POST-HARVEST AS A TOOL TO IMPROVE BERRY FRUIT QUALITY

The purpose of this thesis was to research some innovative post-harvest techniques with potential to extend the shelf-life of berry fruit during storage and enhance their overall quality. Emphasis was given to different packaging system, in particular microperforated film, edible film, and electrostatic spraying of antimicrobial coating. The berry fruits studied were blueberry and strawberry. These fruits were selected because of their increasing worldwide consumption, among the many different types of berries. The application of microperforated polypropylene film to store freshly harvested blueberries, demonstrated the importance of selecting a proper packaging to increase the storage period and maintain the quality attributes of the fruit. The number of microperforations made to the film (1, 10, and 30) created a passive modified atmosphere within the package that led to improvement of firmness and antioxidant activity of the fruit, throughout their storage period. Equilibrium atmosphere within the packaging was achieved after two days of storage and the concentration of gases remained constant for the rest of the storage period. This stable atmospheric condition resulted in an extension of the shelf-life of blueberry for up to 16 days, at 4°C. Strawberry shelf-life extension and quality improvements were obtained by storing the fruit in clamshells that contained strawberry puree edible films infused with carvacrol and methyl cinnamate. The strawberry puree edible films served as matrix for the controlled release of natural antimicrobial’s (Carvacrol and methyl cinnamate) vapors, over time. Fresh strawberries packed in clamshells had an extended shelf life of 10 days, at 10◦C and 90% RH. The released vapors from the strawberry puree edible film extended the strawberry shelf-life by delaying spoilage of the fruit and improved main quality-related attributes, such as firmness and brightness. The natural antimicrobial vapors also increased the total soluble phenolic content and antioxidant activity of the stored strawberry. Besides microbial spoilage, that limits strawberry shelf-life, the presence of foodborne pathogens bacteria that can be carried by the fruit as result of contamination, is another important issue that can lead to serious outbreaks. Antimicrobial edible coatings can be an effective post-harvest technique to assure microbial safety and, at the same time, retain overall quality of the fruit. Antimicrobial alginate coating was developed and optimized using response surface methodology. Antimicrobial activity against Escherichia coli O157:H7 and Botrytis cinerea, as well as physical properties such as viscosity, turbidity and whitish index of the coating were also optimized based on carvacrol and methyl cinnamate concentration. After the optimization, the resulted antimicrobial coating solution was applied on the surface of freshly harvested strawberry fruit using an electrostatic spraying technology. This technology presented unique advantage with regard to transfer efficiency and evenness application of the antimicrobial coating solution. The antimicrobial coating application led to a significant increase on strawberry shelf-life. Additionally, the strawberry coated using the electrostatic spraying technology presented a significant reduction of visible decay of four days compared to not-coated fruit, and of one day compared to fruit coated with conventional spray method. Moreover, the firmness and color of the strawberries were improved by coating the fruit using the electrostatic spraying technology. Therefore, electrostatic spraying could be considered a potential technology for the commercial application of liquid coating to extend the shelf-life and improve the post-harvest quality of strawberry and other perishable fruits.

