El tratamiento con dosis moderadas de UV-C (5–20 kJ m−2) reduce la aparición y la longitud de los brotes en patata

La industria patatera utiliza el Clorprofam (CIPC) como agente químico para controlar la aparición de brotes en patatas durante su almacenamiento, sin embargo, existe una creciente presión (viz. legislación, supermercados, consumidores) para reducir la dependencia del mismo. El uso de la radiación ultravioleta UV-C, ya utilizada en postcosecha para reducir la incidencia de infecciones en diferentes cultivos, se presenta como alternativa al uso de este inhibidor químico. El objetivo de este proyecto es comprobar la eficacia de la radiación UV-C en el control de la aparición de brotes en patatas y determinar la dosis (0-30 kJ m^-2) y el momento óptimos de aplicación (después de ser cosechadas o tras los primeros signos de rotura de latencia). Se comprobó que la exposición a dosis moderadas de rayos UV-C (5-20 kJ m^-2) redujo la longitud y aparición de los brotes sin perjudicar la calidad de las mismas; además, no se observó daño alguno en el ADN bajo ninguna de las dosis empleadas.

La patata es un cultivo muy apreciado que contribuye de forma relevante a nuestra dieta, proporcionando una excelente fuente de nutrientes y vitaminas. Agronómicamente, se trata del cuarto cultivo a nivel mundial, con una producción superior a 365 millones de toneladas. En el Reino Unido, por su parte, dicho cultivo es especialmente importante con una producción anual en torno a los 6 millones de toneladas, lo que corresponde a (520 M€) (FAOSTAT, 2012).

La brotación, es el principal fenómeno que provoca un detrimento tanto en la calidad como en la comercialización de los tubérculos durante su almacenamiento a largo plazo. Teniendo en cuenta que la demanda de patatas por parte del consumidor es continuada, la industria patatera debe garantizar el abastecimiento a lo largo de todo el año. El mantenimiento de la calidad de las patatas durante su almacenamiento postcosecha se realiza mediante el control de la temperatura (baja) y el flujo de aire dentro de las cámaras de almacenamiento, y, en la mayoría de los casos, mediante la aplicación de tratamientos de supresión del crecimiento de los brotes.

Actualmente, el Clorprofam (CIPC en sus siglas en ingles) es el agente químico por excelencia utilizado por la industria patatera para controlar la aparición de brotes. Sin embargo, la legislación es cada vez más restrictiva y a nivel europeo el límite máximo de residuos de CIPC se ha establecido en 10 mg kg^-1 (EC/91/414). Por otra parte, existe una creciente presión por parte de supermercados y minoristas para reducir el uso de pesticidas, y por lo tanto de sus residuos en alimentos. Todo ello, pone de manifiesto la necesidad de encontrar nuevas soluciones para extender la vida de almacenamiento de estos tubérculos.

Dentro de los tratamientos alternativos al Clorprofam encontramos (i) agentes químicos (viz. aceites esenciales y monoterpenos), (ii) agentes no químicos (viz. etileno, bajas temperaturas), y (iii) agentes físicos, como la radiación gamma y la UV-C. La carvona es un monoterpeno que, si es aplicado de forma repetitiva, puede inhibir el crecimiento de brotes, así como reducir los hongos y pudriciones bacterianas. Sin embargo, debido a su volatilidad, se requieren aplicaciones sucesivas, lo cual puede incrementar el coste hasta en 10 veces en comparación con el uso de CIPC (NPCS Junta de consultores). El almacenamiento a bajas temperaturas, así como la aplicación de etileno de forma continuada puede inducir un aumento en la concentración de azúcares, lo cual influye de forma negativa en la calidad del procesamiento de las patatas (Foukaraki et al., 2014). La radiación gamma es eficaz, pero además de poder provocar efectos perjudiciales sobre la calidad de la patata (Ezequiel y Singh, 2007), su uso está actualmente prohibido en la UE. La radiación UV-C reduce de la incidencia de enfermedades en productos frescos, bien por su propio efecto germicida, bien por la estimulación de mecanismos de resistencia a enfermedades (Terry y Joyce, 2004). Además, dosis UV-C de 5kJ m^-2 inhibieron el desarrollo de podredumbres provocadas por Fusarium solani y Erwinia carotova en patatas inoculadas y almacenadas en condiciones favorables para el desarrollo de las mismas (Ranganna et al., 1997). Sin embargo, el uso de la UV-C en el control de la brotación no ha sido investigado.

