EFEITO DO REVESTIMENTO DE GOMA GUAR ENRIQUECIDO COM NANOESTRUTURA DE ZNO E QUITOSANA NA PRESERVAÇÃO DE MAMÃO FORMOSA
Capítulo de livro publicado no livro do I Congresso Latino-Americano de Segurança de Alimentos. Para acessa-lo clique aqui.
DOI: https://doi.org/10.53934/08082023-24
Este trabalho foi escrito por:
Andersen Escobar Schlogl 1 ; Edson Romano Nucci2 ; Igor José Boggione Santos2*
* Prof. Dr. Igor José Boggione Santos – Email: [email protected]
1Mestrando do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química (PPGEQ), Universidade Federal de São João del-Rei (UFSJ), Campus Alto Paraobepa (CAP), MG443, km 7, 36420-000, MG, Brasil
2Departamento de Química, Biotecnologia e Engenharia de Bioprocessos (DQBIO), Universidade Federal de São João del-Rei (UFSJ), Campus Alto Paraobepa (CAP), MG443, km 7, 36420-000, MG, Brasil
Resumo: O Brasil é o segundo maior produtor de mamão do mundo, com uma produção anual de 1,6 milhões de tonelada, gerando uma receita de até 1,8 bilhões de reais. Mesmo com uma grande produção, só é importado 1% da produção nacional, devido a perecibilidade do fruto, amadurecendo rápido e sendo alvo constante de ataque de agentes fitopatógenos. Logo, uma tecnologia de revestimento biodegradável com nanotecnologia se demostra potencial para solucionar tal gargalo produtivo. Os mamões do ensaio controle, apresentaram a maior mudança de coloração, tendo uma diminuição nos índices L*, C* e h* de 48,69%; 21,64% e 24,44% respectivamente, uma perda de massa toda de 16,60 % e apresentou uma firmeza média de 6,94 ± 1,84 N e uma coloração alaranjada com um número maior de machas amarronzadas e pretas, uma pele mais enrugada e regiões degradadas, chegando até 1/3 do fruto, por agentes fitopatogênicos. Já os mamões recobertos com a solução de goma guar 1,5% m/v com nanoestruturas apresentaram uma mudança menor de seus índices L*, C* e h* de 29,31%, 13,51% e 11,06% (nanoZnO) e 22,09%, 7,12% e 14,20% (nanoquitosana), uma perda de massa de 11,56 % (nanoZnO) e 10,25% (nanoquitosana), uma firmeza de 10,53 ± 4,44 N (nanoZnO) e uma firmeza de 10,02 ± 1,62 N (nanoquitosana) no final do dia 10. Os revestimentos de goma guar enriquecidos com nanoestruturas apresentaram ser uma possível solução para preservação de mamão no pós-colheita, conseguindo retardar o feito do amadurecimento do fruto.
Palavras–chave: Carica papaya, nanotecnologia, preservação de frutos no pós-colheita, revestimento biodegradável.
Abstract: Brazil is the second largest producer of papaya in the world, a production that can reach 1.6 million tons/year, generating an income of up to 1.8 billion reais. But even with a large production only 1% of the national production is imported, due to the perishability of the fruit, ripening quickly and being a constant target for attack by phytopathogens. Therefore a biodegradable coating technology with nanotechnology is a great possibility to solve this production bottleneck. The papayas were separated into 3 groups: control, nanoZnO and nanochitosan, the papayas were left at room temperature for 10 days. The control papayas showed the greatest change in color, with a decrease in the L*, C* and h* indexes of 48.69%, 21.64% and 24.44% respectively, a loss in mass of 16.60%, an average firmness of 6.94 ± 1.84 N and an orange color with a greater number of brown and black spots, a more wrinkled skin and regions degraded up to 1/3 of the fruit by phytopathogenic agents. While papayas coated with the 1.5% w/v guar gum solution with nanostructures showed a lower change their L*, C* and h* indices of 29.31%, 13.51% and 11.06% (nanoZnO) and 22.09%, 7.12% and 14, 20% (nanochitosan) respectively, an entire mass loss of 11.56 % (nanoZnO) and 10.25% (nanochitosan), a firmness of 10.53 ± 4.44 N (nanoZnO) and a firmness of 10.02 ± 1.62 N (nanochitosan) at the end of day 10. The guar gum coatings enriched with nanostructures presented to be a possible solution for postharvest preservation of papaya, managing to delay the fruit ripening process.
