effetti fisiologici indotti dalle condizioni di conservazione: temperatura e atmosfera controllata
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Effetti fisiologici indotti dalle condizioni
di conservazione:
Temperatura e Atmosfera controllata
Temperatura
La temperatura è il fattore ambientale più
importante per la conservazione dei prodotti
ortofrutticoli.
Come rispondono i prodotti alla temperatura ?
Dobbiamo distinguere i prodotti tra
quelli:
sensibili al chilling (chilling-
sensitive);
insensibili al chilling (chilling-
insensitive);
Figura Ec 3Risposte dei prodotti alla temperatura
La temperatura ideale di conservazione per
i prodotti:
chilling-sensitive: 10-14 °C
chilling-insensitive: 0-4 °C
Queste temperature riducono tutto il
metabolismo, quindi, anche i processi
caratteristici della maturazione
(respirazione, etilene: produzione e
sensibilità, softening, produzione di aromi,
ecc);
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se questi processi non sono controllati
inducono una precoce riduzione della
qualità dei prodotti.
Come agisce la temperatura ?
La temperatura influenza la velocità delle
reazioni
enzimatiche ( k ).
Generalmente la velocità delle reazioni
enzimatiche aumenta con la temperatura,
naturalmente entro i limiti in cui gli
enzimi sono stabili.
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La relazione che lega la velocità
specifica di una reazione (k) alla
temperatura è evidenziata nell’equazione
di Arrhenius:
k = ka e- (Ea/RT)
k = velocita di una reazione
ka = fattore di frequenza (numero di collisioni tra atomi,
molecole o ioni nell’unità di tempo).
Ea = energia di attivazione;
T = temperatura assoluta (Kelvin)
R = costante dei gas
Una via alternativa, per esprimere la
dipendenza delle reazioni dalla
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temperatura, è il Q10 (quoziente di
temperatura).
Il Q10 è stato molto usato negli studi
relativi alla biochimica degli
alimenti.
La velocità della maggior parte delle
reazioni enzimatiche raddoppia
approssimativamente per ogni aumento di
temperatura di 10 °C.
Il quoziente di temperatura, Q10:
k (t + 10 °C) Q10 =
k t °C
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Quindi con l’incremento della
temperatura i processi legati alla
maturazione sono più veloci con una
accelerazione della deperibilità dei
prodotti.
Q10 e deperibilità
Potremo scrivere l’equazione del Q10
considerando la deperibilità:
tasso di deperibilità (t + 10°C)Q10 =
tasso di deperibilità a t °C
Q10 e shelf-life
Il Q10 può essere calcolato anche per
la diversa shelf-life di un prodotto ad
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una temperatura e ad una temperatura
più alta di 10 °C.
Considerato che il tasso di
deperibilità è inversamente
proporzionale alla shelf-life avremo:
shelf-life a t °C Q10 =
shelf-life (t + 10 °C)
Se riporto in un grafico la shelf-life
vs la temperatura ottengo una linea
retta ma solo nel range di temperatura
compresa tra 10 e 20 °C.
Esempio:
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- shelf-life di un prodotto: 10 settimane
a 10 °C;
- shelf-life di un prodotto: 5 settimane a
20 °C
10Q10 = = 2
5
I valori di Q10 sono generalmente alti
( 4-7) tra 1 – 10 °C ;
e bassi (2-3) per temperature sopra a
10 °C.
Alti valori di Q10 sono indice di shelf-
life più lunga senza perdita di qualità.
Con valori alti di Q10 significa che
l’energia di attivazione necessaria per
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le singole reazioni enzimatiche è più
alta, di conseguenza tutto il
metabolismo rallenta.
Figura Ec 4Relazione tra temperatura e shelf-life
Negli studi che riguardano la
determinazione della shelf-life il primo
step è quello di individuare un processo
che abbia un effetto più marcato di altri
sulla perdita di qualità di un prodotto e
che possa essere misurato.
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Per i prodotti freschi la respirazione è
uno dei processi che influenza più di
altri la qualità di un prodotto.
Effetto della Temperatura sulla
respirazione
Tra i processi della maturazione la
respirazione è quello più influenzato
dalla temperatura.
