Confronto pluriennale di tecnologie innovative per la conservazione delle mele

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meleto

La colorazione del frutto, il calibro e la durezza della polpa sono i fattori dominanti per l’accettanza del frutto di melo da parte del consumatore finale (Harker et al. 2008), tuttavia lungo l’intera filiera produttiva, “dal campo alla tavola”, la qualità intrinseca della frutta sta acquisendo sempre maggiore importanza; elevati valori zuccherini e/o di acidità contribuiscono a migliorare l’accettanza, a patto che le mele dimostrino una buona consistenza della polpa che in quanto preferenza relativa può variare a seconda del segmento di consumatori (Bonany et al., 2013).

Per poter soddisfare al meglio le esigenze di elevata qualità al momento del consumo, oltre alle pratiche da adottare in campo, specifiche strategie sono applicate soprattutto nel post-raccolta e durante la conservazione. Un adeguato grado di maturazione del frutto prima del trasferimento in celle con atmosfera controllata è comunque di cruciale importanza (Vanoli and Buccheri 2012, Zanella et al. 2015b). Misure addizionali sono inoltre applicate durante la conservazione in modo da ridurre al minimo la perdita di consistenza della polpa per il maggior tempo possibile allungando anche il periodo di “shelf-life”. Queste misure consistono principalmente nel raffreddamento in atmosfera controllata con livelli di ossigeno ridotti (CA) o estremi (ULO) e aumento dell’anidride carbonica. In questo modo tutti i processi fisiologici, inclusa la maturazione stessa del frutto, vengono rallentati e l’effetto dell’etilene, l’ormone della maturazione, viene inibito per poter così preservare al meglio la qualità intrinseca del frutto, specialmente la durezza della polpa.

Ulteriori perdite di qualità possono essere ridotte applicando 1-MCP (1-metilciclopropene; Watkins et al. 2000) formulato nel prodotto SmartFresh™, o ricorrendo a tecniche ULO avanzate come la conservazione in atmosfera controllata dinamica (DCA) tramite sensori della fluorescenza della clorofilla (CF), (DCA-CF) (Zanella et al. 2015a). 1-MCP agisce per interazione preferenziale con i recettori dell’etilene, inibendo perciò gli effetti sia dell’etilene endogeno sia di quello esogeno, rallentando i processi di maturazione e la produzione di etilene nel frutto (Blankenship E Dole 2003). La conservazione DCA-CF, invece, utilizza una tecnologia che consiste nel monitoraggio in tempo reale della risposta del frutto ai bassi regimi di ossigeno, misurando la fluorescenza della clorofilla (Prange et al. 2002). I ridotti livelli di ossigeno sono regolati in base alle fluttuazioni del segnale della fluorescenza in modo da fornire le migliori condizioni di conservazione, considerando l’attuale stadio fisiologico del frutto.

Entrambi i metodi (SmartFresh™, DCA-CF) sono anche efficaci nel prevenire disordini fisiologici come il riscaldo superficiale che si manifesta già durante o dopo conservazione, su varietà suscettibili, raccolte allo stadio di maturazione pre-climaterico (Zanella et al. 2003; Zanella et al. 2005). Il riscaldo superficiale è una delle più comuni fisiopatologie che colpisce specifiche varietà di mela, la cui eziologia e biochimica di sviluppo non sono state ancora del tutto chiarite. I sintomi tipici sono macchie marroni e/o nere di varia intensità che compaiono solo sulla superficie del frutto durante o dopo la conservazione. In Alto Adige, regione in cui si coltiva il 10% della produzione melicola europea, queste tecnologie avanzate sono molto diffuse sulle cultivar suscettibili al riscaldo superficiale (circa il 30% dell’intera produzione), rispettivamente sulle varietà Red Delicious, Granny Smith, Rome Beauty, Fuji, Winesap, Cripps Pink/Pink Lady®, ma anche su quelle non sensibili a questa fisiopatia post-raccolta (Zanella e Stürz 2013), dato che garantiscono una maggiore consistenza della polpa.

