Ina Alsina 1, Ieva Erdberga 1*, Mara Duma 2, Reinis Alksnis3 y Laila Dubova 1
1 Facultad de Agricultura, Instituto de Ciencias del Suelo y las Plantas, Universidad de Ciencias y Tecnologías de la Vida de Letonia, Jelgava, Letonia,
2 Departamento de Química, Facultad de Tecnología de Alimentos, Universidad de Ciencias y Tecnologías de la Vida de Letonia, Jelgava, Letonia,
3 Departamento de Matemáticas, Facultad de Tecnologías de la Información, Letonia Universidad de Ciencias y Tecnologías de la Vida, Jelgava, Letonia
INTRODUCCIÓN
A medida que crece la comprensión de la importancia de la dieta para garantizar la calidad y la sostenibilidad de la vida humana, aumenta la presión sobre el sector agrícola como elemento básico para garantizar la calidad de los alimentos. Los tomates, como el segundo vegetal más cultivado [según las estadísticas de la Organización para la Agricultura y la Alimentación (FAO) para 2019], son una parte importante de la cocina de casi todas las naciones.
El aporte calórico limitado, el contenido de fibra relativamente alto y la presencia de elementos minerales, vitaminas y fenoles, como los flavonoides, hacen del fruto del tomate un excelente “alimento funcional” que proporciona muchos beneficios fisiológicos y requerimientos nutricionales básicos. (1). Las sustancias bioquímicamente activas que se encuentran en los tomates, principalmente debido a su alta capacidad antioxidante, son reconocidas no solo para la mejora general de la salud, sino también como una opción terapéutica contra diversas enfermedades, como diabetes, enfermedades cardíacas y toxicidades. (2-4). El tomate maduro contiene un promedio de 3.0 a 8.88 % de materia seca, que consiste en 25 % de fructosa, 22 % de glucosa, 1 % de sacarosa, 9 % de ácido cítrico, 4 % de ácido málico, 8 % de elementos minerales, 8 % de proteína, 7 % de pectina , 6% celulosa, 4% hemicelulosa, 2% lípidos y el 4% restante son aminoácidos, vitaminas, compuestos fenólicos y pigmentos (5, 6). La composición de estos compuestos varía según el genotipo, las condiciones de crecimiento y la etapa de desarrollo del fruto. Las plantas de tomate son altamente sensibles a los factores ambientales, como las condiciones de luz, la temperatura y la cantidad de agua en el sustrato, lo que genera cambios en el metabolismo de la planta, lo que a su vez afecta la calidad y composición química del fruto. (7). Las condiciones ambientales afectan tanto la fisiología del tomate como la síntesis de metabolitos secundarios. Las plantas cultivadas en condiciones de estrés reaccionan aumentando sus propiedades antioxidantes (8).
El origen del tomate como especie está ligado a la región centroamericana (9) y técnicas, como la construcción de invernaderos para proporcionar la temperatura y la luz necesarias para los tomates, a menudo se requieren para proporcionar las condiciones agroclimáticas necesarias, especialmente en la zona climática templada y durante la temporada de invierno. En tales condiciones, la luz suele ser el factor limitante para el desarrollo del tomate. La iluminación suplementaria durante el invierno y principios de la primavera permite producir tomates de alta calidad durante el período de baja radiación solar
(10) . El uso de lámparas con diferentes longitudes de onda no solo puede garantizar un rendimiento suficiente del tomate, sino que también cambia la composición bioquímica del fruto del tomate. Durante los últimos 60 años, las lámparas de sodio de alta presión (HPSL) se han utilizado en la industria de los invernaderos debido a su larga vida útil y bajos costos de adquisición.
(11) . Sin embargo, en los últimos años, los diodos emisores de luz (LED) se han vuelto cada vez más populares como una alternativa de mayor ahorro de energía. (12). El LED suplementario se ha utilizado como una fuente de luz eficiente para satisfacer la demanda de producción de tomates. Los contenidos de licopeno y luteína en los tomates fueron un 18 y un 142 % más altos cuando se expusieron a la iluminación LED suplementaria. Sin embargo, в-el contenido de caroteno no difirió entre los tratamientos de luz (12). La luz LED azul y roja aumentó el licopeno y в-contenido de caroteno (13), lo que resulta en la maduración temprana de la fruta del tomate (14). El contenido de azúcar soluble de la fruta madura del tomate disminuyó con duraciones más largas de luz roja lejana (FR) (15). Se extrajeron conclusiones análogas en el estudio de Xie: la luz roja induce la acumulación de licopeno, pero la luz FR invierte este efecto. (13). Hay menos información sobre los efectos de la luz azul en el desarrollo del fruto del tomate, pero los estudios muestran que la luz azul tiene un efecto menor sobre la cantidad de compuestos bioquímicos en el fruto del tomate, pero más sobre la estabilidad del proceso. Por ejemplo, Kong y otros descubrieron que la luz azul se usa mejor para prolongar la vida útil de los tomates, ya que la luz azul aumenta significativamente la firmeza de la fruta. (16), lo que esencialmente significa que la luz azul ralentiza el proceso de maduración, lo que conduce a un aumento en la cantidad de azúcares y pigmentos. El uso de cubiertas de invernadero como medio para regular la composición de la luz demuestra un patrón similar. El uso de un recubrimiento con una transmisión de luz roja más alta y azul más baja aumenta el contenido de licopeno en un 25 % aproximadamente. En combinación con un fotoperíodo aumentado de 11 a 12 h, la cantidad de licopeno aumenta en aproximadamente un 70 % (17). No siempre es posible en los estudios distinguir con precisión el efecto de los factores sobre los cambios en la composición química del fruto del tomate. Especialmente, en condiciones de invernadero, la composición de la fruta puede incrementarse por temperaturas elevadas o niveles de agua reducidos. Además, estos factores pueden correlacionarse con el genotipo específico de la variedad y la etapa de desarrollo. (1, 18).. El déficit de agua puede beneficiar la calidad de la fruta de tomate debido al aumento de los niveles de sólidos solubles totales (azúcares, aminoácidos y ácidos orgánicos), que son los principales compuestos acumulados en la fruta. Un aumento de sólidos solubles mejora la calidad de las frutas porque afecta el sabor y el gusto. (8).
