Aplicaciones de bajas temperaturas en frutas y hortalizas frescas by Horticultura & Poscosecha

1.5. PREENFRIADO, CONSERVACIÓN FRIGORÍFICA Y MANEJO DE GASES 1.5.1. Aplicaciones de bajas temperaturas en frutas y hortalizas frescas Mª Dolores Ortolá Ortolá mdortola@tal.upv.es Universitat Politècnica de València

Índice 1. 2. 3. 4. 4.1. 4.2. 4.3. 5.

Introducción Ventajas de la reducción de la temperatura Inconvenientes de la reducción de la temperatura Sistemas de preenfriamiento Enfriamiento por aire Preenfriamiento por agua (Hidrocooling) Preenfriamiento a vacío (Vacuum cooling) Sistema de conservación

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Resumen Las frutas y hortalizas frescas son productos muy estacionales y perecederos como consecuencia de su actividad metabólica. Sin embargo, la necesidad de suministro de frutas y hortalizas en lugares relativamente lejanos de las zonas de producción, junto con la necesidad de aumentar la oferta en períodos más largos, hacen necesario el desarrollo de técnicas que permitan disminuir las pérdidas y aumentar su vida comercial útil. Durante los últimos años se han producido muchos cambios en el envasado, manipulación, transporte, comercialización y distribución de estos productos, siendo la forma más habitual de incrementar la vida de conservación y comercialización de las frutas y hortalizas la manipulación de las condiciones ambientales que rodean los productos. De todos los factores a controlar, es la temperatura el más importante. El uso de temperaturas bajas, pero suficientemente altas como para que no supongan la congelación de los tejidos vegetales (entre 0 y -2℃), constituye actualmente el método más habitual para asegurar la conservación de productos hortofrutícolas para el consumo en fresco. En este capítulo se expondrán las ventajas e inconvenientes de la exposición a bajas temperaturas de frutas y hortalizas, así como los sistemas más habituales para llevar a cabo el enfriamiento.

1. Bases de la tecnología poscosecha

1. Introducción Las frutas y hortalizas frescas son productos muy estacionales y perecederos como consecuencia de su actividad metabólica. Sin embargo, la necesidad de suministro de frutas y hortalizas en lugares relativamente lejanos de las zonas de producción, junto con la necesidad de aumentar la oferta en períodos más largos, hacen necesario el desarrollo de técnicas que permitan disminuir las pérdidas y aumentar su vida comercial útil. Durante los últimos años se han producido muchos cambios en el envasado, manipulación, transporte, comercialización y distribución de estos productos, siendo la forma más habitual de incrementar la vida de conservación y comercialización de las frutas y hortalizas la manipulación de las condiciones ambientales que rodean los productos. De todos los factores a controlar, es la temperatura el más importante. El uso de temperaturas bajas, pero suficientemente altas como para que no supongan la congelación de los tejidos vegetales (entre 0 y -2℃), constituye actualmente el método más habitual para asegurar la conservación de productos hortofrutícolas para el consumo en fresco.

2. Ventajas de la reducción de la temperatura La intensidad respiratoria de un fruto determina su vida útil, de forma que productos con altas tasas respiratorias tienen vida útil corta (por ejemplo, unas fresas), mientras que, a menores tasas respiratorias, mayor es su vida útil. Si bien la intensidad respiratoria depende de la especie y variedad, la temperatura juega también un papel muy importante. Así, al aumentar la temperatura, la intensidad respiratoria aumenta según una ley exponencial. De forma general, la velocidad de las reacciones bioquímicas, y entre ellas la intensidad respiratoria, se reduce a la mitad cuando la temperatura de almacenamiento desciende 10℃. Por otra parte, los microorganismos representan una causa potencial de alteración para frutas y hortalizas, principalmente hongos (Alternaria, Rhizopus, Penicillium, etc.) y también algunas bacterias (Pseudomonas, etc.). El crecimiento microbiano es dependiente de la temperatura, de forma que el máximo de crecimiento se produce a unas temperaturas comprendidas entre 22 y 27℃, según las especies, mientras que a temperaturas cercanas a -10℃ se detiene su crecimiento. Por lo tanto, cuando la temperatura de conservación de un producto sea cercana a 0º no se puede asegurar que no exista crecimiento microbiano. La representación gráfica del crecimiento microbiano frente al tiempo tiene una forma sigmoide que consta de varias fases: (1) fase de inducción, más o menos larga, en la que el crecimiento del microorganismo está ralentizado y (2) fase exponencial, en la que el crecimiento y desarrollo es muy rápido. La disminución de las temperaturas de conservación produce un retraso en el comienzo de la fase exponencial y por la tanto en la aparición de podredumbres. Por tanto, las temperaturas de refrigeración, si bien no evitan el crecimiento de la mayor parte de hongos y bacterias, si logran retrasar la aparición de la fase aguda de la infección y de los síntomas que provocan el deterioro del fruto. Tanto la producción de etileno, hormona responsable del avance de la maduración, como la sensibilidad de los frutos a la presencia de etileno de etileno exógeno, se acentúa con el