Por lo tanto, los objetivos de presente trabajo fueron (i) estudiar la eficacia de la radiación UV-C en la brotación de patatas y (ii) determinar la dosis y el momento óptimos de aplicación de UV-C con el fin de reducir la dependencia del uso de inhibidores químicos.

En este experimento se utilizaron dos variedades de patatas por su importancia a nivel comercial: ‘Maris Piper’ y ‘Russet Burbank’. Las primeras (cv. Maris Piper) se utilizan principalmente para ser procesadas (patatas fritas) pero también para consumo en fresco; en el Reino Unido, esta variedad representa un 15% del total de la producción. Por otra parte, las ‘Russet Burbank’ son probablemente las más estudiadas en Norteamérica y se considera la variedad de referencia en estudios sobre patadas fritas (French fries).

Los tubérculos se trataron con diferentes dosis de radiación UV-C (0, 5, 10 y 15 kJ m^-2, y 0, 10, 20, 30 kJ m^-2, en 2010 y 2011, respectivamente) bien inmediatamente después de ser cosechadas, bien tras los primeros signos de rotura de latencia (cuando se observó que el 10% de las patatas control habían roto latencia). Los tubérculos pasaban a través de una cinta transportadora de rodillos (prototipo) dotada con 22 tubos UV-C (Figura 1) y eran irradiados ajustando el tiempo de exposición con el fin de obtener las dosis deseadas.

Los tubérculos se almacenaron a 9 °C y se evaluaron la longitud (mm) e incidencia (número) de los brotes, los azúcares, y el daño en el material genético (peridermis). En 2010, las patatas se muestrearon 10 semanas después de su rotura de latencia, mientras que en 2011 estos mismos parámetros se midieron tras 3, 5 y 10 semanas. Para cada combinación de réplica (n=3), variedad, dosis y tiempo de tratamiento se muestrearon tres tubérculos, de los cuales se obtuvo el valor medio de los parámetros estudiados para el análisis estadístico. Tras la valoración de la brotación, se tomaba una sección ecuatorial de aproximadamente 1 cm de grosor; tanto la peridermis como el parénquima se congelaban instantáneamente en nitrógeno líquido y se guardaban a -40 ºC y -80 ºC para posteriores análisis bioquímicos (azúcares) y moleculares (e.g. apoptosis), respectivamente.

Análisis de azúcares

La extracción y cuantificación de carbohidratos no estructurales (sucrosa, fructosa y glucosa) se realizó según lo descrito por Foukaraki et al. (2014). En breve, a 150 mg de tejido liofilizado de patata se le añadieron 3 ml de solución de extracción (62.5% metanol: 37.5% agua (v/v)). Las muestras se mantuvieron en un baño de agua, con agitación, a 55 °C durante 15 min. Los extractos se analizaron por medio de cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) (Agilent 1200, Agilent, Berks.) y con un detector de dispersión de luz (Evaporative Light Scattering Detector - ELSD). El extracto (20 µL) se inyectó en una columna de 300 x 7,8 mm (Phenomenex Rezex RCM Monosaccaride Ca+ 8%), utilizando agua como eluente y con una velocidad de flujo de 0,6 ml min⁻¹. Las concentraciones de los azúcares se calcularon respecto a curvas de calibración (entre 0,05 y 2,5 mg ml⁻¹) de compuestos estándar (Sigma, Dorset, UK).