Come già riportato da diversi Autori, il trattamento con 1-MCP contribuisce a ridurre la perdita di durezza della polpa (DeEll et al. 2007; Hoehn et al. 2008). Quanto a lungo tali perdite possano venire contenute dipende da diversi fattori, come la cultivar, lo stadio di maturazione alla raccolta, le condizioni di conservazione, la temperatura, il tipo e la durata dell’applicazione e il momento in cui viene effettuato il trattamento (Blankenship e Dole 2003; Watkins et al. 2005).

La conservazione DCA-CF è la più recente evoluzione della conservazione in AC in cui si riducono drasticamente i livelli di ossigeno, così da rallentare ulteriormente la respirazione e quindi la maturazione del frutto. Anche la conservazione DCA-CF può perciò portare ad una migliore qualità intrinseca alla fine del periodo di conservazione (Prange et al. 2013; Zanella et al. 2005) e anche in questo caso il grado di maggiore/minore durezza della polpa varia a seconda della cultivar, della qualità e dello stadio di maturazione. L’effetto diretto della conservazione in DCA-CF si limita al periodo di conservazione nella cella, mentre quello di 1-MCP può persistere anche fino a dopo conservazione.

Il trattamento con 1-MCP può inibire anche la produzione di composti organici volatili riducendo l’aroma del frutto (Mattheis et al. 2005), mentre questo effetto non è da riscontrare nei frutti conservati in DCA-CF (Raffo et al. 2009). Inoltre, il beneficio di una maggiore qualità che potrebbe derivare da entrambe le tecnologie dipende chiaramente dal tipo di atmosfera controllata utilizzata come riferimento di confronto.

Gli studi condotti durante i sei anni di ricerca presso il Centro di Sperimentazione Agraria e Forestale di Laimburg (Bz), su sei diverse varietà di mela (tra le più comunemente coltivate in Europa), miravano a valutare l’effetto sulla qualità intrinseca del trattamento con 1-MCP in atmosfera controllata e della conservazione in DCA-CF rispetto alle tradizionali AC e/o ULO, includendo anche diversi stadi di maturazione.

Materiali e metodi

Per un periodo di sei anni, mele delle cv Gala, Red Delicious, Golden Delicious, Braeburn, Fuji e Cripps Pink/Pink Lady®, oggetto del presente studio, sono stati raccolti in impianti situati presso il Centro di Sperimentazione Agraria e Forestale Laimburg (Ora, Val d’Adige, 222 m s.l.d.m.). Ogni anno (2001-06) e per ognuna delle varietà sopra menzionate sono state effettuate tre raccolte definite come precoce, centrale e tardiva (intervallo di una settimana tra ogni raccolta) da alberi diversi al fine di ottenere frutti con differente stadio di maturazione all’inizio, a metà e alla fine della finestra di raccolta ottimale (FRO) per la conservazione di lungo periodo. I frutti sono stati conservati con le seguenti condizioni in accordo con le singole raccomandazioni varietali (Tab. 1): 1) condizioni specifiche AC e/o ULO, metodo di conservazione di riferimento;

2) trattamento con 1-MCP (SmartFreshTM, 0,14% AI; AgroFresh) + condizioni specifiche AC e/o ULO;

3) conservazione in atmosfera controllata dinamica tramite sensori della fluorescenza (conservazione DCA-CF).

La conservazione dinamica in DCA-CF con livelli di O2 < 0,7 kPa è stata implementata utilizzando il sistema di monitoraggio HarvestWatch System (Satlantic Inc., Halifax, N.S., Canada). La fluorescenza della clorofilla (F-α) è stata monitorata ogni ora tramite sensori FIRM (“Fluorescence Interactive Response Monitor” = Monitoraggio Risposta Interattiva della Fluorescenza) durante l’intero periodo di conservazione su un campione di sei frutti. I frutti sono stati conservati per un periodo compreso tra i 5 e i 7,5 mesi a seconda della varietà. La temperatura di conservazione era di 1,3°C eccetto per la cv Cripps Pink (2,5 °C) e l’umidità relativa ammontava a ≈98 %.