A pesar de los efectos informados del espectro de luz sobre la acumulación de metabolitos de las plantas, se requiere un conocimiento más amplio de los diferentes efectos del espectro para mejorar la calidad de los tomates. En consecuencia, el objetivo de este estudio es evaluar el efecto de la iluminación adicional utilizada en el invernadero sobre la acumulación de metabolitos primarios y secundarios en diferentes variedades de tomate. Los cambios en el contenido espectral del sistema de iluminación pueden alterar la composición de los metabolitos primarios y secundarios en el fruto del tomate. Los conocimientos adquiridos mejorarán la comprensión del efecto de la luz sobre la relación entre el rendimiento y su calidad.
MATERIALES Y MÉTODOS
Material vegetal y condiciones de crecimiento Los experimentos se realizaron en un invernadero (policarbonato de celda de 4 mm) del Instituto de Ciencias del Suelo y las Plantas, Universidad de Ciencias y Tecnologías de la Vida de Letonia 56°39'N 23°43'E durante las temporadas 2018/2019, 2019/2020 y 2020/2021 de finales de otoño a principios de primavera.
Cultivares de tomate (Solanum lycopersicum L.) injertados comercialmente “Bolzano F1” (color del fruto: naranja), “Chocomate F1” (color del fruto: marrón rojizo) y cultivares de frutos rojos “Diamont F1”, “Encore F1” y “ Se utilizaron Strabena F1”. Cada planta tenía dos cabezas delanteras y, durante el crecimiento, se enredaba en un sistema de alambre alto. Las plantas obtenidas, en primer lugar, se trasplantaron en recipientes de plástico negro de 5 L con sustrato de turba “Laflora” KKS-2, pHKCl 5.2-6.0 y tamaño de fracción 0-20 mm, mezcla de PG (NPK 15-1020) 1.2 kg·m–3, Ca 1.78% y Mg 0.21%. Cuando las plantas alcanzaron la antesis, se trasplantaron a recipientes de plástico negro de 15 L con el mismo sustrato de turba “Laflora” KKS-2. Las plantas se fertilizaron una vez por semana con una solución al 1% de Kristalon Green (NPK 18-18-18) con Mg, S y microelementos durante la fase vegetativa del crecimiento de la planta y con Kristalon Red (NPK 12-12-36) con microelementos o 1 % Ca(NO3)2 durante la fase reproductiva, en proporción 300 ml por L de sustrato.
El contenido de agua en los contenedores de vegetación se mantuvo entre el 50 y el 80 % de la capacidad total de retención de agua. Las temperaturas promedio diurnas/nocturnas fueron 20-22°C / 17-18°C.
La temperatura máxima durante el día (marzo) no superó los 32°C y la temperatura mínima (noviembre) durante la noche no fue <12°C. También se ha medido la temperatura debajo de las lámparas a una distancia de 50, 100 y 150 cm de la luminaria. Se detectó que bajo la HPSL a 50 cm de la luminaria, la temperatura era de 1.5°C más alto que debajo de los otros. No se detectaron diferencias de temperatura a nivel del fruto.
Condiciones de iluminación
Los tomates se cultivaron en las estaciones otoño-primavera utilizando iluminación adicional con un fotoperíodo de 16 h. Se utilizaron tres fuentes de iluminación diferentes: Led cob Helle top LED 280 (LED), lámpara de inducción (IND) y HPSL Helle Magna (HPSL). A la altura del ápice, las plantas recibieron 200 ± 30 ^mol m–2 s–1 bajo LED y HPSL y 170 ± 30 ^mol m–2 s–1 bajo lámparas IND. La distribución de la radiación de la luz se muestra enFiguras 1,2. La intensidad de la luz y la distribución espectral se detectaron con un medidor de luz espectral portátil MSC15 (Gigahertz Optik GmbH, Turkenfeld, Alemania, Reino Unido).
Las lámparas utilizadas diferían en su distribución espectral de luz. La más similar a la luz solar en la parte roja (625-700 nm) del espectro fue HPSL. La lámpara IND en esta parte del espectro dio un 23.5% menos de luz, pero el LED fue cerca de 2 veces más. La luz naranja (590-625 nm) fue emitida principalmente por HPSL, la luz verde (500-565 nm) fue emitida principalmente por IND, la luz azul (450-485 nm) fue emitida principalmente por LED, pero la luz violeta (380450 nm) fue emitida principalmente por emitido principalmente por la lámpara IND. Al comparar todo el espectro de luz visible, la fuente de luz LED debe considerarse como la más cercana a la luz solar y la IND debe considerarse como la más inapropiada en términos de espectro.
Extracción y Determinación de Fitoquímicos
Los frutos de tomate se cosecharon en la etapa de plena madurez. Los frutos se recolectaron una vez al mes comenzando a mediados de noviembre y terminando en marzo. Todos los frutos fueron contados y pesados. Se tomaron muestras para análisis de al menos 5 frutos de cada variante (para el cv “Strabena” -8-10 frutos). Los frutos de tomate se molieron en un puré usando una batidora de mano. Para cada parámetro evaluado se analizaron tres repeticiones.
Determinación de Licopeno y в-Caroteno
Para determinar la concentración de licopeno y в-caroteno, se pesó en un tubo una muestra de 0.5 ± 0.001 g del puré de tomate y se le agregaron 10 mL de tetrahidrofurano (THF) (19). Los tubos se sellaron y se mantuvieron a temperatura ambiente durante 15 min, agitando ocasionalmente y finalmente se centrifugaron durante 10 min a 5,000 rpm. La absorbancia de los sobrenadantes obtenidos se determinó espectrofotométricamente midiendo la absorbancia a 663, 645, 505 y 453 nm y luego el licopeno y в-contenido de caroteno (mg 100 mL–1) se calcularon de acuerdo con la siguiente ecuación.