Keywords: Carica papaya; nanotechnology; postharvest fruit preservation; biodegradable coating.
INTRODUÇÃO
O mamão é um fruto de origem da América Central e do noroeste da África do Sul da planta mamoeiro, porém o Brasil tornou-se um grande consumidor, produtor e exportador desse fruto, assumindo uma posição de destaque mundial em relação a produção e exportação do mamão (1). O mamão apresenta vários gêneros diferentes, entre elas a espécie que ganhou mais importância nacional foi o Carica papaya. Segundo dados da FAO (Organização das Nações Unidas para Alimentos e Agricultura) de 2018, a produção brasileira do fruto ocupou a posição da segunda maior, ficando atrás somente da produção da Índia (2). O Brasil apresenta nos últimos anos uma produção média nacional de 1,6 milhão de toneladas do fruto, gerando uma receita média de R$ 1,8 bilhões anuais (3).
A maior demanda do fruto é em seu estado in natura, porém ela é empenhada também em indústrias têxteis, farmacêuticas e de cosméticos, devido a papaína (1). Entretanto, somente 1% da produção de mamão brasileiro consegue ser exportado, tal valor é devido a alta perecibilidade do fruto (4). O mamão é um fruto climatérico, frutos que continuam o processo de amadurecimento mesmo após a sua colheita, e esse amadurecimento é influenciado pela temperatura que o fruto está exposto (5). Temperatura mais altas acelera a taxa de respiração do fruto aumentando a produção de etileno e amadurecendo o fruto mais rápido. Esse aumento do amadurecimento do fruto deixa ele também mais frágil para ataques de agentes fitopatógenos, fungos que se instalam no fruto e começam a fazer o processo de degradação, causando perdas produtivas aos produtores e perdas no varejo (6).
A utilização de revestimentos ativos é uma das alternativas para a preservação dos frutos no pós-colheita, criando uma barreira protetora no fruto. Nesse cenário a utilização da nanotecnologia ganha destaque, sendo uma molécula ativa que pode contribuir com uma propriedade antimicrobiana ao revestimento (7). Destacam-se as nanoestruturas de quitosana e de óxido de zinco por seus potenciais antimicrobianos e por se esperar que estas nanoestruturas sejam benéficas à saúde e ao meio ambiente, por serem reconhecidas como seguras pelo FDA (Food and Drug Administration) colocando na lista GRAS (Generally Recognized as Safe) e liberado pela ANVISA (Agencia Nacional de Vigilância Sanitária) (8,9).
Portanto, o objetivo desse trabalho é avaliar os efeitos de um revestimento biodegradável de goma guar enriquecida com nanoestruturas de quitosana e óxido de zinco na preservação de mamão formosa (Carica papaya) no pós-colheita.
MATERIAL E MÉTODOS
Produção da nanoestrutura de quitosana
Para a produção da nanoestrutura de quitosana foi utilizado o protocolo com modificações, de Calvo et al (1997)(10) e Vimal et al (2012)(11). Uma solução de 70 mL com 1,5 mg/mL de quitosana foi dissolvida em ácido acético a 4,5 mg/mL. Após a solublização da quitosanafoi adicionado 20,0 mL de uma solução de 2,0 mg/mL de tripolifosfato de sódio na vazão de 1 mL/min.
Produção da Nanoestrutura de Oxido de Zinco (ZnO)
Para a produção da nanoestrutura de oxido de zinco seguiu-se o protocolo otimizado do trabalho de Costa et al (2023) (12), com alterações. Uma mistura contendo ZnCl2, NaCl e Na2CO3 na proporção de 1:5,5:1 foi tratada termicamente em uma mufla à 400 oC durante 30 min. Após esse processo, o sólido foi lavado utilizando água destilada, 1 L para cada 100 g de sólido. A suspensão foi filtrada utilizando um filtro à vácuo e a torta retida foi seca em estufa à 50 oC durante 48h.
