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FACULTAD DE INGENIERÍA, ARQUITECTURA Y URBANISMO ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL Y COMERCIO EXTERIOR INFORME N°4 MEDICION DE LA RESPIRACIÓN ALUMNO: WILDER AXEL JIMENEZ OLIDEN ELVIS PISFIL ALVORNOZ DOCENTE: SIMPALO LOPEZ, WALTER BERNARDO ASIGNATURA: FISIOLOGIA Y MANEJO DE POS COSECHA Pimentel, 24 de octubre del 2018

I.

INTRODUCCION Para los productores y exportadores, las exportaciones son importantes para su economía, el factor más importante es mantener una buena calidad. El objetivo básico del manejo de post-cosecha es el de asegurar que esto se cumpla. Antes de iniciarse en el tema de la fisiología y manejo de pos cosecha, es necesario definir el concepto denominado calidad. Esta se puede definir como las características o atributos inherentes al producto (la palta) que determinan su grado relativo de excelencia. Esto incluye la manera como el manejo de post-cosecha influye sobre la apariencia, el sabor y la textura del fruto. Todos los cultivos hortofrutícolas tienen ciertas características que son importantes de recordar cuando se trata de desarrollar estrategias para mantener la calidad después de la cosecha. Es de vital importancia recordar que la palta es un tejido vivo, con altos contenidos de agua, cuya pérdida es importante evitar. Además, está sujeta al ataque de organismos patógenos y si el fruto está bajo stress, será más susceptible a la descomposición, por lo tanto, al igual que en los árboles, se debe minimizar cualquier stress de los frutos después de cosechados. La respiración consume oxígeno del medio ambiente y sustrato del órgano vegetal. Como consecuencia se producen CO2, agua y energía (tanto química como en forma de calor). Teóricamente, los cambios en cualquiera de estos reactivos o productos se pueden usar como medida de este proceso. En vista de que las reacciones involucradas en la respiración se llevan a cabo en un medio acuoso, la pequeña cantidad de agua producida en relación con el volumen total de agua presente en el tejido no se puede medir exactamente. Según Neves Filho (1991), en el proceso de la respiración ocurre una pérdida de sustrato que, en frutas y hortalizas cogidas, no son repuestos, dando inicio el proceso de deterioro del producto. La respiración que ocurre en presencia de oxígeno es un excelente indicador de la actividad metabólica del tejido, por tanto, puede ser usada como guía de la vida útil del producto.

II.

OBJETIVOS



Medir la respiración de la palta mediante la captura del CO2 del vegetal.

III.



Medir la transpiración a diferente temperatura y a diferente humedad.



Evaluar el efecto del daño mecánico en la velocidad de respiración.

MARCO TEORICO 1.1.

Respiración en frutas y hortalizas

La respiración consume oxígeno del medio ambiente y sustrato del órgano vegetal. Como consecuencia se producen CO 2, agua y energía (tanto química como en forma de calor). Teóricamente, los cambios en cualquiera de estos reactivos o productos se pueden usar como medida de este proceso. En vista de que las reacciones involucradas en la respiración se llevan a cabo en un medio acuoso, la pequeña cantidad de agua producida en relación con el volumen total de agua presente en el tejido no se puede medir exactamente. El proceso por el cual las células degradan las moléculas de alimento para obtener energía recibe el nombre de RESPIRACIÓN CELULAR. La respiración celular puede ser considerada como una serie de reacciones de óxido-reducción en las cuales las moléculas combustibles son paulatinamente oxidadas y degradadas liberando energía. Los protones perdidos por el alimento son captados por coenzímas. La respiración ocurre en distintas estructuras celulares. La primera de ellas es la glucólisis que ocurre en el citoplasma. La segunda etapa dependerá de la presencia o ausencia de O2 en el medio, determinando en el primer

caso la respiración aeróbica (ocurre en las mitocondrias), y en el segundo caso la respiración anaeróbica o fermentación (ocurre en el citoplasma). La producción de energía, ya sea atrapada químicamente o liberada en forma de calor, es también difícil de medir con exactitud. Como consecuencia, la utilización de O2 o la producción de CO2 se usan casi invariablemente para monitorear la respiración: Sustrato + O2 è CO2 + H2O + ATP y calor. La respiración involucra 3 procesos metabólicos vitales íntimamente ligados: 

Glicolisis.