Clyc = -0.0458 x Aббз + 0.204 x Ab45 + 0.372 x A505– 0.0806 x A453 (1)
Cde = 0.216 x A663 – 1.22 x A645 – 0.304 x A505+ 0.452 x A453 (2)
donde A663, A645, A505 y A453: absorción a la longitud de onda correspondiente (20).
El licopeno y в-las concentraciones de caroteno se expresan en mg gF–M1 .
Determinación de fenoles totales
Se pesó una muestra de 1 ± 0.001 g del puré de tomate en un tubo graduado y se le agregaron 10 ml de solvente (metanol/agua destilada/ácido clorhídrico 79:20:1). Los tubos graduados se sellaron y se agitaron durante 60 min a 20°C en la oscuridad y luego centrifugar durante 10 min a 5,000 rpm. La concentración de fenoles totales se determinó mediante el método espectrofotométrico de Folin-Ciocalteu (21) con algunas modificaciones: a 10 ml del extracto se le agregó reactivo de Folin-Ciocalteu (diluido 0.5 veces en agua destilada) y luego de 3 min agregar 2 mL de carbonato de sodio (Na2CO3) (75 gL–1). La muestra se mezcló y después de 2 h de incubación a temperatura ambiente en la oscuridad, se midió la absorbancia a 760 nm. La concentración de compuestos fenólicos totales se calculó utilizando la curva de calibración y se obtuvo la ecuación 3, y se expresó como equivalente de ácido gálico (GAE) por 100 g de masa de tomate fresco.
0.556 x (A760 + 0.09) x 100
Phe = 0.556 × (A760 + 0.09) × 100/m (3)
donde un760-absorción a la longitud de onda correspondiente y m— masa de la muestra.
Determinación de Flavonoides
Se pesó una muestra de 1 ± 0.001 g del puré de tomate en un tubo graduado y se agregaron 10 mL de etanol. Los tubos graduados se sellaron y se agitaron durante 60 min a 20oC en la oscuridad y luego centrifugar durante 10 min a 5,000 rpm. El método colorimétrico (22) para determinar los flavonoides con cambios menores: 2 mL de agua destilada y 0.15 mL de nitrito de sodio al 5% (NaNO2) se añadieron a 0.5 mL del extracto. Después de 5 min, 0.15 ml de una solución al 10 % de cloruro de aluminio (AlCl3) fue añadido. La mezcla se dejó reposar durante otros 5 min y se añadió 1 ml de solución de hidróxido de sodio (NaOH) 1 M. La muestra se mezcló y después de 15 min a temperatura ambiente se midió la absorbancia a 415 nm. La concentración total de flavonoides se calculó utilizando la curva de calibración y la Ecuación 4 y se expresó como la cantidad de equivalentes de catequina (CE) por 100 g de peso de tomate fresco.
Fla = 0.444 × A415 × 100/m (4)
donde un415-absorción a la longitud de onda correspondiente y m— masa de la muestra.
Determinación de Materia Seca y Sólidos Solubles La materia seca se determinó secando las muestras en el termostato a 60oC.
El contenido total de sólidos solubles (expresado como ◦Brix) se midió con un refractómetro (A.KRUSS Optronic Digital Handheld Refractometer Dr301-95) calibrado a 20oC con agua destilada.
Determinación de la Acidez Titulable (AT)
Se pesó una muestra de 2 ± 0.01 g del puré de tomate en un tubo graduado y se agregó agua destilada hasta 20 mL. Los tubos graduados se sellaron y agitaron durante 60 min a temperatura ambiente y luego se centrifugaron durante 10 min a 5,000 rpm. Se titularon alícuotas de 5 ml con NaOH 0.1 M en presencia de fenolftaleína.
TA = VNaOH × Vt/Vs × m (5)
donde VNaoH-volumen de NaOH 0.1 M utilizado, Vt: volumen total (20 ml) y Vs: volumen muestreado (5 ml).
Los resultados se expresan en mg de ácido cítrico por 100 g de peso de tomate fresco. 1 ml de NaOH 0.1 M corresponde a 6.4 mg de ácido cítrico.
Determinación del índice de sabor (TI)
Se calculó un TI usando la ecuación 6 (23).
TI = ◦Brix/(20 × TA)+ TA (6)
Análisis estadístico
La normalidad y homogeneidad de las estadísticas descriptivas fueron probadas para 354 observaciones. Se utilizó la prueba de Shapiro-Wilk para la evaluación de la normalidad dentro de cada combinación de variedad y tratamiento de iluminación. Para estimar la homogeneidad de las varianzas se realizó la prueba de Levene. Se utilizó la prueba de Kruskal-Wallis para examinar las diferencias entre las condiciones de iluminación. Cuando se identificaron diferencias estadísticamente significativas, se utilizó la prueba post-hoc de Wilcoxon con correcciones de Bonferroni para las comparaciones por pares. El nivel de significación utilizado en el texto, tablas y gráficos es a = 5%, a menos que se indique lo contrario.
RESULTADOS
El tamaño del fruto del tomate y los parámetros bioquímicos del fruto son parámetros determinados genéticamente, pero las condiciones de cultivo tienen un impacto significativo en estas características. Los frutos más grandes se cosechan de “Diamont” (88.3 ± 22.9 g) y los frutos más pequeños se cosechan de “Strabena” (13.0 ± 3.8 g), que son una variedad de tomates cherry. El tamaño de la fruta dentro de la variedad también varió desde el momento de la cosecha. Los frutos más grandes se cosecharon al inicio de la producción y el tamaño de los tomates disminuyó a medida que crecían las plantas. Sin embargo, cabe señalar que con el aumento de la proporción de luz natural a finales de marzo, el tamaño de los tomates aumentó ligeramente.