Le analisi qualitative (durezza della polpa, solidi solubili e acidità titolabile) sono state misurate tramite il laboratorio automatico “Pimprenelle”(Setop Giraud-Technologie, Cavaillon, France) (Zanella e Werth 2004) su un campione di 45 frutti (tre ripetizioni da 15 frutti) a temperatura ambiente (≈22°C) in due momenti: subito dopo il periodo di conservazione in atmosfera controllata (uscita cella) e dopo i successivi 7 giorni di conservazione a 20°C con umidità relativa compresa tra 60-70%, il cosiddetto periodo di “shelf-life”.

Risultati e discussione

La misura in cui la durezza della polpa possa venire influenzata dalle tecniche di conservazione varia sensibilmente a seconda del genotipo. Tra le sei varietà di mela messe a confronto, i maggiori benefici dati dalla conservazione in DCA-CF o dal trattamento con 1-MCP nel migliorare la consistenza della polpa si sono evidenziati specialmente nella varietà Golden Delicious (Fig. 1). All’uscita dalla cella i frutti conservati in DCA-CF avevano valori di durezza compresi tra il +9,2 e il +14,4 % rispetto alla conservazione in ULO (il “range” copre l’intera finestra di raccolta), mentre con il trattamento 1-MCP erano tra il +14,6 e il +19,3 %.

Dopo sette giorni di “shelf-life” a 20 °C, nei frutti trattati con 1-MCP le differenze relative alla durezza della polpa sono addirittura tra il +26,6 e il +33% rispetto al controllo in ULO, mentre si attestano sempre superiori dal +13,2 al +17,2% nella conservazione in DCA-CF, a dimostrazione della capacità del frutto di maturare ulteriormente all’uscita dalla cella.

La varietà che invece ha beneficiato meno delle nuove tecniche di conservazione nel migliorare il mantenimento della durezza della polpa, tra le sei investigate, è stata Fuji(Fig. 2), anche perché i frutti di questa varietà hanno la tendenza a mantenere naturalmente valori di durezza elevati, sia durante la maturazione che durante conservazione. Nella conservazione in DCA-CF l’incremento si aggira tra +1,1 e +3,4% all’uscita cella e tra -0,1 e +0,8% dopo “shelf-life”; nei frutti trattati con 1-MCP, invece, tra +0,7 e +2,3% e tra lo +0,9 e +1,3% rispettivamente.

In generale l’influenza dello stadio di maturazione del frutto è trascurabile rispetto all’efficacia apportata dalle nuove tecniche di conservazione nel mantenere elevati tenori di durezza della polpa. Questo può essere dovuto all’azione della conservazione in ULO in cui i processi di maturazione vengono già rallentati, oppure può derivare dalla definizione del grado di maturazione dei frutti all’interno della finestra di raccolta, per cui si hanno una raccolta precoce, una centrale e l’altra tardiva, a distanza di una settimana l’una dall’altra, pur sempre collocate entro un periodo di maturazione ideale per la conservazione in AC. Soltanto nelle cv Gala (Fig. 3) o Cripps Pink (Fig. 4) la durezza della polpa otteneva più beneficio nei frutti con uno stadio di maturazione avanzato. Perciò, sembra che vi sia una tendenza delle nuove tecniche di conservazione nel rallentare specialmente i processi di maturazione già avviati. Questo forse deriva dall’intenso processo di maturazione della cv Gala o dalle maggiori temperature durante la conservazione di Cripps Pink.

La misura in cui la conservazione DCA-CF o il trattamento con 1-MCP abbiano contribuito a favorire una maggiore consistenza della polpa dipendeva fortemente dalle condizioni di conservazione di riferimento per il confronto. Perciò, nel presente lavoro sono state scelte le condizioni ottimali di ULO per le diverse cultivar, mentre per la cv Red Delicious è stata usata la conservazione ULO (1 kPa O2; 1 kPa CO2) come riferimento nei sei anni di indagine (Fig. 5) ed in aggiunta una conservazione in AC (1,5 kPa O2; 1,3 kPa CO2) per tre anni come esempio per una condizione sub-ottimale. Combinando il trattamento 1-MCP con ULO la durezza della polpa era leggermente superiore rispetto ai frutti non trattati in ULO, in un “range” compreso tra il +2,5 e il +5,8 % subito dopo l’uscita dalla cella e tra il +11,6 e +15 % dopo “shelf-life”. Nella conservazione in DCA-CF i frutti risultavano più o meno simili rispetto alla ULO di riferimento sia subito dopo l’uscita cella (tra -3,3 e +1%) che dopo “shelf-life” (tra -3,2 e +2,0%).

