Parámetros para Evaluar la Capacidad de Almacenamiento del Arroz

Parámetros para Evaluar la Capacidad de Almacenamiento del Arroz con Cáscara

Shlomo Navarro

Green Storage Ltd snavarro@013.net

Hagit Navarro

Green Storage Ltd.

Nadav Inbari

Green Storage Ltd.

Al arroz con cáscara cosechado antes de comercializarse es necesario secarlo hasta un nivel seguro de humedad para evitar el deterioro de la microflora. El exceso de humedad en el arroz causa también una tasa de respiración intensa que resulta en el consumo de materia seca y, en consecuencia, en la pérdida de peso. Castaño et al. (2017) compararon el efecto de diferentes condiciones de humedad de almacenamiento (0.90 y 0.95) de actividad de agua (aw) y temperaturas (25, 30°C) en las tasas de respiración, pérdida de materia seca (DML por sus siglas en inglés Dry Matter Loss) de arroz con cáscara y arroz integral, inoculación de ambos tipos de arroz con Fusarium verticillioides, y los efectos sobre la contaminación por fumonisina B1 (FB1) de estos tipos de arroz. Navaratne y Anjalo (2013) evaluaron LMD de cereales almacenados debido a incrementos en la temperatura almacenada en consonancia con el calentamiento global. El estudio se realizó utilizando arroz con cáscara, gramo verde, maíz y caupí con contenidos de humedad iniciales de 10,9%, 8,6%, 8,9% y 10,6% respectivamente García-Cela et al. (2018) examinaron el efecto de diferentes aw (0,95–0,90) y temperaturas

(10 –25oC) en grano de trigo naturalmente contaminado e irradiado, ambos inoculados con Fusarium graminearum y almacenados durante 15 días en tasa de respiración; LMD; Produc- ción de zearalenona (ZEN) y relación entre LMD y contaminación ZEN en relación con los límites legislativos de la UE. Ochandio, et al. (2017) observaron que la tasa de respiración aumentaba con el contenido de humedad y la temperatura de almacenamiento. Sin embargo, la tasa de respiración no se vio afectada principalmente por el O2 hasta que se alcanzó un límite de concentración crítico de alrededor del 2%. Las tasas de respiración fueron de 0,341 a 22,684 mg O2/ (kg MS d) y de 0,130 a 20,272 mg CO2/(kg MS d) para un rango de condiciones de almacenamiento de 13–17% de contenido de humedad y 15–35°C de temperatura. Garcia-Cela, et al. (2019) examinaron la respiración del maíz contaminado de forma natural o inoculado con Aspergillus flavus para determinar si esto podría ser un indicador temprano y sensible de contaminación por aflatoxinas (AF) y un riesgo relativo de capacidad de almacenamiento. Garcia-Cela, et al. (2020) investigaron la producción de dióxido de carbono como un indicador de la colonización por Aspergillus flavus y la contaminación por aflatoxinas/ácido ciclopiazónico (CPA) en maní sin cáscara almacenado bajo la interación de diferentes factores abióticos.

La actividad metabólica derivada de la respiración del arroz depende en gran medida de la temperatura, el contenido de humedad, el nivel de atraque a granel y la duración del almacenamiento. Comprender la relación de la tasa de respiración del arroz con cáscara y la pérdida de peso en función del alto contenido de humedad y la alta temperatura proporciona una herramienta importante para evaluar la capacidad de almacenamiento del arroz con cáscara. El trabajo actual se llevó a cabo para explorar cuánto tiempo se puede almacenar el arroz con varios contenidos de humedad después del secado y en vista de las inconsistencias en la literatura.

Materiales y métodos

El cultivar de arroz con cáscara Tebonnet, caracterizado por su grano alargado, cultivado en el valle de Hula, en el norte de Israel, se humedeció con los siguientes contenidos de humedad en base húmeda: 12,47%, 12,83%, 13,72%, 14,64% y 15,47%. Las tasas de respiración se registraron midiendo las concentraciones de dióxido de carbono y oxígeno en frascos herméticos de 1L que contenían 625g de granos de arroz con cáscara en cada frasco. Se tomaron muestras de gas de 0,5mL de cada frasco y se midieron sus concentraciones de gas en un cromatógrafo de gases equipado con un detector de conductividad térmica y columnas empaquetadas porapack Q y tamiz molecular 5A.

