Efecto del etileno y el 1-MCP en la emisión de compuestos volátiles durante la poscosecha de frutos de uchuva

H . Balaguera-López , L.Ramírez, M. Espinal y A.Herrera (Universidad Nacional de Colombia)19/12/2013

Los frutos de uchuva (Physalis peruviana L., familia solanaceae) son bayas con comportamiento climatérico, altamente perecederos. Durante la maduración del fruto de uchuva, los esteres son los compuestos volátiles emitidos en mayor cantidad. Sin embargo, se desconoce el efecto que pueda tener el etileno y el 1-metilciclopropeno como reguladores de la maduración, sobre la emisión de esteres volátiles en uchuva. En muchos frutos se ha encontrado que el etileno estimula la producción de esteres, mientras que el 1-metilciclopropeno inhibe la biosíntesis de estos compuestos, lo cual, puede afectar la calidad del fruto. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de la aplicación de etileno y 1-metilciclopropeno sobre la emisión de esteres volátiles durante el almacenamiento a temperatura ambiente de frutos de uchuva.

Los frutos de uchuva ecotipo Colombia fueron cosechados en un cultivo comercial en el municipio de Ventaquemada Boyacá, Colombia. Se utilizó un diseño completamente al azar con 3 tratamientos, estos fueron: etileno (100 mg · L-1), 1- metilciclopropeno (1-MCP; 10 mg · L-1) y un testigo sin aplicación. La exposición de los frutos al tratamiento de etileno tuvo una duración de 48 h, mientras que el tratamiento de 1-MCP fue de 24 h. Después de los tratamientos, todos los frutos fueron empacados en termoformados de polietilentereftalato (PET) y fueron dejados a temperatura ambiente (20 °C, 75% HR). Se hicieron mediciones de compuestos volátiles a los 1, 6 y 11 días después de cosecha. Se realizó la extracción de compuestos volátiles mediante microextracción en fase sólida con espacio de cabeza HS-SPME, para la identificación de compuestos volátiles se utilizó cromatógrafo de gases Agilent Technologies 7890A acoplado a un espectrómetro de masas Agilent Technologies 5975C, los espectros obtenidos fueron comparados con aquellos de la librería NIST 8. El índice de Kovats se calculó usando la serie homóloga de n-alcanos bajo las mismas condiciones de operación.

Se encontró que algunos esteres como octanoato de etilo, butanoato de etilo, butanoato de 2-metilpropilo, butanoato de butilo, octanoato de metilo, decanoato de etilo y dodecanoato de etilo al parecer están regulados por etileno durante la maduración del fruto de uchuva, los resultados indicaron que estos compuestos incrementaron su concentración relativa en presencia de etileno y se inhibieron parcialmente con la aplicación de 1-metilciclopropeno. Los resultados sugieren que la emisión de algunos compuestos volátiles del fruto de uchuva pueden estar determinados por la presencia de etileno.

Introducción

El etileno ha sido reconocido como la hormona que acelera la maduración de los frutos. La exposición de frutos al etileno acelera los procesos asociados con la maduración. Sin embargo, no todos ellos responden al etileno (Taiz y Zeiger, 2006). La principal respuesta favorable del etileno es la inducción de una maduración más rápida y uniforme. Al respecto, se ha encontrado que aplicaciones de etileno superiores a 10 µL L^-1 tienen un impacto positivo en la producción de compuestos volátiles de frutos de peras maduradas a 20 °C (Villalobos-Acuña y Mitcham, 2008). Estudios previos han reportado el papel del etileno en la inducción de esteres en frutos climatéricos (Flores et al., 2002; Beekwilder et al., 2004; Defilippi et al., 2004), en particular en el control de la enzima alcohol acil transferasa (Yahyaoui et al., 2002; Defilippi et al., 2005). En frutos de papaya se necesitan niveles internos de etileno sobre 0,4 ppm para incrementar los esteres (Fuggate et al., 2010). En concordancia, en manzanas se encontró que la producción de esteres y alcoholes es etileno dependiente (Dandekar et al., 2004; Defilippi et al., 2004). Asimismo, en frutos de papayuela (Carica pubescens) se encontró que el tratamiento con etileno exógeno incrementó el contenido de esteres, principales componentes del aroma de esta especie (Balbontín et al., 2007).

