Fisiologia post raccolta e qualità dei prodotti ortofrutticoli

Tematiche della post raccolta dei prodotti orto-frutticoli

Introduzione

La fisiologia postraccolta è una scienza pragmatica che si occupa delle modificazioni fisiologiche e biochimiche che avvengono durante la maturazione e la senescenza di specie ortofrutticole economicamente interessanti. Questa disciplina è centrata su prodotti già raccolti ed è strettamente dipendente da ciò che è avvenuto prima, cioè in campo, serra, ecc. È orientata alla soluzione dei problemi che man mano si presentano, ma necessita di forti ricerche di base per la comprensione delle cause fisiologiche dei problemi. È un ottimo esempio di scienza “multidisciplinare”, con forti interazioni fra ricerca di base, applicata e divulgazione tecnica.

Competenze del fisiologo post-raccolta: deve sapere perfettamente come cresce una pianta sana e cosa accade durante la raccolta, il trasporto, e la conservazione. Si deve preoccupare anche della scelta delle cultivar, tecniche colturali, andamento climatico, somministrazione di concimi, pesticidi e mezzi tecnici.

Cause del deterioramento dei prodotti ortofrutticoli freschi

• Ambiente, temperatura, umidità, luce e composizione dell’atmosfera
• Crescita e sviluppo, modificazioni metaboliche, disidratazione
• Danni meccanici, alterazioni e disfacimenti fisiologici, disfacimenti patologici

Cenni storici

Un cibo fresco rimane edule per un tempo limitato e quindi la conservazione degli alimenti ha accompagnato la storia dell’umanità. Attraverso opere d’arte (per molti secoli/millenni) e grazie alla scienza (con la scoperta dei processi microbiologici da parte di Pasteur nel 1860). Il processo di urbanizzazione ha esasperato la necessità di avere a disposizione cibo fresco ben conservato.

Importanza economica

Soprattutto per le economie che non possono sostenere metodi di coltura intensivi.

Cosa deve essere conservato

Molti sono i modi di conservare i prodotti deperibili: la differenza nelle diverse modalità di conservazione riguarda la salvaguardia del potere nutrizionale. Le tecniche postraccolta sono rivolte al mantenimento del potenziale nutrizionale e alla riduzione delle perdite qualitative.

Perdite post raccolta

Ridurre le perdite di post raccolta significa anche: conservare materiale, manodopera, energia, spazi e mezzi tecnici. A titolo esemplificativo lo scarto mondiale di prodotti orto-frutticoli si attesta attorno al 40%, quello USA al 20%. Le sole banane hanno una percentuale di scarto dell’80%.

Importanza perdite di post raccolta

• Perdita del prodotto stesso o di una parte di esso
• Modificazioni del prodotto (valore nutritivo, qualità, colore, acqua)
• Costi associati alle perdite (materiali, energia, lavorazione, manodopera, smaltimento rifiuti)
• Aumento dei costi al consumatore finale

Cause perdite di post raccolta

• Fattori endogeni (respirazione, traspirazione, modifiche di composizione e morfologiche, alterazioni fisiologiche, senescenza)
• Fattori ambientali (temperatura, umidità relativa, luce, composizione atmosferica, patogeni, roditori e altri animali, contaminazioni, furti)

Il contenimento del deterioramento

• Preraccolta: scelta di cultivar e stato di maturazione in funzione del trasporto e destinazione commerciale
• Raccolta: corretto momento e metodo
• Selezione preliminare in campo per evitare costi inutili
• Lavorazione, selezione e logistica
• Prerefrigerazione e conservazione (costi elevati da sostenere per merce ad alto valore)
• Confezionamento in imballaggi adatti, che diano anche informazioni corrette
• Trasporto efficiente (costo /Km) e punto di vendita
• Conservazione domestica: educazione del consumatore

Le 5 regole d’oro della post raccolta

• Mantenere la corretta temperatura, senza approssimazioni
• Mantenere la corretta umidità relativa, senza approssimazioni
• Evitare danni meccanici
• Tenere il prodotto pulito e lontano da fonti di contaminazione
• La tempestività è fondamentale

Caratteristiche dei prodotti orto-frutticoli freschi

Importanti domande

Cosa si intende per prodotto ortofrutticolo fresco?
Un prodotto ortofrutticolo fresco è il risultato di una coltura che viene raccolto e commercializzato tal quale, senza processi di trasformazione. È un prodotto vivo che continua la sua attività fisiologica, ma con modalità diverse dal prodotto ancora attaccato alla pianta perché soggetto a stress di diversa entità, e che va incontro a processi degradativi che porteranno alla sua senescenza e successiva morte, in tempi più o meno lunghi a seconda della tipologia del prodotto, della sua intrinseca deperibilità (che è funzione della sua attività metabolica) e delle condizioni ambientali in cui è mantenuto.

Che differenza c’è tra frutta e verdura? e fra frutto e frutta?
Sono definizioni di tipo merceologico/commerciale.