Figura Ec 5Relazione tra temperatura e respirazione
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Nella figura si nota che ai due estremi di
temperatura
< 10 °C e > 50 °C
la riduzione dell’attività respiratoria è
dovuta in entrambi i casi alla diminuzione
della velocità delle reazioni enzimatiche
(riduzione Vmax) ottenuta però con due
diversi meccanismi:
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a) > 50 °C la riduzione della Vmax è
dovuta alla denaturazione delle
molecole enzimatiche.
b) < 10 °C la riduzione della Vmax è
dovuta alla diminuzione dell’energia
cinetica delle molecole di substrato.
In altre parole, l’energia di
attivazione necessaria per le singole
reazioni enzimatiche è più alta con la
conseguente diminuzione della velocità
dell’intero processo.
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Evidenze sperimentali molto recenti (2002)
hanno dimostrato che gli enzimi respiratori
più sensibili alla basse temperature sono:
- NADH deidrogenasi interna ed esterna;
- ATP sintetasi;
Temperatura e trattamenti possibili in post-
raccolta:
1. Cooling per la rimozione del “calore di
campo”;
2. Cooling durante la conservazione;
3. Trattamenti pre-conservazione con alte temperature;
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1. Cooling per la rimozione del “calore di
campo”
Dopo la raccolta i prodotti sono più
sensibili ai cambiamenti di temperatura,
quindi è auspicabile un loro rapido cooling.
Il cooling dei prodotti in post-raccolta ha
come obiettivo quello di:
a) Ridurre rapidamente la respirazione;
b) Minimizzare la perdita di acqua;
c) Ridurre lo sviluppo dei funghi
patogeni;
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Il calore prodotto dalla respirazione
provoca l’aumento della temperatura nei
prodotti;
esempio:
frutti di ciliegio raccolti e lasciati
a temperatura ambiente aumentano la
temperatura di 1 °C ora.
In particolare, per i piccoli frutti
(ciliegie, lamponi, mirtillo, ecc.) un
rapido raffreddamento dopo la raccolta è
essenziale per preservarne la qualità.
I metodi impiegati per il cooling sono:
a) Idrocooling;
b) Cooling con aria forzata fredda;
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a) Idrocooling : può essere effettuato per
immersione o a doccia.
La temperatura dell’acqua dovrebbe essere
tra 0-0.5 °C.
L’idrocooling è generalmente utilizzato
per i “tree-fruits” (mele, pere, ecc) e i
meloni.
Non adatto per l’uva e i piccoli frutti
poiché l’acqua che rimane sulla superficie
favorisce la deperibilità.
La durata dell’idrocooling dipende:
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dal diametro dei frutti e dal flusso di
acqua;
esempio: per prodotti di piccolo
come le ciliegie ca. 10 min,
per i meloni ca. 1 ora.
b) Cooling con aria forzata, fredda e umida
( 80% di UR)
Impiegato per gli ortaggi, fiori recisi,
uva e piccoli frutti.
In confronto all’idrocooling
l’abbassamento di temperatura dei prodotti
è più lento e può indurre in alcuni casi
una perdita eccessiva di acqua se l’UR
dell’aria non è ben controllata.
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La durata del trattamento dipende dal
flusso di aria, dalla temperatura
dell’aria e dal diametro dei prodotti
trattati.
Delayed cooling: La maggior parte dei
prodotti trae beneficio,
in termini di qualità, da un rapido
“cooling”,
con due eccezioni: il kiwi e le
pesche-nettarine.
Questi frutti dopo la raccolta devono
essere lasciati a temperatura ambiente per
qualche giorno.
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Per quale motivo?
Kiwi: Problema dei marciumi causato dalla
Botrytis cinerea.
Se il frutto è lasciato per 24-72 ore a
temperatura ambiente (ottimo tra 10-20 °C)
e poi raffreddato a 10 °C, le cellule
prossime al taglio del picciolo riescono a
produrre suberina e fenoli creando una
barriera fisica che impedisce l’ingresso
alle spore/ife della Botrytis..
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Nettarine: le cvs late-ripening sono sensibili
alle basse
temperature normalmente utilizzate
nella conservazione.
Dopo 1-2 settimane a 0 °C sviluppano
una fisiopatia denominata “woolliness”
or “mealiness” (lanoso o farinoso).
Tutto o parte del mesocarpo (parte
edule) si presenta inizialmente
disidratato e poco succoso (lanoso),
successivamente diventa farinoso.
Esternamente questi frutti sono
normali.