Por su parte, el 1-metilciclopropeno (1-MCP) es un retardante químico de la madurez que ocupa los receptores de etileno en la membrana, por tanto, evita la unión del etileno con su receptor y su acción. La afinidad del 1-MCP por los receptores es 10 veces mayor a la del etileno y actúa a más bajas concentraciones, también regula la biosíntesis de etileno a través de la inhibición del proceso autocatalítico (Blankenship y Dole, 2003), es altamente eficaz para proteger a muchas especies agrícolas de la acción del etileno (Serek et al., 2006; Watkins, 2006).

Se ha encontrado que el contenido total de volátiles disminuye con la aplicación de 1-MCP, pero los volátiles individuales son afectados diferencialmente (Marin et al., 2009; Bai et al., 2005). En frutos de manzana, Defilippi et al. (2004) y Kondo et al. (2005) encontraron disminución de la producción de esteres y alcoholes por el 1-MCP. Asimismo, la expresión de cuatro genes de alcohol acil transferasa fueron suprimidos por el 1-MCP en melón (El-Sharkawy et al., 2005), Defilippi et al. (2005) también encontraron que la actividad de la alcohol acil transferasa fue más baja con 1-MCP, al igual que la cantidad de esteres, sugiriendo que este paso en la síntesis de volátiles está regulado por el etileno. Marin et al. (2009) también reportan disminución de los esteres con la aplicación de 1-MCP.

Por lo anterior, y debido a que los esteres son los compuestos volátiles mayoritarios durante la maduración del fruto de uchuva, esta investigación tuvo como objetivo evaluar el efecto de la aplicación de etileno y 1-metilciclopropeno sobre la emisión de esteres volátiles durante el almacenamiento a temperatura ambiente de frutos de uchuva ecotipo Colombia.

Material y métodos

Los frutos de uchuva ecotipo Colombia fueron cosechados en un cultivo comercial en el municipio de Ventaquemada Boyacá, ubicado a 2630 msnm con temperatura ambiental que oscila entre 8 y 14 °C.

Los análisis se realizaron en el laboratorio de Poscosecha de la Facultad de Agronomía de la Universidad Nacional de Colombia, sede Bogotá. Se utilizó un diseño completamente al azar con 3 tratamientos, estos fueron: etileno (100 mg·L-1), 1- metilciclopropeno (1-MCP; 10 mg·L-1) y un testigo sin aplicación. Cada tratamiento tuvo 3 repeticiones, para un total de 9 unidades experimentales (UE). Cada UE estuvo compuesta por 125 g de frutos sin cáliz, cosechados en estado pintón con los siguientes valores de color: L*=70,85, a*=-6,77, b*=51,11 y IC=-2,09.

Para la aplicación de etileno se utilizó una cámara hermética de 10L acoplada a un cilindro de etileno, el tratamiento tuvo una duración de 48 h. Para el 1-MCP (Rohm and Haas), se pesó la cantidad necesaria en un baker, el cual se ubicó dentro de una cámara hermética de 2 l junto con los frutos, por medio de una septa se inyectó 30 ml de agua caliente (45-50 °C). La disolución del 1-MCP en el agua caliente generó la liberación al espacio de cabeza del 1-MCP gaseoso. Los frutos fueron expuestos al tratamiento por 24 h a temperatura ambiente. Después de los tratamientos, todos los frutos fueron empacados en termoformados de polietilentereftalato (PET) y fueron dejados a temperatura ambiente (20 °C, 75% HR). Se hicieron mediciones de compuestos volátiles y del índice de color a los 1, 6 y 11 días después de cosecha. El índice de color (IC, ecuación 1) se calculó a partir de parámetros del sistema CIELab L*, a* y b*.

IC = (1000 x a*)/(L* x b*) Ecuación (1)

Los compuestos volátiles analizados fueron octanoato de etilo, butanoato de etilo, butanoato de 2- metilpropilo, butanoato de butilo, octanoato de metilo, decanoato de etilo y dodecanoato de etilo, fueron expresados en unidades de área/µL, para lo cual se realizó microextracción en fase sólida con espacio de cabeza HS-SPME, para la identificación de compuestos volátiles se utilizó un cromatógrafo de gases Agilent Technologies 7890A acoplado a un espectrómetro de masas Agilent Technologies 5975C, los espectros obtenidos fueron comparados con aquellos de la librería NIST 8. El índice de Kovats se calculó usando la serie homóloga de n-alcanos bajo las mismas condiciones de operación.

