Qualità dei prodotti di origine vegetale - parte 2

La respirazione

Mitocondri e cloroplasti

Mitocondri e cloroplasti sono organelli fortemente collegati, coinvolti il primo nella respirazione, mentre il secondo nella fotosintesi. Gli zuccheri raccolti dalla fotosintesi vengono utilizzati a livello mitocondriale per produrre energia, ciò richiede ossigeno mentre gli output sono CO e H₂O, riutilizzati dalle piante → sistema perfetto grazie al sole che dà forza e garanzia di energia luminosa.

L’utilizzo degli zuccheri da parte dei mitocondri per produrre energia è necessario perché serve ATP (molecola che consente di avere energia per il funzionamento delle catene biosintetiche all’interno della cellula).

Le cellule utilizzano le riserve per produrre energia (ATP), CO₂ e H₂O. L’utilizzazione delle riserve ha inizio con l’idrolisi dell’amido e la formazione di glucosio che entra nel processo di glicolisi. Al termine della glicolisi viene prodotto piruvato che si lega al coenzima A e CO₂, la quale entrando nel ciclo di Krebs, conduce alla formazione di ATP.

Implicazioni commerciali

Il processo respiratorio determina quindi una perdita di energia, zuccheri e peso del prodotto stesso → determina un problema sotto il profilo commerciale, questo soprattutto per quanto riguarda i prodotti confezionati. Infatti, durante la conservazione, quando il metabolismo comincia a lavorare in maniera più intensa cambia l’atmosfera all’interno della confezione andando a ridurre la quantità di ossigeno (perché utilizzato durante la respirazione) ma ad aumentare l’anidride carbonica (prodotto di output). Se non subentrano i meccanismi di refrigerazione si ha anche la produzione di calore che innesta immediatamente questo sistema. Ossigeno 8/10% e l’anidride può essere del 5/6/7%.

Fattori interni che condizionano il processo respiratorio

• Tipo di prodotto, caratteristiche diverse a seconda del tipo di materiale con cui si ha a che fare, esistono specie di ortaggi con tasso di respirazione più intenso rispetto ad altre.
• Stadio di sviluppo, un'infiorescenza tende solitamente ad essere meno conservabile rispetto ad un organo di riserva.
• Substrato respiratorio, ovvero che tipo di zuccheri (o grassi) vengono utilizzati, con zuccheri a catena lunga la respirazione richiede più tempo perché dev’esserci un’attività enzimatica che consente di tagliare le catene; in zuccheri semplici utilizzati poi dai mitocondri.
• Contenuto idrico nei tessuti, la quantità di acqua presente nei tessuti è un fattore che può incidere, ovviamente un prodotto con molta acqua la respirazione avviene ma non dura moltissimo perché il contenuto di zuccheri è molto modesto.
• Rapporto superficie/volume, non solo per la respirazione ma soprattutto poi per la traspirazione, è importante perché è diverso il rapporto s/v di una lattuga rispetto ad una mela.
• Fattori pre-raccolta, importante la temperatura di partenza del prodotto ancora attaccato alla pianta, perché se si parte da temperature alte il metabolismo è molto veloce e la respirazione è altrettanto veloce, ecco che è opportuno mantenere la temperatura.

La respirazione pt.2

Quando si ha a che fare con la respirazione, si vanno a distinguere diversi tipi di fattori che possono condizionare il processo respiratorio:

• Tipologia di tessuti o organi, le foglie sono quelle che hanno i processi di respirazione più intensi, a queste seguono i frutti e dopo le radici.
• Dimensione del prodotto considerato, maggiore è la dimensione, minore sarà il tasso di respirazione in quanto il rapporto s/v tende ad essere più ridotto.
• Stadio di sviluppo, è più attivo il metabolismo di un ortaggio con tessuti giovani in quanto ha un tasso di respirazione importante rispetto a tessuti già accresciuti.
• Prodotti climaterici o non climaterici, legato alla sensibilità dell’etilene.
• Substrato respiratorio, a seconda se si hanno zuccheri o lipidi.

