Características de calidad de fresas cultivadas en sistema sin suelo: estudio metabolómico preliminar
- Autores: Ikram Akhatou
- Directores de la Tesis: María Angeles Fernández Recamales (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Huelva ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Número de páginas: 153
- Tribunal Calificador de la Tesis: Agustín García Asuero (presid.), Ana Sayago Gómez (secret.), Giuseppe Vasapollo (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Arias Montano
- Resumen
- español
La relación directa entre la calidad de la fresa y su contenido en metabolitos determina la necesidad de estudiar su composición química utilizando metodología analítica que permita la identificación y cuantificación exacta y reproducible del mayor número posible de compuestos relacionados con sus cualidades organolépticas, nutricionales y nutracéuticas. La importancia económica de la fresa en la provincia de Huelva y la competitividad existente dentro del sector hace necesario el desarrollo de nuevos métodos de producción, que basados en la manipulación de los recursos naturales (luz, agua y nutrientes), mejoran la resistencia de la planta, la productividad, la calidad y propiedades nutracéuticas. En este sentido, los cultivos sin suelo parecen una alternativa prometedora para incrementar la sostenibilidad y competitividad del cultivo de la fresa. Asimismo, la introducción de variedades precoces, que permiten la producción fuera de temporada, es otro de los retos que se plantea el sector. La calidad de la fruta, incluyendo las características nutricionales y nutracéuticas, está influenciada por la variedad, las prácticas de cultivo, el clima y la región de producción así como por el tiempo de muestreo, el grado de madurez y los estresantes bióticos y abióticos. Por lo tanto, muchas variables pueden afectar considerablemente los valores dietéticos de la fruta y numerosos estudios se han centrado en explicar las relaciones entre la calidad de la fruta y estos factores. Es por ello que este trabajo de Tesis Doctoral, se han estudiado y analizado varias variedades de fresa cultivadas en sistema de cultivo sin suelo en diferentes condiciones agronómicas, y en sistema convencional con el fin de evaluar el efecto de estas condiciones agronómicas y ambientales sobre la calidad de la fresa. Los resultados de este trabajo se han desglosado en tres capítulos. En el primero de ellos, se proporciona un conocimiento más profundo de la composición orgánica e inorgánica de la fresa para evaluar el efecto de los métodos de producción sobre la calidad de la misma. Para ello, se utilizaron dos grupos de muestras: el grupo I formado por seis variedades de fresas, Camarosa, Candonga, Chiflón, BG 269, Tamar y Diamante cultivas en un sistema sin suelo usando fibra de coco como sustrato, y el grupo II integrado por cinco variedades, Camarosa, Candonga, Medina, Marina y Ventana cultivadas en sistema convencional. Con el fin de evaluar la calidad de la fresa se determinaron varios parámetros químicos (sólidos, solubles, azúcares, ácidos orgánicos y elementos minerales) en distintas variedades de fresa. Además, se investigaron las diferencias entre las fresas cultivadas en el sistema sin suelo frente al sistema de cultivo convencional aplicando técnicas estadísticas multivariantes. Los análisis se llevaron a cabo mediante cromatografía líquida (HPLC-DAD-RID) para la determinación de los azúcares y los ácidos orgánicos, y espectroscopía de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP-OES) para la determinación del contenido mineral. Se observaron diferencias significativas entre las variedades basadas en la composición mineral y la concentración de glucosa y fructosa en ambos sistemas de cultivo. Sin embargo, no se detectaron diferencias significativas en la acidez. Tamar y Camarosa fueron las variedades más dulces entre todas las variedades cultivadas en el sistema sin suelo y el sistema convencional, respectivamente. Ambas variedades también presentaron la mayor proporción azúcares totales en relación al contenido en ácidos totales. Cuando se compararon ambos sistemas de cultivo también se observaron diferencias significativas en el contenido de minerales, azúcares y parámetros relacionados. En el segundo capítulo se evalúa la influencia de los factores ambientales, el tiempo de muestreo y el genotipo sobre la calidad nutricional y nutracéutica de la fresa, en base a los cambios en la concentración de metabolitos primarios (azúcares y ácidos orgánicos) y secundarios (compuestos fenólicos) y su bioactividad (actividad antioxidante). El estudio de los metabolitos se realizó en tres variedades de fresa cultivadas en sistema de cultivo sin suelo bajo diferentes condiciones agronómicas (detalladas en la parte experimental del capítulo II). Las tres variedades fueron elegidas en base a su sensibilidad a las condiciones ambientales: Palomar (muy sensible), Festival (sensible) y Camarosa (resistente). A lo largo de la campaña se realizaron tres muestreos: diciembre (producción extra temprana), enero y marzo (producción temprana). Los análisis se llevaron a cabo mediante cromatografía líquida (HPLC-DAD) y espectrofotometría uv-vis. Los resultados obtenidos mostraron que la variedad Festival fue el genotipo con mayor contenido de azúcares y mayor valor para la proporción azúcares totales/ácidos totales, mientras que la variedad Camarosa fue más rica en antocianos. Con respecto al tiempo de muestreo, se observaron que la fresa cosechada en enero y marzo tenía mayor calidad. La fresa cosechada en enero fue más rica en compuestos fenólicos mientras que la fresa cosechada en marzo fue más rica en compuestos relacionados con el sabor (azúcares y ácidos orgánicos). En el tercer capítulo se ha utilizado una estrategia metabolómica no dirigida (untargeted metabolomic) para caracterizar los metabolitos primarios en diferentes variedades de fresa y estudiar también sus alteraciones en respuesta a diferentes condiciones de cultivo y al estrés ambiental. Se analizaron tres variedades de fresa con diferentes sensibilidad a los factores ambientales (Camarosa, Festival y Palomar) cultivadas en sistemas sin suelo, usando varias condiciones agronómicas: tres niveles de conductividad eléctrica (EC = 1, 2 and 3 dS/m), dos tipo de cobertura (tapada ó destapada) y tres tipos de sustratos (fibra de coco, perlita y lana de roca). Los metabolitos primarios fueron perfilados por cromatografía de gases acoplada con espectrometría de masas (GL- MS). Los resultados obtenidos mostraron la existencia de una alteración significativa en los metabolitos primarios en las tres variedades de fresa estudiadas, incluyendo azúcares (fructosa, glucosa), ácidos orgánicos (ácido málico, ácido cítrico) y aminoácidos (alanina, treonina, ácido aspártico), entre otros.
