Starch based coatings with thyme essential oil for fruit preservation

Tesis por compendio[ES] En esta Tesis, se han analizado diferentes estrategias para adaptar las formulaciones de almidón con el fin de obtener recubrimientos útiles en la conservación poscosecha de frutas. El almidón se sustituyó parcialmente por gomas de origen microbiano (xantano, gelano y pululano) para mejorar las propiedades funcionales de las películas. La adición de gelano a la matriz de almidón, redujo su capacidad de adsorción de agua y la permeabilidad al vapor de agua y oxígeno. Tuvo un efecto positivo en las propiedades mecánicas, mejorando su resistencia a la rotura y previniendo la retrogradación. La goma xantana aumentó la resistencia a la rotura de las películas de almidón, pero no redujo su capacidad de adsorción de agua y la permeabilidad al vapor de agua. La sustitución del almidón por un 10 o 20% de gelano, podría ser una buena estrategia para obtener películas con propiedades más adecuadas con fines de envasado/recubrimiento de alimentos. Se analizaron películas mezcla de almidón-gelano con aceite esencial de tomillo (EO), con el objetivo de proporcionar actividad antifúngica a las formulaciones. El aceite se incorporó mediante emulsificación directa o encapsulado en liposomas de lecitina. Las películas mostraron un efecto antifúngico en las pruebas in vitro contra A. alternata y B. cinerea. La encapsulación del EO promovió una mayor retención del aceite, mejorando su actividad antifúngica, siendo éstas más efectivas contra B. cinerea que contra A. alternata. Una mayor proporción de almidón en el film dio lugar a mayor crecimiento fúngico a baja concentración del compuesto activo. Todas las películas exhibieron alta capacidad de barrera al oxígeno. La lecitina mejoró la capacidad de barrera al vapor de agua y redujo la rigidez, la resistencia a la rotura y la extensibilidad. Las películas con EO encapsulado, con una proporción de almidón-gelano de 8:2, fueron las más efectivas para controlar el crecimiento fúngico. Para aplicar las formulaciones de almidón-gelano como recubrimientos, se analizaron las propiedades superficiales de distintas frutas (manzana, tomate y caqui), y el coeficiente extensibilidad de las formulaciones sobre la superficie de la frutas, en función de la concentración de Tween 85. Las pieles de las frutas evaluadas se comportaron como superficies de baja energía. La adición de Tween 85 a las muestras sin EO, tuvo un efecto positivo en el ángulo de contacto y la tensión superficial. Sin embargo, cuando contenían EO, emulsionado o encapsulado en lecitina, el surfactante ejerció un efecto negativo en estas propiedades, dependiendo de su concentración. Las formulaciones con EO, emulsionado o encapsulado, no requirieron surfactante para mejorar su extensibilidad, mientras que la adición de Tween 85 a una concentración de 5x104 mg/L, mejoró notablemente esta propiedad en formulaciones S:G sin EO. Recubrimientos a base de almidón-gelano, con o sin EO emulsionado o encapsulado en liposomas de lecitina, fueron aplicados en manzanas y caquis. Los recubrimientos no redujeron la pérdida de peso en las manzanas, pero evitaron la pérdida de agua en los caquis. No se observó un efecto significativo de los recubrimientos en las tasas de respiración y el cociente de respiración de los caquis, mientras que estos parámetros aumentaron en manzanas. En los ensayos in vivo, los recubrimientos sin lecitina redujeron la incidencia y severidad de la mancha negra por A. alternata en caquis, y la severidad del moho gris por B. cinerea en manzanas. A pesar de su acción antifúngica in vitro, el EO no ejerció un efecto antifúngico adicional en la fruta. Esto podría explicarse por las interacciones particulares entre los componentes del recubrimiento, la superficie de la fruta y el patógeno. Los recubrimientos a base de almidón-gelano sin lecitina ni EO podrían aplicarse en caquis para controlar la pérdida de peso y reducir la incidencia de A. alternata.[CA] En esta Tesi, s'han analitzat diferents estratègies per a adaptar les formulacions de midó a fi d'obtenir recobriments útils per a la conservació postcollita de fruites. El midó es va substituir parcialment per gomes d'origen microbià (xantano, gelano i pululano) per a millorar les propietats funcionals de les pel¿lícules. L'addició de gelano a les pel¿lícules de midó, va reduir la seua capacitat d'adsorció d'aigua. També va tindre un efecte positiu en les propietats mecàniques, i va millorar la seua resistència a la ruptura i va prevenir els fenòmens de retrogradació. La goma de xantano també va augmentar la resistència a la ruptura de les pel¿lícules de midó, però no va reduir la seua capacitat d'adsorció d'aigua i la permeabilitat al vapor d'aigua. La substitució del midó per un 10 o 20% de gelano, podria ser una bona estratègia per a obtenir pel¿lícules amb propietats més adequades per al envasat/recobriment d'aliments. S'analitzaren les pel¿lícules mescla de midó-gelano amb oli essencial de timó (EO), amb l'objectiu de proporcionar activitat antifúngica a les formulacions. L'oli es va incorporar mitjançant emulsificació directa o encapsulat en liposomes de lecitina. Estes pel¿lícules van mostrar un efecte antifúngic en les proves in vitro contra A. alternata i B. cinerea. L'encapsulació de l'EO en els liposomes de lecitina va promoure una major retenció de l'oli i va millorar la seua activitat antifúngica, sent estes més efectives contra B. cinerea que contra A. alternata. En les formulacions amb una major proporció de midó amb baix contingut en compost actiu va haver un major creixement fúngic. Totes les pel¿lícules van exhibir alta capacitat de barrera a l'oxigen. La presència de lecitina va millorar la capacitat de barrera al vapor d'aigua i va reduir la rigidesa, la resistència a la ruptura i l'extensibilitat. Les pel¿lícules amb EO encapsulat, amb una proporció de midó-gelano 8: 2, van ser les més efectives per a controlar el creixement fúngic. Amb l'objectiu d'aplicar les formulacions de midó-gelano com a recobriments, es van analitzar les propietats superficials de distintes fruites (poma, tomaca i