Desarrollo de micro y nanofibras antifúngicas para el control de antracnosis en aguacate "Hass" (Persea americana Mill. cv. Hass) obtenidas por procesado electrohidrodinámico y aerohidrodinámico

Abstract

[ES] La pérdida y el desperdicio de alimentos supone un problema global de gran magnitud con implicaciones significativas en los ámbitos ambiental, económico y social. Una fracción importante de dichas pérdidas está producida por las enfermedades postcosecha causadas por fitopatógenos. Meyerozyma caribbica encapsulada en recubrimientos comestibles ha demostrado ser efectiva como control biológico en frutos. Sin embargo, las técnicas convencionales de producción de recubrimientos no garantizan la homogeneidad del tratamiento sobre el alimento, pudiendo afectar a su efectividad. En este sentido, las nanofibras hiladas mediante procesos electro y aerohidrodinámicos pueden actuar como una matriz biopolimérica para atrapar dichos microorganismos, y pueden ser depositadas homogéneamente en la superficie de los alimentos, y esto, junto a que son estructuras con una gran superficie-volumen, las hace más activas y eficientes.

La etapa 1, consistió en la optimización y la caracterización fisicoquímica de las disoluciones poliméricas (goma de anacardo, CG; FucoPol, FP; poli óxido de etileno, PEO; pululano, Pul). La etapa 2, consistió en la obtención de estructuras mediante electrospray y electrospinning, éstas se caracterizaron mediante SEM, ATR-FTIR, WAXS, TGA y DSC. La etapa 3 consistió en la encapsulación de M. caribbica en nanofibras de pululano, CG:PEO y FP:PEO mediante electrospinning. Las nanofibras se caracterizaron mediante SEM, ATR-FTIR y TGA. Se determinó la viabilidad de M. caribbica y se evaluó la actividad antifúngica de las nanofibras frente a 6 hongos de interés comercial. La etapa 4, consistió en el análisis in vivo de frutos cubiertos con nanofibras adicionadas con M. caribbica aplicadas por Solution Blow Spinning (SBS) para ello se determinó la viabilidad de M. caribbica en las nanofibras y se evaluó la actividad antifúngica in vitro e in vivo como tratamientos preventivos y curativos frente a C. gloeosporioides. Finalmente, se evaluó el efecto de las nanofibras sobre los parámetros de calidad de los aguacates. Las microestructuras obtenidas con CG, mostraron cápsulas esféricas sin depresiones irregulares que encapsularon al compuesto modelo (ß-caroteno). Las cápsulas de CG brindaron protección térmica y fotoestabilidad al ß-caroteno. Por otro lado, FP, FP:Pul y FP:PEO mostraron fibras helicoidales cilíndricas, lisas y gruesas. Mediante WAXS, en las nanofibras de FP:Pul y FP:PEO se detectaron nuevos picos a ángulos por debajo de los 10º, lo que sugiere que FucoPol podría afectar la estructura polimérica de otros materiales con una estructura secundaria helicoidal. Las nanofibras de pululano, CG:PEO y FP:PEO con M. caribbica mostraron nanofibras cilíndricas, lisas y homogéneas. Los polímeros utilizados brindaron protección térmica a la levadura. Las nanofibras de pululano mostraron la viabilidad más alta de M. caribbica y el mayor porcentaje de inhibición del crecimiento de los 6 hongos evaluados. Mediante SBS se obtuvieron fibras homogéneas, continuas y rizadas. SBS garantizó una alta viabilidad de M. caribbica en las nanofibras aplicadas en la superficie de los aguacates bajo diferentes condiciones evaluadas. Las nanofibras de pululano con M. caribbica como tratamiento preventivo inhibieron por completo el crecimiento de C. gloeosporioides. Además, la aplicación de las nanofibras sobre los aguacates no afectó los parámetros de calidad.

El pululano, la CG y el FP en combinación con PEO y pululano se han estudiado por primera vez para formar estructuras mediante procesos electrohidrodinámicos y aerohidrodinámicos. Estos resultados obtenidos, sugieren un alto potencial de las nanofibras para su uso en la industria alimentaria y representan una alternativa interesante para el tratamiento post-cosecha de frutos en el control de enfermedades fúngicas, contribuyendo de esta manera a reducir la pérdida en la producción de alimentos.

[CA] La pèrdua i el malbaratament d'aliments representen un gran problema mundial amb implicacions significatives en els àmbits ambiental, econòmic i social. Una part considerable d'estes pèrdues es deu a malalties post collita causades per fitopatògens. Meyerozyma caribbica, encapsulada en recobriments comestibles, ha demostrat ser efectiva com a control biològic en fruites. No obstant això, els mètodes tradicionals de producció de recobriments sovint no asseguren un tractament uniforme a la superfície dels aliments, cosa que pot comprometre l'eficàcia. En este context, les nanofibres filades mitjançant processos electro- i aerohidrodinàmics poden servir com a matriu bio polimèrica per atrapar estos microorganismes, garantint la deposició homogènia sobre les superfícies dels aliments. El seu gran ràtio superfície-volum enfortix l'activitat i l'eficiència.