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Questa fisiopatia è causata dall’anormale
metabolismo delle pectine.
Figura Ec 6Danni da chilling in pesche e nettarine
Si verifica uno sbilanciamento
nell’attività di due enzimi:
la poligalatturonasi (PG) e la pectin
metil esterasi (PME).
PG: sensibile alle basse temperature;
PME: poco-sensibile alle basse
temperature;
Figura Ec 7 Attività di PG e PME in pesche conservate
a O°C (from Zhou et al., 2000)
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Le pectine sono de-esterificate (per
attività della PME) ma non depolimerizzate
(per bassa attività della PG).
Le pectine de-esterificate legano gli ioni
Ca2+ presenti nell’apoplasto.
Il pectato di Ca2+ richiama acqua dalle
cellule formando un gel (polpa lanosa).
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Successivamente (a temperatura ambiente)
le pectine sono idrolizzate dalla PG
portando alla formazione della polpa
farinosa.
Per la prevenzione di questa fisiopatia i
frutti sono lasciati dopo la raccolta a
temperatura ambiente per 36-48 ore prima di
essere raffreddati a 0 °C.
In questa fisiopatia è stato dimostrato
anche il coinvolgimento dell’etilene.
I frutti lasciati a temperatura
ambiente per 36-48 ore mantengono la
capacità di produrre etilene durante la
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conservazione iniziando il normale
processo di ripening.
Al contrario i frutti conservati dopo
la raccolta a O°C perdono la capacità
di produrre etilene dopo poche
settimane di conservazione.
Questa fisiopatia è stata osservata in altri
prodotti come pomodoro, agrumi, avocado e
mele.
Anche questi frutti traggono beneficio da
un abbassamento graduale della
temperatura.
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Con questo accorgimento questi prodotti
possono essere conservati a temperature
inferiori dalla norma senza indurre danni
da chilling.
2. Cooling durante la conservazione
Le basse temperature hanno effetto sulla
postharvest-life dei prodotto perché
riducono drasticamente tutto il metabolismo,
in particolare la respirazione.
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Anche la produzione, la sensibilità
(recettori) all’etilene e il softening
sono rallentati.
Con una bassa temperatura è più facile
controllare l’UR (> 80 %) dell’ambiente e
quindi evitare perdite di acqua dal
prodotto.
Una perdita di acqua del 3-5 % ha
effetti visibili (appassimento) su
molti prodotti
Inoltre le basse temperature inibiscono la
crescita e lo sviluppo
dei funghi patogeni.
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Ottimo di temperatura durante la conservazione
(indicativo),
0-3 °C: frutti pomaceae e drupaceae, kaki (bacca).
6-8 °C: frutti poco-sensibili al
chilling,
10-14 °C: frutti sensibili al chilling,
E’ utile ricordare che a queste temperature
il processo di ripening è ridotto NON
arrestato.
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3. Trattamenti pre-conservazione con alte
temperature
Temperature utilizzate tra 35-38 °C fino a
65 °C.
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Obiettivo primario del trattamento è quello
di:
a) Eliminare eventuali insetti presenti (disinfestazione)
b) Controllare lo sviluppo dei funghi
patogeni.
Le alte temperature sostituiscono i
trattamenti chimici nel controllo degli
insetti e dei funghi.
Successivamente si è visto che le alte
temperature inducevano effetti positivi sui
prodotti trattati.
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In particolare:
c) Inducono la resistenza alle basse
temperature (i danni da chilling nei
prodotti sono ridotti);
d) Influiscono positivamente sul processo
di ripening e quindi sul mantenimento
della qualità dei prodotti:
Inibizione della sintesi di etilene
(inattivazione di ACC ossidasi);
Softening più lento rispetto al
controllo;
Altri effetti positivi indotti
(colore, de-greening, composti
volatili, ecc) sono in relazione alla
specie
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e alle cvs.
I metodi impiegati per questo trattamento sono:
Acqua calda: 50-65 °C per 10-20 sec ad un
max di 10 min (immersione o spray);
Vapor acqueo a 40-50 °C;
Aria calda: circa 36 °C per alcune ore o giorni (2-3);
Con quale meccanismo questi trattamenti
riducono il danno
da chilling?
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Le alte temperature inducono:
La formazione di heat-shock-proteins (HSPs).