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aumento de la temperatura, por lo que temperaturas de refrigeración ralentizan la maduración y, por tanto, aumentan la vida útil. Cualquier daño mecánico sobre un fruto se traduce en una pérdida de agua a través de heridas, son vías de acceso de patógenos, acelera la respiración y acelera la producción de etileno, por lo que la maduración del fruto será más rápida y su vida útil más corta. En este sentido, cabe diferenciar entre tipos de daños mecánicos, siendo los más importantes los daños por compresión efectuados sobre todo durante el transporte y almacenamiento a granel, los daños por impacto en cintas transportadoras, sistemas de clasificación, etc., y los daños por vibración, por ejemplo, durante el transporte. Si bien el nivel del daño depende de numerosos factores, como el cultivar, características de la piel, grado de hidratación celular, estado de madurez, tamaño y peso, la temperatura también ejerce un papel importante, de forma que, a bajas temperaturas, en general, los frutos son menos resistentes a la compresión e impacto y más resistentes a vibración. En resumen, un buen manejo de la temperatura es el factor más importante para retrasar el deterioro de los productos, ya que trabajando a una temperatura óptima del producto se consigue: -

Reducir la velocidad de respiración Reducir la producción de etileno Disminuir la sensibilidad al etileno Retrasar la maduración y senescencia Mantener la calidad del producto (color, textura, etc.) Reducir el desarrollo de algunos microorganismos

3. Inconvenientes de la reducción de temperatura Sin embargo, también la reducción de la temperatura puede presentar una serie de desventajas, tales como, aparición de síntomas de daños por frío, mayor sensibilidad a otras fisiopatías y maduración anormal. Desde hace tiempo se conoce que diversos productos hortofrutícolas responden desfavorablemente al empleo de bajas temperaturas. Esto es lo que se denomina "daños por frío" o según el término anglosajón "Chilling Injury". En general, los productos más sensibles a los daños por frío, son aquellos que provienen de zonas tropicales o subtropicales, tales como aguacate, plátano, cítricos, papaya, melón, pepino, berenjena, calabaza, piña, calabacín, patata y algunas variedades de melocotón, manzana, y ciruela. Los daños por frío en estas especies se pueden producir en cualquier momento, en la germinación, durante el desarrollo, transporte, almacenamiento e incluso en la nevera del consumidor. La exposición de estos frutos a bajas temperaturas (generalmente por debajo de 5-6 ℃) induce diferentes cambios a nivel celular, denominados daños primarios, que pueden ser de diferentes