Entrambe le tecniche innovative, invece, miglioravano la durezza della polpa se paragonate alla conservazione sub-ottimale in AC (Fig, 6). L’incremento in questo caso era simile per entrambe, 1-MCP e DCA-CF, all’uscita cella, con un incremento che variava dal +4,7 al +8,5% e dal +5,4 al +7,7% rispettivamente. Tuttavia, dopo “shelf-life” i valori di durezza delle mele trattate con 1-MCP erano superiori (dal +19,3 al +26,8%) rispetto ai frutti conservati in DCA-CF (dal +12,3 al +15,2%). Il confronto con le due condizioni di atmosfera controllata dimostra l’importanza della scelta della tecnologia di referenza. La conservazione DCA-CF aumenta la durezza della polpa se confrontata con la conservazione in AC (1,5 kPa O2; 1,3 kPa CO2), specialmente dopo “shelf life”, ma non è altrettanto efficace se confrontata con l’ottimale conservazione in ULO (1 kPa O2; 1 kPa CO2).

Anche su Gala la conservazione in DCA-CF ha portato ad un leggero incremento della durezza della polpa rispetto al testimone in ULO (Fig. 3). Questo forse è legato al fatto che per questa cv la conservazione in ULO (1 kPa O2; 2 kPa CO2) garantisce già di per sé un’elevata efficacia nell’inibizione dei processi di maturazione, come dimostrato nel presente lavoro dalla lieve efficacia dell’1-MCP (Fig. 3); difficile apportare ulteriori benefici alla già ottimale ULO.

Rispetto ad ULO, la DCA-CF ha favorito una maggiore durezza all’uscita cella (tra+1 e +5,6 %), anche più di 1-MCP (tra +1,4 e +3 %), i cui frutti erano comunque sempre di consistenza superiore in tutte le raccolte tardive (fine della FdR). Tuttavia, dopo “shelf-life” i frutti conservati in DCA-CF subivano un incremento meno consistente (tra +1,2 e +3,4 %) rispetto a quelli trattati con 1-MCP (tra +2,9 e +5,6 %).

Al fine di evitare fisiopatologie durante conservazione su varietà suscettibili come Braeburn o Cripps Pink è necessaria una fase di adattamento prima di poter instaurare le condizioni di conservazione ottimali; tale fase, però, potrebbe ‘vanificare’ gli attesi benefici della conservazione in DCA-CF, dato che favorisce l’avanzamento della maturazione in cella. Nella cv Braeburn, all’inizio della conservazione, le condizioni ULO e DCA-CF sono state posticipate di due settimane, mentre il trattamento con 1-MCP è stato effettuato nei termini previsti, senza perciò nessun ritardo. Il trattamento con 1-MCP solitamente non è raccomandato per questa varietà poiché potrebbe esacerbare l’imbrunimento interno dei frutti (Elgar et al. 1998). La conservazione in DCA-CF, invece, contribuisce a ridurre l’imbrunimento interno da senescenza grazie ai ridotti livelli di ossigeno nell’atmosfera.

Il ritardo nell’impostazione dei livelli di ossigeno ottimali al fine di prevenire gli imbrunimenti interni potrebbe favorire processi di intenerimento. Tuttavia, l’aumento della durezza della polpa ottenuto per mezzo della conservazione DCA-CF era leggermente superiore rispetto a quello avuto nei frutti trattati con 1-MCP (Fig, 7), sia all’uscita cella che dopo i sette giorni in “shelf-life” (rispettivamente: da +9 fino a +10,3 % o da +10 fino a +10,6 % con DCA-CF rispetto a +4,3 fino a +6,7 % o +6,3 fino a +8,1 % con 1-MCP). Perciò, a prescindere dalle ritardate condizioni DCA-CF, il trattamento con 1-MCP è stato meno efficace nel mantenere elevati valori di durezza della polpa.

