Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A. C.

“RESPUESTAS BIOQUÍMICAS INDUCIDAS POR IRRADIACIÓN

UV-C EN FRUTOS DE PAPAYA ( Carica papaya L.) var. MARADOL

ALMACENADOS A BAJAS TEMPERATURAS”

POR

M.C. DULCE MARÍA RIVERA PASTRANA

TESIS APROBADA POR LA:

COORDINACIÓN DE TECNOLOGÍA DE ALIMENTOS DE ORIGEN VEGETAL UNIDAD HERMOSILLO

COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO DE:

DOCTOR EN CIENCIAS

HERMOSILLO, SONORA JUNIO DEL 2010

iv

AGRADECIMIENTOS

Al CONACYT por el financiamiento otorgado para la realización de este trabajo.

Al CIAD A. C., unidad Hermosillo, por permitirme formar parte de su programa de

posgrado y de su comunidad.

A mi director de tesis, Dr. Gustavo A. González Aguilar, por recibirme en su equipo

de trabajo, por su contribución al proyecto, y por su apoyo y paciencia.

A los miembros del comité, los doctores: Alfonso Gardea Béjar, Elhadi Yahia Kazuz,

Miguel A. Martínez Téllez, Marisela Rivera Domínguez y Rogerio Sotelo Mundo,

gracias por su tiempo y disposición para enriquecer este trabajo.

Al Dr. Yahia y a la Universidad Autónoma de Querétaro por recibirme en la estancia

realizada en la Facultad de Ciencias Naturales y por las facilidades brindadas

durante ese tiempo.

A la Coordinación de Alimentos de Origen Vegetal por el respaldo académico y

administrativo.

A los académicos y técnicos de la CTAOV, en especial a: Dr. Fernando Ayala

Zavala, Q.B. Mónica A. Villegas Ochoa, M.C. Reynaldo Cruz, M.C. Chrystian M.

Rodríguez, gracias por el apoyo y consejos, pero sobretodo por su amistad dentro y

fuera del CIAD.

A mis compañeros de los laboratorios de Bioquímica y Fisiología de Frutas y

Hortalizas, y Frutos Frescos Cortados gracias por hacer tan agradable la

convivencia diaria.

v

Al personal administrativo y de biblioteca por facilitar la información necesaria para

este trabajo y en general por hacer posibles todos los trámites para la culminación

del grado.

A mi familia y amigos por estar ahí cuando más los necesito, incluso en el

laboratorio. Especialmente a mi esposo, Carlos M. Múzquiz, gracias por tu apoyo

incondicional y comprensión durante estos años, pero principalmente por estar

siempre conmigo amor.

…Muchas Gracias.

vi

CONTENIDO

Página

SINOPSIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii

CONCLUSIONES GENERALES . . . . . . . . . . . . . . . xvii

CAPÍTULO I. Efectos Bioquímicos Postcosecha de la Ir radiación UV-C en Frutas y Hortalizas . . . . . . . . . . . . 1

Rivera-Pastrana D M, Gardea Béjar A A, Martínez-Téllez M A, Rivera-Domínguez M, González-Aguilar G A. Efectos Bioquímicos Postcosecha de la Irradiación UV-C en Frutas y Hortalizas. Revista Fitotecnia Mexicana. 2007. 30 (4):361-371.

CAPÍTULO II. Perfiles de fenoles y carotenoides de papaya (Carica papaya L.) y su contenido a bajas temperaturas de almacenamiento . . . . . . . . . . . . . . . 15

Rivera-Pastrana, D.M., Yahia, E., González-Aguilar, G.A. Phenolic and carotenoid profiles of papaya (Carica papaya L.) and their contents under low temperature storage. Enviado a la revista Journal of the Science of Food and Agriculture, JSFA-10-0225. R1.

CAPÍTULO III. Efecto de la irradiación UV-C y temper atura de almacenamiento en la calidad postcosecha de papay a

‘Maradol’ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

Rivera-Pastrana, D.M., González-Aguilar, G.A., Rivera-Domínguez, M., Martínez-Téllez, M. A. Manuscrito para enviar a la revista Chapingo Serie Horticultura.

