Resumen de Desarrollo y aplicación de métodos analíticos basados en la espectroscopia de reflectancia en el infrarrojo cercano (NIRS) para la caracterización y mejora de la calidad de hortícolas
El incremento del valor nutricional o sensorial de un producto es un factor perseguido por la industria agroalimentaria. Con el aumento del valor añadido de los productos hortofrutícolas producidos en nuestro país se gana en competitividad y rentabilidad en el sector y se incrementa la calidad en los productos tradicionales por parte de los mercados internos y externos.
Las metodologías analíticas convencionales para la determinación de compuestos físico-químicos y nutricionales de productos agrícolas muestran un alto grado de precisión en la medida, pero al mismo tiempo presentan grandes inconvenientes, como son el alto coste del análisis, lentitud de la operación, necesidad de personal especializado, destrucción de la matriz analizada, y polución del medio ambiente, debido al uso de reactivos químicos, entre otros.
Estos antecedentes han llevado a la búsqueda de tecnologías analíticas alternativas, que aunque perdiendo precisión en la cuantificación del analito, permitan un muestreo rápido y a bajo coste económico, redundando en una importante descarga analítica para el laboratorio.
La Espectroscopía por Reflectancia en el Infrarrojo Cercano (NIRS) ofrece enormes expectativas en este terreno, particularmente derivadas de su carácter no destructiva, rápida y con posibilidad de ser incorporada tanto en programas de mejora genética como en términos de control de calidad y trazabilidad.
El principal objetivo de esta Tesis Doctoral ha sido desarrollar modelos NIRS precisos y robustos destinados a la determinación de los principales parámetros de calidad físico-química en tres productos hortícolas, pimiento, rúcula y mora, con el fin de permitir a los mejoradores, agricultores e industria hortofrutícola su uso rutinario.
El pimiento (Capsicum annuum L.) es una de las especies hortícolas con mayor superficie cultivada en España. Esta hortícola presenta un amplio rango de variedades con diversidad de características nutricionales y sensoriales. En este trabajo se han determinado caracteres físico-químicos y nutricionales en 14 tipologías de pimiento. Se han estudiado a partir de los frutos frescos parámetros tales como firmeza, pH, sólidos solubles, ácido málico, color (L*, a*, b*, C* y H*) y grosor del pericarpo, empleando para el caso de las determinaciones in situ en frutos el instrumento portátil Polychromix Phazir. Los parámetros con capacidad antioxidante estudiados fueron el contenido en carotenoides, clorofilas a y b, compuestos fenólicos y ácido ascórbico, determinándose desde muestra liofilizada con el instrumento Nirsystems Foss 6500. El desarrollo de los modelos de predicción NIRS se realizó utilizando un colectivo constituido por 320 muestras. Los resultados obtenidos mostraron una gran variabilidad para todos los parámetros en las variedades de pimientos estudiadas, siendo de gran interés para el sector hortofrutícola.
Los resultados obtenidos en esta tesis demostraron que es posible predecir parámetros de calidad tanto físico-química como nutricional en pimiento a través de la tecnología visible-UV-NIRS. Las ecuaciones de predicción para los parámetros tales como carotenoides totales y clorofila a, pueden ser utilizadas para control de calidad, mientras que las ecuaciones de predicción obtenidas para otros parámetros analizados como son fenólicos totales, clorofila b, contenido en sólidos solubles, parámetros de color h* y a* podrían ser utilizadas para labores de cribado. En este sentido, el análisis de los frutos frescos debe ser considerado como un primer paso en el empleo de la tecnología NIRS para el control de calidad in situ para los mejoradores y en línea en la industria hortofrutícola. Compuestos tales como pigmentos (xantofilas, carotenos y clorofila), glúcidos, lípidos, celulosa y agua fueron usados por el método de regresión de mínimos cuadrados parciales modificados para el desarrollo de las ecuaciones de predicción.
En segundo lugar, se ha evaluado la capacidad de la tecnología NIRS para predecir el contenido de glucosinolatos y el contenido en fenólicos en hojas de rúcula (Eruca vesicaria L. Cav.). La rúcula es una especie que pertenece a la familia Cruciferae con un potencial económico en incremento desde la década pasada, ampliamente en ensaladas y remedios herbales, aunque también son consumidas las hojas cocinadas, flores y más recientemente los brotes (plántulas).
La mayoría de los estudios existentes en la bibliografía internacional sobre la composición química y propiedades nutritivas de las Crucíferas dirigen su atención al estudio cualitativo y cuantitativo de los glucosinolatos y fenólicos presentes en este grupo botánico. Los glucosinolatos son hidrolizados de forma natural por la enzima mirosinasa dando lugar a isotiocianatos, entre otros, el sulforafano obtenido de la hidrólisis del glucosinolato glucorafanina, los cuales son en gran medida responsables de los efectos positivos de las crucíferas debido a la inducción de enzimas de Fase II.
Los resultados obtenidos de los diferentes parámetros mostraron que las ecuaciones para los glucosinolatos totales, glucosativina y glucoerucina pueden ser utilizadas para identificar muestras con bajo y alto contenido. La ecuación obtenida para la glucorafanina puede ser utilizada para predicciones aproximada de muestras y la ecuación para el contenido en fenólicos mostró buena correlación. Del estudio de los loadings MPLS de los tres primeros términos de las diferentes ecuaciones, se concluyó que componentes celulares como son las proteínas y la celulosa, participaron ampliamente en el desarrollo de las ecuaciones NIRS para los glucosinolatos.
Por último se ha evaluado el potencial de la tecnología NIRS para la predicción del contenido en carotenoides y compuestos fenólicos totales en un cultivo en expansión, tanto en superficie cultivada como a nivel productivo, como es la mora (Rubus fructicosus L.). Tal y como se ha comprobado en bibliografía consultada, el fruto de mora es fuente natural de antioxidantes. Entre estos, se encuentran los compuestos fenólicos y carotenoides que tienen múltiples efectos anticarcinogénicos, antimicrobiano y antioxidantes de aquí la importancia de su estudio. Se han determinado las ecuaciones de predicción de compuestos fenólicos y de carotenoides a partir de 106 muestras de frutos de mora.
Las ecuaciones de predicción obtenidas mostraron para ambos parámetros analizados, carotenoides totales y compuestos fenólicos totales, estadísticos característicos de modelos que pueden ser utilizados para propósitos de cribado en programas de mejora de la calidad en estos frutos y en el control de calidad. A partir del estudio de los tres primeros términos de las ecuaciones obtenidas, se concluyó que los carbohidratos, clorofilas, lípidos y celulosa influenciaron el desarrollo de las ecuaciones de predicción NIRS obtenidas.
Como conclusión, los datos aportados en este trabajo son de utilidad, por un lado para aumentar la posibilidad de poder promocionar y fomentar la producción y el consumo de productos hortofrutícolas como el pimiento, rúcula y mora en base a su composición fitoquímica. Por otro lado, hemos desarrollado herramientas de análisis rápido, preciso y de bajo coste de parámetros de calidad en tres especies vegetales mediante tecnología NIRS, que pueden ser utilizadas para futuros programas de mejora (facilitando y abaratando las tareas de cribado, caracterización y selección de genotipos) y en el control de la calidad en centrales hortofrutícolas.
