Tratamientos poscosecha para el control de los daños por frío en frutos climatéricos y no climatéricos

Abstract

Dado que en los frutos climatéricos la mayoría de los procesos relacionados con la maduración están regulados por el etileno, esta hormona podría participar en el desarrollo de los daños por frío (DF). En el caso de los frutos no climatéricos, aunque el etileno no interviene en el desencadenamiento y desarrollo de la maduración, podría también tener un efecto inductor de los DF en las especies sensibles, ya que también el deterioro se inicia por la degradación de las membranas celulares. En la presente Memoria se realizó un estudio de conservación de dos frutos sensibles a DF, uno climatérico como la chirimoya y otro no climatérico como el calabacín, a temperatura que no causa DF (10ºC para calabacín y 12ºC para chirimoya) y temperatura que causa DF (1ºC para calabacín y 4ºC para chirimoya). Tras un periodo de mantenimiento a temperatura ambiente se analizaron los síntomas de DF, las modificaciones de compuestos característicos de la calidad, del estrés oxidativo de las membranas celulares, y los mecanismos antioxidantes de defensa enzimáticos y no enzimáticos. Los resultados mostraron que la conservación a temperaturas de DF retardó la pérdida de peso en ambos frutos, en relación a la temperatura de no daño. Los primeros síntomas visibles de DF en calabacines conservados a 1ºC se detectaron a partir de los 12 días. El reacondicionamiento a 20ºC agravó la deshidratación de los frutos y los DF. Los tratamientos con 1-MCP y etileno, previos a la conservación a 1ºC de frutos de calabacín, parecen no tener efecto o incluso agravar los síntomas de daños causados por el frío, más que proteger frente a este factor de estrés. Por otro lado, a pesar de no presentar síntomas visibles de deterioro, los DF en chirimoya se manifestaron en una maduración anómala, considerando la evolución de los sólidos solubles, acidez, pH y color durante su almacenamiento. En frutos sensibles a DF, las temperaturas de refrigeración superiores a la temperatura de congelación provocan la pérdida de estructura de la bicapa lipídica y finalmente la lisis celular. En este trabajo se estimó el estado oxidativo y la integridad de las membranas celulares mediante el porcentaje de salida de electrolitos y el contenido en peróxidos lipídicos. En calabacín, el almacenamiento a 1ºC provocó un aumento significativo de la salida de electrolitos y de la peroxidación lipídica. La respuesta ante el estrés provocado por las bajas temperaturas en los frutos de calabacín fue siempre mayor en piel que en pulpa, ya que es en la piel donde se desarrolla principalmente la fisiopatía de los daños por frío. Las chirimoyas conservadas a 12ºC presentaron mayor salida de electrolitos y peroxidación lipídica que cuando se almacenaron a 4ºC, confirmando que a 12ºC ocurre la desestructuración de las membranas, típica del proceso de maduración, que no llega a ocurrir a 4ºC. Hoy día se considera que en la maduración y senescencia de los frutos están implicados procesos oxidativos. Para evitar estos daños, la célula ha desarrollado en las plantas captadores de oxígeno o antioxidantes, vías metabólicas de detoxificación enzimática y mecanismos de reparación. Paralelamente a la producción de especies reactivas de oxígeno, las plantas se protegen de los efectos del estrés mediante un sistema antioxidante complejo que incluye la síntesis de metabolitos antioxidantes. En este trabajo se encontró que el contenido en compuestos fenólicos se incrementó durante la primera semana de conservación en la piel de ambos frutos, especialmente en calabacines conservados a temperatura de daño (1ºC) y en chirimoya conservada a temperatura de no daño (12ºC). En el primer caso coincidiendo con la fase de alarma frente al estrés, y en el segundo coincidiendo con el proceso normal de maduración de la chirimoya. El contenido de fenoles en la pulpa de ambos frutos fue menos sensible que la piel, a los cambios de temperatura y los tratamientos. No se apreció ningún efecto significativo de los tratamientos sobre los niveles de ácido ascórbico en la piel de calabacín ni chirimoya. Las bajas temperaturas afectaron de forma diferente a la capacidad antioxidante de la piel y la pulpa de ambos frutos. Mientras que en piel la conservación a temperatura de DF disminuyó la capacidad antioxidante, en pulpa se incrementó este parámetro. Los tratamientos con etileno y su antagonista no tuvieron un efecto claro sobre la capacidad antioxidante, por lo que no parece que el etileno esté implicado en los mecanismos no enzimáticos de detoxificación de estos frutos. Dentro de los sistemas de detoxificación enzimáticos, el aumento de las actividades peroxidasa y catalasa conjuntamente, como respuesta a un estrés oxidativo conlleva una disminución del peróxido de hidrógeno producido y, por tanto, un incremento de la tolerancia hacia los daños por frío.. En calabacín, la disminución de la actividad catalasa, el aumento de salida de electrolitos y el aumento de los síntomas visibles de daños por frío, apuntan a un alto grado de deterioro de los tejidos y a la desorganización estructural, como consecuencia del daño, y a la incapacidad de los mismos para responder de manera defensiva al estrés oxidativo derivado del exceso de radicales y especies reactivas de oxígeno generados. Por lo tanto el sistema es sobrepasado y ocurre daño celular y subcelular. Según los resultados obtenidos en la presente memoria, se puede pensar en la posible contribución de la catalasa para rebajar el extres oxidativo en pulpa de chirimoya. En piel de calabacín se observó una activación de la actividad peroxidasa en los frutos como consecuencia del estrés oxidativo provocado por las bajas temperaturas. Los tratamientos con 1-MCP o etileno redujeron ligeramente la actividad peroxidasa en este tejido. Finalmente, a pesar de las diferencias entre los valores de actividad en la piel o en la pulpa de chirimoyas sometidas a los diferentes tratamientos, en la mayoría de los casos, las diferencias no fueron significativas. Es por ello difícil pensar que esta enzima antioxidante juegue un papel importante en los procesos de detoxificación y en el mantenimiento del estado oxidativo celular de chirimoya.