Le piante sintetizzano numerose HSPs (15-
20 kDa) classificate in 4 classi in
relazione alla loro localizzazione:
Classe I e II, citoplasma;
classe III, organelli;
classe IV, reticolo endoplasmico.
Le HSPs si aggregano formando complessi
proteici, range tra 200-800 kDa, sono
questi complessi quelli ritenuti
fisiologicamente attivi.
Questi complessi proteici di HSPs hanno la
capacità di proteggere le cellule dagli
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effetti negativi indotti dal chilling
(Sabehat et al., 1998).
Adattamento a livello delle membrane.
In particolare viene modificata la
composizione lipidica delle membrane
cellulari e organellari: (Lurie et al.,
1997)
aumento dei fosfolipidi, diminuzione
degli steroli (C 27-30), quindi il rapporto
tra steroli/fosfolipidi diminuisce.
Nei fosfolipidi aumentano gli acidi
grassi insaturi.
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Gli acidi grassi più diffusi nelle piante
sono:
Insaturi C: 18 ( 1 = ) ac.
oleico
(doppi legami cis) C: 16 ( 2 = ) ac.
linoleico
C: 16 ( 3 = ) ac. Linolenico
Saturi C : 16 ac.
palmitico
C : 18 ac.
stearico
Il doppio legame nella catena crea una
piegatura e questo previene un eccessivo
impacchettamento del doppio strato
lipidico (Trigliceride + 1 ac grasso
saturo e 1 insaturo).
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Il risultato è una grande fluidità della
membrana, che ha un ruolo cruciale nella
funzione di questa struttura.
La fluidità delle membrane è molto
influenzata dalla temperatura.
Piante più resistenti alle basse
temperature hanno una % più elevata di
acidi grassi insaturi.
Esempio: frutti di pomodoro
Acidi grassi Frutti nontrattati
%
Frutti trattatiad A. T.
%Palmitico 32Stearico 5
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Oleico 8Linoleico 47 Aumentano
questi acidi
grassi
Linolenico 9
Quando i trattamenti con alte temperature non
sono effettuati razionalmente possono
provocare danni sui prodotti molto simili ai
danni da chilling:
- imbrunimenti interni ed esterni;
Figura Ec 8Danni da chilling: imbrunimenti interni ed esterni
in pere e mele
- ingiallimenti (degr. clorofilla);
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- formazione di infossature detta anche
“butteratura” (pitting); (Lurie et al.,
1998).
Figura Ec 9Danni da chilling: butteratura nelle mele
- Sviluppo di off-flavours;
Gli imbrunimenti sono dovuti all’azione delle
polifenolo ossidasi (PPO) sui fenoli
rilasciati dal vacuolo dopo il chilling.
Un particolare tipo di imbrunimento esterno
osservato nelle mele,pere e banane è chiamato
“scottatura superficiale” (superficial scald).
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Figura Ec 10Danni da chilling: scottatura superficiale in pere
e mele
Il composto che causa questa fisiopatia è
l’ -farnesene, un terpene a 15 atomi di
C.
Questo composto a seguito di stress da
chilling si accumula nei fosfolipidi delle
membrane delle cellule dell’epidermide.
I prodotti di ossidazione del farnesene
provocano la rottura delle membrane,
esterne (plasmalemma) e interne
(tonoplasto) alle cellule, con lo sviluppo
del caratteristico imbrunimento
superficiale.
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Le cvs più sensibili a questa fisiopatia
devono essere conservate a temperature
superiori a 5 °C.
Warming-temperature
Con l’obiettivo di prevenire e/o ridurre i
danni da chilling sui prodotti i
ricercatori hanno testato l’effetto che ha
l’interruzione del cooling durante la
conservazione:
Warming-temperature utilizzate sono state
diverse e comprese
tra 7 °C (per 10-15 giorni) e 20 °C (per
2-3 giorni)
successivamente di nuovo cooling.
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Le warming-temperature sono risultate
efficaci nel ridurre i danni da chilling
(pesche, pesche-nettarine, susine, ecc).
I prodotti delle diverse specie e/o cvs
rispondono in modo diverso alle basse
temperature.
La conoscenza dei processi metabolici che
risultano totalmente o parzialmente
bloccati, modificati o alterati dalle
basse o alte temperature è di fondamentale
importanza per riuscire a migliorare la
tecnologia in post-raccolta e quindi
preservare più a lungo la qualità dei
prodotti.
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