caqui), i el coeficient d'extensibilitat d'estes formulacions sobre la superfície de la fruita, en funció de la concentració de Tween 85. Les pells de les fruites avaluades es van comportar com a superfícies de baixa energia. L'addició de Tween 85 a les formulacions sense EO, va tenir un efecte positiu en els angles de contacte i la tensió superficial. En presència de l'EO, emulsionat o encapsulat en liposomes de lecitina, el tensioactiu va exercir un efecte negatiu en estos valors, depenent de la seua concentració. Els recobriments amb EO, emulsionat o encapsulat, no van requerir tensioactiu per a millorar la seua extensibilitat, mentre que l'addició de Tween 85 a una concentració de 5x104 mg/L, va millorar notablement esta propietat en les formulacions sense EO. Recobriments a base de midó-gelano, amb o sense l'agregat d'EO emulsionat o encapsulat en liposomes, van ser aplicats en pomes i caquis.. Els recobriments no van reduir la pèrdua de pes en les pomes, però van evitar la pèrdua d'aigua en els caquis. No es va observar un efecte significatiu dels recobriments en les taxes de respiració i el quocient de respiració dels caquis, mentre que les taxes i el quocient de respiració van augmentar en les pomes. En els assajos in vivo, els recobriments sense lecitina van reduir la incidència i severitat de la taca negra per A. alternata en els caquis, i la severitat de la floridura grisa per B. cinerea en les pomes. No obstant això, la incorporació de l'EO no va exercir un efecte antifúngic addicional en la fruita. Açò podria explicar-se per les interaccions particulars entre els components del recobriment, la superfície de la fruita i el patogen. Els recobriments a base de midó-gelano sense lecitina o EO de timó podrien aplicar-se en caqui[EN] In this Thesis, different strategies have been analysed to tailor starch formulations for the purposes of obtaining useful coatings in postharvest fruit preservation. Starch was partially substituted by microbial gums (xanthan, gellan, and pullulan) in order to improve film functional properties. Moisture sorption capacity and water vapour and oxygen permeability were reduced by the presence of gellan gum in the starch films. It also had a positive effect on the tensile properties, enhancing the films' strength and resistance to break and preventing retrogradation phenomena. Xanthan gum increased the tensile strength of the starch films, but did not reduce their water sorption capacity and water vapour permeability. Functional properties were not notably improved by the addition of pullulan. Then, 10 and 20 % starch could be substituted by gellan gum to obtain films with more adequate properties for food packaging/coating purposes. Starch-gellan blend films containing thyme essential oil (EO) were also studied in order to provide antifungal activity to the formulations. This was incorporated either by direct emulsification or encapsulated in lecithin liposomes. These films exhibited antifungal effect in in vitro tests against A. alternata and B. cinerea. The encapsulation of the EO in lecithin liposomes allowed for greater EO retention in the films, enhancing their antifungal activity, which were more effective against B. cinerea than against A. alternata. The antifungal action was slightly affected by the polymer matrix composition. Thus, the greatest starch ratio enhanced the fungal growth when the content of the active compound was low. All the films exhibited high oxygen barrier capacity. The presence of lecithin enhanced their water vapour barrier capacity and reduced the film stiffness, resistance to break and extensibility. The films with lecithin-encapsulated EO, with a starch-gellan ratio of 8:2, were the most effective at controlling fungal growth. In order to apply these starch-gellan formulations as fruit coatings, the surface properties of apple, tomato and persimmon, and the spreadability coefficient of these liquid formulations on the fruit surface, were analysed as a function of the concentration of Tween 85, as surfactant. The fruit skins behaved as low-energy surfaces. The values of the contact angles and surface tension of EO-free formulations were positively influenced by the addition of Tween 85. However, in the presence of emulsified or lecithin-encapsulated thyme EO, the surfactant exerted a negative effect, depending on its concentration. Coating-forming systems containing emulsified or encapsulated EO did not require surfactant to improve their already good spreadability, while Tween 85 at 5x104 mg/L notably improved this property in EO-free formulations. Starch-gellan coatings, containing or not emulsified or lecithin-encapsulated EO, were applied on apples and persimmons. Coatings did not reduce the weight loss in apples, but they prevented water loss in persimmons. In contrast, no significant effect of the coatings was observed on respiration rates and respiration quotient of persimmons, whereas they increased the respiration rates and quotient in apples. Coatings did not affect the changes in fruit firmness either in apples or persimmons. In the in vivo assays, the coatings without lecithin reduced the incidence and severity of black spot caused by A. alternata in persimmons, and the severity of grey mould caused by B. cinerea in apples. The incorporation of EO did not exert an additional antifungal effect on the fruit and seemed to exert a negative effect on some other fruit quality attributes. This could be explained by the particular interactions of the coating components, fruit surface and pathogen. Starch-gellan coatings without lecithin or thyme EO could be used in persimmons to control weight loss and reduce the incidence of infections caused by A. alternata.This work has been founded by the “Ministerio de Economía y Competitividad” of Spain, through the Project AGL2016-76699-R and the “Conselleria de Educación, Investigación, Cultura y Deporte de la Generalitat Valenciana” trough the Santiago Grisolía grant GRISOLIA/2015/001.Sapper, MI. (2019). Starch based coatings with thyme essential oil for fruit preservation [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/124342Compendi