CAPÍTULO IV. Efecto de la irradiación UV-C y bajas temperaturas de almacenamiento sobre compuestos bioactivos, enzimas antioxidantes y actividad de inhibición de radicale s de frutos

de papaya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

Rivera-Pastrana, D.M., González-Aguilar, G.A., Ayala-Zavala, J.F. Gardea Béjar, A. A., Sotelo-Mundo, R. Effect of UV-C irradiation and low temperature storage on bioactive compounds, antioxidant enzymes and radical scavenging activity of papaya fruit. Manuscrito para enviar a la revista Postharvest Biology and Technology.

Producción Académica derivada de la tesis . . . . . . . . . . 102

vii

SINOPSIS

Los frutos tropicales a pesar de ser altamente perecederos, se han posicionado en

los mercados internacionales por su alta demanda debido a sus excelentes

características organolépticas y alto valor nutricional. Estudios epidemiológicos han

demostrado que su consumo previene o retrasa la aparición de enfermedades

crónico-degenerativas como el cáncer y la diabetes. La papaya es de los frutos

tropicales con mayor demanda en los mercados internacionales, ocupando el quinto

lugar en el mercado mundial. Sin embargo, su comercialización presenta tres

principales problemas: el desarrollo de hongos, su alta susceptibilidad a las bajas

temperaturas y la corta vida poscosecha. Considerando que México se ha

mantenido en la última década entre los principales productores y exportadores de

papaya a nivel mundial; la búsqueda de alternativas para el control de estos

problemas resulta no sólo pertinente, sino necesario.

Si se sobrepasa la temperatura óptima (15-16 °C) en el almacenamiento a bajas

temperaturas como herramienta para alargar la vida poscosecha, la papaya, puede

presentar diferentes fisiopatías como el desarrollo de síntomas de daño por frío, que

afectan la calidad y aceptabilidad del fruto. El daño por frío (DF) es un desorden

fisiológico que presentan los tejidos vegetales sensibles a las temperaturas bajas, y

los síntomas se hacen más evidentes al transferir el fruto a temperaturas

superiores. Se han propuesto diversos mecanismos para explicar el DF; la mayoría

de los autores coinciden en que los primeros cambios ocurren en la membrana

celular, afectación del metabolismo normal y un aumento en las especies reactivas

viii

de oxígeno, que pueden llegar a dañar los fosfolípidos de las membranas y otras

biomoléculas.

Para contrarrestar el estrés oxidativo, las plantas superiores poseen un sistema

antioxidante (enzimático y no enzimático), que involucra antioxidantes hidrofílicos

(compuestos fenólicos, ascorbato) y lipofílicos (carotenoides, vitaminas) así como

enzimas antioxidantes. Este sistema estabiliza los radicales superóxido (O2-),

hidroxilo (OH•) y peróxido de hidrógeno (H2O2), secuestrándolos o inactivándolos,

evitando el daño célular. Los aniones superóxido se eliminan mediante la acción de

la enzima superóxido dismutasa (SOD) que produce peróxido de hidrógeno. Las

enzimas catalasa (CAT) y peroxidasa (POD) descomponen el peróxido de

hidrógeno en agua y oxígeno, y pueden localizarse en los cloroplastos, mitocondria

y citoplasma de las células. Se ha observado en algunos frutos, que la reducción

de desórdenes fisiológicos ocasionados por estrés oxidativo como el DF, puede

estar relacionada con la activación del sistema antioxidante.

Se han utilizado distintas tecnologías postcosecha para el control del desarrollo de

los síntomas de daño por frío (DF) en papaya, que se basan en el control de la

maduración o en la inactivación de enzimas involucradas en la aparición de los

síntomas del DF. Entre las más empleadas se encuentran: los tratamientos

hidrotérmicos1, la aplicación de compuestos químicos como el 1MCP (metil-

ciclopropeno) empleado como retardador de maduración2; la combinación de

atmósferas modificadas con metil-jasmonato3 o fungicidas y altas/bajas

temperaturas4.

1 Huajaikaew, L., Uthairatankij, A., Kanlayanarat, S., and Gemma, H. 2005. Acta Hort.682:1063-1068. 2 Manenoi, A., Paull, R.E. 2007. Physiologia Plantarum. 131: 470-480. 3 González-Aguilar, G.A., Buta, J., Wang, C.Y. 2003. Postharvest Biol. Technol. 28: 361.370. 4 Pérez-Carrillo, E., Yahia, E.M. 2004. Food Qual. 27: 127-139.

ix

Una de las tecnologías emergentes, que podría ser utilizada en postcosecha para

reducir el daño por frío y el deterioro en frutos y hortalizas frescos es la irradiación

UV-C.