Modalità di classificazione dei prodotti ortofrutticoli freschi

• Criteri tassonomici (anatomici, morfologici): Stagione di crescita: estivi, autunnali; Rosaceae (mela, pera, pesca), Leguminosae (piselli, fagiolo), Liliaceae (aglio, cipolla, asparago)
• Ciclo riproduttivo: annuali, perenni
• Parte utilizzata: foglia, infiorescenza, tubero
• Origine geografica: tropicali, subtropicali, temperati
• Tipo di frutto: drupa, bacca, falso frutto
• Gruppi tradizionali: frutta, verdura, semi

Caratteristiche dei prodotti ortofrutticoli freschi

Tessuti vivi con elevato contenuto d’acqua, diversi per morfologia (la parte edibile deriva da differenti organi della pianta e i frutti derivano da differenti organi della pianta), composizione e fisiologia e sono soggetti a deterioramento.

Cause del deterioramento dei prodotti ortofrutticoli freschi

• Ambiente, temperatura, umidità, luce e composizione dell’atmosfera
• Crescita e sviluppo, modificazioni metaboliche, disidratazione
• Danni meccanici, alterazioni e disfacimenti fisiologici, disfacimenti patologici

Tipi di frutti

• Bacca: Frutto carnoso molto simile alla drupa, con esocarpo membranoso, mesocarpo ed endocarpo carnoso. L'involucro che protegge i semi deriva dai tegumenti seminali. Generalmente è polisperma, raramente monosperma. Può essere mono o pluricarpellare.
• Esperidio: Forma derivante dalla bacca, frutto tipico degli agrumi, epicarpo colorato e ricco di ghiandole oleifere (flavedo), il mesocarpo bianco spugnoso più o meno sviluppato (albedo), l'endocarpo membranoso, a spicchi, con peli ghiandolari succosi.
• Nucula: Frutto secco monocarpico indeiscente (castagna, nocciola)
• Balaustio: Forma derivante dalla bacca, il frutto del melograno (Punica granatum), unico con setti trasversali.

La respirazione

Aspetti fisiologici e biochimici della respirazione

In biologia la respirazione è: “l’insieme di reazioni ossidative produttrici di energia per la materia vivente”. È un processo vitale fondamentale sia per gli animali che per i vegetali e basato su due leggi della Termodinamica:

1. L’energia non si può creare né distruggere: significa che tutta l’energia contenuta nel substrato di una reazione deve apparire nei suoi prodotti. Nel caso della respirazione tutta l’energia dei legami molecolari del glucosio deve comparire nei prodotti che non sono solo i noti CO₂ e H₂O ma anche ATP e calore. Il glucosio per questo processo deriva dall’idrolisi di sostanze di riserva (amido e saccarosio) e la respirazione avviene dapprima nel citoplasma dove il glucosio, tramite la glicolisi che non richiede di O₂, viene trasformato ad acido piruvico e poi nelle creste dei mitocondri dove avviene il ciclo di Krebbs o dei TCA e la successiva catena del trasporto degli elettroni.
2. L’entropia di un sistema aumenta nel tempo: Gli esseri viventi sono in interscambio dinamico con l’ambiente e mantengono costante o limitano molto l’aumento della loro entropia a scapito di quella di una altra parte del sistema che fornisce loro energia, materiali e informazioni. Un vegetale dopo la raccolta è un sistema isolato, senza più apporti dall’esterno e la sua sopravvivenza dipende dall’energia fornita dall’ATP delle sostanze di riserva.

A 25°C l’ossidazione del glucosio rende 673 kcal, 1 molecola di ATP contiene nei legami 7,6 kcal. 38 X 7,4 Kcal = 281,2 Kcal. Nel passaggio nella catena del trasporto degli elettroni, ogni coppia elettronica perde 56 kcal e quindi potrebbero prodursi circa 8 (56:7,4) molecole di ATP. Tuttavia ci sono solo tre punti con un Δ energetico superiore a 7,4 kcal, validi per produrre ATP. L’energia eccedente viene dissipata sotto forma di calore da eliminare con un frigorifero.

Respirazione anaerobica

Nella catena di trasporto degli elettroni l’ossidasi terminale è il citocromo A/A3, un composto proteico emoferrico che ha molta affinità per l’O₂ e lavora bene a concentrazioni basse (0.2%) di O₂ che corrispondono a concentrazioni esterne alla cellula circa 2% e a basse temperature anche 1%. A concentrazioni più basse il sito non è più saturato e per mantenere la stessa fornitura energetica di 38 ATP viene stimolata la decarbossilazione dell’acido piruvico ad etanolo (glicolisi) con un consumo di glucosio 19 volte superiore ed un aumento di produzione di CO₂ di 6,3 volte perché ne vengono prodotte 2 molecole anziché 6 (19:3= 6,3).