En la glicolisis, la glucosa es degradada secuencialmente a partir del almidón y sacarosa para formar ácido pirúvico. El ácido pirúvico, posteriormente es transferido al ciclo de Krebs. Las reacciones de la glicolisis no requieren oxígeno. Sin embargo, si se dan condiciones anaeróbicas cuando el producto es almacenado en un lugar poco ventilado o escaso de oxígeno, el ácido pirúvico no puede ser transferido al ciclo de Krebs y se acumula en el citoplasma de las células produciéndose etanol, lo que da lugar al proceso de fermentación. La fermentación tiene consecuencias desastrosas para los tejidos vivos en términos de sus reservas almacenadas y la acumulación de compuestos indeseables. De ahí la necesidad de instalar sistemas de ventilación en los almacenes o asegurar la circulación de aire. La glucólisis, lisis o escisión de la glucosa, tiene lugar en una serie de nueve reacciones, cada una catalizada por una enzima específica, hasta formar dos moléculas de ácido pirúvico, con la producción concomitante de ATP. La ganancia neta es de dos moléculas de ATP, y dos de NADH por cada molécula de glucosa. Las reacciones de la glucólisis se realizan en el citoplasma, como ya adelantáramos y pueden darse en condiciones anaerobias; es decir en ausencia de oxígeno.

Los primeros cuatro pasos de la glucólisis sirven para fosforilar (incorporar fosfatos) a la glucosa y convertirla en dos moléculas del compuesto de 3 carbonos gliceraldehído fosfato (PGAL). En estas reacciones se invierten dos moléculas de ATP a fin de activar la molécula de glucosa y prepararla para su ruptura.

ECUACIÓN DE LA GLUCÓLISIS Glucosa + 2 ADP + 2 Pi + 2 NAD+

2 piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2

H+ + 2 H2O 

RESPIRACION ANAEROBICA El ácido pirúvico puede tomar por una de varias vías. Dos son anaeróbicas (sin oxígeno) y se denomina fermentación alcohólica y fermentación láctica. A la falta de oxígeno, el ácido pirúvico puede convertirse en etanol (alcohol etílico) o ácido láctico según el tipo de célula. Por ejemplo, las células de las levaduras pueden crecer con oxígeno o sin él. Al extraer jugos azucarados de las uvas y al almacenarlos en forma anaerobia, las células de las levaduras convierten el jugo de la fruta en vino al convertir la glucosa en etanol. Cuando el azúcar se agota las levaduras dejan de fermentar y en este punto la concentración de alcohol está entre un 12 y un 17 % según sea la variedad de la uva y la época en que fue cosechada. a) Fermentación alcohólica El

ácido

pirúvico

formado

en

la

glucólisis

se

convierte

anaeróbicamente en etanol. En el primer caso se libera dióxido de carbono, y en el segundo se oxida el NADH y se reduce a acetaldehído. Otras células, como por ejemplo los glóbulos rojos, las células musculares y algunos microorganismos transforman el ácido Pirúvico en ácido láctico.

En el caso de las células musculares, la fermentación láctica, se produce como resultado de ejercicios extenuantes durante los cuales el aporte de oxígeno no alcanza a cubrir las necesidades del metabolismo celular. La acumulación del ácido láctico en estas células produce la sensación de cansancio muscular que muchas veces acompaña a esos ejercicios b) Fermentación láctica En esta reacción el NADH se oxida y el ácido pirúvico se reduce transformándose en ácido láctico.

o o

Alcohólica : 2 ácido pirúvico + 2 NADH = 2 etanol + 2 CO2 + 2 NAD+ Láctica : 2 ácido pirúvico + 2 NADH = 2 ácido láctico + 2 NAD+

La finalidad de la fermentación es regenerar el NAD+ permitiendo que la glucólisis continúe y produzca una provisión pequeña pero vital de ATP para el organismo. 