Aplicação do revestimento
Os mamões utilizados foram sanitizados com uma solução de hipoclorito de sódio 5% v/v durante 10 minutos, após secos naturalmente. Os testes com os mamões foram realizados no Laboratório de Fermentações da Universidade Federal de São João de-Rei (UFSJ), campus Alto Paraopeba (CAP). Os mamões foram separados em 3 grupos: controle (sem revestimento), mamões revestidos com revestimento de goma guar 1,5% m/v e 5% v/v da solução de nanoestrutura de quitosana e mamões revestidos com revestimento de 1,5% m/v de goma guar e 0,3% m/v nanoestrutura de ZnO. Os frutos foram deixados e repouso durante 9 dias para observar o desenvolvimento do fruto.
Mudança de Coloração
A análise da mudança de cor seguiu a Associação dos Químicos Analíticos Oficiais (AOAC), número 935.14 e 992.24 (13). Os parâmetros a (variação da coloração na escala entre o verde e o vermelho), b (variação da coloração na escala entre o azul e o amarelo) foram coletados via fotos tiradas dos mamões nos dias 0 até o dia 9 do experimento. Para a análise das imagens foi utilizado um editor de imagens. Todas as frutas foram analisadas em 5 pontos distintos. Obteve-se os índices L* (variação de luminosidade), C* (croma) e h* (ângulo de matiz) utilizando as equações abaixo:
Perda de massa
A análise da perda de massa foi realizada em uma balança. A perda de massa foi determinada a partir da diferença de massa de cada mamão em relação à sua massa inicial (dia 0) em comparação à massa do dia do armazenamento correspondente.
Firmeza
A análise da firmeza dos mamões foi realizada com o auxílio de dinamômetro digital DD-2000 e uma ponta plana. Cada fruto foi analisado em 7 pontos distintos e mediu-se o pico de força (N) necessário para romper a estrutura do fruto.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Amadurecimento dos frutos
Na tabela 1 abaixo estão as fotos de um mamão representando de cada grupo de estudo ao decorrer dos dias.
Os frutos recobertos com os revestimentos nanoestruturados apresentaram, após 9 dias de armazenamento, um aspecto de pele do fruto mais lisa em relação ao controle, e menor incidência de agentes fitopatogênicos, inclusive o retardamento do desenvolvimento dos patógenos que já estava contaminando o fruto no dia 0. Já o fruto do controle apresentou uma pele com um grau de enrugação elevado, chegando à 1/3 do fruto, e apresentaram uma quantidade elevada de manchas marrons e pretas, ambos aspectos ocasionado ao desenvolvimentos de agentes fitopatogênicos nos mamões. No trabalho de Costa et al (2023) (12) foi utilizando a nanoestrutura de ZnO em um revestimento de goma guar, onde é testado se a nanoestrutura de ZnO apresenta atividade antifúngica contra fitopatógenos do cultivo de goiabas. A nanoestrutura apresentou uma antifúngica contra C.gloeosporiedes, P. psidii, Diaporthe spp e Penicillium spp. Essa propriedade antifúngica, provavelmente, contribuiu para a quantidade menor de machas amarronzadas e pretas, juntamente com o retardamento do desenvolvimento da região contaminada de alguns mamões no experimento realizado. Propriedade antifúngica apresentada também na nanoestrutura de quitosana demostrado no trabalho de Salem et al (2022) (14) e no trabalho de Sen S et al (2022) (15), onde utilizaram a nanoquitosana enfrente os fungos Aspergillus flavus e Penicillium digitatum. Foi observado o retardamento e a inibição do crescimento dos fitopatógenos em diferentes concentrações da nanoestrutura. Segundo a literatura a propriedade antimicrobiana da nanoestrutura de ZnO é devido a formação de íons Zn2+ que induz a formação de espécies de oxigênio reativo (H2O2, OH, O2) que apresentam uma atividade antimicrobiana, e pela inibição do sistema respiratório do microrganismo ocasionado pela penetração do íon Zn2+ na membrana (16). A nanoquitosana, segundo a literatura, ela pode interagir com as proteínas na membrana celular dos fungos causando um comprometimento na estrutura (15).
Coloração do fruto
Os frutos que foram recobertos com os revestimentos enriquecidos com nanoestruturas conseguiram manter uma coloração amarelada com leves pontos esverdeados por maior tempo em relação ao controle, sem nenhum tipo de revestimento. Os mamões docontrole também apresentaram uma coloração alaranjada mais intensa no final do experimento. Os resultados de L*, C* e h*estão Tabela 2.