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tipos: incremento de la concentración de calcio en el citosol, variación conformacional de enzimas, cambios estructurales a nivel celular y/o transición de lípidos de las membranas celulares. Estos daños primarios, a su vez, se traducirán en los llamados daños secundarios, tales como, aumentos en la producción etileno, cambios en la actividad respiratoria, pérdidas de agua, pérdida de solutos intracelulares, aumentos en la permeabilidad de las membranas y producción enzimas responsables de pardeamientos. Es importante la diferenciación entre daños primarios y secundarios, pues mientras que los primeros son reversibles, los segundos son irreversibles. Un fruto que solo haya sufrido daños primarios puede recuperar sus estructuras celulares aumentado de nuevo su temperatura, pero si ya ha empezado a sufrir daños secundarios, el daño será irreparable, puesto que estos últimos cambios se traducen en síntomas visibles del daño. Los síntomas generalmente se hallan localizados en ciertas zonas, indicando que existen en el producto tejidos más sensibles que otros. Así, en algunos productos los síntomas son únicamente internos y no afectan a la superficie, mientras que en otros afectan solo a la superficie del producto. Estos síntomas pueden ser de diferente tipo, siendo los más importantes: a) Aparición de lesiones en la superficie, con formación de depresiones secas (Figura 1), áreas pardeadas o acuosas (Figura 2). En general, estos síntomas se agravan como consecuencia de la combinación con una manipulación incorrecta (daños mecánicos y condiciones ambientales adversas). Estos síntomas visibles se aceleran y acentúan una vez que el producto es trasladado a temperaturas más elevadas.

Figura 1. Daño por frío en cítricos Fuente: http://www.tecnicoagricola.es/sintomas-de-frio-en-citricos/

Figura 2. Escaldado en pimiento Fuente: http://www.fao.org/3/Y4893S/y4893s06.htm

b) Pardeamientos internos debidos a la pérdida de la estructura celular y descompartimentación celular, produciéndose un contacto entre substratos y enzimas que provocan la aceleración de reacciones de pardeamiento en el interior del producto (Figura 3).

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Figura 3. Pardeamientos internos en berenjena, piña y pera Fuente: Berenjena (http://postharvest.ucdavis.edu/Commodity_Resources/Fact_Sheets/Datastores/Vegetables_English/?ui d=15&ds=799); piña (https://ucanr.edu/repository/view.cfm?article=83620%20&groupid=9) y pera (https://vmasseyors.blogspot.com/2013/06/determinacion-de-problemas.html)

c) Pérdida de jugosidad: por la degradación incompleta de las pectinas y formación de geles entre las pectinas de alto peso molecular y el agua libre (Figura 4).

Figura 4. Harinosidad en melocotón. Fuente: http://vmasseyors.blogspot.com/2011/07/frutos-de-hueso-melocotonduraznos.html

d) Alteración del metabolismo. Se produce un aumento anormal de la respiración y en algunas ocasiones, también un aumento de la producción de etileno. Este efecto puede observarse en algunos casos durante la conservación frigorífica, pero ocurre siempre tras el traslado del producto a temperatura ambiente. e) Aceleración de la senescencia. Los daños por frío aceleran la pérdida de clorofila, el ablandamiento del producto, las pérdidas de peso, etc. f) Aumento de la susceptibilidad a las podredumbres. Debido a todos los cambios producidos por el frío, se produce un medio adecuado para el desarrollo de microorganismos, que proliferan rápidamente. Generalmente son microorganismos débiles que acompañan al producto sano pero que no son capaces de desarrollarse en el mismo hasta que está dañado. Un ejemplo claro es la podredumbre debida a Alternaria en tomate. g) Incapacidad para madurar. En el caso de los productos climatéricos recolectados con madurez fisiológica y conservados a baja temperatura, si se producen daños por frío de cierta gravedad, pueden perder la posibilidad de madurar de forma normal. De esta forma no desarrollarán el sabor y aroma característico ni el resto de los cambios bioquímicos deseables. Además, se pueden desarrollar sabores y olores extraños. Existen diversos métodos para prevenir o aliviar los daños por frío y la aparición de síntomas: a) Acondicionamiento de la fruta. En algunos productos sensibles a las bajas temperaturas se puede realizar un acondicionamiento del producto a temperatura más elevada, antes