El CAPÍTULO I presenta una revisión de los últimos 20 años de los efectos del

tratamiento de UV-C en frutas y hortalizas en postcosecha. Aquí se describen los

fundamentos y principios de la irradiación UV-C, el concepto de hórmesis y el

mecanismo de acción biológico en microorganismos y en particular en plantas.

Enseguida se detallan los efectos del tratamiento en los cambios fisiológicos,

bioquímicos, nutricionales y los efectos antimicrobianos y adversos, en diferentes

productos hortofrutícolas. También se describen los mecanismos involucrados en la

reducción del deterioro y algunos síntomas de daño por frío en varios frutos en

postcosecha.

La revisión termina sugiriendo que el tratamiento de UV-C puede promover cambios

benéficos en el metabolismo de algunas frutas y hortalizas, los cuales están en

función del tipo de producto, dosis y factores ambientales. De acuerdo a los

resultados reportados concluye que el tratamiento de UV-C en postcosecha

aumenta en diferente medida los niveles de fitoalexinas, compuestos y enzimas

antioxidantes y vitaminas, los cuales se han relacionado con la reducción del

deterioro causado principalmente por microorganismos.

Por lo que consideramos que esta tecnología podría ser utilizada para reducir el

deterioro fúngico de frutos de alta importancia en México como la papaya Maradol,

así como profundizar en el conocimiento de algunos de los posibles mecanismos

por los cuales se induce estas respuestas en el fruto. Este cultivar es uno de los de

x

mayor producción, comercialización e importancia económica en México. Por lo que

el objetivo de este trabajo fue estudiar los posibles efectos fisiológicos y bioquímicos

de distintas dosis de UV-C en frutos de papaya almacenados a diferentes

temperaturas.

Con estos antecedentes, nos planteamos la hipótesis de que la irradiación UV-C

induce la síntesis de compuestos y/o enzimas antioxidantes en papaya Maradol,

que se relacionan con la reducción de fisiopatías desarrolladas en los frutos

almacenados a bajas temperaturas.

Para contrastar esta hipótesis, primeramente, determinamos el efecto del

almacenamiento en frío en el perfil y contenido de compuestos fenólicos y

carotenoides que constituyen los principales componentes del sistema antioxidante

no enzimático y verificar si su síntesis es alterada por el tratamiento. Después se

procedió a evaluar la efectividad del tratamiento de UV-C (1.76 kJ·m-2) para

mantener la calidad y reducir el daño por frío de los frutos de papaya almacenados

a 1, 5, 14 y 25 °C. En una tercera etapa, se invest igó si el tratamiento aplicado a

temperaturas bajas empleadas comercialmente (5 y 14 °C), inducía cambios en el

sistema antioxidante enzimático (medido como actividad de SOD, CAT y POD); y

no-enzimático (medido como contenido de fenoles y flavonoides totales). En este

último ensayo también se evaluó la capacidad antioxidante total (DPPH y TEAC),

para determinar si los cambios en algunos componentes del sistema antioxidante

por efecto del tratamiento, modificaban la calidad nutricional del fruto. Los

resultados de estas investigaciones son descritos en los Capítulos II al IV de esta

tesis.

xi

En el CAPITULO II se muestra la caracterización de los compuestos bioactivos

mayoritarios de los frutos de papaya Maradol, realizada por espectrometría de

masas, y el posible efecto del almacenamiento en frío. Las muestras en estado

verde-maduro fueron divididas en dos grupos al azar que fueron almacenaron a 1 ó

25 °C, y se evaluaron cambios en el perfil y conten ido de compuestos fenólicos y

carotenoides en tejido de cutícula y pulpa, cada 4 días durante 12 días. Para la

identificación de compuestos fenólicos, se analizaron extractos metanólicos crudos

e hidrolizados para identificar fenoles libres y conjugados, respectivamente. Se

logró identificar en la cutícula de los frutos 11 compuestos fenólicos, entre ácidos

fenólicos y flavonoides: derivados glucosídicos de los ácidos cafeico, ferúlico, gálico

y protocateico, así como los ácidos libres cafeico y ferúlico, y los flavonoides

quercetina, rutina, isoramnetina y kaempferol. Mientras que en la pulpa se

detectaron cuatro derivados glicosilados de ácido caféico y protocateico. Sin

embargo, las concentraciones en las que se encontraron estos compuestos fueron

muy bajas con excepción de los ácidos cafeico y ferúlico, y el flavonoide rutina en la

cutícula del fruto, que poseen un alto potencial antioxidante.