Los datos obtenidos fueron sometidos a análisis de varianza y a la prueba de comparación múltiple depromedios de Tukey (P≤0,05).

Resultados y discusión

Color de epidermis

El color de la epidermis a través del IC se determinó para monitorear el efecto de los tratamientos sobre la maduración del fruto de uchuva. Se encontró que el IC incrementó durante el almacenamiento, sin embargo, este cambio fue significativamente más bajo en los frutos tratados con 1-MCP, mientras que con etileno y el testigo el cambio fue más rápido (Figura 1). Estos resultados indican que con el 1-MCP se retrasó el proceso de maduración. Estudios recientes muestran que 1- MCP disminuyen la actividad de clorofilasa y disminuyen la pérdida de clorofila (Watkins, 2006; Sun et al., 2012). Frutos de tomate tratados con 1-MCP mostraron baja acumulación de licopeno y el cambio de color fue más lento (Zhang et al., 2009). En frutos de pera, el 1-MCP (0,3 µLL-1) fueron suficientes para incrementar la vida poscosecha y retrasar el cambio del color de la epidermis (Villalobos et al., 2011). Gutiérrez et al. (2008) reportan que el 1-MCP retrasa el cambio de color en frutos de uchuva, principalmente en frutos pintones, lo cual coincide con lo encontrado en este estudio.

Respecto al efecto del etileno, se ha encontrado que este tratamiento acelera la degradación de la clorofila y la aparición de los colores rojo, amarillo, naranja etc., ya que interviene en la expresión de genes que codifican para carotenoides y otros compuestos (Rodrigo y Zacarías, 2007). Sin embargo, los resultados obtenidos fueron similares al testigo, tal vez porque los frutos se encontraban en un estado de madurez en el cual la respuesta a etileno ya no es muy notoria, además, el color externo del fruto en el momento del tratamiento es un factor importante en la respuesta, siendo mayor el cambio cuando el grado de desarrollo del color es menor (Martínez-Jávega et al., 2008).

Figura 1: Efecto del etileno y el 1-metilciclopropeno sobre el índice de color de frutos de uchuva durante el almacenamiento. Promedios seguidos de letras diferentes en el mismo punto de muestreo presentan diferencias estadísticas de acuerdo con la prueba de Tukey (5%).

Emisión de compuestos volátiles

El octanoato de etilo fue el compuesto volátil de mayor abundancia en los frutos de uchuva, al parecer su síntesis depende de la presencia de etileno, pues en el testigo y con etileno la concentración de este compuesto volátil fue alta, siendo mayor con etileno, después del día 6 el octanoato de etilo disminuyó en estos dos tratamientos. Con 1-MCP la concentración en el día 6 fue casi nula, no obstante después se observó un incremento (Tabla 1). Butanoato de etilo, butanoato de 2-metilpropilo y octanoato de metilo en general presentaron el mismo comportamiento, estos compuestos incrementaron continuamente durante el almacenamiento, este incremento fue mayor con etileno, no obstante, con el 1-MCP fue mayor el octanoato de metilo en el día 11. A pesar de esto, se puede afirmar que por lo menos hasta el día 6 después de cosecha (ddc) con el 1-MCP se retrasa la emisión de estos compuestos volátiles y con etileno se estimula (Tabla 1). En el butanoato de butilo y decanoato de etilo hubo un aumento con etileno hasta el día 6 ddc y luego se presentó una disminución, similar tendencia tuvo el testigo pero los valores fueron inferiores. Por su parte con 1-MCP, hubo una disminución representativa hasta el día 6, pero posteriormente, los niveles incrementaron, aunque con niveles inferiores que los observados con etileno. En el dodecanoato de etilo, hubo un marcado incremento con etileno en el día 6 pero luego disminuyó, mientras que en el testigo y con 1-MCP el resultado fue opuesto, y con este último, los niveles de dodecanoato de etilo fueron más bajos (Tabla 1).