Aspetti tecnologici della respirazione

Misura della respirazione: La respirazione fornisce energia e quindi è strettamente indicativa dell’attività metabolica delle cellule. Nel sistema isolato vegetale post raccolta è quindi uno strumento utilissimo e non distruttivo per controllare l’attività metabolica e lo stato fisiologico dei tessuti. Misura effettuata o per consumo dei substrati o aumento dei prodotti:

• Perdita di substrato: calo peso 180g glucosio producono 264 g di CO₂; diminuzione amido con metodi analitici; produzione di H₂O (non affidabile per confusione con perdite per traspirazione).
• Sistemi statici: misura della CO₂ prodotta o O₂ consumato in vasi chiusi.
• Sistemi dinamici: misura della CO₂ prodotta o O₂ consumato in vasi a flusso continuo.
• Calore prodotto.
• Estrazione dei mitocondri e misura della loro respirazione: solo per studi fisiologici.

Espressione dei risultati: Volume di gas prodotto o consumato per unità di peso per unità di tempo: mg CO₂/g ora, L O₂/kg giorno.

Fattori che influiscono sulla respirazione

• Interni: genotipo, parte di pianta, stadio di sviluppo, substrato respiratorio, fattori di post raccolta.
• Esterni: temperatura, composizione atmosferica, etilene, stress fisici.

La respirazione avviene nei mitocondri, ma la diffusione dei gas avviene attraverso le barriere del frutto e dell’ambiente.

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂O + 673 cal/mole cal (38 ATP quindi 281 kcal) mole (392 kcal)

Quoziente respiratorio: QR = CO₂/O₂

• Carboidrati: QR = 1 ==> glucosio = 1.00
• Acidi organici: QR > 1 ==> acido malico = 1.33
• Lipidi: QR < 1 ==> acido palmitico = 0.36

Regola di Van’t Hoff: La velocità di una reazione biologica aumenta da due a tre volte per ogni aumento di 10°C di temperatura.

Tasso di respirazione di frutti e ortaggi

Frutti climaterici

Maturano anche dopo essere stati separati dalla pianta, degradando amido accumulato nelle fasi precedenti la maturazione. Al momento del distacco del frutto il contenuto di etilene (l'ormone vegetale prodotto durante la maturazione) si abbassa e quindi anche la respirazione (minimo climaterico), conseguentemente l'etilene è in grado di autosintetizzarsi e quindi il frutto raggiunge una massima respirazione (picco climaterico). Generalmente si ha uno sviluppo minore di altre caratteristiche organolettiche, per le quali è indispensabile un apporto di altre sostanze fondamentali direttamente dalla pianta, in poche parole in gusto non è come se fosse maturato completamente attaccato al ramo. Esempi includono actinidia (kiwi), albero del pane, albicocca, annona, asimina, avocado, banana, dattero, fico, giuggiola, guava, mango, mela, melone, mirtillo, passiflora, pera europea, pera giapponese, pesca, pomodoro, susina.

Frutti non climaterici

Se staccati dalla pianta non raggiungono la maturazione a meno di essere trattati con etilene esogeno. Esempi: anacardio, ananas, arancia, cacao, ciliegia, cocomero, fico d’India, limone, melagrana, nespolo del Giappone, oliva, pera cinese, pompelmo, tamarillo, uva.

L’etilene

Caratteristiche generali

Etilene: [C₂H₄] è un ormone di natura gassoso, regola molti aspetti legati allo sviluppo e alla senescenza. La produzione è ubiquitaria, in tutti i tessuti e in qualsiasi stadio di sviluppo. Modula molti stress biotici e abiotici. Non viene trasportato ad altri siti ed è attivo a bassissime concentrazioni (= 0,1 ppm).

Cenni storici

• Inizialmente rilasciato dall’illuminazione stradale a gas, con effetto defogliante
• 1901: uno studente osservò che le piante al buio mostravano una tripla risposta: 1) ridotto allungamento del fusto 2) aumento crescita laterale (rigonfiamento) 3) anormale crescita orizzontale
• 1910: identificato come prodotto naturale delle piante
• 1934: definito ormone delle piante
• 1960: con l’uso dei primi gas-cromatografi iniziano gli studi dell’effetto dell’etilene sulle piante

Senescenza post-raccolta

Inibitori della senescenza:

• Fiori: Appassimento e abscissione dei petali - Inibitori etilene e della sintesi di proteine
• Foglie: Perdita di colore e disseccamento - Citochinine, Gibberelline, inibitori dell’etilene

Biosintesi

Può essere prodotto da quasi tutte le piante superiori e la velocità di produzione dipende dal tipo di tessuto e dallo stadio di sviluppo. La produzione aumenta durante l’abscissione fogliare, la senescenza del fiore e la maturazione del frutto. Viene trasportato nel citoplasma e diffuso come gas anche nei tessuti vegetali (attraverso il simplasto e il floema). L’amminoacido metionina è il precursore dell...