Accrescimento e sviluppo

Per accrescimento si intende l’aumento delle proprie dimensioni (esempio crescono molte foglie), mentre lo sviluppo prevede una trasformazione di determinati organi (ad esempio nel pomodoro prima si ha una fase vegetativa e poi si ha la fase riproduttiva con passaggio da accrescimento a sviluppo).

Frutti climaterici e non climaterici

I frutti climaterici presentano il picco climaterico in corrispondenza del massimo della maturazione, mentre i frutti non climaterici presentano un decremento del processo respiratorio, indipendente dalla presenza di etilene.

La curva del processo respiratorio si può dividere in tre fasi specifiche:

• Minimo pre-climaterico, ovvero condizione di minore respirazione prima dell’aumento della respirazione dovuta all’etilene.
• Crescita climaterica, in favore del picco climaterico che solitamente coincide con il massimo della respirazione.
• Decrescita, si va incontro ai processi di senescenza.

L’unità di misura della respirazione è: mg di CO₂ per kg di prodotto, per ora.

Nel momento in cui il frutto inizia a sviluppare i semi all’interno, sicuramente il profilo nutrizionale cambia in quanto molti zuccheri, molte sostanze si accumulano nel frutto in quanto inducono la maturazione del seme (di primaria importanza per la pianta), poi subentra la maturazione che rende il frutto maturo ma anche appetibile (perché il seme dev’essere portato in giro per creare nuove piante), ecco che questo determina la stragrande maggioranza dei cambiamenti che si percepiscono e che cambiano il valore nutrizionale.

Le sostanze acide vengono convertite in sostanze neutre, gli zuccheri a catena lunga vengono degradati a zuccheri semplici grazie alle amilasi, i pigmenti vengono degradati con scomparsa di clorofille e compaiono i carotenoidi, avviene l’azione delle poligalatturonasi che tagliano le strutture cellulari in modo da rendere più morbido il frutto e infine dopo la demolizione delle grandi molecole organiche vengono prodotti i composti volatili.

Differenze tra frutti climaterici e aclimaterici

I frutti climaterici hanno la caratteristica di accumulare polisaccaridi nel mesocarpo (parte tra la buccia e il seme), mentre i frutti non climaterici accumulano direttamente zuccheri semplici. Dal punto di vista dell’energia richiesta per demolire gli zuccheri a catena lunga, i climaterici richiedono elevata energia mentre i non climaterici hanno un’esigenza di energia molto più bassa.

I climaterici non accumulano zuccheri semplici ma hanno bisogno di energia per rompere i polisaccaridi e trasformarli in semplici, ecco perché nelle fasi di maturazione si ha l’incremento della respirazione che consente di usare zuccheri per produrre energia. Migliori caratteristiche organolettiche, i climaterici presentano un sapore che è maggiore rispetto ad un frutto aclimaterico.

Attività respiratoria dei prodotti ortofrutticoli

• Bassa
• Moderata
• Elevata
• Molto elevata

Fondamentale conoscere questo aspetto per:

• Gestire bene la temperatura;
• Gestire bene il packaging per conservare i prodotti;
• Capire quelli che sono i volumi in termini di celle di conservazione e i cambi di aria per riuscire a conservare bene il prodotto.

I prodotti ortofrutticoli che respirano molto richiedono una gestione termica importante perché avendo una respirazione intensa il rischio è che se non viene gestito bene il prodotto nel giro di poco tempo avviene un deperimento del prodotto.

L’attività respiratoria

Quando si parla di respirazione, si ha la necessità di avere zuccheri, ossigeno (C₆H₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂O + energia); questo è un sistema che funziona come il metabolismo delle piante ma attenzione perché non si ha solo zuccheri che possono bruciare per riuscire a produrre energia ma ci possono essere anche altre sostanze, ecco quindi che si parla di substrato respiratorio.

In alternativa agli zuccheri, possono essere consumati le componenti lipidiche come acidi organici o acidi grassi a catena lunga; perciò quando si fa riferimento al substrato respiratorio, in termini di produzione energetica ci sono delle differenze che le valuta il QR - quoziente respiratorio: è dato dal rapporto tra anidride carbonica e ossigeno (CO₂/O₂).