En general se puede observar que los esteres evaluados en los frutos de uchuva incrementan su concentración con la aplicación de etileno, mientras que con 1-MCP disminuyen. Estos resultados concuerdan con lo encontrado en manzana y melón, donde la producción de volátiles fue inhibida por la aplicación de 1-MCP, o acelerada por tratamientos con etileno (Defilippi et al., 2005; Yahyaoui et al., 2002). Con este trabajo se tiene una primera aproximación de los compuestos volátiles del fruto de uchuva que pueden ser asociados con la presencia de etileno. En banano se encontró que el etileno es un regulador de la producción de volátiles durante la maduración de este fruto (Yang et al., 2011).

Tabla 1: Efecto del etileno y el 1-metilciclopropeno sobre la emisión de ésteres volátiles (unidades de área/µL) emitidos por frutos de uchuva durante el almacenamiento. Promedios seguidos de letras diferentes en el mismo punto de muestreo presentan diferencias estadísticas de acuerdo con la prueba de Tukey (5%).

Estudios previos han reportado el papel del etileno en la inducción de esteres volátiles en frutos climatéricos (Flores et al., 2002; Beekwilder et al., 2004; Defilippi et al., 2004), en particular en el control de la enzima alcohol acil transferasa (Yahyaoui et al., 2002; Defilippi et al., 2005). La alcohol aciltransferasa (AAT) es una enzima que cataliza el último paso en la biosíntesis de esteres mediante la acetilación de alcoholes, es decir, que trasfiere un grupo acil-CoA a un alcohol, y puede ser considerado como el último punto de control en la emisión de estos compuestos, se ha reportado que acepta un amplio rango de sustratos (Pérez y Sanz, 2008). También existen reportes de que el etileno regula el paso de la reducción de ácidos grasos y aldehídos y, parcialmente, el paso de esterificación en la vida de esteres alifáticos, esto indica que las enzimas aldehído deshidrogenasas (ADH) implicadas en esta vía son etileno dependientes (Flores et al., 2002), lo cual, probablemente puede estar pasando en los frutos de uchuva y posiblemente explicaría el incremento de esteres en presencia de etileno en estos frutos.

Conclusiones

Los resultados indican que compuestos como octanoato de etilo, butanoato de etilo, butanoato de 2- metilpropilo, butanoato de butilo, octanoato de metilo, decanoato de etilo y dodecanoato de etilo al parecer están regulados por etileno durante la maduración del fruto de uchuva, los resultados indicaron que estos esteres incrementaron su concentración relativa en presencia de etileno y se inhibieron parcialmente con la aplicación de 1-metilciclopropeno. Esto se convierte en una primera aproximación en la que varios compuestos volátiles del fruto de uchuva pueden ser asociados con la presencia de etileno.

Este trabajo fue presentado en el VII Congreso Ibérico de Agroingeniería y Ciencias Hortícolas.