RESPIRACIÓN AERÓBICA En presencia de oxígeno, la etapa siguiente de la degradación de la glucosa es la respiración, es decir la oxidación escalonada del ácido pirúvico a dióxido de carbono y agua. La respiración aeróbica se cumple en dos etapas: el ciclo de Krebs y el transporte de electrones y la fosforilación oxidativa (estos dos últimos procesos transcurren acopladamente).

En las células eucariotas estas reacciones tienen lugar dentro de las mitocondrias; en las procariotas se llevan a cabo en estructuras respiratorias de la membrana plasmática.



Ciclo de Krebs (o del ácido cítrico). Las reacciones del ciclo de Krebs se dan en la mitocondria, donde el ácido pirúvico producido en la glicólisis, sigue un proceso de descarboxilación y oxidación para formar ácido cítrico, y finalmente ácido oxalacético con lo que el ciclo se reinicia. En todo este proceso hay liberación de 3 moléculas de CO2 y generación de energía en forma de 4 pares de electrones (NAD + H) y un par como FADH2. El ácido cítrico inicia una serie de pasos durante los cuales la molécula original se reordena y continúa oxidándose, en consecuencia se reducen otras moléculas: de NAD+ a NADH y de FAD+ a FADH2. Además ocurren dos carboxilaciones y como resultado de esta serie de reacciones vuelve a obtenerse una molécula inicial de 4 carbonos el ácido oxalacético. El proceso completo puede describirse como un ciclo de oxalacético a oxalacético, donde dos átomos de carbono se adicionan como acetilo y dos átomos de carbono (pero no los mismos) se pierden como CO2.

Dado que por cada molécula de glucosa inicial se habían obtenido dos de ácido pirúvico y, por lo tanto, dos de acetil CoA, deben cumplirse dos vueltas del ciclo de Krebs por cada molécula de glucosa. En consecuencia, los productos obtenidos de este proceso son el doble del esquema que se detalla a continuación. Sistema del citocromo (o transporte de electrones). Los electrones producidos en el Ciclo de Krebs son transferidos a través de un gradiente de compuestos aceptores de electrones de menor a mayor potencial. El compuesto final en esta gradiente es el oxígeno que es el de mayor potencial de reducción (mayor aceptor), en combinación con oxígeno se forma agua. Durante este proceso, parte de la energía libre es conservada como ATP que es una forma biológicamente “usable” para el funcionamiento de reacciones sintéticas y principales ciclos vitales. Sin embargo, parte de esta energía libre se pierde también como calor (energía vital). Esta elevación de la temperatura debe disiparse mediante sistemas de ventilación para evitar la condensación sobre superficies frías y la formación de agua libre que tiene funestas consecuencias en el almacenamiento de productos perecederos.

El estado de desarrollo de una planta o parte de ella puede ejercer un efecto muy pronunciado sobre la velocidad respiratoria y metabólica del tejido vegetal después de la cosecha. Por lo general, las células jóvenes, de crecimiento activo tienden a tener mayor velocidad respiratoria que las células senescentes o más maduras. Sin embargo, se debe considerar que existen también algunos factores que afectan esta relación entre madurez y velocidad respiratoria, por ejemplo, la especie, la parte de la planta bajo consideración, y el rango de estados de madurez son a menudo críticos. Los efectos de la madurez sobre la respiración son más pronunciados en los frutos climatéricos cuando el rango de estados de madurez bajo estudio incluye los estados pre climatérico, climatérico y pos climatérico. Atendiendo a los cambios en la actividad respiratoria que ocurren en las frutas cosechadas, éstas se pueden clasificar típicamente en dos grupos, climatéricos y no climatéricos durante las etapas finales de la ontogenia del órgano. Los frutos clasificados como climatéricos exhiben una elevación marcada en su actividad respiratoria hacia el final de la fase de maduración. La etapa climatérica representa una transición entre la maduración y la senescencia. Los frutos no climatéricos no exhiben dicha elevación en la actividad respiratoria, sino una disminución progresiva y lenta hasta la senescencia. La velocidad de la actividad respiratoria de un producto almacenado se puede

usar

como

indicadora

para

ajustar

las

condiciones

de

almacenamiento para maximizar la longevidad del producto. Como consecuencia, es a menudo deseable evaluar la respiración de los productos hortofrutícolas en las bodegas comerciales. Dichas evaluaciones se pueden usar también en muchos casos como indicadores generales de la vida de almacenamiento potencial de los productos. Además, la velocidad de respiración se puede usar para calcular la pérdida de materia seca del producto durante el almacenamiento y la velocidad de absorción de oxígeno por parte del producto del aire y de la bodega. Para evaluar la respiración de un producto existen varias técnicas que se pueden usar para colectar muestras de gases de un producto. 1.2.