L'etapa 1 va implicar l'optimització i la caracterització fisicoquímica de les solucions de polímers (goma d'anacard, CG; FucoPol, FP; i poli òxid d'etilè, PEO); pululan, Pul). L'etapa 2 es va centrar en la fabricació d'estructures mitjançant electrospray i electrospinning, caracteritzades per SEM, ATR-FTIR, WAXS, TGA i DSC. L'etapa 3 va incloure l'encapsulació de M. caribbica en nanofibres de pullulan, CG:PEO i FP:PEO per electrofilat. Les nanofibres van ser caracteritzades per SEM, ATR-FTIR i TGA. La viabilitat de M. caribbica es va determinar i l'activitat antifúngica de les nanofibres es va avaluar contra 6 fongs d'interés comercial. L'etapa 4 va consistir en l'anàlisi in vivo de fruites recobertes amb nanofibres afegides amb M. caribbica aplicades per mitjà de Solution Blow Spinning (SBS); per això, es va determinar la viabilitat de M. caribbica a les nanofibres i es va avaluar l'activitat antifúngica in vitro i in vivo com a tractaments preventius i curatius enfront de C. gloeosporioides. Finalment, es va avaluar l'efecte de les nanofibres en els paràmetres de qualitat dels alvocats.

Les microestructures obtingudes amb CG van mostrar càpsules esfèriques sense depressions irregulars que encapsulaven el compost model (ß-caroté). Les càpsules de CG van proporcionar protecció tèrmica i foto estabilitat al ß-caroté. D'altra banda, FP, FP:Pul i FP:PEO van mostrar fibres cilíndriques, suaus i gruixudes. Mitjançant WAXS es van detectar nous pics a angles per davall dels 10°, la qual cosa suggerix que FucoPol podria afectar l'estructura d'altres materials amb una estructura secundària helicoidal. Les nanofibres de pululan, CG:PEO i FP:PEO amb M. caribbica van mostrar nanofibres cilíndriques, suaus i homogènies. Els polímers utilitzats van proporcionar protecció tèrmica al llevat. Les nanofibres de pululan van mostrar la màxima viabilitat de M. caribbica i el màxim percentatge d'inhibició del creixement dels 6 fongs provats. Utilitzant SBS, es van obtindre fibres homogènies, contínues i arrissades. SBS va garantir una alta viabilitat de M. caribbica a les nanofibres aplicades a la superfície dels alvocats en diferents condicions avaluades. Les nanofibres de pululan amb M. caribbica com a tractament preventiu van inhibir completament el creixement de C. gloeosporioides. A més, l'aplicació de nanofibres en alvocats no va afectar els paràmetres de qualitat.

El Pululan, la CG i l'FP en combinació amb PEO i pululan han estat estudiades per primera vegada per a formar estructures mitjançant processos electro hidrodinàmics i aero hidrodinàmics. Estos resultats obtinguts suggerixen un alt potencial de les nanofibres per a ser utilitzades en la indústria alimentària i representen una interessant alternativa per al tractament post collita de les fruites en el control de les malalties fúngiques, contribuint a reduir la pèrdua en la producció d'aliments.

[EN] Food loss and waste represent a significant global challenge with substantial implications across environmental, economic, and social domains. A considerable portion of these losses stems from postharvest diseases caused by phytopathogens. Meyerozyma caribbica, encapsulated in edible coatings, has demonstrated effectiveness as a biological control agent in fruits. However, conventional coating production methods often fail to ensure uniform treatment on food surfaces, potentially compromising efficacy. In this context, nanofibers spun through electro- and aerohydrodynamic processes can serve as a biopolymeric matrix to entrap such microorganisms, ensuring homogeneous deposition on food surfaces. Their large surface-area-to-volume ratio enhances activity and efficiency.

Stage 1 involved optimizing and characterizing polymer solutions (cashew gum, CG; FucoPol, FP; polyethylene oxide, PEO; pullulan, Pul). Stage 2 focused on fabricating structures via electrospray and electrospinning, characterized by SEM, ATR-FTIR, WAXS, TGA, and DSC. Stage 3 entailed encapsulating M. caribbica in pullulan, CG:PEO, and FP:PEO nanofibers via electrospinning, fibers were characterized by SEM, ATR-FTIR, and TGA. M. caribbica viability and the nanofibers' antifungal activity were assessed against six commercially relevant fungi. Stage 4 comprised in vivo analysis of fruits coated with nanofibers containing M. caribbica applied via Solution Blow Spinning (SBS). Viability of M. caribbica in the nanofibers and their antifungal efficacy were determined in vitro and in vivo as preventive and curative treatments against C. gloeosporioides. The impact of nanofibers on avocado quality parameters was evaluated.

The microstructures obtained with CG exhibited spherical capsules encapsulated the model compound (ß-carotene), providing thermal and photostability. FP, FP:Pul, and FP:PEO showed cylindrical, smooth, and thick helical fibers. Using WAXS, new peaks at angles below 10º were detected in FP:Pul and FP:PEO nanofibers, suggesting that FucoPol could affect the polymer structure of other materials with a secondary helical structure. Pullulan, CG:PEO, and FP:PEO nanofibers with M. caribbica were cylindrical, smooth, and homogeneous, offering thermal protection to the yeast. Pullulan nanofibers exhibited the highest M. caribbica viability and highest percentage of growth inhibition of the tested fungi. SBS showed homogeneous, continuous, and curly fibers, ensuring high M. caribbica viability on avocado surfaces under diferent conditions. Pullulan nanofibers with M. caribbica as preventive treatment completely inhibited C. gloeosporioides growth without affecting avocado quality parameters.

This study represents the first investigation of pullulan, CG, and FP combined with PEO and pullulan for forming structures via electrohydrodynamic and aerohydrodynamic processes. The results underscore the high potential of nanofibers in the food industry, offering a promising alternative for postharvest fruit treatment against fungal diseases and contributing to reducing food loss in fruit production.