- English
The direct relationship between the quality of strawberry and its metabolites content determines the need to study its chemical composition using analytical methodology that allows accurate identification and quantification and reproducible of the largest number of compounds related to organoleptic, nutritional and nutraceutical properties. The economic importance of strawberries in Huelva and the competitiveness in the sector makes necessary the development of new production methods based on manipulating natural resources (light, water and nutrients) for improving plant resistance, productivity, quality and nutraceuticals properties. In this sense, soilless culture seems a promising alternative to increase sustainability and competitiveness of strawberry cultivation. Also, the introduction of early varieties that enable off-season production is another challenge posed by the sector. Fruit quality, including nutritional and nutraceutical properties, is influenced by the variety, cultural practices, climate and the region of production as well as the sampling time, degree of maturity and biotic and abiotic stressors. Therefore, many variables can affect significantly the dietetic values of fruit. Numerous studies have explained the relationship between fruit quality and these factors. For these reasons in this doctoral thesis it has been studied and analyzed several varieties of strawberries grown in soilless system in different agronomic conditions, and conventional system in order to evaluate the effect of these agricultural and environmental conditions on the quality of strawberry. The results of this memory have been structured in three chapters. The first one provides a more thorough knowledge of organic and inorganic composition of strawberries for assessing the effect of production methods on fruit quality. For this proposal, two groups of samples were used: The samples representing group I consisted of six varieties, i.e.Camarosa, Candonga, Chiflón, BG 269, Tamar and Diamante cultivated in a soilless system using coconut fiber as substrate. Fruit of five varieties cultivated using conventional practices, i.e. Camarosa, Candonga, Medina, Marina and Ventana, represented group II. In order to evaluate the quality of the strawberry some chemical parameters (soluble solids, sugars, organic acids and mineral elements) were determined in strawberries of several cultivars. In addition, differences between strawberries cultivated in soilless systems versus the conventional crop system were also investigated applying multivariate statistical techniques. The analyses were carried out using liquid chromatography (HPLC-DAD-RID) for determination of sugars and organic acids, and mineral contents were determined by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP- OES). Differences among cultivars were observed based on the mineral composition and glucose and fructose concentrations in both cultivation systems. However, no significant differences between cultivars were detected in sourness. Tamar and Camarosa were the sweetest cultivars among those grown in soilless and soil system, respectively. Both varieties also had the highest total sugars/total acids ratio. The comparison between strawberries cultivated in soil and soilless systems also revealed significant differences in the mineral composition, content of sugars and related parameters. In the second chapter the influence of environmental factors, seasonal and genetic factors on nutritional and nutraceutical quality of strawberry fruits are evaluated. Also it will allow to correlate them with changes in concentration of primary (sugars and organic acids) and secondary (phenolic compounds) metabolites and their bioactivity (antioxidant activity). The study of metabolites was performed in three strawberry varieties grown in soilless system under different agronomic conditions. The study of metabolites was performed in three strawberry varieties grown in soilless system under different agronomic conditions (detailed in experimental part of chapter II). The three varieties were chosen basing on their sensitivity to environmental conditions: Palomar (very sensitive), Festival (sensitive), and Camarosa (resistant). Throughout the campaign, three samplings were performed: December (extra-early production), January (early production), and March (early production). The analyses were carried out using liquid chromatography (HPLC-DAD) and UV-vis spectrophotometry. The results showed that variety Festival was the sweetest genotype and also had the highest total sugars/total acids ratio, whereas Camarosa was richest in anthocyanins. Considering the harvest time, it has been observed that the strawberry harvested in January and March (early production) had higher quality. Fruits harvested in January were richer in phenolic compounds whereas fruits harvested in March were richer in taste-related compounds (sugars and organic acids). In the third chapter, an untargeted metabolomic strategy was used to characterize the primary metabolome of different strawberry cultivars and to study metabolite alterations in response to different crop conditions and environmental stress. For this purpose, it were analyzed three varieties of strawberries with different sensitivity to environmental factors (Camarosa, Festival and Palomar) grown in soilless systems, and using various agronomic conditions: three levels of electrical conductivity (EC = 1, 2, and 3 dS/m), two different types of coverage (covered or uncovered) and Three types of substrates (coconut fiber, perlite and rock wool). Primary metabolites were profiled by gas chromatography mass spectrometry (GC-MS). The results showed significant alterations in primary metabolites between the three strawberry cultivars studied in this work, including sugars (fructose, glucose), organic acids (malic acid, citric acid) and amino acids (alanine, threonine, aspartic acid), among others.
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