O resultado mostrou um decaimento de todos os parâmetros com o decorrer do tempo. Entretanto, é observado que o ensaio controle apresentou as maiores diferenças dos valores dos parâmetros relacionado os valores obtidos no dia inicial (dia 0) com o dia final de análise (dia 8). O ensaio controle apresentou uma queda de 48,69% no valor de L*; de 21,64% em C* e de 24,44% em h*. Já os frutos recobertos com o revestimento de goma guar com nanoestrutura de ZnO apresentou um decaimento de 29,31% em L*, de 13,51% em C* e de 11,06% em h*. E os mamões revestidos com o revestimento de goma guar com nanoestrutura de quitosana apresentaram uma diminuição de 22,09% em L*, de 7,12% em C* e 14,20% em h*. Resultados que corroboram com as imagens apresentadas na Tabela 1, na qual os mamões revestidos apresentaram uma mudança de cor e de brilho menor do que os mamões não revestidos do ensaio controle, conseguindo preservar a coloração por mais tempo. Farina et al (2020) (17) utilizou um revestimento a base-gel de babosa para recobrir mamões. No dia 12, os mamões controle apresentaram uma queda de 13% no C* e de 25% no L*; e no frutos revestidos apresentou um decrescimento de 8,33% de C* e 15% no L*, reduções menores encontrado neste trabalho. A diferença, provavelmente, é devido a condição diferente durante a realização do experimento. O trabalho de Vittorio foi realizado em uma temperatura de 5 oC durante 12 dias enquanto nesse trabalho os frutos ficaram em temperatura ambiente (25oC), devido o mamão ser uma fruta climatérica, a temperatura que o fruto é exposto tem uma influência direta na taxa de respiração, aumentando a taxa de produção de etileno e aumentando maturação, injúrias físicas, incidências de doenças. Filho et al (2022) (18) revestiu mamões com um revestimento com uma nanoemulsão de carnaúba e com óleo essencial de palmarosa. Houve um decrescimento de 32% no h* do ensaio controle, enquanto os frutos revestidos apresentaram uma redução de 18,25% do mesmo índice. O índice L* apresentou um aumento nos valores até o dia 4, após apresentaram um decrescimento 27,27% em L* no controle e de 15,03% em L* no fruto revestido, redução similar ao encontrado neste experimento. A diferença de comportamento do índice L* talvez tenha se dado devido ao estado de amadurecimento dos mamões no dia inicial do experimento, enquanto no trabalho realizado foram utilizados mamões já apresentando uma coloração mais amarelada (não esverdeada), como visto na Tabela 1.A mudança de coloração do mamão iria variar do amarelo para o alaranjado, se tivesse utilizado frutos mais verdes, isso provocaria a mudança do esverdeado para o amarelo e do amarelo para o alaranjado. Provavelmente, o fruto utilizado no trabalho supracitado estava com uma coloração mais esverdeado. Mas é visto uma redução das quedas dos índices L*, C* e h* quando os mamões são revestidos, provavelmente, ocorre pela formação de uma barreira em volta do fruto que dificulta a troca gasosa entre o ambiente revestido com o meio externo, diminuindo a taxa de respiração, consequentemente, diminuindo a taxa de produção de etileno no fruto.
Perda de Massa
Os mamões foram pesados durante 10 dias, os valores das massas foram anotadas e foram calculado a perda de massa (%) de cada ensaio como apresentado na Figura 1.