En los tres años, el mayor rendimiento de tomate se cosechó utilizando HPSL como iluminación adicional. La disminución del rendimiento con LED fue del 16.0 % y con IND, del 17.7 % en comparación con HPSL. Diferentes variedades de tomates reaccionaron de manera diferente a la iluminación suplementaria. Se observaron aumentos de rendimiento, aunque estadísticamente insignificantes, para los cv "Strabena", "Chocomate" y "Diamont" bajo LED. Para el cv “Bolzano” no fue adecuada la iluminación adicional LED ni IND, se observó la reducción del rendimiento total en un 25-31%.
En promedio, los frutos de tomate más grandes contienen menos materia seca y sólidos solubles, no son tan sabrosos y contienen menos carotenoides y fenoles. El factor que menos se ve afectado por el tamaño del fruto es el contenido de ácido. Se observa una alta correlación entre el contenido de materia seca y sólidos solubles y el TI (rn=195 > 0.9). El coeficiente de correlación entre el contenido de materia seca o sólidos solubles y el contenido de carotenoide (licopeno y caroteno) y fenoles oscila entre 0.7 y 0.8 (Figura 3 y XNUMX).
Los experimentos han demostrado que, aunque las diferencias en los parámetros estudiados entre las luces utilizadas son a veces grandes, hay pocos parámetros que cambiarían significativamente bajo la influencia de la fuente de luz utilizada durante toda la temporada de crecimiento y teniendo en cuenta la variedad y tres temporadas de crecimiento (Tabla 1). Se puede afirmar que los tomates de todas las variedades cultivadas bajo HPSL tienen más materia seca (Tabla 1yFigura 5 y XNUMX).
Peso fresco, materia seca y sólidos solubles
El peso y el tamaño de la fruta dependen significativamente de las condiciones de crecimiento de la planta. Aunque hubo diferencias entre las variedades, el fruto medio de los tomates cultivados bajo lámparas de inducción fue un 12 % más pequeño que bajo HPSL o LED. Las diferentes variedades parecen reaccionar de manera diferente a la luz LED adicional. Los frutos más grandes se forman bajo los LED por "Chocomate" y "Diamont", pero el peso fresco de "Bolzano" es en promedio solo el 72% del peso del tomate bajo HPSL. Los frutos de "Encore" y "Strabena" cultivados con iluminación suplementaria LED e IND tienen un peso similar y son un 10 y un 7 % más pequeños, respectivamente, que los tomates cultivados con HPSL (Figura 4 y XNUMX).
El contenido de materia seca es uno de los indicadores de la calidad de la fruta. Se correlaciona con el contenido de sólidos solubles e influye en el sabor de los tomates. En nuestros experimentos, el contenido de materia seca de los tomates varió entre 46 y 113 mg g–1. El mayor contenido de materia seca (en promedio 95 mg g–1) para la variedad de cereza “Strabena”. Entre otros cultivares de tomate, el mayor contenido de materia seca (en promedio 66 mg g–1) fue encontrado en “Chocomate” (Figura 5 y XNUMX).
Durante el experimento, el contenido de ácidos orgánicos, expresado como equivalente de ácido cítrico (CA) en tomates, promedió de 365 a 640 mg 100 g–1 . El mayor contenido de ácidos orgánicos se encontró en el tomate cherry cv “Strabena”, un promedio de 596 ± 201 mg CA 100 g–1, pero el menor contenido de ácidos orgánicos se encontró en el fruto amarillo cv “Bolzano”, un promedio de 545 ± 145 mg CA 100 g–1. El contenido de ácidos orgánicos varió mucho no solo entre variedades, sino también entre épocas de muestreo; sin embargo, en promedio, se encontró un mayor contenido de ácidos orgánicos en los tomates cultivados con lámparas IND (superando HPSL y LED en un 10.2 %).
En promedio, el mayor contenido de materia seca se encontró en frutos cultivados bajo HPSL. Bajo la lámpara IND, el contenido de materia seca de la fruta de tomate disminuye en un 4.7-16.1 %, por debajo del LED de 9.9-18.2 %. Las variedades utilizadas en los experimentos son diferentes sensibles a la luz. La menor disminución de materia seca bajo diferentes condiciones de luz se observó para el cv “Strabena” (5.8% para IND y 11.1% para LED, respectivamente) y la mayor disminución de materia seca bajo diferentes condiciones de luz se observó para el cv “Diamont” (16.1% y 18.2 .XNUMX% respectivamente).
En promedio, el contenido de sólidos solubles varió entre 3.8 y 10.2 ◦grados Brix. De igual forma, para materia seca, el mayor contenido de sólidos solubles se detectó en tomate cherry cultivar “Strabena” (en promedio 8.1 ± 1.0 ◦grados Brix). El tomate cv “Diamont” fue el menos dulce (en promedio 4.9 ± 0.4 ◦grados Brix).
La iluminación suplementaria afectó significativamente el contenido de sólidos solubles de los cultivares de tomate “Bolzano”, “Diamont” y “Encore”. Bajo luz LED, el contenido de sólidos solubles en estas variedades disminuyó significativamente en comparación con HPSL. El efecto de la lámpara IND fue menor. Bajo estas condiciones de iluminación, los tomates cultivados de cv "Bolzano" y "Strabena" tenían en promedio 4.7 y 4.3% más de azúcar que los cultivados bajo HPSL. Desafortunadamente, este aumento no es estadísticamente significativo. (Figura 6 y XNUMX).
Tomates TI varía de 0.97 a 1.38. Los más sabrosos fueron los tomates del cv “Strabena”, el TI promedio fue de 1.32 ± 0.1 y los menos sabrosos los tomates del cv “Diamont”, el TI promedio fue de solo 1.01 ± 0.06. Alto TI tiene el cultivar de tomate “Bolzano”, en promedio TI (1.12 ± 0.06), seguido de “Chocomate”, en promedio TI (1.08 ± 0.06).