Análisis moleculares

La aparición de dímeros de pirimidina ciclobutano (CPD por sus siglas in ingles) es uno de los daños de ADN más común y se produce como respuesta a la luz ultravioleta. En el presente trabajo, y con el fin de detectar este posible daño en el material de genético, se extrajo el ADN de 100 mg de piel de patata (cv. Maris Piper, 2011), según el protocolo descrito por Murray y Thompson (1980), con ligereas modificaciones (Cools et al., 2014). La piel se molió utilizando un Cryomill (Retsch, Haan, Alemania), lo cual permitió la obtención de un polvo fino y homogéneo de material fresco y congelado (no liofilizado). Se estudiaron tubérculos tratados con 0, 10, 20 ó 30 kJ m^-2 UV-C, bien en el momento de cosecha o en rotura de latencia, y se tomaron muestras inmediatamente después del tratamiento (0 h) y tras 24 h y 72 h (4 réplicas biológicas (tubérculos); n = 96). La concentración de ADN se cuantificó usando un espectrofotómetro Picodrop (Picodrop Ltd., Essex, Reino Unido) y cada muestra se ajustó a 2 µg ml^-1. El daño CPD se cuantificó usando un kit comercial, OxiSelect UV-Induced DNA Damage ELISA Kit (CPD) Quantification (Cell Biolabs, CA, EE UU), y siguiendo las instrucciones del fabricante.

Por otra parte, el estudio de la posible fragmentación del ADN como respuesta a la radiación UV-C se realizó a partir de 12 muestras de peridermis. El ADN se extrajo usando un Kit comercial (Wizard Genommic DNA purification kit (A1120)) y siguiendo las recomendaciones de la compañía. Se utilizaron 40 mg de piel (mezcla homogénea de 4 tubérculos individuales) para cada una de las doce muestras analizadas y se estudiaron el efecto de la utilización del UV-C a distintos tiempos tras su aplicación (0, 24 y 72 h) y las 4 dosis utilizadas en 2011 (0, 10, 20 y 30 kJ m^-2). El ADN se cuantificó mediante espectrometría (usando Picodrop). El ADN genómico se corrió en un gel de agarosa al 1.8% (4h, 60V).

Análisis de datos

El efecto de los factores (e.g. UV-C, tiempo de aplicación) y las diferencias entres su medias se estudiaron a mediante el análisis de la varianza (ANOVA) (Genstat, Version 12.1.0.3338 [VSN International Ltd., Herts., UK]), y el método de la mínima diferencia significativa (Least Significant Difference, LSD, por sus siglas en inglés), respectivamente. Los resultados se consideraron significativos a un nivel de confianza del 95% (p<0,05).

Como ya se ha mencionado anteriormente, el control de la germinación en patatas durante su almacenamiento postcosecha depende en gran medida de la utilización de CIPC, siendo éste el residuo químico más frecuentemente encontrado en dichos tubérculos. Algunos métodos alternativos para la supresión de brotes incluyen el tratamiento continuo con etileno y/o el almacenamiento a relativamente bajas temperaturas; sin embargo, ambos métodos pueden resultar, al mismo tiempo, en un aumento en el contenido de azúcar con el consecuente efecto negativo sobre el color de freído (pardeamiento) (Burton, 1969; Daniels-Lake et al., 2005).

El presente estudio ha demostrado que dosis moderadas (5-20 kJ m^-2) de UV-C pueden inhibir el crecimiento de brotes en dos de las principales variedades comerciales de patata, 'Maris Piper' y 'Russet Burbank'. En las dos temporadas estudiadas, las dosis de radiación ultravioleta más eficaces en la reducción del crecimiento de brotes de patatas fueron las de 5, 10, 15 y 20 kJ m^-2. En particular, la dosis UV-C de 10 kJ m^-2 redujo aproximadamente a la mitad la longitud máxima de brotes en patatas cv. Russet Burbank (10 semanas después de rotura de latencia) comparadas con las patatas control (Tabla 1).

Por su parte, la radiación ultravioleta también tuvo un efecto significativo sobre la variedad 'Maris Piper', tanto en términos de longitud de brotes como en la incidencia de los mismos (Tabla 1). Así, en 2010 y 2011, la longitud de brotes fue significativamente más corta (10 semanas después de rotura de latencia) cuando los tubérculos se trataron con 5 ó 10 kJ m-2 y con 10 ó 20 kJ m^-2, respectivamente (Figura 2). Además, el número de brotes presentes en las patatas tratadas con radiación ultravioleta (a excepción la dosis de 30 kJ m⁻²) fue aproximadamente una tercera parte menor al de los encontrados en las patatas control. (Tabla 1). Ranganna (1996) encontró que la radiación UV-C estimulaba el crecimiento de brotes de patata cv. Superior cuando se aplicaba a una dosis superior a 15 kJ m^-2. Sin embargo, la conclusión presentada por Ranganna (1996) se basó en resultados que no fueron analizados estadísticamente. En nuestro caso, si bien el tratamiento con 30 kJ m^-2 no se tradujo en una reducción de crecimiento/incidencia de los brotes, tampoco se observó ningún efecto estimulante.