Por otra parte, el perfil de carotenoides se evaluó únicamente en la pulpa del fruto,

ya que es donde se encuentran en mayor concentración. La identificación y

cuantificación de carotenoides se realizó en extractos lipofílicos saponificados

identificándose como mayoritarios a licopeno, β-caroteno y β-criptoxantina.

Una vez identificados aquellos compuestos bioactivos que podían ser cuantificados

con buena reproducibilidad por cromatografía de líquidos, se determinó el efecto del

xii

almacenamiento en frío (1 °C) sobre su concentració n. No se encontraron

diferencias significativas (P> 0.05) en el contenido de los compuestos fenólicos

cafeico, ferúlico y rutina, ni de β-caroteno, por efecto de la temperatura de

almacenamiento durante 12 días. Sin embargo, los niveles de ácidos ferúlico y

cafeico aumentaron significativamente entre los días 8 y 12 a 1 °C en comparación

con las muestras almacenadas a 25 °C. Por otra part e, se observó un claro efecto

inhibitorio de las bajas temperaturas en el contenido de licopeno y β-criptoxantina.

Estos resultados muestran que el estrés ocasionado por las bajas temperaturas

reduce la biosíntesis de carotenoides, afectando la calidad nutricional de la pulpa.

Mientras que la estabilidad en niveles de los compuestos fenólicos mayoritarios en

la cutícula del fruto, sugiere que este estrés no modifica su perfil a las temperaturas

evaluadas, e incluso incrementa intermitentemente el contenido de ácidos fenólicos

con alta capacidad antioxidante.

EL CAPITULO III presenta el efecto de la irradiación UV-C en la calidad de frutos de

papaya almacenados a bajas temperaturas. En este capítulo, se describen los

efectos del tratamiento de UV-C (1.76 kJ·m-2) en las variables de color (L, Chroma y

°Hue), pérdida de firmeza, pérdida de peso, sólido s solubles totales, deterioro de la

apariencia general y desarrollo de síntomas de daño por frío en los frutos. La dosis

de UV-C empleada en este ensayo fue determinada en experimentos preeliminares

que no son descritos en esta tesis, donde se seleccionó la dosis más alta dentro

del rango hórmico reportado en la literatura, que no provocó daño directo visible en

la cutícula de los frutos como quemaduras o abrasiones. Las muestras irradiadas

xiii

con UV-C y los testigos fueron divididos en grupos iguales, almacenados a cuatro

diferentes temperaturas 1, 5, 14 y 25 °C por 12 día s, + 2 días a 25 °C. Se

determinó el cambio en cada variable investigada como la diferencia entre los

valores iniciales y finales observados para un mismo grupo de muestras.

Al analizar los resultados, se encontró que el almacenamiento a bajas temperaturas

promueve un efecto negativo en los cambios de color y firmeza en los frutos testigo,

comúnmente asociados al desarrollo de síntomas de daño por frío. Durante el

almacenamiento a 1, 5 y 14 °C, los cambios en lumin osidad (L), en la intensidad de

color (Chroma) y en el ángulo de matiz (°Hue) dismi nuyeron significativamente y de

manera proporcional a la temperatura. Estos cambios en los parámetros de color

ocasionados por las bajas temperaturas concuerdan con los reportados en

estudios previos que argumentan un retraso de la maduración de los frutos. El

tratamiento de UV-C, retrasó el desarrollo de color del fruto maduro, y además,

aumentó el oscurecimiento en los frutos almacenados a 1 y 5 °C.

Por otra parte, se observó una disminución significativa en la pérdida de peso y el

deterioro en los frutos tratados con UV-C, respecto a los frutos testigo durante el

almacenamiento a todas las temperaturas evaluadas. El tratamiento en sí, no redujo

la pérdida de peso, pero los cambios ocurridos en este fruto podrían estar

relacionados con el retraso de la maduración y reducción de deterioro microbiano, lo

cual coincide con diferentes estudios reportados en la literatura y que se describen

ampliamente en el Capítulo I.