Since most processes related to ripening are regulated by ethylene in climacteric fruits, this hormone could be implied in the development of chilling injury (CI). Regarding non-climacteric fruits, although ethylene does not take part in the triggering and development of ripening, it could also have a CI inducing effect in sensitive species, because the deterioration starts with the degradation of cell membranes. In this Report a storage study of two fruits sensitive to CI, one climacteric like cherimoya and other non-climacteric like courgette, at a temperature not causing CI (10 ºC for courgette and 12 ºC for cherimoya) and at a temperature causing CI (1 ºC for courgette and 4 ºC for cherimoya) has been carried out. After a period of storage at room temperature, the symptoms of CI, the changes in those compounds characteristics of quality, the oxidative stress of cell membranes and the enzymatic and non enzymatic antioxidant defence mechanisms were analysed. The results showed that storage at CI temperatures delayed the weight loss in both fruits, in comparison to the non-CI temperature. The first visible symptoms of CI in courgettes stored at 1 ºC were found after 12 days. The reconditioning at 20 ºC worsened the dehydration of fruits and the CI. The treatments with 1-MCP and ethylene before storage at 1 ºC of courgette fruits seem to have no influence or to worsen the symptoms of CI instead of protecting against this stress factor. On the other side, despite they do not present visible symptoms of deterioration, CI in cherimoya fruits were evident in an anomalous ripening when considering the evolution of soluble solids, acidity, pH and colour. In fruits sensitive to CI, the refrigeration temperatures over the freezing point cause an increase of the non-specific permeability to ions and renders the enzymes linked to the membrane inactive; the result is the loss of the structure of the lipid bilayer and, finally, the cell lysis. In this work, the oxidative state and the integrity of cell membranes were assessed by the percentage of electrolyte leakage and the content of lipid peroxides. In courgette, the storage at 1 ºC caused a significant increase of the electrolyte leakage and the lipid peroxidation, both in control fruits and in fruits treated with 1-MCP. The treatment with ethylene stressed the degradation of the membrane structures caused by cold. The response against the stress caused by low temperatures in courgette fruits was always higher in the skin than in the pulp, because the physiopathy of chilling injury develops mainly in the skin. The cherimoyas stored at 12 ºC showed higher electrolyte leakage and lipid peroxidation than those stored at 4 ºC, so it can be stated that at 12 ºC the membrane disintegration typical of the ripening process occurs, a fact not occurring at 4 ºC. Today, it is considered that, during ripening and senescence of the fruits, oxidative processes are implied in order to avoid these damages. The plant cell has developed oxygen scavengers or antioxidants, metabolic paths of enzymatic detoxification and repair mechanisms. In parallel with the production of oxygen reactive species, plants protect themselves against the effects of stress by a complex antioxidant system that includes the synthesis of antioxidant metabolites. In this work, it was observed that the content of phenolic compounds increased during the first week of storage in the skin of both fruits, specially in courgettes stored at CI temperature (1 ºC) and in cherimoya stored at non-CI temperature (12 ºC). In the first case, it occurs at the same moment as the stage of alarm against stress and, in the second one, during the normal process of ripening of cherimoya. The content of phenols in the pulp of both fruits was less sensitive to temperature changes and treatments than the skin. There was not a significant effect of treatments on the levels of ascorbic acid in the skin of courgette or cherimoya. Low temperatures affected in different ways the antioxidant capacity of skin and pulp in both fruits. While in skin the storage at CI temperature decreased the antioxidant capacity, this parameter increased in pulp. The treatment with ethylene and its antagonist did not clearly affect the antioxidant capacity, so it seems that ethylene is not involved in non-enzymatic detoxification mechanisms of these fruits. Considering the enzymatic detoxification systems, the increase of peroxidase and catalase activities as a joint response to oxidative stress implies a decrease of the hydrogen peroxide produced and, therefore, an increase of the tolerance towards chilling injury. While the catalase presents a high reaction speed and a low affinity for hydrogen peroxide, the peroxidase has a great affinity for hydrogen peroxide and makes small H2O2 uptakes in specific locations. Its antioxidant capacity depends on the stress severity and on the species and their development state. In courgette, the decrease of the activity of catalase, the increase of the electrolyte leakage and the increase of the visible symptoms of chilling injury point at a high degree of deterioration of tissues and structure disintegration, as a consequence of the damage and their inability to defensively respond to oxidative stress caused by the excess of radicals and oxygen reactive species, so the cell and subcell damage occurs. According to the results obtained in this report, it is difficult to believe that catalase plays a significant role in detoxification processes and in the maintenance of the cell oxidative state of cherimoya skin. In courgette skin there was an activation of the peroxidase activity in fruits as a consequence of the oxidative stress caused by low temperatures. The treatments with 1-MCP or ethylene slightly reduced the peroxidase activity in this tissue. Finally, despite the differences between the values of activity in skin or pulp of cherimoya that underwent the different treatments, in most cases, the differences were not significant or values were very low. Then, it is difficult to believe that this antioxidant enzyme plays a significant role in detoxification processes and in the maintenance of the cell oxidative state of cherimoya.