El Climaterio.

En términos botánicos, el climaterio de los frutos corresponde a un período de aumento significativo de la actividad respiratoria asociada al final del

proceso de maduración. Este período de respiración climatérica es una fase de transición entre la maduración y la senescencia. La tasa de respiración de los frutos durante el proceso de maduración determinará si son frutos climatéricos o no climatéricos. Un fruto climatérico (plátano, manzana, pera, palto, mango, papaya, etc.) permitirá ser cosechado y manipulado en estado pre-climatérico, para luego ser madurado durante su comercialización y transporte, preservando sus características de calidad para el consumidor final. Al estado pre-climatérico, la tasa respiratoria se encuentra a un mínimo, elevándose luego hasta dos o cuatro veces el mínimo pre-climatérico durante la fase final de maduración. La determinación del momento oportuno de cosecha de un fruto climatérico es de importancia crucial para asegurar la aparición de las características de calidad en el fruto maduro al final del canal de comercialización. La medición de una serie de parámetros en muestras de frutos ayudará a la determinación del momento oportuno de cosecha, entre ellos se tiene: 

Índice de respiración y concentración de etileno



Tiempo entre la floración y la maduración



Coloración de semillas



Reconversión de almidón



Color de fondo de la cáscara



Firmeza de la pulpa



Índice refracto métrico (°Brix)



Concentración de ácidos orgánicos y azúcares en los jugos



Los frutos no climatéricos, por otro lado, no muestran el incremento de la tasa respiratoria durante el proceso de maduración. Si no que por el contrario, muestran una progresiva y lenta tasa respiratoria durante la senescencia debido a la invasión microbiana y fungosa que conducirá a la descomposición del producto. No controlar la tasa de respiración trae como consecuencias:

 Pérdida de energía y con esta su menor capacidad en el tiempo para que pueda mantener su condición inicial (vida útil).  Reducción del valor alimenticio total dado su inversión de reservas.  Pérdida de peso como materia seca debido a la eliminación de dióxido de carbono; y se pierde peso fresco por la eliminación de agua (este

último es ínfimo sí se comparará con él debido a la pérdida por transpiración)  En un ambiente donde el oxígeno se agota con rapidez, puede deteriorarse el producto dado que no hay buena ventilación y se tienen entonces condiciones anaeróbicas.  Incremento de temperatura en el ambiente, dado que, no obstante, la energía liberada en el proceso de respiración sirve para actividades normales del producto, el mayor porcentaje de ésta es liberada al medio circundante, lo que requiere estar removiendo cantidades adicionales de energía.

IV.

MATERIALES a. Materia prima: -

Palta

b. Materiales y equipos: -

Frasco de almacenamiento de la fruta o reactor.

-

Bomba Oxigenador de acuario

-

Balanza

-

Mangueras de látex

-

Cronómetro

-

Solución de KOH al 9%

-

Solución de Ba(OH)2

-

Ácido oxálico 0.1N

-

Soldimix

-

3 envases de vidrio de 286ml

-

1 envase de vidrio mediano

-

Fenolftaleína

-

trampas

0.1N

V.

Agua destilada

METODO a. Procedimiento para medir respiración en fruta o hortaliza intacta. 

Montar el respirometro según el diagrama adjunto en la figura 01.



Pesar y Colocar la fruta u hortaliza (promedio de 478g) en el reactor.



Colocar 90 ml de KOH al 9% en las trampas.



Regular el flujo de aire de la bomba de pecera.



Efectuar barrido en las cámaras durante 10 minutos.



