Aquest article ha estat escrit originalment en castellà. L'hem traduït automàticament per a la vostra comoditat. Tot i que hem fet esforços raonables per a aconseguir una traducció precisa, cap traducció automática és perfecta ni tampoc pretén substituir-ne una d'humana. El text original de l'article en castellà podeu veure'l a Efecto del etileno y el 1-MCP en la emisión de compuestos volátiles durante la poscosecha de frutos de uchuva

Efecte de l'etilè i l'1-MCP en l'emissió de compostos volàtils durant la poscosecha de fruits d'uchuva

H . Balaguera-López , L.Ramírez, M. Espinal i A.Herrera (Universitat Nacional de Colòmbia)

19/12/2013

Els fruits d'uchuva (Physalis peruviana L., família solanaceae) són bayas amb comportament climatérico, altament peribles. Durant la maduració del fruit d'uchuva, els esteres són els compostos volàtils emesos en major quantitat. No obstant això, es desconeix l'efecte que pugui tenir l'etilè i l'1-metilciclopropeno com a reguladors de la maduració, sobre l'emissió d'esteres volàtils en uchuva. En molts fruits s'ha trobat que l'etilè estimula la producció d'esteres, mentre que l'1-metilciclopropeno inhibeix la biosíntesis d'aquests compostos, la qual cosa, pot afectar la qualitat del fruit. L'objectiu d'aquest treball va ser avaluar l'efecte de l'aplicació d'etilè i 1-metilciclopropeno sobre l'emissió d'esteres volàtils durant l'emmagatzematge a temperatura ambienti de fruits d'uchuva.

Els fruits d'uchuva ecotipo Colòmbia van ser collits en un cultiu comercial en el municipi de Ventaquemada Boyacá, Colòmbia. Es va utilitzar un disseny completament a l'atzar amb 3 tractaments, aquests van ser: etilè (100 mg · L-1), 1- metilciclopropeno (1-MCP; 10 mg · L-1) i un testimoni sense aplicació. L'exposició dels fruits al tractament d'etilè va tenir una durada de 48 h, mentre que el tractament d'1-MCP va ser de 24 h. Després dels tractaments, tots els fruits van ser empacats en termoformados de polietilentereftalato (PET) i van ser deixats a temperatura ambienti (20 °C, 75% HR). Es van fer mesuraments de compostos volàtils als 1, 6 i 11 dies després de collita. Es va realitzar l'extracció de compostos volàtils mitjançant microextracción en fase sòlida amb espai de cap HS-SPME, per a la identificació de compostos volàtils es va utilitzar cromatògraf de gasos Agilent Technologies 7890A acoblat a un espectròmetre de masses Agilent Technologies 5975C, els espectres obtinguts van ser comparats amb aquells de la llibreria NIST 8. L'índex de Kovats es va calcular usant la sèrie homòloga de n-alcans sota les mateixes condicions d'operació.

Es va trobar que alguns esteres com octanoato d'etil, butanoato d'etil, butanoato de 2-metilpropilo, butanoato de butil, octanoato de metil, decanoato d'etil i dodecanoato d'etil pel que sembla estan regulats per etilè durant la maduració del fruit d'uchuva, els resultats van indicar que aquests compostos van incrementar la seva concentració relativa en presència d'etilè i es van inhibir parcialment amb l'aplicació d'1-metilciclopropeno. Els resultats suggereixen que l'emissió d'alguns compostos volàtils del fruit d'uchuva poden estar determinats per la presència d'etilè.

Introducció

L'etilè ha estat reconegut com l'hormona que accelera la maduració dels fruits. L'exposició de fruits a l'etilè accelera els processos associats amb la maduració. No obstant això, no tots ells responen a l'etilè (Taiz i Zeiger, 2006). La principal resposta favorable de l'etilè és la inducció d'una maduració més ràpida i uniforme. Sobre aquest tema, s'ha trobat que aplicacions d'etilè superiors a 10 µL L^-1 tenen un impacte positiu en la producció de compostos volàtils de fruits de peres madurades a 20 °C (Villalobos-Encunya i Mitcham, 2008). Estudis previs han reportat el paper de l'etilè en la inducció d'esteres en fruits climatéricos (Flores et al., 2002; Beekwilder et al., 2004; Defilippi et al., 2004), en particular en el control de l'enzim alcohol acil transferasa (Yahyaoui et al., 2002; Defilippi et al., 2005). En fruits de papaya es necessiten nivells interns d'etilè sobre 0,4 ppm per incrementar els esteres (Fuggate et al., 2010). En concordança, en pomes es va trobar que la producció d'esteres i alcohols és etilè depenent (Dandekar et al., 2004; Defilippi et al., 2004). Així mateix, en fruits de papayuela (Carica pubescens) es va trobar que el tractament amb etilè exogen va incrementar el contingut d'esteres, principals components de l'aroma d'aquesta espècie (Balbontín et al., 2007).

