La aplicación de pretratamientos cortos con altas concentraciones de CO₂ a bajas temperaturas es una singular alternativa a los tratamientos químicos

Desde el ámbito de la posrecolección, para preservar la calidad de los frutos durante su periodo de comercialización y satisfacer las exigencias de los mercados nacionales e internacionales, es necesario profundizar en el desarrollo de tecnologías no invasivas, utilizando compuestos endógenos generados por el propio metabolismo del fruto, de bajo coste y fácil aplicación. Las investigaciones llevadas a cabo en nuestro grupo han permitido conocer las principales respuestas fisiológicas, metabólicas y moleculares de diferentes frutos a las bajas temperaturas, y aquellas asociadas con los mecanismos de tolerancia activados por tratamientos posrecolección con altas concentraciones de CO₂. Asimismo, han permitido establecer las condiciones óptimas de aplicación de un tratamiento corto (3-6 días) con altas concentraciones de CO₂ (20 kPa) manteniendo la concentración atmosférica de O₂ (20 kPa).

Los pretratamientos con altas concentraciones de CO₂ constituyen una de las tecnologías más efectivas para prolongar el periodo de vida comercial de diferentes productos hortofrutícolas, y su aplicación como método coadyuvante a las bajas temperaturas consigue evitar los daños por frío. Además por su carácter fungistático se presentan como alternativa al uso de productos fitosanitarios al garantizar la carencia de residuos fungicidas. Sin embargo, la exposición a elevados niveles de CO₂ puede llegar a ser perjudicial dependiendo de la dosis, temperatura, duración del tratamiento, grado de madurez y genotipo (Becatti et al., 2010). De ahí la necesidad de investigar y conocer el umbral de tolerancia de los frutos al CO₂.

La maduración lleva asociada una serie de cambios metabólicos altamente coordinados que van a definir el sabor, aroma, color y textura característicos del fruto. El efecto de altos niveles de CO₂ en el retraso del proceso de maduración requiere una efectiva regulación de los controles de la respiración, que evite que ésta proceda aceleradamente hasta agotar todas las reservas de carbohidratos.

En el caso de frutos climatéricos con un corto periodo de maduración como la chirimoya, se observó que la aplicación de altos niveles de CO₂ retrasó la acumulación de proteínas relacionadas con el ablandamiento del fruto (Del Cura et al., 1996), inhibió la producción autocatalítica y basal del etileno, ejercida a través de una activación de la síntesis de poliaminas (Muñoz et al., 1999), disminuyendo, asimismo, la tasa respiratoria y la velocidad de degradación del almidón (Figura 1). Durante la conservación de frutos no climatéricos, se observó que uvas tratadas con CO₂ presentaron una menor pérdida de acidez al final de la conservación a 0 °C y en el caso de fresas tratadas con CO₂ una firmeza mayor que la correspondiente a las mantenidas en aire. Por otro lado, se observó que altos niveles de CO₂ retrasaron los procesos de envejecimiento. La mejora de la apariencia externa y el menor índice de marchitamiento de tejidos fotosintéticos como el raquis (Figura 2), en el caso de racimos de uva, se vio asociado con una activación del sistema antioxidante enzimático (Sanchez-Ballesta et al., 2006). En el caso de la piel de la chirimoya, este efecto se corresponde con un mantenimiento del contenido de clorofilas y de la maquinaria fotosintética (Del Cura et al., 1996). Estos efectos resultan particularmente interesantes en el ámbito de su comercialización ya que la apariencia visual es la primera impresión que recibe el consumidor y el componente más importante para su aceptación y posible compra.

Figura 1: Efecto del CO₂ en el retraso de la degradación de almidón en chirimoya (Annona cherimola Mill cv Fino de Jete). Micrografías del mesocarpo obtenidas por Microscopía Electrónica de Barrido a baja temperatura (LT-SEM).

Figura 2: Efecto del CO₂ en el control del pardeamiento del raquis de uva de mesa (Vitis vinifera L.).

La aplicación de 20 kPa CO₂ durante periodos cortos (3 días) permitió una activación moderada del proceso de fermentación (Blanch et al., 2015) y fue un tratamiento eficaz en la reducción y retraso de la aparición de podredumbre en uva de mesa y fresa. Estos frutos necesitan una alta humedad relativa a fin de evitar importantes pérdidas de calidad, siendo altamente susceptibles de ataque fúngico. En uvas tratadas con CO₂, se observó una disminución significativa de los granos infectados por hongos en comparación con los no tratados al final de la conservación a 0 °C. Sin embargo, este efecto beneficioso parece no estar mediado por la inducción de genes que codifican proteínas relacionadas con la patogénesis (PRs), tales como una quitinasa y una ß-1,3-glucanasa de clase I (Romero et al., 2006).