En promedio, el TI no se ve afectado significativamente por la fuente de iluminación, excepto para el cv "Strabena", donde los frutos bajo la lámpara IND
CUADRO 1 | P-valores (prueba de Kruskal-Wallis) de los efectos de diferentes iluminaciones suplementarias sobre la calidad del fruto del tomate (n = 118).
Parámetro |
“Bolzano” |
“chocolate” |
"Bis" |
“Diamante” |
“Estrabena |
Peso de la fruta |
0.013* |
0.008 ** |
0.110 |
0.400 |
0.560 |
Materia seca |
0.022* |
0.013* |
0.011* |
0.001 ** |
0.015* |
Sólidos solubles |
0.027* |
0.030 |
0.030* |
0.001 ** |
0.270 |
Acidez |
0.078 |
0.022 |
0.160 |
0.001 ** |
0.230 |
índice de sabor |
0.370 |
0.140 |
0.600 |
0.001 ** |
0.023* |
El licopeno |
0.052 |
0.290 |
0.860 |
0.160 |
0.920 |
β-caroteno |
<0.001 *** |
0.007 ** |
0.940 |
0.110 |
0.700 |
Fenoles |
0.097 |
0.750 |
0.450 |
0.800 |
0.420 |
Los flavonoides |
0.430 |
0.035* |
0.720 |
0.440 |
0.170 |
Niveles de significación “* **"0.001,"**” 0.01, y “*"0.05. |
|
se detectó un aumento de TI en comparación con HPSL en un 7.4 % (LED en un 4.2 %) en comparación con HPSL y cv “Diamont” en ambas condiciones de iluminación mencionadas anteriormente en un 5.3 y un 8.4 %, respectivamente.
Contenido de carotenoides
La concentración de licopeno en tomate varió de 0.07 (cv “Bolzano”) a 7 mg 100 g–1 FM (“Strabena”). Contenido de licopeno ligeramente superior en comparación con “Diamont” (4.40 ± 1.35 mg 100 g–1 FM) y “Encore” (4.23 ± 1.33 mg 100 g–1 FM) se encontró en frutos de color rojo parduzco de “Chocomate” (4.74 ± 1.48 mg 100 g–1 FM).
En promedio, las frutas de plantas cultivadas bajo lámparas IND contienen un 17.9 % más de licopeno en comparación con HPSL. La iluminación LED también ha fomentado la síntesis de licopeno, pero en menor medida, en una media del 6.5 %. El efecto de las fuentes de luz ha variado dependiendo del cultivar. Las mayores diferencias en la biosíntesis de licopeno se observaron para "Chocomate". El aumento del contenido de licopeno bajo IND en comparación con HPSL fue del 27.2 % y bajo LED en un 13.5 %. “Strabena” fue el menos sensible, con cambios de 3.2 y -1.6%, respectivamente, en comparación con HPSL (Figura 7 y XNUMX). A pesar de los resultados relativamente convincentes, el procesamiento matemático de los datos no confirma su fiabilidad. (Tabla 1).
Durante el experimento, в-contenido de caroteno en tomates en promedio de 4.69 a 9.0 mg 100 g–1 FM. El más alto в-contenido de caroteno se encontró en el tomate cherry cv “Strabena”, un promedio de 8.88 ± 1.58 mg 100 g–1 FM, pero el más bajo в-contenido de caroteno se encontró en el fruto amarillo cv “Bolzano”, un promedio de 5.45 ± 1.45 mg 100 g–1 FM
Las diferencias significativas en el contenido de caroteno se encontraron entre las variedades cultivadas bajo diferente iluminación suplementaria. El cv “Bolzano” cultivado bajo LED muestra una disminución significativa en el contenido de caroteno (en un 18.5 % en comparación con HPSL), mientras que “Chocomate” tiene el contenido de caroteno más bajo justo por debajo de HPSL en frutos de tomate (5.32 ± 1.08 mg 100 g FM–1) y se incrementó un 34.3 % con LED y un 46.4 % con lámparas IND (Figura 8 y XNUMX).
Contenido total de fenoles y flavonoides
El contenido de fenoles de los frutos de tomate varía en promedio de 27.64 a 56.26 mg GAE 100 g–1 FM (Tabla 2). El mayor contenido de fenoles se observa para la variedad “Strabena” y el menor contenido de fenoles se observa para la variedad “Diamont”. El contenido de fenoles de los tomates varía según la estación de maduración de la fruta, por lo que existen grandes fluctuaciones entre los diferentes momentos de muestreo. Esto lleva al hecho de que las diferencias entre los tomates cultivados bajo diferentes lámparas no son significativas.
Aunque las diferencias significativas entre las variantes de luz suplementaria aparecen solo en el caso del cv "Chocomate", el contenido promedio de flavonoides de las frutas cultivadas bajo la lámpara es del 33.3 %, pero debajo de la LED es un 13.3 % más alto. Bajo lámparas IND se observan grandes diferencias entre variedades, pero bajo LED la variabilidad está en el rango de 10.3-15.6%.
Los experimentos han demostrado que las diferentes variedades de tomate reaccionan de manera diferente a la iluminación suplementaria utilizada.
No se recomienda cultivar el cv “Bolzano” bajo lámpara LED o IND porque en esta iluminación los parámetros son similares a los obtenidos bajo HPSL o significativamente menores. Bajo lámparas LED, el peso de una fruta, la materia seca, el contenido de sólidos solubles y el caroteno se reducen significativamente ( Figura 9 y XNUMX ).
CUADRO 2 | Contenido de fenoles totales [mg equivalente de ácido gálico (GAE) 100 g-1 FM] y flavonoides [mg ácido cítrico (CA) 100 g-1 FM] en los frutos de tomate cultivados bajo diferente iluminación suplementaria.