O ensaio controle apresentou uma perda de massa de 16,60% no dia 10, enquanto os frutos recobertos com o revestimento de goma guar com nanoestrutura de ZnO apresentou uma perda de massa de 11,56%, os revestidos com o revestimento de goma guar com nanoestruturas de quitosana obtiveram uma redução de 10,25% de massa. A equação da reta do ensaio controle ficou: y = 1,6686 x – 0,6797 com R2 = 0,9941; a equação da reta do ensaio do mamão revestido com o revestimento de goma guar com nanoestrutura de ZnO ficou: y = 1,1541 x – 0,6758 com um R2 = 0,9863 e a equação da reta dos frutos recobertos com o revestimento de goma guar com nanoestrutura de quitosana ficou: y = 1,0232 x – 0,4679 com um R2 = 0,9913. A análise dos coeficientes angulares das equações da reta permite inferir que o ensaio controle apresentou a maior perda de massa por dia (1,6686 % ao dia), enquanto o revestimento de nanoestrutura ZnO apresentou uma perda de 1,1541 % ao dia e com a nanoestrutura de quitosana uma perda de 1,0232% ao dia. Sousa et al (2021) (19), obteve uma equação da reta para a perda de massa (%) da massa sem nenhum revestimento de: y = 1,47 x + 0,66 com um R2 = 0,99 e ao revestir com uma solução de amido de mandioca 2% m/v com óleo essencial de gengibre a 0,45% v/v, obteve uma equação da reta de: y = 1,07 x + 0,45 com um R2 = 0,98, diminuindo a taxa de perda de massa por dia. Filho et al (2022) (18), obteve uma equação da reta para o controle igual: y = 1,6452 x – 2,3363, enquanto utilizando um revestimento de nanoemulsão de carnaúba 9% v/v mais óleo essencial de palmarosa 1,5% v/v apresentou uma equação da reta de: y = 0,6751 x – 1,0571, reduzindo mais que a metade a taxa de perda de massa por dia dos frutos analisados. Resultados que demostram a eficácia da utilização de uma solução de biopolímeros para promover uma estrutura de barreira envolta do fruto. A diferença entre os resultados muito provavelmente é decorrente da diferença da concentração utilizado do biopolímero, da nanoestrutura e do estado inicial dos mamões utilizados durante os experimentos.
Firmeza
Os resultados de firmeza são mostrados na Figura 2.
Os mamões do ensaio controlem apresentaram uma firmeza média de 6,94 ± 1,84 N no final do dia 10. Foi o menor valor de firmeza em comparação aos demais ensaios realizados. Os mamões revestidos com o revestimento de goma guar com nanoestrutura de ZnO apresentaram uma firmeza média de 10,53 ± 4,44 N e os frutos recobertos com o revestimento enriquecido com nanoestruturas de quitosana obtiveram um valor médio de 10,02 ± 1,62 N. O teste de Tukey com grau de significância de 5% relatou que não houve uma diferença significativa entre os valores de firmeza. Miranda et al (2022) (19) obtiveram resultados similares com uma firmeza de aproximadamente 6 N no controle e aproximadamente 9 N utilizando um revestimento com 9% de uma nanoemulsão de carnaúba com óleo essencial de gengibre. Filho et al (2022) (18), apresentou uma firmeza no controle de 4,8 ± 0,3 N e o mamão revestido apresentou 6,3 ± 0,5 N após 12 dias em uma temperatura de estocagem de 16 ± 1 oC. Os resultados encontrados neste trabalho são similares com os da literatura e os baixos resultados de firmeza provavelmente é devido os mamões já apresentarem em um estágio avançando de amadurecimento. Os resultados encontrados no experimento apresentaram resultados ligeiramente melhores visto a quantidade de dia de armazenamento com as frutas expostas à 25 °C.
CONCLUSÕES
Os frutos do ensaio controle, frutos não revestidos, apresentaram a maior mudança de coloração, tendo uma diminuição nos índices L*, C* e h*, uma perda de massa maior que os mamões recobertos com os revestimentos nanoestruturados e apresentou uma firmeza média menor também em comparação aos demais grupos analisados.
Os mamões do ensaio controle apresentaram uma coloração mais alaranjada com um número maior de machas amarronzadas e pretas, uma pele mais enrugada e regiões degradadas, chegando até 1/3 do fruto, por agentes fitopatogênicos. Enquanto os frutos revestidos conseguiram preservar por mais tempo a colocaram amarelada característico do fruto, uma quantidade significativamente menor de machas amarronzadas, um aspecto de pele mais lisa.
Os revestimentos de goma guar enriquecidos com nanoestruturas de ZnO ou de quitosana demostraram um excelente método para preservação de mamão no pós-colheita, conseguindo retarda o feito do amadurecimento do fruto.
AGRADECIMENTOS
Agradeço a CNPq, FAPEMIG, CAPES e a Universidade Federal de São João del-Rei (UFSJ) por ceder o espaço físico necessário para a realização do projeto e agradeço o grupo de pesquisa Nanotec, por toda ajuda, por reagentes cedidos, equipamentos utilizados e orientações dadas.
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