Los resultados obtenidos de esta parte del estudio nos indican que si bien la

irradiación UV-C induce un estrés oxidativo, la activación del sistema antioxidante

xiv

de papaya por el tratamiento de UV-C, no es suficiente para contrarrestarlo. Cada

especie y variedad de fruto responde de diferente forma a los distintos tipos de

estrés a los que son sometidos. Para el caso de la papaya Maradol, encontramos

que los efectos benéficos inducidos por la UV-C son inferiores a los observados en

otras especies.

Uno de los principales propósitos de esta investigación, consistió en probar la

efectividad de tratamiento de UV-C en la reducción del daño por frío en papaya, sin

embargo, se encontró que no reduce los síntomas de este desorden bajo las

condiciones de este ensayo, e incluso los incrementa en frutos almacenados a 5 °C.

Con el objetivo de conocer si la irradiación UV-C tiene un efecto significativo en el

sistema antioxidante en papaya, se evaluaron los cambios en el contenido de

compuestos antioxidantes medidos como fenoles y flavonoides totales, actividad de

las enzimas antioxidantes SOD, CAT y POD, y en la capacidad antioxidante medida

como inhibición de los radicales DPPH y ABTS (CAPITULO IV).

Se seleccionaron frutos en estado verde-maduro y se formaron dos grupos al azar.

El tratamiento con UV-C (1.76 kJ·m-2) fue aplicado a la mitad de los frutos de cada

grupo. Posteriormente, fueron almacenados a 5 y a 14 °C por 15 días junto con los

frutos testigo. Los frutos se muestrearon a intervalos de 5 días para evaluar el

sistema antioxidante.

En este ensayo se observó un aumento en el contenido de flavonoides en la

cutícula del fruto, como una respuesta de defensa contra el estrés oxidativo frente al

almacenamiento a bajas temperaturas (5 ° C).

xv

Por otra parte, el tratamiento de UV-C provocó un aumento significativo (P≤ 0.05)

aunque transitorio en el contenido de flavonoides totales en la cutícula de papaya

comparado con los frutos testigo; mientras que los niveles de fenoles totales no se

vieron afectados significativamente (P> 0.05).

En cuanto al sistema enzimático antioxidante, aunque se observó un aumento

significativo de la aplicación de UV-C en la actividad de SOD, éste fue dependiente

del tiempo y temperatura de almacenamiento. Mientras que el tratamiento de UV-C

solo o en combinación con las bajas temperaturas provocaron un incremento en la

actividad de la enzima CAT, lo cual nos sugiere que esta enzima podría estar

jugando un papel muy importante en el sistema de defensa de los frutos de papaya

contra diferentes tipos de estrés.

La actividad de POD fue inhibida por el almacenamiento a 5 °C y no se observaron

diferencias con respecto a las muestras tratadas con UV-C. En cambio, al aplicar el

tratamiento en frutos almacenados a 14 °C, la activ idad de POD se redujo

significativamente, lo cual coincide con un retraso en la maduración de los frutos

descrito en el Capítulo III.

En cuanto a la capacidad antioxidante, ésta fue mayor en la cutícula de frutos

almacenados a 5 °C, sin encontrarse diferencias sig nificativas entre los tratamientos

evaluados. Los frutos tratados con UV-C y almacenados a 14 °C presentaron un

aumento significativo en la capacidad antioxidante, pero sólo hacia el final del

almacenamiento.

Como pudimos corroborar, en este estudio, aunque la activación de la ruta de

síntesis de compuestos fenólicos por UV-C, ha sido ampliamente reportada en

xvi

tejidos vegetales, sus efectos varían en función del tipo de producto, de la

intensidad del tratamiento y condiciones de almacenamiento. Considerando que la

respuesta de defensa del sistema antioxidante de papaya es muy similar cuando el

fruto es almacenado en frío y cuando es irradiado con UV-C, se podría argumentar

que el estrés oxidativo inducido bajo estas condiciones y que activa el sistema

antioxidante, no es suficiente para reparar el daño generado, por lo que no se llega

a producir el efecto comúnmente conocido como hórmesis.

