) de glicerina y 0.02% Tween 80 con aceite esencial de tomillo según los tratamientos (cuadro 1); se llevó a baño María entre 65 y 70 °C/15 min y se dejó enfriar hasta temperatura ambiente (Barco et al., 2011).

Aplicación del recubrimiento. Los pimientos se recubrieron por inmersión durante 30 seg, se secaron a temperatura ambiente y se almacenaron.

Pérdida de peso promedio. Se registró el peso de las muestras durante el tiempo y se obtuvo la pérdida con la siguiente expresión (Barco et al., 2011):

Donde: PP= pérdida de peso promedio; P_i= peso inicial; P_f= peso final.

Tasa de respiración. Se empleó un respirómetro que captura el CO₂ liberado por el pimiento y permite expresar la intensidad de respiración en mg CO₂ kg h (Achipiz et al., 2013) así:

Donde: V_m= volumen de ácido oxálico para titulación de la muestra (mL); V_b= volumen de ácido oxálico para titulación del blanco (mL); N= normalidad del ácido oxálico (meq/L); 22= peso miliequivalente del CO₂ (g/meq); 60= factor de conversión para el tiempo (min h); t= tiempo de barrido (min); W= peso de la muestra (g).

Firmeza. Con la máquina universal de ensayos penetrando sobre la zona ecuatorial del material vegetal a una velocidad de celda de 5 mm/min.

Color de la cáscara. Mediante registro fotográfico usando el programa MATLAB^® para procesar las imágenes obtenidas (Barco et al., 2011).

Crecimiento microbiano. Se aislaron pequeños trozos de las muestras con intervalos de 4 días para incubarlas y hacer seguimiento fotográfico para determinar macro y microscópicamente el momento de aparición de los organismos.

Resultados y discusión

Los pimientos de T1 se evaluaron hasta el día 12 y los de T2 (con almidón) hasta el 14 debido al deterioro de tejidos y a la contaminación microbiana, mientras que los de T3, T4 y T5 se mantuvieron en buenas condiciones de calidad comercial hasta el día 17.

Pérdida de peso. Se fue incrementando debido a factores ambientales que activaron la transpiración y el marchitamiento, siendo menos notorio en los pimientos recubiertos debido a las propiedades de barrera del recubrimiento (Achipiz et al., 2013). El Anova del día 12 (Cuadro 2) arrojó diferencias significativas (p< 0.05) y la prueba de Tukey generó dos grupos: el primero con T1 y el segundo con T2, T3, T4 y T5 cuyas pérdidas de peso fueron similares y menores que los frutos sin recubrir (Figura 2). El Anova de los días 14 y 17 (Cuadro 2) no mostró diferencias significativas (p> 0.05) entre los tratamientos indicando que el aceite esencial no incidió sobre la pérdida de peso, siendo el almidón de yuca el causante de la barrera semipermeable al vapor de agua.

Estudios reportan que un recubrimiento con 4% de almidón de yuca en tomate retardó la pérdida de peso (4.64%) frente al testigo (8.44%) después de 22 días (Barco et al., 2011), mientras que en guayaba el recubrimiento con 4% almidón más cera de carnauba y aloe vera fue el más efectivo, en razón a que perdió 22.21% de peso respecto a la muestra testigo con 40.13% luego de 18 días (Achipiz et al., 2013).

Tasa de respiración. Las muestras alcanzaron el pico climatérico en el día 4 y a partir del 5 se observó una disminución gradual en la tasa de respiración porque las células mueren y no hay consumo de O₂ para convertirlo en CO₂ (Achipiz et al., 2013). Con la determinación del área bajo la curva se obtuvo la tasa de respiración acumulada, encontrando que los pimientos sin recubrir se desarrollaron más rápidamente (11 333 mg CO₂ kg h) que los recubiertos (T2 con 1 0231 mg CO₂ kg h) y los adicionados de almidón y aceite (T3, T4 y T5 con 9 738, 9 597 y 9 538 mg CO₂ kg h), debido a que la respiración requiere como sustrato el oxígeno que se ve disminuido por la barrera física que ejercen los recubrimientos contra gases y vapor de agua (Márquez et al., 2009).

El Anova para los días 12 y 14 (Cuadro 2) arrojó diferencias significativas (p< 0.05), por lo que se rechazó la hipótesis nula (Ho) indicando que la aplicación del recubrimiento incidió sobre la tasa de respiración; se aplicó la prueba de Tukey que para el día 12 ordenó los tratamientos en tres grupos: el primero con la muestra testigo (T1) con menor intensidad respiratoria y deterioro rápido de tejidos por proliferación de microorganismos, el segundo con T2 y el último con T3, T4 y T5. Para el día 14 se generaron dos grupos, el primero con T2 y el segundo con T3, T4 y T5, indicando que el aceite esencial de tomillo incidió sobre la tasa de respiración debido a que posee propiedades antimicrobianas y antioxidantes (López et al., 2012).