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f) g)

de introducirlo en la cámara frigorífica. De esta forma, se procura al producto una protección durante un tiempo, que ralentiza la aparición de daños. Calentamientos intermitentes. Consiste en interrumpir la conservación frigorífica de los productos sensibles al frío, transfiriéndolos a temperaturas más elevadas durante cortos períodos de tiempo, para volver de nuevo el producto a la cámara de frigoconservación. De esta forma se paralizan los procesos que dan lugar a los daños secundarios y con ello, la aparición de síntomas. Enfriamiento en cascada. Es conveniente enfriar los productos sensibles al frío en una secuencia más lenta que permita que los mismos se vayan aclimatando a las bajas temperaturas. Este sistema, que no funciona bien en todos los casos, es, sin embargo, efectivo en otros. Estos métodos, no son operativos en la mayoría de los casos, sobre todo cuando se manipulan grandes cantidades de productos. Otros métodos, previos a la introducción del producto en las cámaras, pueden ser más aceptables y sencillos de utilizar como: La utilización de recubrimientos céreos o films. Los recubrimientos mantienen el producto a una temperatura ligeramente más elevada que la temperatura de la cámara y además mantienen la humedad del producto. Lógicamente, su efectividad depende de la temperatura y del tiempo de exposición. Tratamientos químicos con arginina, ácido salicílico, giberelinas, etileno, entre otros, previos al enfriamiento, parecen ser efectivos para reducir los daños por frío Preacondicionamiento con CO2. Tratamientos en cámaras con altas concentraciones de CO2 durante cortos períodos de tiempo pueden disminuir los daños por frío en algunas frutas como caquis y papaya. Desarrollo mediante selección o modificación genética de productos más resistentes a las bajas temperaturas, pero de características y calidad similares a los sensibles.

4. Sistemas de preenfriamiento En algunos productos, fundamentalmente hortalizas, es necesario efectuar una correcta manipulación y un adecuado enfriamiento justo después de la recolección para asegurar que su calidad se mantenga hasta el momento del consumo. La prerefrigeración de frutas y hortalizas consiste en la extracción del calor que contienen tan rápidamente como sea posible después de la recolección, y reducir su temperatura a niveles adecuados para el transporte o conservación frigorífica. Esta técnica constituye el primer factor aplicable para ralentizar los procesos biológicos y permite reducir el progreso de la senescencia y el desarrollo de daños y alteraciones. En general, la necesidad de preenfriamiento está íntimamente relacionada con la actividad fisiológica. Así, en productos con elevada actividad, y, por tanto, extremadamente perecederos el enfriamiento debe aplicarse en el menor tiempo posible después de la recolección, tales como: -

Hortalizas: verduras de ensalada, espárragos, judías, alcachofas, coles de bruselas, col, apio, zanahoria, guisantes, etc. Frutas: frutas de hueso, bayas, cerezas, frutas tropicales, etc.

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1.5. Preenfriado, conservación frigorífica y manejo de gases

En productos de actividad fisiológica moderada, con vida útil de semanas, por ejemplo, los cítricos, la aplicación de preenfriamiento es aconsejable, mientras que, en productos de baja actividad, no es necesario utilizar sistemas de preenfriamiento. Por tanto, la velocidad de enfriamiento del producto es uno de los principales factores a tener en cuenta a la hora de determinar el mejor sistema de enfriamiento para un producto determinado. La rapidez en el enfriamiento es función de la eficacia del sistema utilizado, pero también de otros factores, como: -

Tipo y dimensiones del producto Facilidad de penetración del medio refrigerante Diferencia de temperatura entre el producto y el medio refrigerante Naturaleza y velocidad del medio refrigerante

Los sistemas de prerrefrigeración más ampliamente utilizados en la actualidad se clasifican en función del medio de enfriamiento utilizado, lo que da lugar a sistemas más o menos rápidos, siendo los más lentos los que utilizan aire a baja temperatura, seguidos de los sistemas de enfriamiento con agua fría y por, por último, los que emplean bajas presiones, siendo estos últimos lo más rápidos. 4.1. Enfriamiento por aire El enfriamiento del producto se realiza con aire a baja temperatura. Es el sistema más ampliamente utilizado, pero el más lento. La eficacia del sistema depende de la facilidad para la transferencia de calor entre el producto y el aire, por lo que se debe facilitar el contacto entre el aire y el producto. En este sentido, el incremento de la velocidad del aire como medio para incrementar el coeficiente superficial de transferencia de calor es uno de los factores más importantes a controlar en el sistema. El preenfriamiento por aire puede realizarse en diferentes instalaciones: a) Cámaras frigoríficas convencionales, en las que el aire debe circular con una velocidad mínima de 1-2 m/s para que se produzca el intercambio necesario de calor entre el producto y el aire. El enfriamiento en estas cámaras presenta la ventaja de utilizar las instalaciones existentes para la conservación, sin embargo, para preenfriamiento se requiere menor densidad de estiba (100-150 kg/m3) que para el almacenamiento (230250 kg/m3). Este sistema sólo es aceptable para productos que toleren un enfriamiento lento. b) Túneles de preenfriamiento (Figura 5). Son cámaras de dimensiones más reducidas que las de almacenamiento, con un adecuado diseño para la canalización del aire a través del producto. En estas instalaciones se realiza un rápido llenado, poseen una potencia frigorífica 3-4 veces superior a las cámaras de conservación de igual volumen, y la velocidad del aire debe ser de 2-5 m/s e incluso superior. En estas condiciones se alcanza una distribución de temperatura homogénea y una importante reducción de los tiempos de enfriamiento.