Los frascos que contenían arroz con cáscara se incubaron a 26±1oC, 30±1oC y 35±1oC. Después de un período de incubación de tres meses, se colocaron muestras de arroz con cáscara de 40g en bolsas estériles. La microflora se inoculó utilizando el método de la placa de extensión en medios de cultivo de sal de malta de agar esparcidos en placas de Petri estériles. La incubación de la muestra inoculada se llevó a cabo a 30°C durante cuatro días y luego se contó el número de colonias de mohos. La detección de la humedad relativa de equilibrio se llevó a cabo en 100g de muestras de arroz con cáscara en un sensor de seguimiento de la actividad del agua (Nova-Sina). El contenido de humedad de las mismas muestras se determinó mediante el método de secado en horno a 103oC.

Resultados y discusión

Pérdida de materia seca (DML) como resultado de la respiración

Steel et al. (1969) intentaron correlacionar los efectos del contenido de humedad y la microflora bajo la influencia de la temperatura, la humedad relativa y el daño mecánico en los granos durante la cosecha de maíz almacenado de varias calidades. Posteriormente, determinaron que la pérdida de materia seca del 0,5 % como resultado de la respiración proporciona un criterio para el "almacenamiento seguro" de los granos de maíz. Jindal y Duggal (1978) también ensayaron la relación entre la pérdida de materia seca y la respiración del arroz con cáscara de manera similar al trabajo realizado con el maíz. La pérdida de materia seca (DML) es un método cuantitativo calculado sobre la base del dióxido de carbono emitido por los granos analizados

como resultado de la actividad metabólica, es decir, la respiración. Por tanto, la oxidación de los hidratos de carbono está directamente asociada a la emisión de dióxido de carbono,|; el consumo de cada 0,5g de carbohidrato libera 0,733g de dióxido de carbono. Monitoreando la salida de dióxido de carbono es posible calcular el tiempo transcurrido hasta LMD de 0,5%. La Fig. 1 muestra la relación entre el 0,5% de LMS y la respiración del arroz con cáscara probado a diversas temperaturas y contenidos de humedad. Hilario (1982) informó sobre el almacenamiento seguro de arroz con cáscara con contenidos de humedad en el rango de 12 y 24%. Sus resultados están cerca de los resultados presentados en la Fig. 1.

Seitz et al., (1982) afirmaron que con un alto contenido de humedad del maíz y cuando el porcentaje de daño mecánico es alto, es posible que el desarrollo de la microflora se inicie en etapas más tempranas del almacenamiento, particularmente el desarrollo de Aspergillus flavus que puede transmitir la micotoxina. presencia incluso antes del 0,5% LMD. Esa es una situación que no está necesariamente asociada con granos de maíz aparentemente dañados. Por otro lado según Mirocha y Christensen (1982) para el desarrollo a microflora toxigénica se requiere un mínimo de 85% de humedad relativa. Dicho nivel de humedad es muy alto y está cerca del límite del desarrollo bacteriano. De esta discusión es evidente que si el arroz con cáscara se almacena por debajo del 85 % de ERH, el criterio de 0,5 % de LMD es apropiado para el almacenamiento de maíz, y vale la pena evaluar su idoneidad también para el arroz con cáscara.

Además de DML, según Faure (1986), existen criterios adicionales después de la cocción como firmeza, consistencia, pegajosidad, aroma, color y otras pruebas químicas como la relación entre amilasa y amilopectina como criterios de firmeza y pegajosidad, ácidos grasos libres como criterios de aroma, y otros. Por lo tanto, se sugiere utilizar los criterios de LMD con mucha precaución y en la medida de lo posible junto con las prácticas de criterios aceptados en las áreas de cultivo de arroz. Castaño et al. (2017) encontraron que hubo un aumento en la producción de CO2 con condiciones más húmedas y cálidas en arroz contaminado naturalmente. En general, se observó una tasa de respiración más alta y, en consecuencia, un porcentaje de LMD para el arroz integral (hasta un 21 %), mientras que en el arroz con cáscara fue solo de hasta un 3,5 % de LMD. La producción de fumonisina B1 (FB1) en arroz con cáscara fue baja y similar en todos los tratamientos, independientemente de las condiciones de aw y temperatura. En el arroz integral descascarillado hubo mayores niveles de contaminación con FB1, con un máximo a 0,95 aw y 25°C. Se obtuvo una correlación significativa entre el % de LMD y la contaminación por FB1 (R=0,7454, P<0,01). Castaño et al. (2017) sugirieron que el monitoreo de CO2 puede proporcionar una indicación temprana de la actividad fúngica en el arroz húmedo y ayudar a evaluar el riesgo relativo de deterioro y el potencial de contaminación por micotoxinas.

