Tesis:
Procedimientos instrumentales y modelos de estimación de las propiedades texturales y de la vida útil de melocotones y nectarinas
- Autor: BALTAZAR DEL CASTILLO, Jenny Paola
- Título: Procedimientos instrumentales y modelos de estimación de las propiedades texturales y de la vida útil de melocotones y nectarinas
- Fecha: 2024
- Materia:
- Escuela: E.T.S. DE INGENIERÍA AGRONÓMICA, ALIMENTARIA Y DE BIOSISTEMAS
- Departamentos: INGENIERIA AGROFORESTAL
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/81009/
- Director/a 1º: DIEZMA IGLESIAS, Belén
- Director/a 2º: CORREA HERNANDO, Eva Cristina
- Resumen: In recent years, there has been a decline in the consumption of peaches and nectarines attributed to the loss of organoleptic quality, encompassing aspects such as sweetness, texture, and juiciness. To reverse this trend, the need to adjust post-harvest protocols to ensure ready-to-eat products at the point of sale, along with guaranteeing organoleptic qualities, particularly in terms of juiciness and firmness, has been recognized. Therefore, the primary objective of the thesis is to develop procedures that enable precise control of the evolution of firmness and juiciness during post-harvest protocols.
The experimental phase of the research took place in the 2018, 2019, and 2021 seasons, evaluating a total of 2466 fruits from 9 peach varieties and 10 nectarine varieties. These fruits underwent 8 post-harvest protocols, including a wide range of physical and sensory tests. Measurements included the Magness-Taylor standard test for instrumental firmness, confined compression with juice collection for instrumental juiciness, VIS-NIR spectroscopy, as well as measurements of soluble solids, water content, and sensory analysis for firmness and juiciness.
In the initial phase of the study, various post-harvest protocols were implemented to generate the necessary variability to optimize instrumental methods for estimating juiciness. Simultaneously, the capacity of these protocols to ensure obtaining fruits with optimal organoleptic quality was evaluated. Results showed coefficients of variation exceeding 40% in variables such as instrumental firmness, sensory juiciness, and instrumental juiciness. At the end of the post-harvest protocols, 97% and 88% of soft and juicy fruits were achieved in peaches and nectarines, respectively.
Specific thresholds for instrumental firmness and juiciness were proposed, identifying fruits with a Magness-Taylor firmness below 20N and instrumental juiciness above 5.4 cm2 for nectarines and 5.8 for peaches as soft and juicy. These thresholds were supported by values of over 6 points in the sensory juiciness variable.
Progress towards non-destructive methods for evaluating textural characteristics was addressed through the application of NIR spectroscopy. Regression models using the PLS method were developed, obtaining correlations of 0.83 in nectarines and 0.86 in peaches for non-destructive juiciness estimation. Additionally, the possible relationship between integration times set during the acquisition of NIR spectra for each fruit and its textural quality was analyzed. This analysis allowed differentiation between high and low juiciness categories, evident in the analysis of variance with F values of 135,21 peach and 193,52 nectarines (significance level for p <0.05).
In the framework of the implementation of remaining shelf-life estimation models, temperature sensor data per batch and instrumental data at the individual fruit level were combined. This approach allowed the adaptation of the generic remaining shelf-life estimation model specifically for each variety. In this process, the most influential instrumental variables in the evolution of product shelf-life were identified, defining a single multidimensional variable through principal component analysis. From the principal component space, the maximum shelf-life of the product was established, and the projection of each fruit onto this space facilitated the estimation of the proportion of remaining shelf-life. Estimated shelf-life percentages were merged with time series and temperature records provided by the tracking sensor. Through an iterative process, the model was adjusted to obtain specific values of SHLref and Q10 for each variety. It was concluded that the average reference shelf-life (SHLref) of peaches is limited to 24 days, representing a 30% reduction (10 days less) compared to the average shelf-life of nectarines. Q10 values fluctuated between 1.5 and 2.8, highlighting differences in the metabolic processes governing the ripening and senescence of fruits in the various varieties studied.
This comprehensive approach represents a significant advancement in the understanding and management of post-harvest quality for peaches and nectarines, offering valuable information for the industry and contributing to the development of more effective and sustainable practices.