La conservación a bajas temperaturas puede inducir una serie de alteraciones fisiológicas que conducen a una pérdida de calidad y en consecuencia a importantes pérdidas económicas para la industria hortofrutícola, incluso en aquellos frutos tolerantes al frío como uva y fresa.

En frutos tropicales como chirimoya, susceptibles de desarrollar daños por frío, la aplicación de un tratamiento con altos niveles de CO₂ activó la síntesis de compuestos nitrogenados de defensa (Merodio et al., 1998) que ayudan a contrarrestar la acidificación citoplásmica (Muñoz et al., 2001) y a evitar el endurecimiento de la pulpa (Maldonado et al., 2002) y la aparición de manchas provocadas por la aplicación de temperaturas inferiores a la crítica.

Con este tratamiento gaseoso, además, se activan mecanismos relacionados con una mejora del estado hídrico, de la estructura celular y del balance iónico (Goñi et al. 2011) activando la síntesis de metabolitos osmoprotectores y de proteínas con función crioprotectora y de defensa frente a la deshidratación. Entre ellos cabría citar, en fresa y uva de mesa, la acumulación de una serie de compuestos directamente asociados con el metabolismo de carbohidratos como son los fructooligosacaridos (FOS) (Blanch et al., 2011). Estos compuestos, además de ejercer un papel protector de la membrana plasmática a través de su interacción con lípidos (Vereyken et al., 2001), muestran una alta capacidad para interactuar con moléculas de agua (Blanch et al., 2012b), permitiendo así frutos de calidad óptima durante un mayor tiempo de conservación (Figura 3). En otros frutos, como uva de mesa, se ha observado un incremento en la expresión de genes que codifican dehidrinas, proteínas con función crioprotectora y de defensa frente a la deshidratación (Fernandez-Caballero et al., 2012) e incluso la inducción coordinada en chirimoya de una quitinasa básica y una ß-1,3-glucanasa ácida con potente actividad crioprotectora (Goñi et al., 2009). Estas proteínas multifuncionales contribuyen al mantenimiento de la homeostasis y la integridad celular, evitando así los daños fisiológicos y estructurales causados por la conservación frigorífica. Asimismo, mediante el empleo de nuevas herramientas de biología molecular tales como el empleo de un array (GrapeGen) se observó que uno de los resultados más relevantes estuvo relacionado con el efecto del CO₂ en la inducción de la expresión de genes que codifican factores de transcripción pertenecientes a distintas familias tales como ERF, WRKY y MYB. Por tanto, el tratamiento con alto contenido de CO₂ parece ser un proceso activo que requiere la activación de factores de transcripción (Rosales et al., 2016).

Figura 3: Efecto del CO₂ en la inducción de compuestos de defensa al ataque fúngico y de mejora de la estructura celular en fresas (Fragaria vesca L. cv Mara des Bois).

Conviene destacar la importancia de la aplicación de tratamientos con altas concentraciones de CO₂ sobre el metabolismo fenólico. En este sentido, se ha descrito previamente que el contenido de antocianos aumenta en frutos durante la conservación a bajas temperaturas (Lo Piero et al., 2005). En la piel de la uva, la aplicación de altos niveles de CO₂ controló tanto el incremento inicial transitorio de antocianos como el de resveratrol asociado al ataque fúngico al final del periodo de conservación. Este efecto se ha relacionado con la menor expresión de genes que codifican enzimas clave en la síntesis de estos compuestos como son L-fenilalanina amonio-liasa, chalcona sintasa y estilbeno sintasa (Sanchez-Ballesta et al. 2007).

Dentro de este metabolismo, en fresas tratadas con altas concentraciones de CO₂ se ha detectado un aumento notable del contenido de catequina y procianidinas (PB1 y PB3) (Blanch et al., 2012a). Debido a sus actividades antifúngicas y antibacterianas, su inducción por alto CO₂ podría explicar la ventajas del tratamiento tanto por reducir la incidencia y severidad del ataque fúngico, como por las derivadas del consumo de estos frutos tratados con CO₂. Además, estos polifenoles pertenecientes al grupo de los flavanoles, están íntimamente relacionados con la adaptación del fruto a diferentes procesos de estrés ambiental y actúan como agentes contra las especies reactivas de oxígeno (ROS).

Conclusiones

La aplicación de pretratamientos cortos con altas concentraciones de CO₂ a bajas temperaturas es una singular alternativa a los tratamientos químicos para mejorar la conservación y reducir el porcentaje de podredumbres y pérdidas de peso. Es un tratamiento aplicable a frutos tanto climatéricos como no climatéricos y con diferente grado de sensibilidad a las bajas temperaturas, siempre y cuando se conozca su umbral de tolerancia. Además la aplicación de pretratamientos cortos con altas concentraciones de CO₂, al incrementar el contenido de compuestos beneficiosos para la salud como los fructooligosacáridos y las proantocianidinas así como otros compuestos derivados del metabolismo fermentativo y fenólico, puede potenciar los beneficios derivados del consumo de frutos.

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