Fig. 1 - Tiempo de almacenamiento seguro (d) del arroz paddy probado hasta que se logra un DML de 0,5 % a tres temperaturas y varios contenidos de humedad.

Desarrollo de moho

La figura 2 muestra el número de colonias (millones de colonias por gramo de arroz con cáscara) contadas bajo las tres temperaturas probadas y cinco contenidos de humedad en el arroz con cáscara. A partir de la Fig. 2, es evidente que incluso con un contenido de humedad del 13,7%, el desarrollo de la microflora fue muy bajo. Solo en el 14,5% hay un aumento moderado pero significativo en los recuentos de microflora. Pero con un contenido de humedad del 15,5 %, el desarrollo de la microflora fue más pronunciado. Sin embargo, el efecto de las tres

temperaturas probadas no se reflejó en esos resultados, las diferencias no fueron evidentes en la Fig. 2.

Fig. 2 – Tasa de desarrollo de moho en arroz con cáscara a tres temperaturas y cinco contenidos de humedad después de tres meses de almacenamiento.

Es muy posible que las temperaturas experimentales seleccionadas promuevan el desa- rrollo de la microflora, pero para suprimir dicho desarrollo son necesarias temperaturas inferiores a 26oC (Mirocha y Christensen, 1982). La información más significativa es el aumento de la tasa de desarrollo de la microflora cuando comparamos la tasa de desarrollo al 14,5 % y los resultados obtenidos al 15,5 % de contenido de humedad. García-Cela, et al. (2018) midieron las tasas de respiración temporales y la producción total acumulada de CO2 en granos de trigo irradiados y contaminados naturalmente. Hubo un aumento en las tasas temporales de produ- cción de CO2 en condiciones más húmedas y cálidas en todos los tratamientos, con la respiración más alta en los tratamientos a 25oC y 0,95 aw más la inoculación de F. graminearum. Esto se reflejó en el total de CO2 acumulado en los tratamientos. Los LMD máximos se dieron en los tratamientos de 0,95 aw/20–25oC ya 10oC/0,95 aw. Los LMD se modelaron para producir mapas de contorno de las condiciones ambientales que dieron como resultado pérdidas máximas/ mínimas. García-Cela, et al. (2018) concluyeron que este tipo de datos es importante en la construcción de una base de datos para el desarrollo de un sistema de apoyo a la toma de decisiones poscosecha para los riesgos relativos de diferentes micotoxinas. Garcia-Cela, et al. (2019) examinaron la relación entre diferentes condiciones ambientales de almacenamiento que interactúan (0,80–0,99 aw y 15–35 °C) en granos de maíz naturalmente contaminados e irradiados más A. flavus en tasas de respiración relativas (R), seco pérdidas de materia (LMD) y contaminación por aflatoxinas B1 y B2 (AFB1-B2). García-Cela, et al. (2020) encontraron que hubo un aumento en las tasas de producción de CO2 en condiciones más húmedas y cálidas en todos los tratamientos, con la respiración más alta en los tratamientos de 0.95 aw de maní almacenado más inóculo de A. flavus a 30ºC (2474mg CO2kg-1h-1). La contaminación máxima por micotoxinas fue siempre a 0,95 aw, aunque las temperaturas óptimas fueron diferentes para AFB1 y CPA. Por lo tanto, 30-35ºC fue óptimo para CPA y 25-30°C para AF. En el presente estudio hubo un aumento significativo en el desarrollo de la microflora con un contenido de humedad del 15,5 % equivalente al 83 % de ERH a 26 °C (Fig. 2 y Fig. 3).