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Figura 5. Túnel de preenfriamiento Fuente: https://www.mundohvacr.com.mx/2013/06/enfriamiento-por-aire-forzado/

4.2. Preenfriamiento por agua (Hidrocooling) Para su aplicación se someten los productos al contacto con agua fría, a la temperatura deseada, mediante inmersión o pulverización. El agua es un elemento muy buen transmisor de calor porque posee un calor específico elevado y los coeficientes de transmisión de calor que se obtienen son muy altos. Estas propiedades del agua aportan diferentes ventajas: -

Tiempos de enfriamiento mucho más cortos que en el enfriamiento con aire Reducción de la pérdida de peso por evaporación superficial del agua del producto: en algunos productos se puede producir incluso un incremento de peso por rehidratación. Permite ser incluido en la línea de manipulación, reduciéndose los tiempos necesarios para su comercialización.

A diferencia de la prerefrigeración con aire, no se puede aplicar este sistema a todos los productos, pues se pueden presentar diferentes inconvenientes: -

Exige disponibilidad de agua abundante y a coste moderado Posible lixiviación de componentes solubles Necesidad de utilizar envases resistentes al agua o tratamientos de fruta a granel Se requiere un control riguroso de la higiene de equipos y del agua, pues el agua es una fuente importante de microorganismos Requiere una potencia frigorífica mucho mayor que para la prerefrigeración por aire

Es aplicable a frutas de hueso (albaricoque, cereza, melocotón, ciruela, etc.) y determinadas hortalizas como espárragos, remolacha, cebolla, bróculi, guisantes y rábano, pero nunca para hortalizas de hoja ancha. 4.3. Preenfriamiento a vacío (Vacuum cooling) La temperatura de ebullición del agua es directamente proporcional a la presión que existe en el recinto en que se encuentra. A una presión de 6,1 mbar se reduce el punto de ebullición hasta 0ºC. Para evaporarse el agua necesita calor latente de vaporización (aproximadamente 600 cal/g), calor que es tomado del propio producto, dando lugar al enfriamiento del mismo. Así, el producto se enfría una media de 5,6ºC con una pérdida de peso del 1% por lo que, aceptando una pérdida de peso del 4%, se puede conseguir una reducción de la temperatura de 20-23℃. Las ventajas del enfriamiento a vacío son: -

Velocidad de enfriamiento: el sistema permite enfriar el producto en 15-30 minutos, dependiendo de la relación superficie/volumen de producto y de la facilidad con que el www.bibliotecahorticultura.com

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producto deja escapar el agua de sus tejidos. Las hortalizas que presentan una elevada relación superficie/volumen (lechuga) y una buena difusividad del agua (escarola, perejil, setas, cebollinos, coles de bruselas, fresas) pueden enfriarse muy rápidamente por este método. Uniformidad del enfriamiento: al evaporarse el agua en toda la superficie del producto, la reducción de la temperatura se distribuye homogéneamente en todo el producto. Permite realizar el enfriamiento con el producto envasado, pues éste, al no contener agua, no es susceptible de enfriamiento. No se producen podredumbres, pues el producto no se humedece durante el enfriado.