Colocar 60 ml de Ba(OH)2 en las trampas.



Dejar las frutas respirando durante 15 a 25 minutos.



Suspender el paso de aire.



Pasar a un erlenmeyer limpio la solución de Ba(OH)2.



Titular rápidamente con solución de ácido oxálico.



Hacer un blanco para cada determinación.



Calcular la intensidad respiratoria según la siguiente fórmula:

Formula: Intensidad Respiratoria

Dónde: Vm = Volumen de ácido oxálico para titular la muestra (ml) Vb = Volumen de ácido oxálico para titular el blanco (ml) N = Normalidad del ácido oxálico (meq/L) W = Peso de la muestra t = Tiempo de barrido 60 = Factor de conversión para el tiempo (min/Hr) 22 = Peso miliequivalente del CO2 (g/meq) I. R. = Intensidad respiratoria (mg CO2/Kg.Hr)

Bomba aporta aire (formado por CO2 y O2), siendo el CO2 el que reacciona con el KOH , liberando O2 puro que será tomado por la materia prima y desprenderá el CO2 que será retenido por el Ba(OH)2.

VI.

RESULTADOS a. EVALUACION DE LA RESPIRACION Se utilizó paltas, para evaluar su respiración, según como muestra la siguiente imagen.

Imagen N°1: MIDIENDO LA RESPIRACION DE LAS PALTAS

Imagen N°2: Ba(OH)2 CON CO2 CAPTURADO LISTO PARA SER TITULADO

Al realizar la medida respectiva de la respiración de las paltas se obtuvieron los siguientes datos. DATOS: Vm = 13.4ml Vb = 16.5ml N = 0.1 W = 478g t = 25min 60 = Factor de conversión para el tiempo (min/Hr) 22 = Peso miliequivalente del CO2 (g/meq) I.

R. = Intensidad respiratoria (mgCO2/Kg.Hr)

Luego se reemplaza en la formula siguiente para determinar la intensidad respiratoria que presentan las paltas.

IR = 0.034 mgC02/ Kg.Hr El índice de respiración de la palta fue de 0.034mgCO2/Kg.hr.

VII.

CONCLUSIONES 

Se midió la respiración de la palta, mediante la captura del CO2 liberado por el vegetal.



El respirómetro diseñado permitió la evaluación de la actividad respiratoria.



VIII.

El índice de respiración de la palta fue de 0.034mgCO2/Kg.hr

BIBLOGRAFIA



Artés, F. 1999. Avances en los tratamientos post-cosecha para la conservación en fresco de limón y pomelos. Levante Agrícola, Especial post-cosecha. (38), 348:289-294.



CÁCERES I, MULKAY T., RODRÍGUEZ J., AUMIER A., Conservación de Productos Hortofrutícolas, Instituto De Investigaciones En Fruticultura Tropical



LAS FRUTAS Y HORTALIZAS FRESCAS COMO PRODUCTOS PERECIBLES (disponible versión online) http://www.fao.org/docrep/x5055s/x5055S02.htm



REYNA C., Manejo Postcosecha y Evaluación de la Calidad Para la Naranja, Limón, Mandarina que se Comercializan en la Ciudad De Neiva, Universidad Surcolombiana, tienen sus huertos.



TABLA DE PROPIEDADES DE VERDURAS (disponible versión online) http://www.edukativos.com/apuntes/archives/1218



Tecnología de Postcosecha. El etileno, un gas para tener en cuenta (disponible online http://www.inta.gov.ar/sanpedro/info/doc/pos/rm_005.htm) (consultada el 15 de noviembre)



VALENZUELA,

C.;

BOHORORQUEZ,

Y.,

Manejo

y

Procesamiento de Frutas Y Hortalizas, Ibagué – Tolima, 2002

IX.

ANEXOS

IMAGEN N°1: pesado de la palta. IMAGEN N°2: incorporación de la palta al respirometro.

IMAGEN N°3: funcionamiento del IMAGEN N°5: con preparación delprima. ácido IMAGEN N°6: incorporación de respirometro la materia IMAGEN N°4: hidróxido de potasio. oxálico. fenolftaleína.

Postcosecha

y