Bibliografía

Bai, J.H., Baldwin, E.A., Goodner, K.L., Mattheis, J.P., y Brecht, J.K., (2005). Response of four apple cultivars to 1-methylcyclopropene treatment and controlled atmosphere storage. HortScience 40,1534–8.
Balbontín, C., Gaete-Eastman, C., Vergara, M., Herrera, R., Moya-León, M.A. (2007). Treatment with 1-MCP and the role of ethylene in aroma development of mountain papaya fruit, Postharvest Biology and Technology 43, 67–77.
Beekwilder, J., Alvarez-Huerta, M., Neef, E., Verstappen, F.W., Bouwmeester, H.J., y Aharoni, A. (2004). Functional characterization of enzymes forming volatile esters from strawberry and banana. Plant Physiol. 135, 1865–1878.
Blankenship, S.M., y Dole, J.M. (2003). 1-Methylcyclopropene: a review. Postharv. Biol. Technol. 28, 1–25.
Dandekar, A.A., Teo, G., Defilippi, B.G., Uratsu, S.L., Passey, A.J., Kader, A.A., Stow, J.R., Colgan, R.J., James, D.J. (2004). Effect of down-regulation of ethylene biosynthesis on fruit flavour complex in apple fruit, Transgenic Res. 13, 373–384.
Defilippi, B.G., Dandekar, A.M., Kader, A.A. (2004). Impact of suppression of ethylene action or biosynthesis on flavor metabolites in apple (Malus domestica Borkh) fruits. J. Agric. Food Chem. 52, 5694–5701.
Defilippi, B.G., Kader, A.A., y Dandekar, A.M. (2005). Apple aroma: alcohol acyltransferase, a rate limiting step for ester biosynthesis, is regulated by ethylene. Plant Sci. 168, 1199–1210.
El-Sharkawy, I., Manriquez, D, Flores, F.B., Regad, F., Bouzayen, M., Latche, A., y Pech, J.C. (2005). Functional characterization of a melon alcohol acyl-transferase gene family involved in the biosynthesis of ester volatiles. Identification of the crucial role of a threonine residue for enzyme activity. Plant Mol Biol. 59,345–62.
Flores, F., Yahyaoui, F.E., de Billerbeck, G., Romojaro, F., Latché, A., Bouzayen, M., Pech, J.C., y Ambid, C. (2002). Role of ethylene in the biosynthetic pathway of aliphatic ester aroma volatiles in Charentais Cantaloupe melons. J. Exp. Bot. 53, 201–206.
Fuggate, P., Wongs-Areea, C., Noichindac, S., y Kanlayanarata. S. (2010). Quality and volatile attributes of attached and detached „Pluk Mai Lie‟ papaya during fruit ripening. Scientia Horticulturae 126, 120– 129.
Gutiérrez, M.S., Trinchero, G.D., Cerri, A.M., Vilella, F., y Sozzi, G.O. (2008). Different responses of goldenberry fruit treated at four maturity stages with the ethylene antagonist 1-methylcyclopropene. Postharvest Biol. Technol. 48, 199–205.
Kondo, S., Setha, S., Rudell, D.R., Buchanan, D.A., Mattheis, J.P. (2005). Aroma volatile biosynthesis in apples affected by 1-MCP and methyl jasmonate. Postharvest Biol Technol 36, 61–8.
Marin, A., Colonna, A., Kudo, K., Kupferman, E. y Mattheis, J. (2009). Measuring consumer response to “Gala” apples treated with 1-methylcyclopropene (1-MCP). Postharvest Biol. Technol. 51, 73-79.
Martínez-Jávega, J.M., Monterde, A., Navarro, P., y Salvador, A. (2008). Responsse of new clementines to degreening treatment. Proc. Int. Soc. Citriculture 11, 1342–1346.
Pérez, A.G., y Sanz, C. (2008). Formation of Fruit Flavour. In: Fruit and Vegetable Flavour. B Bruckner, W S Grant (eds). Cambridge, England. pp:41-70.
Rodrigo, M.J., y Zacarias, L. (2007). Effect of postharvest ethylene treatment on carotenoid accumulation and the expression of carotenoid biosynthesis genes in the flavedo of orange (Citrus sinensis L. Osbeck) fruit. Postharvest Biol. Technol. 43, 14–22.
Serek, M., Woltering, E.J., Sisler, E.C., Frello, S., y Sriskandarajah, S. (2006). Controlling ethylene responses in flowers at the receptor level, Biotechnology Advances 24,368–381.
Sun, B., Yan, H., Liu, N., Wei, J., y Wang, Q. (2012). Effect of 1-MCP treatment on postharvest quality characters, antioxidants and glucosinolates of chinese kale. Food Chemistry. 131 (2), 519-526.
Taiz, L., y Zeiger, E. (2006). Plant physiology, 4a ed. Sinauer Associates, Sunderland, MA.
Villalobos, M., Biasi, W., Mitcham, E., y Holcroft, D. (2011). Fruit temperature and ethylene modulate 1-MCP response in Bartlee pears. Postharvest Biology and Technology 60, 17-23.
Watkins, C.B. (2006). The use of 1-methylcyclopropene (1-MCP) on fruits and vegetables. Biotechnology Advances 24, 389-409.
Yahyaoui, F.E., Wongs-Aree, C., Latché, A., Hackett, R., Grierson, D., y Pech, J.C. (2002). Molecular and biochemical characteristics of a gene encoding an alcohol acyltransferase involved in the generation of aroma volatile esters during melon ripening. Eur. J. Biochem. 269, 2359–2366.
Yang, X., Song, J., Fillmore, S., Pang, X., y Zhang, Z. (2011). Effect of high temperature on color, chlorophyll fluorescence and volatile biosynthesis in green-ripe banana fruit. Postharvest Biology and Technology 62, 246–257.
Zhang, Z., Huber, D.J., Hurr, B.M., y Rao, J. (2009). Delay of tomato fruit ripening in response to 1- methylcyclopropene is influenced by internal ethylene levels. Postharvest Biol. Technol. 54, 1–8.