Valores de humedad relativa de equilibrio (ERH)

El ERH es la humedad relativa de la atmósfera a una temperatura particular a la cual el producto almacenado no ganará ni perderá humedad. Mousa et al., (2014) investigaron la relación hídrica del arroz con cáscara a 20o, 30o, 40o y 50oC sobre humedad relativa (HR.) expresada como aw entre 0.113 y 0.976 utilizando la técnica gravimétrica. A partir de los datos proporcionados por Mousa et al., (2014) es difícil observar la fina diferencia a temperaturas regulares de almacenamiento de 20° y 30°C. Ondier et al. (2011) también estudiaron los contenidos de humedad de equilibrio de arroz con cáscara de grano largo y mediano de cultivares puros e híbridos, y un arroz con cáscara sancochado de cultivar desconocido, en un ambiente de aire casi estático a cinco temperaturas (10o, 20o , 30o, 45o y 60ºC) y humedad relativa en el rango de 10% a 70% utilizando un método gravimétrico. Los resultados mostraron que no hubo diferencias significativas consistentes entre los contenidos de humedad de equilibrio de los cultivares de arroz de

línea pura e híbrido o de grano medio y largo. La Fig. 3 muestra la ERH del cultivar Tebonnet de arroz con cáscara. Parece que las temperaturas probadas (26º, 30º y 35ºC) tuvieron poco efecto sobre la ERH. Sin embargo, considerando que la humedad relativa mínima necesaria para el desarrollo de la microflora es del 65 % (Lacey et al., 1980), de la Fig. 3 se desprende que a 30ºC y 35ºC el contenido de humedad de almacenamiento seguro es del 12,8 %. Estos datos están de acuerdo con los recuentos de microflora informados en la Fig. 2, donde las unidades formadoras de colonias (UFC) están en su mínimo incluso después de tres meses de almacenamiento. Los recuentos de UFC aumentan con el aumento del contenido de humedad y el aumento de la temperatura (Fig. 2). A partir de las pruebas de microflora al nivel de contenido de humedad del 14,5%, se mejoró la actividad (Fig. 2).

Según Mirocha y Christensen (1982) para estimular la actividad de la microflora es necesaria una ERH superior al 75%. Tal afirmación está de acuerdo con los resultados presentados en este trabajo. Para el arroz cáscara probado en el presente estudio, se encontró un contenido de humedad del 14,5% como el "contenido de humedad crítico". Un contenido de humedad inferior al 14,5 % puede considerarse "contenido de humedad permisible". Sin embargo, entre el 12,8 % y el 14,5 %, el arroz con cáscara almacenado debe controlarse muy cuidadosamente con una inspección periódica de que el arroz con cáscara todavía es seguro para el almacenamiento. Según Coleman y Fellow (1925), para arroz paddy a 25°C y 75% de humedad relativa, el contenido de humedad de equilibrio es 14,4%. También según Juliano (1964), el contenido de humedad de equilibrio al mismo nivel de temperatura (25ºC) de cuatro cultivares de arroz fue de 14,3%. Todos esos datos están de acuerdo con los datos proporcionados en la Fig. 3. Conclusiones

• Se dibujaron líneas de pérdida de materia seca del 0,5% calculadas para predecir períodos de almacenamiento seguros para el arroz con cáscara. • En condiciones de clima tropical, a una temperatura de almacenamiento de 35ºC, las líneas predictivas indican que con un contenido de humedad del 14% (base húmeda) es posible almacenar arroz paddy durante 240 días hasta lograr una pérdida de materia seca del 0,5%. • Para periodos de almacenamiento seguros a largo plazo a 26º, 30º y 35ºC, la humedad relativa de equilibrio del 65% del arroz con cáscara se determinó como un contenido de humedad del 12,8%. • Los conteos de microflora al final de los tres meses de almacenamiento indicaron un desarrollo pronunciado con contenidos de humedad (base húmeda) de 14,5% que estaba en equilibrio con una humedad relativa de 75%. • Las curvas de humedad relativa de equilibrio dibujadas para las tres temperaturas de almacenamiento indicaron que el "contenido crítico de humedad" era aproximadamente 14,5% equivalente a 75% de humedad relativa en el aire. •

Reconocimiento

Los autores agradecen a Tom deBruin, Director de Postharvest Industries West Africa (PIWA) Ltd, por revisar el manuscrito y hacer sugerencias.