• QR=1 se si sta lavorando con zuccheri;
• QR>1 se si sta lavorando con gli acidi organici;
• QR<1 se si sta lavorando con gli acidi grassi a catena lunga.

Questo è importante perché ci consente di capire come i prodotti di origine vegetale utilizzano matrici diverse (chimicamente parlando) per andare a effettuare le operazioni di respirazione e andando ad utilizzare materiali chimicamente individuabili in diverso tipo.

Fattori esterni che influenzano la respirazione

Esistono alcuni aspetti da considerare, come:

• Danni meccanici e condizioni sanitarie del prodotto, stimolano la parte metabolica e incrementano il processo respiratorio;
• Temperatura;
• Composizione atmosferica, strategica per gestire la respirazione per lunghe conservazioni → O₂ > CO₂ = < respirazione mentre > etilene = > respirazione;
• Barriere fisiche, come cere, film plastici, packaging.

Danni meccanici durante il post-raccolta

Il danno meccanico durante il post-raccolta può compromettere le barriere naturali del prodotto, aumentando le perdite di acqua e le infezioni di patogeni.

Qui succede che si innesca un’azione di difesa della pianta per ridurre i danni, ciò determina che la pianta cerchi di cicatrizzare la lesione mobilitando il metabolismo nella sintesi di composti ad azione antiossidante e tutta una serie di molecole che allertano l’organismo → tutto ciò non è "gratis", dev’essere presa dell’energia da qualche parte perciò la pianta aumenta il tasso respiratorio.

Prodotti climaterici e tasso respiratorio

Se si lavora con prodotti climaterici e il tasso respiratorio aumenta, si ha un incremento della sintesi di etilene che genera un processo autocatalitico (in grado di alimentare se stesso) → un danno determina delle conseguenze fisiologiche che determina la vita post-raccolta del prodotto.

Ridurre il tasso di respirazione

In primis è necessario controllare la temperatura, però anche:

• Proteggere il prodotto dal calore del sole dopo la raccolta;
• Trattamenti di pre-raffreddamento per rimuovere il calore di campo;
• La refrigerazione, mantenere il prodotto in cella per un periodo piuttosto lungo;
• Mantenere la catena del freddo.

Atmosfera modificata → certi gas non si trovano più, ossigeno non c’è ma azoto sì.

Atmosfera controllata → si gestiscono i gas andando a ridurre o aumentare la percentuale.

La traspirazione

Con la traspirazione si ha a che fare con l’acqua, con frutta ed ortaggi che possiedono elevatissime quantità di acqua. È un fenomeno da limitare perché la perdita di acqua, anche se minima, in prodotti ortofrutticoli significa perdere qualità del prodotto, tanto è vero che normalmente le principali modalità con cui si perde acqua in ortofrutta sono tramite i tessuti sulla superficie del prodotto che può essere caratterizzata da una cuticola più o meno impermeabile, dalla lenticella e dagli stomi:

La perdita di acqua dipende da fattori esogeni (esterni) o endogeni (interni).

Fattori interni

Interni → caratteristiche che il prodotto presenta, come tipologia di tessuto che possono avere più o meno cere, come le foglie che sono diverse rispetto ad un kiwi che è tomentoso (tende a limitare la perdita di acqua perché mitiga l’aria) ma anche la forma, integrità e condizioni igienico-sanitarie del prodotto.

La perdita di acqua riduce la qualità (esteriore e consistenza), peso (e dimensione) ed il volume → ciò accade perché i prodotti vegetali sono ricoperti da pori attraverso i quali avvengono gli scambi gassosi, l’acqua esce per diffusione.

La legge di diffusione - Legge di Fick

Spiega come gestire l’umidità dell’ambiente di coltivazione: J (qn.tà di acqua persa) = K (C_interno - C_esterno) → K è un coefficiente* che moltiplica la quantità di acqua interna al frutto e la sottrae alla quantità di acqua che è esterna al frutto, ovvero si trova nell’ambiente circostante.