Per la seva banda, l'1-metilciclopropeno (1-MCP) és un retardant químic de la maduresa que ocupa els receptors d'etilè en la membrana, per tant, evita la unió de l'etilè amb el seu receptor i la seva acció. L'afinitat de l'1-MCP pels receptors és 10 vegades major a la de l'etilè i actua a més baixes concentracions, també regula la biosíntesis d'etilè a través de la inhibició del procés autocatalítico (Blankenship i Dole, 2003), és altament eficaç per protegir a moltes espècies agrícoles de l'acció de l'etilè (Serek et al., 2006; Watkins, 2006).

S'ha trobat que el contingut total de volàtils disminueix amb l'aplicació d'1-MCP, però els volàtils individuals són afectats diferencialment (Marin et al., 2009; Bai et al., 2005). En fruits de poma, Defilippi et al. (2004) i Kondo et al. (2005) van trobar disminució de la producció d'esteres i alcohols per l'1-MCP. Així mateix, l'expressió de quatre gens d'alcohol acil transferasa van ser suprimits per l'1-MCP en meló (El-Sharkawy et al., 2005), Defilippi et al. (2005) també van trobar que l'activitat de l'alcohol acil transferasa va ser més baixa amb 1-MCP, igual que la quantitat d'esteres, suggerint que aquest pas en la síntesi de volàtils està regulat per l'etilè. Marin et al. (2009) també reporten disminució dels esteres amb l'aplicació d'1-MCP.

Per l'anterior, i a causa que els esteres són els compostos volàtils majoritaris durant la maduració del fruit d'uchuva, aquesta recerca va tenir com a objectiu avaluar l'efecte de l'aplicació d'etilè i 1-metilciclopropeno sobre l'emissió d'esteres volàtils durant l'emmagatzematge a temperatura ambienti de fruits d'uchuva ecotipo Colòmbia.

Material i mètodes

Els fruits d'uchuva ecotipo Colòmbia van ser collits en un cultiu comercial en el municipi de Ventaquemada Boyacá, situat a 2630 msnm amb temperatura ambiental que oscil·la entre 8 i 14 °C.

Les anàlisis es van realitzar en el laboratori de Poscosecha de la Facultat d'Agronomia de la Universitat Nacional de Colòmbia, seu Bogotà. Es va utilitzar un disseny completament a l'atzar amb 3 tractaments, aquests van ser: etilè (100 mg·L-1), 1- metilciclopropeno (1-MCP; 10 mg·L-1) i un testimoni sense aplicació. Cada tractament va tenir 3 repeticions, per a un total de 9 unitats experimentals (UE). Cada UE va estar composta per 125 g de fruits sense calze, collits en estat pintón amb els següents valors de color: L*=70,85, a*=-6,77, b*=51,11 i IC=-2,09.

Per a l'aplicació d'etilè es va utilitzar una càmera hermètica de 10L acoblada a un cilindre d'etilè, el tractament va tenir una durada de 48 h. Per l'1-MCP (Rohm and Haas), es va pesar la quantitat necessària en un baker, el qual es va situar dins d'una càmera hermètica de 2 l juntament amb els fruits, per mitjà d'una septa es va injectar 30 ml d'aigua calenta (45-50 °C). La dissolució de l'1-MCP en l'aigua calenta va generar l'alliberament a l'espai de cap de l'1-MCP gasós. Els fruits van ser exposats al tractament per 24 h a temperatura ambienti. Després dels tractaments, tots els fruits van ser empacats en termoformados de polietilentereftalato (PET) i van ser deixats a temperatura ambienti (20 °C, 75% HR). Es van fer mesuraments de compostos volàtils i de l'índex de color als 1, 6 i 11 dies després de collita. L'índex de color (IC, equació 1) es va calcular a partir de paràmetres del sistema CIELab L*, a* i b*.

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

Els compostos volàtils analitzats van ser octanoato d'etil, butanoato d'etil, butanoato de 2- metilpropilo, butanoato de butil, octanoato de metil, decanoato d'etil i dodecanoato d'etil, van ser expressats en unitats d'àrea/µL, per a això es va realitzar microextracción en fase sòlida amb espai de cap HS-SPME, per a la identificació de compostos volàtils es va utilitzar un cromatògraf de gasos Agilent Technologies 7890A acoblat a un espectròmetre de masses Agilent Technologies 5975C, els espectres obtinguts van ser comparats amb aquells de la llibreria NIST 8. L'índex de Kovats es va calcular usant la sèrie homòloga de n-alcans sota les mateixes condicions d'operació.