xvii

CONCLUSIONES GENERALES

La integración de los resultados de esta tesis permitió rechazar la hipótesis

propuesta. A pesar de que la mayoría de los compuestos fenólicos y carotenoides

identificados en el Capítulo II, poseen una alta actividad antioxidante. La

concentración más alta de fenoles fue encontrada en la cutícula del fruto, sin verse

afectada por el almacenamiento a baja temperatura, favoreciendo así la aplicación

del tratamiento de UV-C que es de baja penetración en el tejido. Sin embargo, al

evaluar el efecto de UV-C sobre los cambios en la calidad del fruto y su contribución

a la reducción del daño por frío (Capítulo III), se encontró que no fue efectivo en

este sentido, a pesar de reducir el deterioro y la pérdida de peso y retrasar la

maduración de los frutos. Finalmente, la respuesta del sistema antioxidante de

papaya ante UV-C, coincide con el efecto generado por las bajas temperaturas

(Capítulo IV). La respuesta de defensa más importante activada por UV-C es la

inducción de la síntesis de flavonoides. La aplicación de la irradiación UV-C como

tratamiento postcosecha en papaya podría ayudar a retrasar la maduración, reducir

el deterioro fúngico y aumentar el contenido de flavonoides y capacidad antioxidante

en la cutícula del fruto bajo ciertas condiciones de almacenamiento. Sin embargo, la

activación de estos mecanismos de respuesta al estrés, no es suficiente para lograr

mitigar el desarrollo de los síntomas de daño por frío, durante el almacenamiento a

bajas temperaturas.

CAPÍTULO I

Efectos Bioquímicos Postcosecha de la Irradiación UV-C en Frutos y Hortalizas

2

3

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CAPÍTULO II Perfiles de fenoles y carotenoides de papaya (Carica papaya L.) y su contenido a bajas temperaturas de almacenamiento

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CAPÍTULO III Efecto de la irradiación UV-C y temperatura de almacenamiento en la calidad postcosecha de papay a ‘Maradol’

50

EFECTO DE IRRADIACIÓN UV-C Y TEMPERATURA DE ALMACEN AMIENTO

EN LA CALIDAD POSTCOSECHA DE PAPAYA ‘MARADOL’

D. M. Rivera-Pastrana1; G. A. González-Aguilar1¶; M. Rivera-Domínguez; M. A.

Martínez-Téllez.

1Coordinación de Tecnología de Alimentos de Origen Vegetal, Centro de

Investigación en Alimentación y Desarrollo. Km. 0.6 Carretera a la Victoria.

Hermosillo, Sonora, C.P. 8300. México. Correo-e: gustavo@ciad.mx. (Autor

responsable) ¶

Autor responsable:

Gustavo A. González-Aguilar.

Teléfono: 00-52-6622-892400, Ext. 272.

Fax: 00-52-6622-80-0422.

Email: gustavo@ciad.mx

51

RESUMEN

Frutos de papaya var. ‘Maradol’ en estado verde-maduro, fueron expuestos a una

dosis de irradiación UV-C de 1.76 kJ·m-2, previamente al almacenamiento a 1, 5, 14

y 25 °C por 12 días. El efecto de los tratamientos fue evaluado después de transferir

los frutos a 25 °C por 2 días. El tratamiento de U V-C redujo el deterioro causado

por hongos sin afectar significativamente la firmeza de los frutos a las temperaturas

de almacenamiento analizadas. Sin embargo no fue efectivo para reducir los

síntomas de daño por frío de papaya, favoreciendo el oscurecimiento en los frutos

almacenados a temperaturas inferiores a 25 °C. Los parámetros L*, Hue°, Chroma*,

pérdida de peso (%) y deterioro general fueron disminuidos significativamente por

las bajas temperaturas de almacenamiento y el tratamiento de irradiación UV-C,

sugiriendo un retraso en la maduración o senescencia de los frutos. La irradiación

UV-C puede utilizarse para retrasar el deterioro fúngico y maduración de papaya

‘Maradol’ a temperaturas templadas (25 °C), aunque no disminuye el daño por frío

en este fruto.

PALABRAS CLAVE ADICIONALES : Carica papaya L., irradiación, deterioro, daño

por frío.

UV-C IRRADIATION EFFECT ON POSTHARVEST QUALITY OF ‘ MARADOL’

PAPAYA AT LOW STORAGE TEMPERATURES.