Questa legge può essere influenzata da condizioni di gestione del prodotto perché la quantità di acqua che ho all’interno del frutto è maggiore rispetto a quella che c’è fuori, per diffusione e per scambi gassosi, l’acqua deve uscire dal prodotto perciò si ha un deficit di appassimento.

Se all’esterno c’è molta umidità relativa, si va a ridurre quello che è il pressione di vapore [(ovvero (C_interno - C_esterno)] riducendo ovviamente anche la pressione di vapore perciò la perdita di acqua dal prodotto sarà relativamente poco importante.

Il coefficiente K dipende da tutte le caratteristiche del prodotto, ovvero forma, tipo di tessuto da considerare, dalla composizione del prodotto stesso… → prevede di considerare vari aspetti quali dall’area del prodotto (A) e il coefficiente C che indica le caratteristiche della superficie evaporante (liscia, corrugata, tomentosa, con o senza cere…).

Il movimento dell’acqua

Quando si fa riferimento al movimento del prodotto e quindi all’eventuale perdita di acqua dal prodotto, è opportuno fare riferimento a questi aspetti:

Bisogna considerare il potenziale idrico della pianta (Ψ_pianta), ovvero a seconda della quantità di acqua presente nel prodotto, si ha un potenziale idrico → con prodotto ricco di acqua i tessuti sono ben idratati allora il potenziale idrico all’interno del prodotto è piuttosto elevato di conseguenza bisogna prestare molta attenzione al potenziale idrico dell’atmosfera (Ψ_atm) che significa considerare quant’è l’umidità relativa dell’ambiente in cui si sta lavorando e conservando il prodotto (il potenziale idrico dell’atmosfera è in funzione dell’umidità relativa dell’ambiente → umidità idrica è elevata allora il potenziale idrico dell’atmosfera è elevato).

Umidità relativa → l’umidità si definisce relativa alla temperatura con cui stiamo lavorando, se è elevata la quantità di acqua che è possibile avere in atmosfera è molto più alta rispetto a condizioni con temperature basse.

Quando si lavora con il potenziale idrico dell’atmosfera, si ha una funzione legata strettamente al contenuto di umidità nell’aria e se si prova a considerare il fatto che normalmente la conservazione dei prodotti orticoli avviene a basse temperature ci si impiega poco ad ottenere umidità relativa importante in quanto la quantità di acqua che è possibile avere sotto forma di vapore nell’atmosfera tende ad essere molto più bassa rispetto a quanto può capitare se si avessero temperature elevate → con cella frigo a 1°C e con umidità relativa al 100%, significa che la quantità di acqua sarebbe sensibilmente inferiore rispetto a quanto si può avere nella stessa situazione con temperature più elevate in quanto la bassa temperatura oltre ad un certo limite non consente più all’acqua di essere presente sotto forma liquida, di vapore perciò tenderebbe a condensare.

Capacità del tessuto vegetale di comunicare con l’esterno

Se si avesse a che fare con prodotti come la foglia, la capacità che esiste di far passare acqua tra le foglie e l'atmosfera dipende dall'apertura stomatica significa che se una foglia ha gli stomi che sono aperti è in grado di traspirare di più e quindi di avere un flusso di traspirazione maggiore rispetto a quando gli stomi sono chiusi, ciò è modulato durante la fase in cui il prodotto è ancora in campo perché la fase di traspirazione è ben modulata con apparato radicale che continua ad assorbire acqua e quindi riesce a rifornire la pianta però dal momento in cui tolgo la pianta dal terreno, essa non hai più rifornimento idrico perciò a seconda di come le vie di fuoriuscita di acqua (stomi, lenticelle, peduncoli…) sono presenti nel prodotto, si ha un flusso di acqua più o meno elevato.

Movimento d’aria

Quando si conserva un prodotto, uno degli aspetti importanti per ridurre la perdita di acqua del prodotto è controllare la velocità dell’aria all’interno della cella, di solito quindi il flusso di aria elevato aumenta il tasso di traspirazione e questo è negativo ma è importante avere cambio di aria all’interno della cella in quanto la sua assenza potrebbe mantenere l’eventuale quota di etilene che può andare ad innescare fenomeni di maturazione.