Les dades obtingudes van ser sotmesos a anàlisis de variància i a la prova de comparació múltiple depromedios de Tukey (P≤0,05).

Resultats i discussió

Color d'epidermis

El color de l'epidermis a través de l'IC es va determinar per monitorear l'efecte dels tractaments sobre la maduració del fruit d'uchuva. Es va trobar que l'IC va incrementar durant l'emmagatzematge, no obstant això, aquest canvi va ser significativament més baix en els fruits tractats amb 1-MCP, mentre que amb etilè i el testimoni el canvi va ser més ràpid (Figura 1). Aquests resultats indiquen que amb l'1-MCP es va retardar el procés de maduració. Estudis recents mostren que 1- MCP disminueixen l'activitat de clorofilasa i disminueixen la pèrdua de clorofil·la (Watkins, 2006; Sun et al., 2012). Fruits de tomàquet tractats amb 1-MCP van mostrar baixa acumulació de licopeno i el canvi de color va ser més lent (Zhang et al., 2009). En fruits de pera, l'1-MCP (0,3 µLL-1) van ser suficients per incrementar la vida poscosecha i retardar el canvi del color de l'epidermis (Villalobos et al., 2011). Gutiérrez et al. (2008) reporten que l'1-MCP retarda el canvi de color en fruits d'uchuva, principalment en fruits pintones, la qual cosa coincideix amb l'oposat en aquest estudi.

Respecte a l'efecte de l'etilè, s'ha trobat que aquest tractament accelera la degradació de la clorofil·la i l'aparició dels colors vermell, groc, taronja etc., ja que intervé en l'expressió de gens que codifiquen per carotenoides i altres compostos (Rodrigo i Zacarías, 2007). No obstant això, els resultats obtinguts van ser similars al testimoni, tal vegada perquè els fruits es trobaven en un estat de maduresa en el qual la resposta a etilè ja no és molt notòria, a més, el color extern del fruit al moment del tractament és un factor important en la resposta, sent major el canvi quan el grau de desenvolupament del color és menor (Martínez-Jávega et al., 2008).

Figura 1: Efecte de l'etilè i l'1-metilciclopropeno sobre l'índex de color de fruits d'uchuva durant l'emmagatzematge. Mitjanes seguides de lletres diferents en el mateix punt de mostreig presenten diferències estadístiques d'acord amb la prova de Tukey (5%).

Emissió de compostos volàtils

L'octanoato d'etil va ser el compost volàtil de major abundància en els fruits d'uchuva, pel que sembla la seva síntesi depèn de la presència d'etilè, doncs en el testimoni i amb etilè la concentració d'aquest compost volàtil va ser alta, sent major amb etilè, després del dia 6 l'octanoato d'etil va disminuir en aquests dos tractaments. Amb 1-MCP la concentració en el dia 6 va ser gairebé nul·la, no obstant això després es va observar un increment (Taula 1). Butanoato d'etil, butanoato de 2-metilpropilo i octanoato de metil en general van presentar el mateix comportament, aquests compostos van incrementar contínuament durant l'emmagatzematge, aquest increment va ser major amb etilè, no obstant això, amb l'1-MCP va ser major l'octanoato de metil en el dia 11. Malgrat això, es pot afirmar que almenys fins al dia 6 després de collita (ddc) amb l'1-MCP es retarda l'emissió d'aquests compostos volàtils i amb etilè s'estimula (Taula 1). En el butanoato de butil i decanoato d'etil va haver-hi un augment amb etilè fins al dia 6 ddc i després es va presentar una disminució, similar tendència va tenir el testimoni però els valors van ser inferiors. Per la seva banda amb 1-MCP, va haver-hi una disminució representativa fins al dia 6, però posteriorment, els nivells van incrementar, encara que amb nivells inferiors que els observats amb etilè. En el dodecanoato d'etil, va haver-hi un marcat increment amb etilè en el dia 6 però després va disminuir, mentre que en el testimoni i amb 1-MCP el resultat va ser oposat, i amb aquest últim, els nivells de dodecanoato d'etil van ser més baixos (Taula 1).

