A nivel mundial, México se encuentra en el 15º lugar en producción de manzana y el 5º de mango; no obstante, durante el manejo postcosecha se pierde hasta 40% de su producción debido a que van perdiendo con el tiempo propiedades físicas y químicas como su firmeza y cambios de color, características atribuibles a su calidad y frescura.
Para contribuir a la solución de ese problema, Stefany Cárdenas Pérez, en su tesis de doctorado en ciencias de los alimentos por la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas del Instituto Politécnico Nacional (IPN), se propuso profundizar en los procesos de maduración de ambos frutos a nivel celular, nanométrico y molecular usando novedosas tecnologías como la microscopía de fuerza atómica, sistemas de visión por computadora y nanotecnología.
“Queríamos saber cómo es que las interacciones de ciertas sustancias químicas presentes en tejido y células de los alimentos afectan las condiciones del material biológico a tan pequeña escala, además de determinar cómo estas propiedades influyen en los cambios de su estructura a nivel macroscópico. Nos interesaban frutos de importancia económica para el país y en el mundo por lo que seleccionamos manzana (del cultivar Golden Delicious) y el mango (variedad Tommy Atkins) como objetos de estudio comparativo”, indicó en entrevista.
Una de las aportaciones que hizo en su tesis es que se puede aumentar el tiempo en anaquel del mango y la manzana con la aplicación de películas comestibles como recubrimientos que los protejan de factores externos que incrementan su rápido deterioro. “A través del uso de la nanotecnología se pueden desarrollar nanopartículas que mejoren las propiedades nanomecánicas y funcionales de los recubrimientos para retardar su deterioro o mejorar su resistencia mecánica de los frutos y evitar pérdidas postcosecha”.
La doctora en ciencias de los alimentos destacó que con microscopía de fuerza atómica es posible aplicar de manera localizada sustancias que retarden los procesos bioquímicos de la maduración en los frutos y estudiarlos a escala nanométrica. También es posible desarrollar métodos de selección de frutos con base a su calidad mediante técnicas de análisis de imágenes, lo que facilitaría el manejo de los productos y reduciría la contaminación entre frutos sanos y los que están en proceso de descomposición.
Estas aportaciones pueden tener un efecto directo en los productores de manzana y mango con la implementación de un sistema de visión por computadora que permita realizar una clasificación rápida y precisa de la etapa de maduración, tecnología que, además, es de bajo costo. Stefany Cárdenas Pérez comentó que “estos métodos ya son utilizados en otros países, pero no en México para reducir las pérdidas postcosecha, clasificación, evaluación de la maduración y calidad de frutos de manera automática”.
Por su tesis titulada Estudio de las propiedades nanomecánicas a nivel celular de frutos climatéricos y su correlación con parámetros fisicoquímicos, bioquímicos y microestructurales, cuyos tutores fueron los doctores Jorge Chanona Pérez y Juan Méndez Méndez, Stefany Cárdenas Pérez obtuvo el Premio Weizmann 2018 en el área de ingeniería y tecnología, que otorgan conjuntamente la Academia Mexicana de Ciencias y la Asociación Mexicana de Amigos del Instituto Weizmann de Ciencias.
Bioplásticos y aplicaciones en medicina
La especialista indicó que una vez que se cuenta con los datos de las propiedades mecánicas a nivel celular de los frutos se puede conocer el contenido de la pectina así como la estructura y cristalinidad de la celulosa. Ambos biopolímeros se pueden extraer de los frutos y ser transformados en empaques biocompostables como bolsas, y con ello contribuir a evitar el uso de bolsas de plástico fabricados a partir de combustibles fósiles.
La profesora-investigadora de la Universidad Nicolaus Copernicus en Polonia propone en su tesis doctoral utilizar estos desechos orgánicos para la “elaboración de utensilios desechables biodegradables, dando así un valor agregado a los residuos agroindustriales y frutos de baja calidad, disminuyendo el impacto de las pérdidas postcosecha, y contribuir a solucionar algunos de los problemas que ha generado el uso masivo de los plásticos”.
Con el análisis de imágenes mediante sistemas de visión por computadora y la microscopía de fuerza atómica se pueden analizar otros frutos que pueden madurar después de haber sido cosechados de importancia comercial como el aguacate, pera, plátano, productos de corta vida en el anaquel. Asimismo, estas tecnologías de frontera pueden ser aplicadas al área médica, ya que células infectadas y dañadas con cáncer, osteoporosis, dermatitis, enfermedades crónicas degenerativas y otras patologías pueden ser estudiadas con estas herramientas analíticas.
“Los métodos para conocer las propiedades mecánicas y textura desarrollados y las propiedades nanomecánicas obtenidas podrían en el futuro tener un impacto importante en el desarrollo de nuevas estructuras biológicas artificiales a través de la aplicación de la biología sintética”, destacó Cárdenas Pérez.
Este trabajo académico se realizó en el programa de doctorado en alimentos del IPN, además, la especialista realizó una estancia de investigación de seis meses en el Departamento de Microestructura Mecánica de Biomateriales del Instituto de Agrofísica en la ciudad de Lublin, Polonia.
Por esta investigación se publicaron cinco artículos en diversas revistas arbitradas de prestigio internacional y se solicitó una patente sobre un método, biosensor y kit para la detección y cuantificación de la pectina en manzana, aunque se puede extender a otros frutos, tejidos vegetales y residuos agroindustriales, con técnicas de inmunohistofluorescencia.