In Cripps Pink/Pink Lady® il livello di CO2 nell’atmosfera di conservazione potrebbe essere un fattore scatenante nello sviluppo dell’imbrunimento interno. Inoltre, la riduzione graduale della temperatura nella prima fase di conservazione ha costituito un significante fattore di prevenzione nello sviluppo di questa fisiopatologia (James et al. 2005). Pertanto, al fine di ridurre il rischio di imbrunimento interno le impostazioni delle condizioni di atmosfera controllata su Cripps Pink sono state ritardate come per Braeburn; inoltre, il raffreddamento della cella è stato graduale e la temperatura di conservazione mantenuta lievemente superiore. Con queste condizioni la conservazione DCA-CF si è dimostrata svantaggiata rispetto al trattamento con 1-MCP nell’incrementare la durezza della polpa che, d’altronde, è già molto alta per natura varietale; meno rimarchevole subito all’uscita cella, più accentuata dopo “shelf-life” (Fig. 4). L’incremento percentuale per la conservazione DCA-CF rispetto al testimone in ULO ammonta a +5,7 e +9,5 % (uscita cella) e a +1 fino a +8,1 % (dopo “shelf-life”), mentre per 1-MCP va da +10,5 fino a +12,6 % (uscita cella) e da +10,6 fino a +14,7 % (dopo “shelf-life”).

Per quanto riguarda il contenuto zuccherino nelle varietà Golden Delicious e Cripps Pink, non ci sono differenze significative che possano far pensare ad una influenza della strategia di conservazione adottata sul contenuto finale di zuccheri (Figg. 8 e 10, rispettivamente). Diverso invece è il discorso relativo al contenuto in acidi: nella varietà Golden Delicious all’uscita cella non si evidenziano differenze rimarchevoli in nessuna delle tecnologie oggetto dell’indagine (Fig. 10); si nota solo una maggiore variabilità dei risultati nella conservazione in DCA-CF rispetto al controllo in ULO, specialmente nelle raccolte tardive, ma non di rilievo a livello sensoriale per il consumatore (ca.+/-0,4g/l). Importante, invece, è l’influenza del trattamento con 1-MCP dopo il periodo di “shelf-life” nel mantenimento di alti valori di acidità; se nelle raccolte precoci le differenze rispetto al controllo ULO si attestano tra un -2 e un +15%, nelle raccolte tardive queste arrivano addirittura ad un +25%, che significa un incremento di notevole rilievo. La DCA si attesta su valori simili o di poco superiori rispetto al riferimento ULO.

Nel caso della varietà Cripps Pink il beneficio apportato dalla conservazione in DCA-CF si evidenzia già all’uscita cella, dove il contenuto di acidi risulta superiore rispetto al riferimento in ULO e lievemente maggiore rispetto alle mele trattate con 1-MCP, che però come per la varietà Golden Delicious hanno mantenuto i valori più alti dopo “shelf-life”, in un “range” che arriva anche fino al +20% nelle raccolte tardive (Fig. 11). I valori di acidità dopo “shelf-life” nella conservazione in DCA-CF sono di fatto simili ai valori del controllo in ULO, tranne che nelle raccolte tardive dove i valori registrano anche un +13%.

 Conclusioni

I test sensoriali sui consumatori confermano che il livello di accettbilità di mele degustate può essere predetto dalle misurazioni strumentali distruttive della durezza, in combinazione con altri criteri (Hoehn et al. 2003); inoltre, la durezza della polpa, come misurata nel presente studio, riesce a prevedere al meglio la risposta sensoriale di un panel allenato rispetto ad altri test strumentali (Harker et al. 2002) ed è stata confermata come il principale carattere sensoriale che indirizza la preferenza del consumatore (Harker et al. 2008). Affinché un panel allenato possa scorgere differenze di “texture” tra due campioni di mela è necessario un margine di almeno 6 N, cioè circa 0,6 kg (Harker et al. 2002). Affinchè un consumatore possa percepire la stessa differenza, inclusa l’influenza della variabilità biologica, questi necessita di un margine di almeno 12 N, cioè 1,2 kg (Harker et al. 2006b).