Parámetro |
“Bolzano” |
“chocolate” |
"Bis" |
“Diamante” |
“Estrabena” |
Fenoles |
|||||
HPSL |
36.33 ± 5.34 |
31.23 ± 5.67 |
27.64 ± 7.12 |
30.26 ± 5.71 |
48.70 ± 11.24 |
IND |
33.21 ± 4.05 |
34.77 ± 6.39 |
31.00 ± 6.02 |
30.63 ± 5.11 |
56.26 ± 13.59 |
LED |
36.16 ± 6.41 |
31.70 ± 6.80 |
30.44 ± 3.01 |
30.98 ± 6.52 |
52.57 ± 10.41 |
Los flavonoides |
|||||
HPSL |
4.50 ± 1.32 |
3.78 ± 0.65a |
2.65 ± 1.04 |
2.57 ± 1.15 |
5.17 ± 2.33 |
IND |
4.57 ± 0.75 |
5.24 ± 0.79b |
4.96 ± 1.46 |
2.84 ± 0.67 |
6.65 ± 1.64 |
LED |
4.96 ± 1.08 |
4.37 ± 1.18ab |
3.02 ± 1.04 |
2.88 ± 1.08 |
5.91 ± 1.20 |
Los medios significativamente diferentes están etiquetados con letras diferentes. |
A diferencia de "Bolzano", "Chocomate" con iluminación LED aumenta el peso de una fruta y aumenta la cantidad de caroteno. Otros parámetros excluidos de materia seca y contenido de sólidos solubles también son más altos que en frutos obtenidos bajo HPSL. En el caso de esta variedad, la lámpara de inducción también muestra buenos resultados (Figura 9 y XNUMX).
Para el cv “Diamont”, los indicadores que determinan las propiedades gustativas se reducen significativamente bajo la luz LED, pero se incrementa el contenido de pigmentos y flavonoides (Figura 9 y XNUMX).
Los cultivares "Encore" y "Strabena" son los que menos responden al tratamiento de luz suplementario. Para “Encore”, el único parámetro significativamente afectado por el espectro de luz LED es el contenido de sólidos solubles. “Strabena” también es relativamente tolerante a los cambios en la composición espectral de la luz. Esto podría deberse a las características genéticas de la variedad, ya que esta fue la única variedad de tomate cherry incluida en el experimento. Se caracterizó por ser significativamente más altos todos los parámetros estudiados. Por lo tanto, no fue posible detectar cambios en los parámetros estudiados bajo la influencia de la luz. (Figura 9 y XNUMX).
DISCUSIÓN
El peso promedio de la fruta del tomate se correlaciona con el peso previsto de la variedad; aunque no se logra. Esto podría deberse al método de cultivo más que a la calidad de la iluminación, ya que se puede utilizar menos agua en un sustrato de turba, lo que puede reducir el peso de la fruta, pero aumentar la concentración de las sustancias activas y mejorar la saturación del sabor. (24). La fluctuación más pequeña del peso promedio de la fruta del “Encore F1” como resultado de la fuente de iluminación podría indicar una tolerancia de esta variedad a la calidad de la iluminación. Esto se corresponde con la revisión del tema. (25). El rendimiento y la calidad de los tomates se ven afectados no solo por la intensidad de la luz suplementaria utilizada, sino también por su calidad. Los resultados muestran que se formó un menor rendimiento bajo las lámparas IND. Sin embargo, es posible que se muestren resultados menores debido a la menor intensidad de las lámparas de inducción a pesar del hecho de que la característica principal de las lámparas de inducción es una banda de ondas verdes más amplia. Los datos muestran que el aumento de la cantidad de luz roja contribuye al aumento del peso fresco de los tomates, pero no afecta el aumento del contenido de materia seca. Parece que la luz roja ha estimulado el aumento del contenido de agua en los tomates. Por el contrario, el aumento de la luz azul reduce el contenido de materia seca de todas las variedades de tomate. El menos sensible es el tomate amarillo cultivar “Balzano”. Varias investigaciones demostraron que la fotosíntesis bajo una combinación de luz roja y azul tiende a ser mayor que bajo iluminación HPS, pero el rendimiento de la fruta es igual (12). Olle y Virsil (26) descubrió que los LED rojos mejoran el rendimiento de los tomates y eso subraya los hallazgos de nuestra investigación que establece que, en general, con una mayor adición de ondas rojas aumenta el rendimiento. En opinión similar, Zhang et al. (14) define que incluso agregar luz FR en combinación con LED rojos y HPSL aumenta el número total de frutos. La luz LED azul y roja suplementaria dio como resultado la maduración temprana de la fruta del tomate. Esto podría indicar la razón de una mayor masa de fruta bajo LED para los cultivares "Chocomate F1" y "Diamont F1", ya que la maduración temprana condujo a una producción más temprana de frutos nuevos. En términos de rendimiento, nuestros datos muestran que no es el aumento de la luz roja lo que es más importante para aumentar los rendimientos, sino la mayor proporción de luz roja sobre la luz azul.
Dado que uno de los rasgos favoritos del tomate del cliente es la dulzura, es importante comprender las posibles formas de mejorar esta característica. No obstante, suele verse alterada por diversos factores ambientales. (27). Hay evidencias de que la composición cualitativa de la luz también afecta el contenido bioquímico del fruto del tomate. El contenido de azúcar soluble de la fruta madura del tomate disminuyó con duraciones más largas de luz FR (15). Kong et al. (16) los resultados mostraron que el tratamiento con luz azul condujo significativamente a más sólidos solubles totales. El contenido de azúcar en las plantas aumenta con la luz verde, azul y roja (28). Nuestros experimentos no lo confirman, porque el aumento de la luz azul y roja por separado redujo el contenido de sólidos solubles en la mayoría de los casos. Nuestros resultados mostraron que el nivel más alto de azúcares solubles se encontró bajo HPSL, que trae la mayor proporción de luz roja que otras lámparas y también eleva la temperatura cerca de las lámparas. Esto se corresponde con investigaciones anteriores donde los estudios de Erdberga et al. (29) mostró que el contenido de azúcares solubles, los ácidos orgánicos aumentan con el aumento de las dosis de ondas rojas. Resultados similares se obtuvieron en otros estudios. Se obtuvo un mayor peso promedio de frutos de tomate en plantas suplementadas con lámparas HPS en comparación con plantas con lámparas LED (8.7-12.2% dependiendo del cultivar) (30).