En general es pot observar que els esteres avaluats en els fruits d'uchuva incrementen la seva concentració amb l'aplicació d'etilè, mentre que amb 1-MCP disminueixen. Aquests resultats concorden amb l'oposat en poma i meló, on la producció de volàtils va ser inhibida per l'aplicació d'1-MCP, o accelerada per tractaments amb etilè (Defilippi et al., 2005; Yahyaoui et al., 2002). Amb aquest treball es té una primera aproximació dels compostos volàtils del fruit d'uchuva que poden ser associats amb la presència d'etilè. En banano es va trobar que l'etilè és un regulador de la producció de volàtils durant la maduració d'aquest fruit (Yang et al., 2011).

Taula 1: Efecte de l'etilè i l'1-metilciclopropeno sobre l'emissió d'èsters volàtils (unitats d'àrea/µL) emesos per fruits d'uchuva durant l'emmagatzematge. Mitjanes seguides de lletres diferents en el mateix punt de mostreig presenten diferències estadístiques d'acord amb la prova de Tukey (5%).

Estudis previs han reportat el paper de l'etilè en la inducció d'esteres volàtils en fruits climatéricos (Flores et al., 2002; Beekwilder et al., 2004; Defilippi et al., 2004), en particular en el control de l'enzim alcohol acil transferasa (Yahyaoui et al., 2002; Defilippi et al., 2005). L'alcohol aciltransferasa (AAT) és un enzim que cataliza l'últim pas en la biosíntesis d'esteres mitjançant l'acetilación d'alcohols, és a dir, que trasfiere un grup acil-CoA a un alcohol, i pot ser considerat com l'últim punt de control en l'emissió d'aquests compostos, s'ha reportat que accepta un ampli rang de substrats (Pérez i Sanz, 2008). També existeixen reportis que l'etilè regula el pas de la reducció d'àcids grassos i aldehids i, parcialment, el pas d'esterificació en la vida d'esteres alifáticos, això indica que els enzims aldehid deshidrogenases (ADH) implicades en aquesta via són etilè depenents (Flores et al., 2002), la qual cosa, probablement pot estar passant en els fruits d'uchuva i possiblement explicaria l'increment d'esteres en presència d'etilè en aquests fruits.

Conclusions

Els resultats indiquen que composts com octanoato d'etil, butanoato d'etil, butanoato de 2- metilpropilo, butanoato de butil, octanoato de metil, decanoato d'etil i dodecanoato d'etil pel que sembla estan regulats per etilè durant la maduració del fruit d'uchuva, els resultats van indicar que aquests esteres van incrementar la seva concentració relativa en presència d'etilè i es van inhibir parcialment amb l'aplicació d'1-metilciclopropeno. Això es converteix en una primera aproximació en la qual diversos compostos volàtils del fruit d'uchuva poden ser associats amb la presència d'etilè.

Aquest treball va ser presentat al VII Congrés Ibèric d'Agroingeniería i Ciències Hortícoles.

Bibliografia

Bai, J.H., Baldwin, I.A., Goodner, K.L., Mattheis, J.P., i 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-Horta, M., Neef, I., Verstappen, F.W., Bouwmeester, H.J., i Aharoni, A. (2004). Functional characterization of enzymes forming volatile esters from strawberry and banana. Plant Physiol. 135, 1865–1878.
Blankenship, S. M., i 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 Cap de bestiar. 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., i 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., Regueu, F., Bouzayen, M., Latche, A., i Pech, JC (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.I., de Billerbeck, G., Romojaro, F., Latché, A., Bouzayen, M., Pech, JC, i 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., i 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., i 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, I. i Mattheis, J. (2009). Measuring consumer response to “Gal·la” apples treated with 1-methylcyclopropene (1-MCP). Postharvest Biol. Technol. 51, 73-79.
Martínez-Jávega, J.M., Monterde, A., Navarro, P., i Salvador, A. (2008). Responsse of new clementines to degreening treatment. Proc. Int. Soc. Citriculture 11, 1342–1346.
Pérez, A.G., i 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., i Zacarias, L. (2007). Effect of postharvest ethylene treatment on carotenoid accumulation and the expression of carotenoid biosynthesis gens in the flavedo of orange (Citrus sinensis L. Osbeck) fruit. Postharvest Biol. Technol. 43, 14–22.
Serek, M., Woltering, I.J., Sisler, I.C., Frello, S., i 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., i 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., i Zeiger, I. (2006). Plant physiology, 4a ed. Sinauer Associates, Sunderland, DT..
Villalobos, M., Biasi, W., Mitcham, I., i 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 usi of 1-methylcyclopropene (1-MCP) on fruits and vegetables. Biotechnology Advances 24, 389-409.
Yahyaoui, F.I., Wongs-Aree, C., Latché, A., Hackett, R., Grierson, D., i Pech, JC (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., i 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., i 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.