En cuanto a los análisis bioquímicos, en general, no se observa ningún efecto significativo de la radiación UV-C sobre la concentración de azúcares reductores en el parénquima de patata. Así, las dosis crecientes de radiación ultravioleta no resultaron en un incremento en los niveles de carbohidratos no estructurales, lo cual podía, a su vez, afectar negativamente en la calidad de patatas procesadas (patatas fritas) (Figura 3).

Figura 3. Concentración de los principales azúcares reductores (glucosa, sucosa y fructosa) en muestras de parénquima de patatas cv. Maris Piper, tratadas con diferentes dosis de radiación ultravioleta (0, 10, 20 y 30 kJ m^-2) bien en el momento de la cosecha (izquierda) o en rotura de latencia (derecha).

Terry y Joyce (2004) mostraron que dosis > 5–8 kJ m⁻² causaron daños visuales en la superficie de diversos tipos de frutas y hortalizas (cítricos, pimientos, etc.). Sin embargo, anteriormente, en el estudio realizado por Ranganna et al. (1997), la aplicación de dosis UV-C de 15 kJ m^-2 no produjo efectos negativos en la firmeza, elasticidad, color o integridad de los gránulos de almidón de patata cv. Superior. En el trabajo aquí expuesto, ninguna de las dosis estudiadas resultó en daño CPD ni apoptosis en las muestras de peridermis analizadas (Figura 4). El CPD-ADN se repara mediante la reparación por escisión de nucleótidos o de bases, sin embargo, el daño del ADN irreversible puede resultar en apoptosis. Puesto que la evaluación del CPD se realizó inmediatamente después de la aplicación del tratamiento y tras 24 and 72 h, es poco probable que se produjera un daño a nivel molecular cuantificable como respuesta al tratamiento con radiación ultravioleta.

Como conclusión, el tratamiento con dosis moderadas de UV-C (5–20 kJ m⁻²) redujo la aparición y la longitud de los brotes en patata, en particular cuando éste se aplicaba en el momento de la rotura de latencia. Además, y al contrario de lo que ocurre con otros métodos de control de la brotación, como por ejemplo la aplicación continua de etileno y/o el almacenamiento a bajas temperaturas, las dosis UV-C estudiadas no resultaron en un incremento de azúcares reductores. Finalmente, no se detectaron ni CPD-DNA, ni signos de muerte celular programada en la piel de patatas en respuesta a ninguna de las dosis UV-C estudiadas.

Por lo anteriormente expuesto, podemos concluir que el uso de la radiación UV-C puede reducir el crecimiento de brotes en patata sin efectos nocivos sobre la calidad del tubérculo, lo que apunta a su potencial uso comercial como técnica post-cosecha alternativa y/o complementaria a las tecnologías convencionales de agentes inhibidores del brote.

Referencias bibliográficas

• Cools, K., Alamar, M.C., Terry, L.A. (2014). Controlling sprouting in potato tubers using ultraviolet-C irradiance. Postharvest Biology and Technology 98, 106-114.
• PCS Board of Consultants & Engineers (2007). Potato and Potato Products Cultivation, Seed Production, Manuring, Harvesting, Organic Farming, Storage and Processing. NIIR Project Consultancy Services, Delhi, India.
• Ezekiel, R., Singh, B. (2007). Effect of cooking and processing on CIPC residue concen-trations in potatoes and processed potato products. Potato Research 50, 175–184.
• Foukaraki, S.G., Cools, K., Chope, G.A., Terry, L.A. (2014). Effect of the transition between ethylene and air storage on the post-harvest quality in six UK-grown potato cultivars. The Journal of Horticultural Science & Biotechnology 89 (6) 599–606.
• Ranganna, B., Kushalappa, A.C., Raghavan, G.S.V. (1997). Ultraviolet irradiance to con-trol dry rot and soft rot of potato in storage. Canadian Journal of Plant Pathology 19, 30–35.
• Terry, L.A., Joyce, D.C. (2004). Elicitors of disease resistance in postharvest horticultural crops: a brief review. Postharvest Biology and Technology 32, 1–13.