Alla fine del periodo di conservazione le differenze qualitative variavano a seconda della cultivar e delle condizioni di riferimento; tuttavia, la maggiore efficacia nel mantenere la durezza della polpa delle più avanzate tecniche di conservazione (1-MCP o DCA-CF) in confronto a ULO è stata riscontrata nella cultivar Golden Delicious. Entrambe le tecniche di conservazione hanno dato ottimi risultati anche su Braeburn; anche se per questa varietà non è raccomandato il trattamento con 1-MCP poiché favorisce imbrunimenti interni, la conservazione in DCA-CF ha dato risultati migliori rispetto al trattamento con 1-MCP. In merito ai frutti di Red Delicious, i quali sono stati conservati in entrambe le condizioni di riferimento, CA e ULO, differenze significative sono state riscontrate solo quando i frutti erano contrapposti alla sub-ottimale condizione in CA, dove era molto evidente l’effetto di entrambe le tecniche innovative nel mantenere elevati valori di durezza della polpa. Per quanto riguarda la varietà Cripps Pink, sia il trattamento con 1-MCP sia la conservazione in DCA-CF hanno mantenuto elevati valori di durezza della polpa, mentre su Fuji e Gala le differenze rispetto alla condizione di riferimento (ULO) erano lievi.

Il valore zuccherino non è stato influenzato dalle tecnologie innovative di conservazione applicate, mentre il contenuto in acidi ne traeva talvolta anche notevole beneficio. Per quanto riguarda i composti volatili organici, abbiamo osservato (Raffo et al., 2009) che dopo una conservazione a lungo termine le mele conservate in DCA-CF sviluppano più aromi rispetto a quelle trattate con 1-MCP in combinazione con una conservazione in AC di durata paragonabile.

I pochi casi in cui le due tecnologie di conservazione apportavano migliorie non rilevanti per il mantenimento della “texture” sono stati condizionati dal genotipo o dalle condizioni di riferimento scelte come testimone. La misura in cui la perdita di durezza della polpa possa venire contrastata durante conservazione dipende fortemente dalla cultivar: in linea di massima i maggiori benefici delle due tecnologie si sono evidenziati su Golden Delicious, Braeburn e Cripps Pink e solo lievi differenze sono emerse su Gala, Red Delicious, mentre nessun beneficio di rilievo si è avuto con Fuji.

 

tati, specialmente dopo “shelf-life”. L’analisi sugli zuccheri e sugli acidi inoltre ha mostrato che questi ultimi possono trarre talora anche un notevole beneficio dalle due tecniche di conservazione innovative favorendone un migliore mantenimento dopo il periodo di conservazione e soprattutto dopo shelf life. Frutti di maturazione tardiva sono risultati leggermente avvantaggiati dall’impiego delle tecniche innovative.

 

Summary

Over a period of 6 years, fruits of the 6 most commonly grown apple cultivars in Europe (Braeburn, Cripps Pink, Fuji, Gala, Golden Delicious, Red Delicious) were harvested at the same site on 3 successive dates, at beginning, mid and end of the optimal harvest window (OHW), and stored in controlled atmosphere for 5 to 7.5 months under ULO (at 1 kPa O2 and 1 or 1.5 kPa CO2) and/or CA (at 1.5 kPa O2 and 1 or 1.3 kPa CO2) storage conditions with and without prior exposure to 1-MCP (SmartFreshTM). In addition, fruit samples were exposed to the novel DCA-CF storage technique with dynamic O2 < 0.7 kPa level guided by chlorophyll fluorescence sensing. The fruit firmness differences obtained by means of 1-MCP or DCA-CF were compared using untreated ULO and/or CA-stored fruits as reference, directly after storage and also after a subsequent ‘shelf-life’ period of 7 days, at 20 °C. During the 6 years under investigation, storing apples by means of DCA-CF proved to be effective in retaining better the fruit firmness of apples compared to optimal ULO conditions, in all that cases, where 1-MCP treatment additionally to ULO demonstrated the presence of a potential for firmness improvement. The sugar and acidity content analysis showed that the latter in particular can gain a potential advantage from both novel storage techniques. Fruits of late ripening stages resulted slightly advantaged from the use of novel storage techniques.

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