Sin embargo, como inconvenientes podríamos citar: -

Sólo se puede aplicar con productos que presenten una elevada relación superficie/volumen, con espesores máximos de 20-30 mm. Es un procedimiento de elevado coste: las inversiones iniciales son elevadas y de funcionamiento discontinuo, por lo que sólo puede utilizarse con productos muy perecederos y de elevado valor comercial. Existe una pérdida de agua del 4-5% que en algunos productos puede resultar excesiva, en especial cuando no poseen una gran superficie.

5. Sistemas de conservación Las cámaras de conservación a baja temperatura quizás constituyan unas de las instalaciones más importantes en una central hortofrutícola. Las condiciones de conservación en las cámaras dependerán, fundamentalmente, del tipo de producto a almacenar, su índice de madurez y el tiempo de conservación establecido. Así, los factores a controlar en la cámara serán: a) Temperatura de conservación: como límite absoluto debe considerarse la temperatura de congelación (0 a -2℃), pero ésta debe ajustarse sobre todo en productos sensibles al frío. En la Tabla 1 se muestran ejemplos de temperaturas óptimas de conservación para diferentes productos.

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Tabla 1. Condiciones de conservación recomendadas para algunas frutas. Producto Lima Limón Pomelo Mandarinas e híbridos Naranjas Granada Caqui Albaricoque Cereza Melocotón Níspero Uva

Temperatura (℃) 9 – 10 11 – 14 9 – 11 3 –6 (*) 2–5 1 – 2.5 0–1 0–1 -1 – 0 0–1 0 -1 – 0

HR (%) 85 – 90 85 – 90 90 – 95 85 – 90 85 – 90 90 – 95 90 – 95 85 – 90 85 – 90 85 – 90 85 – 90 85 – 90

Tiempo (meses) 1.52 – 2.5 1.5 – 3 2–3 1 – 2.5 1 – 3.5 2–4 1–3 0.5 – 1 1 (máx) 1–4 10 – 20 días 3 semanas – 5 meses

(*) Nova y Fortuna: 9 - 10℃ b) Humedad relativa: la humedad relativa del aire tiene una influencia importante en la calidad durante la conservación de los frutos, ya que si es muy baja aumentará la pérdida de peso del producto y el consecuente deterioro del aspecto físico del producto (marchitamiento), y, si es excesiva, favorecerá el desarrollo microbiano. La humedad óptima (Tabla 1) se controlará en función de la temperatura de conservación y la instalación de humidificadores. c) Renovación periódica del aire: necesaria para mantener una concentración de gases (O2, CO2 y etileno) óptima en la cámara. El número de renovaciones diarias del aire de la cámara dependerá del volumen de la cámara y del tipo de producto almacenado. d) Recirculación aire: para mantener uniforme la temperatura en todos los puntos de la cámara. Esto se consigue asegurando espacio suficiente para la circulación del aire e instalando ventiladores a la salida de los evaporadores.

Bibliografía Patel, B.; Tandel, Y. N.; Patel, A. H.; Patel, B. L. (2016). Chilling injury in tropical and subtropical fruits: A cold storage problem and its remedies: A review. International Journal of Science, Environment and Technology, 5(2): 1882-1887. Li, P.; Yin, F.; Song, L.; Zheng, X. (2016). Alleviation of chilling injury in tomato fruit by exogenous application of oxalic acid. Food chemistry, 202: 125-132. Zhang, Z.; Zhu, Q.; Hu, M.; Gao, Z.; An, F.; Li, M.; Jiang, Y. (2017). Low-temperature conditioning induces chilling tolerance in stored mango fruit. Food chemistry, 219: 76-84. Besada, C.; Llorca, E.; Novillo, P.; Hernando, I.; Salvador, A. (2015). Short-term high CO2 treatment alleviates chilling injury of persimmon cv. Fuyu by preserving the parenchyma structure. Food Control, 51: 163-170.

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Fahmy, K.; Violalita, F.; Chatib, O. C.; Yulia, R.; Nakano, K. (2019). The individual influences of high CO2 on chilling injury suppression of ‘Merah Delima’papaya fruit. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 230, No. 1, p. 012016). IOP Publishing. Aplicación del Frío a Productos Vegetales (2013). http://solucionespostcosecha.blogspot.com/search/label/Aplicación%20del%20Frío. Acceso: mayo 2019.