Sin embargo, estudios de Dzakovich et al. (31) demostró que la calidad de la luz suplementaria (HPSL a través de LED) no afectó significativamente las propiedades fisicoquímicas (sólidos solubles totales, acidez titulable, contenido de ácido ascórbico, pH, fenoles totales y flavonoides y carotenoides prominentes) o sensoriales de los tomates cultivados en invernadero. Esto demuestra que la cantidad de azúcares solubles en las frutas puede verse afectada no solo por factores individuales, sino también por sus combinaciones. Tampoco en nuestros experimentos fue posible encontrar regularidades entre las influencias de la luz sobre el contenido de ácido. En particular, la investigación futura debería centrarse no solo en la relación entre especies y luz, sino también en la relación entre cultivar y luz. El contenido de materia seca fue mayor en “Chocomate F1” y “Strabena F1”. Esto se corresponde con Kurina et al. (6), donde en promedio, las accesiones pardo rojizas acumularon más materia seca (6.46%). Estudios de Duma et al. (32) mostró que al comparar la masa de frutos y el TI, se observa que mayor TI es para tomates más pequeños o más grandes. Experimentos de Rodica et al. (23) mostró que los tomates cherry y de color rojo parduzco contienen más sólidos solubles. En este estudio, se destaca que la cantidad de compuestos orgánicos que determinan el sabor de la fruta depende del rendimiento del cultivar.
La exposición a la iluminación LED roja y azul suplementaria aumenta el licopeno y в-contenido de caroteno (13, 29, 33, 34).. Dannehl et al. (12) Los estudios han demostrado que los contenidos de licopeno y luteína en los tomates eran entre un 18 y un 142 % más altos cuando estaban expuestos a la lámpara LED. Sin embargo, в-El contenido de caroteno no fue diferente entre los tratamientos con luz. Ntagkas et al. (35) mostró que la zeaxantina, el producto de в-conversión de caroteno, aumentos en frutos de tomate bajo luz azul y blanca. En este estudio, estas afirmaciones son parcialmente ciertas solo en el caso de “Bolzano F1”, donde se encontró una cantidad significativamente mayor de licopeno bajo el tratamiento con LED, pero в-caroteno respondió negativamente a este tratamiento. Esto podría deberse a características genéticas ya que “Bolzano F1” es solo una variedad de frutos anaranjados en este estudio. En otros estudios, con cultivares de frutos rojos y marrones, la mayor cantidad de licopeno y в-se encontraron carotenos bajo lámparas de inducción que no confirman las tendencias de años anteriores (29). Nuestros experimentos mostraron que el contenido de licopeno de todos los cultivares de tomate de frutos rojos aumentó con el aumento de la luz azul. Por el contrario, los cambios en el contenido de caroteno en diferentes cultivares no logran establecer regularidades comunes a todos los cultivares de tomate utilizados en los experimentos. Esta discrepancia apunta a la necesidad de pruebas adicionales del sujeto en el futuro. Se observó el mismo patrón de respuesta a la luz debido a las características del cultivar con la cantidad de fenoles y flavonoides. Todos los cultivares de frutos rojos y frutos marrones mostraron mejores resultados bajo lámparas IND, mientras que “Bolzano F1” respondió con resultados más altos a lámparas HPSL y LED sin diferencia significativa. Este estudio se corresponde con los hallazgos de Kong: el tratamiento con luz azul condujo significativamente a una mayor concentración de compuestos fenólicos individuales (ácido clorogénico, ácido cafeico y rutina) (16). La luz roja continua aumentó significativamente el licopeno, в-caroteno, contenido fenólico total, concentración total de flavonoides y actividad antioxidante en tomates (36). En nuestros estudios anteriores, los flavonoides cambiaron fluctuando; por lo tanto, ningún efecto de la longitud de onda de la luz debe señalarse como significativo.
La cantidad de fenoles aumentó con la creciente proporción de luz azul proporcionada por las lámparas LED (29), esto se corresponde también con nuestra investigación. Se menciona en trabajos de otros investigadores que la exposición a la luz UV o LED no tuvo efecto sobre los compuestos fenólicos totales, a pesar de que se sabe que ambos tratamientos con luz modulan la expresión de una serie de genes involucrados en la biosíntesis de compuestos fenólicos y carotenoides. (36). Cabe mencionar que al igual que con el peso de la fruta, no existen diferencias significativas en los compuestos químicos en “Encore F1” debido al tratamiento con luz. Esto permite afirmar que el cultivar “Encore F1” podría ser tolerante a la composición de la luz. Nuestros experimentos confirman los datos de la literatura de que la síntesis de metabolitos secundarios se ve reforzada tanto por la cantidad cuantitativa de luz azul como por la mayor proporción de luz azul en el sistema de iluminación general.