RESUMEN
En los últimos años, se ha observado un descenso en el consumo de melocotones y nectarinas, atribuido a la pérdida de calidad organoléptica, incluyendo aspectos como dulzor, textura y jugosidad. Para revertir esta tendencia, se ha reconocido la necesidad de ajustar los protocolos postcosecha para garantizar productos listos para el consumo (ready to eat) en el punto de venta, junto con asegurar las cualidades organolépticas, especialmente en términos de jugosidad y firmeza. Así el objetivo fundamental de la tesis es desarrollar procedimientos que permitan el control preciso de la evolución de la firmeza y la jugosidad durante los protocolos postcosecha.
La fase experimental de la investigación se desarrolló en las temporadas 2018, 2019 y 2021. Se evaluó un total de 2466 frutos, correspondientes a 9 variedades de melocotón y 10 de nectarinas. Estos frutos fueron sometidos a 8 protocolos postcosecha que incluyeron una amplia gama de pruebas, tanto físicas como sensoriales. Entre las mediciones realizadas se encuentran el ensayo estándar Magness-Taylor para la firmeza instrumental, la compresión confinada con recogida de jugo para la jugosidad instrumental, la espectroscopia VIS-NIR, así como determinación de sólidos solubles, contenido de agua y análisis sensorial de firmeza y jugosidad.
En una fase inicial del estudio, se implementaron diferentes protocolos postcosecha con el objetivo de generar la variabilidad necesaria para optimizar los métodos instrumentales de estimación de la jugosidad. Simultáneamente, se evaluó la capacidad de estos protocolos para asegurar la obtención de frutos con calidad organoléptica óptima. Los resultados mostraron coeficientes de variación superiores al 40 % en variables como firmeza instrumental, jugosidad sensorial y jugosidad instrumental. Al finalizar los protocolos postcosecha, se logró alcanzar el 97% y el 88% de frutos blandos y jugosos en melocotones y nectarinas, respectivamente.
Se propusieron umbrales específicos de firmeza y jugosidad instrumentales identificando como frutos blandos y jugosos aquellos que presentaban una firmeza Magness-Taylor inferior a 20 N y una jugosidad instrumental superior a 5,4 cm2 para nectarinas y 5,8 para melocotones. Estos umbrales se respaldaron con valores de más de 6 puntos en la variable de jugosidad sensorial.
El avance hacia métodos no destructivos para la evaluación de las características texturales se abordó mediante la aplicación de la espectroscopia NIR. Se desarrollaron modelos de regresión PLS, obteniendo correlaciones de 0,83 en nectarinas y 0,86 en melocotones para la estimación de la jugosidad. Además, se analizó la posible relación entre los tiempos de integración fijados durante la adquisición del espectro NIR de cada fruto y su calidad textural. Este análisis permitió diferenciar entre las categorías de jugosidad alta y baja, evidenciado en los análisis de varianza con valores de F=135,21 melocotones y F=193,52 nectarinas (nivel de significancia para p<0,05).
En el marco de la implementación de modelos de estimación de vida útil, se combinaron datos de sensores de temperatura por lote y datos instrumentales de calidad a nivel individual de cada fruto. Este enfoque permitió la adaptación del modelo genérico de estimación de vida útil remanente de forma específica para cada variedad. Durante este proceso, se identificaron las variables instrumentales más influyentes en la evolución de la vida útil del producto, definiendo así una única variable multidimensional mediante el análisis de componentes principales. Desde el espacio de componentes principales, se estableció la vida útil máxima del producto, y la proyección de cada fruto sobre dicho espacio permitió la estimación de la proporción de vida útil remanente. Los porcentajes de vida útil estimados junto con las series temporales y los registros de temperatura proporcionados por el sensor de seguimiento, permitieron, a través de un proceso iterativo, el ajuste del modelo para obtener valores específicos de SHLref y Q10 para cada variedad. Se concluyó que la vida útil media de referencia (SHLref) de los melocotones se limita a 24 días, lo que representa un 30% menos que la vida útil media de las nectarinas. Los valores de Q10 fluctuaron entre 1,5 y 2,8, evidenciando las diferencias en el comportamiento de los procesos metabólicos que dirigen la maduración y la senescencia de los frutos en las distintas variedades estudiadas.
Este enfoque integral representa un avance significativo en la comprensión y gestión de la calidad postcosecha de melocotones y nectarinas, ofreciendo información valiosa para la industria y contribuyendo al desarrollo de prácticas más efectivas y sostenibles.