Questa tesi è stata volta alla ricerca di alcune tecniche innovative da adottare nel post-raccolta per la conservazione di piccoli frutti, al fine di allungarne la shelf-life e, allo stesso tempo, migliorarne le caratteristiche qualitative. Particolare attenzione è stata posta allo sviluppo e utilizzo di diversi tipi di confezionamento (packaging), in particolare film micro perforati, film edibili, e coating edibili applicati mediante tecnologia spray elettrostatica. Fragole (Fragaria x ananassa) e mirtilli (Vaccinium), tra i diversi tipi di piccoli frutti disponibili sul mercato, sono stati selezionati come modelli di studio a causa del loro crescente consumo globale e importanza economica. Nel primo studio, film in polipropilene micro perforati sono stati utilizzati per la conservazione di mirtilli freschi. La selezione di tali film ha evidenziato l’importanza di utilizzare un packaging opportuno (in base alle caratteristiche ambientali e del prodotto) al fine di allungare il periodo di conservazione del frutto mantenendo allo stesso tempo ottimali caratteristiche qualitative. Le tre diverse intensità di micro perforazioni (1, 10, e 30, create mediante tecnologia laser e dal diametro di 0,1 mm) hanno originato un’ atmosfera modificata passiva all’interno della confezione dovuta alla respirazione del frutto stesso. Tale atmosfera ha causato un miglioramento della consistenza dei mirtilli e un sostanziale incremento dell’attività antiossidasica durante tutto il periodo di confezionamento. All’interno delle confezioni l’equilibrio atmosferico, tra ossigeno consumato ed anidride carbonica prodotta durante il processo di respirazione, è stato ottenuto dopo due giorni di conservazione e mantenuto tale per tutto il periodo di conservazione. Questa particolare condizione di stabilità atmosferica ha determinato un allungamento della shelf-life dei mirtilli fono a 16 giorni a 4 °C. Il secondo studio ha visto l’ottenimento dell’estensione della shelf-life e il miglioramento delle caratteristiche qualitative di fragole fresche, utilizzando delle confezioni commerciali in cui erano stati applicati film edibili. Tali film ottenuti da purè di fragole erano stati arricchiti con carvacrolo e metile cinammato, due oli essenziali naturali dal potere antimicrobico. Il film edibile, fungendo da vettore, ha permesso il rilascio graduale dei vapori degli oli essenziali nel tempo. La shelf-life delle fragole conservate con questo packaging a 10 °C e con il 90% di umidità relativa è aumentata fino a 10 giorni, grazie al potere antimicrobico dei vapori degli oli essenziali che hanno ritardato lo sviluppo microbico sulla superficie del frutto, di conseguenza aumentando anche alcune caratteristiche qualitative come ad esempio la brillantezza e la compattezza. Anche la capacità antiossidasica totale e il contenuto di fenoli è aumentato a causa dell’effetto dei vapori di carvacrolo e metile cinnamato. Lo sviluppo microbico, e in particolare di muffe, è solo uno degli aspetti che limitano il consumo di fragole fresche. Infatti, la presenza di microorganismi patogeni di origine alimentare è molto diffusa soprattutto su prodotti freschi e deperibili come le fragole che non vengono lavate dopo la raccolta e possono fungere da vettore di tali batteri patogeni e causare serie epidemie. Considerando tale problematica, l’utilizzo di coating edibili con azione antimicrobica (direttamente applicati sulla superficie del frutto) possono essere considerati una valida soluzione per garantire sicurezza microbiologica e allo stesso tempo per mantenere inalterate le caratteristiche qualitative del frutto. L’attenzione del terzo studio è stata rivolta allo sviluppo e ottimizzazione di un coating antimicrobico di alginato di sodio utilizzando una collezione di metodi statistici e matematici definiti come response surface methodology (RSM). L’attività antimicrobica nei confronti di Escherichia coli O157:H7 e Botrytis cinerea, e alcune caratteristiche fisiche della soluzione, come ad esempio la viscosità, turbidità e indice del bianco (Wi) sono stati ottimizzati sulla base delle concentrazioni dei componenti antimicrobici selezionati (carvacrolo e metile cinnamato). Dopo l’ottimizzazione e lo sviluppo del coating di alginato, lo stesso coating è stato applicato su fragole fresche utilizzando la tecnologia spray elettrostatica caratterizzata dal vantaggio di creare maggiore resa e uniformità di coating rispetto ad una comune tecnologia spray. L’applicazione di tale coating elettrostatico ha reso possibile una estensione della shelf-life delle fragole trattate e una significativa e visibile riduzione di muffe presenti sui frutti pari a quattro giorni di ritardo quando paragonato alle fragole non trattate e un giorno nei confronti delle fragole trattate con una comune tecnologia spray. Inoltre, la compattezza e il colore delle fragole è migliorata durante il periodo di conservazione quando il metodo elettrostatico è stato utilizzato.