Los resultados obtenidos muestran que los componentes químicos, incluidos los azúcares solubles en ácido y su proporción, que son los responsables del sabor característico de la variedad, dependen principalmente de la genética de la variedad. El buen sabor de los tomates se caracteriza no solo por la combinación de pigmentos específicos de la especie y sustancias biológicamente activas, sino también por su cantidad. En particular, la proporción y la cantidad de ácidos y azúcares caracterizan el sabor saturado y de alta calidad. En este estudio, la correlación positiva entre los azúcares solubles y los ácidos titulables es de ~0.4, lo que se correlaciona con la investigación de Hernández Suárez, donde se encontró que la correlación positiva entre los dos indicadores es de 0.39. (37). En estudios de Dzakovich et al. (31), los tomates se perfilaron para sólidos solubles totales, acidez titulable, contenido de ácido ascórbico, pH, fenoles totales y flavonoides y carotenoides prominentes. Sus estudios indicaron que la calidad de la fruta del tomate de invernadero solo se vio afectada marginalmente por los tratamientos de luz suplementarios. Además, los datos del panel sensorial del consumidor indicaron que los tomates cultivados bajo diferentes tratamientos de iluminación eran comparables entre los tratamientos de iluminación probados. El estudio sugirió que el entorno de luz dinámico inherente a los sistemas de producción de invernadero puede anular los efectos de las longitudes de onda de la luz utilizadas en sus estudios sobre aspectos específicos del metabolismo secundario de la fruta. (31). Esto está en parte en línea con este estudio, ya que las cifras obtenidas no muestran tendencias claras e inequívocas, que nos permitan decir que una de las luces es más útil para los tomates que las otras. Sin embargo, ciertas lámparas pueden usarse para ciertas variedades, por ejemplo, las lámparas HPSL serían más adecuadas para “Bolzano F1” y se recomienda iluminación LED para “Chocomate F1”. Esto corresponde con el estudio donde se estudió el efecto de diferentes latitudes geográficas sobre las propiedades químicas de los tomates. Bhandari et al. (38) aclaró que si bien la combinación de la posición del sol hacia el cielo y, en consecuencia, la combinación de las ondas de luz visible, juega un papel importante en el cambio de la composición química de los tomates; hay variedades que son inmunes a estos procesos. Todas estas conclusiones permiten subrayar que la composición química del tomate depende principalmente del genotipo, ya que las relaciones de los cultivares con los factores de crecimiento, particularmente con la iluminación, están genéticamente predispuestas.
CONCLUSIÓN
Diferentes variedades de tomate reaccionan de manera diferente a la iluminación suplementaria utilizada. Los cultivares "Encore" y "Strabena" son los que menos responden a la luz suplementaria. Para “Encore”, el único parámetro significativamente afectado por el espectro de luz LED es el contenido de sólidos solubles. “Strabena” también es relativamente tolerante a los cambios en la composición espectral de la luz. Esto podría deberse a las características genéticas de la variedad, ya que esta fue la única variedad de tomate cherry incluida en el experimento. No se recomienda cultivar frutos de color naranja cv “Bolzano” bajo lámparas LED o IND porque en esta iluminación, los parámetros están al nivel de HPSL o significativamente peor. Bajo lámparas LED, el peso de una fruta, materia seca, contenido de sólidos solubles y в-caroteno se reducen significativamente. El peso de una fruta y la cantidad de в-El caroteno de la fruta de color marrón rojizo cv “Chocomate” bajo iluminación LED aumenta significativamente. Otros parámetros excluidos de materia seca y contenido de sólidos solubles también son más altos que en frutos obtenidos bajo HPSL.
Los experimentos han demostrado que HPSL estimula la acumulación de metabolitos primarios en el fruto del tomate. En todos los casos, el contenido de sólidos solubles fue 4.7-18.2 % superior en comparación con otras fuentes de iluminación.
Dado que las lámparas LED e IND emiten aproximadamente un 20 % de luz azul-violeta, los resultados sugieren que esta parte del espectro estimula la acumulación de compuestos fenólicos en la fruta en un 1.6-47.4 % en comparación con HPSL. El contenido de carotenoides como metabolitos secundarios depende tanto de la variedad como de la fuente de luz. Las variedades de frutos rojos tienden a sintetizar más в-caroteno bajo luz LED e IND suplementaria.
La parte azul del espectro juega un papel más importante para garantizar la calidad de los cultivos. Un aumento o cuantificación de su proporción en el espectro total promueve la síntesis de metabolitos secundarios (licopeno, fenoles y flavonoides), lo que lleva a una disminución del contenido de materia seca y sólidos solubles.
Dado el gran efecto de la variabilidad genotípica en los tomates y las relaciones lumínicas, los estudios adicionales deben continuar centrándose en las combinaciones de cultivares y diferentes espectros de luz suplementarios para aumentar el contenido de compuestos biológicamente activos.
DECLARACIÓN DE DISPONIBILIDAD DE DATOS
Los datos sin procesar que respaldan las conclusiones de este artículo serán puestos a disposición por los autores, sin reservas indebidas.
CONTRIBUCIONES DE AUTOR
El IE estuvo a cargo del cultivo y muestreo de tomates, el trabajo de laboratorio, la cuantificación de compuestos y también contribuyó a la redacción del manuscrito. IA planteó la idea, contribuyó a la concepción y el diseño del estudio, estuvo a cargo del muestreo de tomates, el trabajo de laboratorio, la cuantificación de compuestos y también contribuyó a la redacción del manuscrito. MD contribuyó a la concepción y el diseño del estudio, la optimización de los métodos analíticos, analizó las muestras en el laboratorio e hizo recomendaciones y sugerencias. RA contribuyó al análisis estadístico, la interpretación de los datos e hizo recomendaciones y sugerencias con respecto al manuscrito. LD contribuyó a la concepción y el diseño del estudio, estuvo a cargo del muestreo de tomates, el trabajo de laboratorio, la cuantificación de compuestos e hizo recomendaciones y sugerencias con respecto al manuscrito. Todos los autores contribuyeron al artículo y aprobaron la versión enviada del manuscrito.
FINANCIACIÓN
Este estudio fue financiado por el Programa de Desarrollo Rural de Letonia 2014-2020 Cooperación, convocatoria 16.1 proyecto Nr. 19-00-A01612-000010 Investigación de soluciones innovadoras y desarrollo de nuevos métodos para aumentar la eficiencia y la calidad en el sector de invernaderos de Letonia (IRIS).
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Conflicto de intereses: Los autores declaran que la investigación se realizó en ausencia de cualquier relación comercial o financiera que pudiera interpretarse como un potencial conflicto de interés.
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