Firmeza. Disminuyó en todos los tratamientos aunque no predominó un patrón (Figura 4). El Anova para el día 8 (Cuadro 2) arrojó diferencias significancias (p< 0.05), por lo cual se rechazó la hipótesis nula (Ho) y se aceptó la hipótesis alterna (Ha) que indica que la aplicación del recubrimiento incidió sobre la firmeza; la prueba de Tukey generó dos grupos: el primero con T1 y 2.69 N y el segundo con T2, T3, T4 y T5 con 6.01 N, 6.49 N, 6.33 N y 6.85 N respectivamente, indicando que el recubrimiento disminuyó la pérdida de firmeza al actuar como barrera ante el oxígeno (Pérez et al., 2010), fenómeno relacionado con la disminución de la tasa de respiración encontrada en los tratamientos con recubrimiento.

El Anova para el día 17 (Cuadro 2) no mostró diferencias significativas (p> 0.05) indicando que la variación de la firmeza fue similar en el transcurso de los días de evaluación y que la concentración de aceite en los tratamientos T3, T4 y T5 no influyó sobre la fuerza ante la compresión de los pimientos, indicando que la concentración de almidón es inversamente proporcional a la pérdida de firmeza.

Color. La disminución del color verde en los pimientos fue notoria, partiendo de un porcentaje de color verde entre 56.1 y 57.55 y finalizando entre 11.17 % y 11.56 % el día 17.

Los resultados mostraron diferencias significativas para el día 8 (p< 0.05) (Cuadro 2) indicando que el recubrimiento incidió sobre la pérdida de color y la prueba de Tukey generó dos subconjuntos: el primero con T1 y el segundo con T2, T3, T4 y T5. El ANOVA para los días 12 y 17 (Cuadro 2) no observó diferencias significativas (p> 0.05) indicando que el recubrimiento no incidió sobre la pérdida de color, conllevando a la desaparición de los pigmentos clorofílicos y la aparición progresiva de carotenoides cetónicos de coloración roja, resultados similares a los obtenidos por Carrasco et al. (2002) en pimientos verdes recubiertos con carboximetilcelulosa y ácido esteárico, en pimientos recubiertos con proteína de suero, caseinato de sodio, glicerol y emulsión de cera de abejas a 10 °C durante 20 días (Lerdthanangku y Krochta, 2006).

Inhibición de Alternaria y Fusarium. Las muestras de T1 y T2 tuvieron presencia de Alternaria y Fusarium a los 12 y 14 días respectivamente, las de T3 el día 16 posiblemente porque la concentración no fue suficiente, y en las de T4 y T5 no se observó debido a que el principal compuesto fenólico encontrado en el aceite es el carvacrol que penetra la membrana celular causando una desestabilización y pérdida de ATP (entre otros componentes intracelulares) que causan la muerte del hongo (Hassani et al., 2012) en concentraciones superiores a 1 000 ppm (Soto, 2006).

Los aceites esenciales de tomillo y orégano en concentraciones de 5 000 y 1 0000 ppm respectivamente redujeron el desarrollo de la enfermedad en tomate inoculados con B. cinerea y A. arborescens (Plotto et al., 2003) y para controlar R. stolonifer y E. coli DH5α a temperaturas entre 12 y 25 °C (Ramos et al., 2010). De igual manera, la adición 3% de aceite esencial de limón mejoró la actividad antifúngica del recubrimiento de quitosano en frío (5 °C) en fresas inoculadas con una suspensión de esporas de Botrytis cinerea (Perdones et al., 2012) y el recubrimiento compuesto de quitosano y aceite esencial de orégano (Origanum vulgare L.) demostró la eficacia de la aplicación de un, sobre el crecimiento de Rhizopus stolonifer y Aspergillus niger en la superficie de uvas (Vitis labrusca L.) (Timoteo et al., 2012).

La aplicación del recubrimiento de almidón modificado de yuca y aceite esencial de tomillo en concentraciones de 1 000 y 2 000 ppm permitió prolongar la vida pos cosecha del pimentón al retardar la pérdida de peso, firmeza y color, así como el deterioro por acción de microorganismos, incrementando de esta manera el tiempo de comercialización.

El aceite esencial de tomillo no incidió sobre la pérdida de peso, de firmeza y de color pero si lo hizo sobre la aparición de contaminación microbiana y sobre la tasa de respiración al ejercer un efecto de barrera en combinación con el almidón de yuca modificado que aporta buenas propiedades contra la migración de vapor de agua, resultados que motivan la obtención de aceites esenciales y almidón a partir de materiales encontrados en la región.

La aplicación del recubrimiento es una alternativa viable desde el punto de vista técnico pero presenta interrogantes en lo referente a la viabilidad económica debido a que el proceso de modificación del almidón no se encuentra estandarizado y no se han calculado los costos del mismo, lo que significa un reto en trabajos próximos teniendo en cuenta la importancia del sector en la economía nacional y la disponibilidad de materia prima de diversas fuentes vegetales.

Agradecimientos

Los autores(as) agadecen a la Universidad del Cauca por facilitar los recursos necesarios para alcanzar los objetivos trazados en el proyecto, y al profesor Leonairo Pencué por sus valiosos aportes.

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