ABSTRACT

Green-mature ‘Maradol’ papayas were exposed to a UV-C irradiation dose of 1.76

kJ·m-2 before storage at 1, 5, 14 and 25 °C for 12 days . Treatment effects were

evaluated after transferring fruits at 25 °C for 2 d. UV-C treatment reduced general

decay related mainly to fungal attack, without significantly affecting fruit firmness at

analized storage temperatures. However, it was not effective to reduce chilling injury

symtoms in papaya fruit, promoting increased browning in fruits stored at

52

temperatures below 25 °C. L*, Hue°, Chroma*, weigh t loss (%) and general decay

parameters were significantly reduced by low storage temperatures and UV-C

treatment, suggesting a ripeness or senescence delay. UV-C irradiation could be

applied to delay fungal decay and ripening of ‘Maradol’ papaya at 25 °C, although it

doesn’t reduce chilling injury on this fruit.

ADDITIONAL KEY WORDS: Carica papaya L., Irradiation, decay, chilling injury.

INTRODUCCIÓN

En los últimos años, se ha incrementado la producción y exportación de papaya por

el creciente interés del consumidor a nivel mundial. México, es el quinto mayor

productor de papaya después de India, Brasil, Nigeria e Indonesia; y el mayor

exportador en el mundo (2009). Sin embargo, la calidad postcosecha de la papaya

es afectada por diversos factores como: condiciones ambientales, tratamientos

postcosecha, daños físicos, deterioro fúngico y daños por frío, (Proulx et al., 2005).

Los síntomas de daño por frío en papaya se presentan como picado y escaldado

de la cáscara, endurecimiento de la piel y maduración anormal con decoloración de

la pulpa, así como una mayor susceptibilidad al deterioro. Los frutos de papaya en

estado verde-maduro son más susceptibles al daño por frío que los frutos maduros

(Chen y Paull, 1986).

Para frutos cosechados en madurez fisiológica se ha reportado un amplio rango de

temperaturas de almacenamiento refrigerado (10-16 °C) en diferentes cultivares de

papaya. Entre las tecnologías postcosecha eficientes en la reducción del daño por

frío y preservación de la calidad de frutos de papaya se encuentran: los tratamientos

térmicos y aplicación de fungicidas (Perez-Carrillo y Yahia, 2004), tratamientos con

metil jasmonato y atmósferas modificadas (González-Aguilar et al., 2003), aplicación

de 1-metilciclopropeno (1-MCP) (Manenoi et al., 2007) e irradiación gamma

(Thomas y Moy, 1986).

53

La irradiación no ionizante UV-C se ha aplicado extensivamente para reducir el

deterioro microbiológico en frutas, ya que presenta un amplio efecto germicida

(Guerrero-Beltran y Barbosa-Cánovas, 2004). Otros efectos indirectos de su

aplicación en postcosecha son la activación de la ruta de síntesis de fitoalexinas,

aumento en la capacidad antioxidante y reducción de daño por frío en pimientos,

mangos y duraznos (Gonzalez-Aguilar et al., 2007, Gonzalez-Aguilar et al., 2004,

Gonzalez-Aguilar et al., 2001, Vicente et al., 2005a). Por lo que la aplicación de

irradiación UV-C podría contribuir a mejorar la calidad postcosecha de frutos de

papaya Maradol y a reducir el daño por frío ocasionado durante el almacenamiento

a bajas temperaturas. El objetivo de éste trabajo fue evaluar el efecto del

tratamiento de UV-C en la calidad postcosecha de papaya medida por cambios en

el color, pérdida de peso y firmeza, sólidos solubles totales, apariencia general y

daño por frío.

MATERIALES Y MÉTODOS

Frutos de papaya var. ‘Maradol’ fueron obtenidos de un campo comercial en

Tecomán, Colima, y transportados 48-72 horas después de cosecha a los

laboratorios del CIAD en en Hermosillo, Son., México. Los frutos se clasificaron y

seleccionaron en estado verde-maduro (<10 % de superficie amarilla), sin defectos

visibles y de tamaño uniforme. El experimental fue realizado en dos temporadas

(marzo-abril y octubre-noviembre 2009). Las muestras se separaron en 4 lotes de

24 frutos al azar, para cada temperatura de almacenamiento. La mitad de los frutos

de cada lote fueron tratados con una dosis de 1.76 kJ·m-2 de acuerdo a

preliminares, con lámparas GE de 15 W modelo G15T8 que emiten 95 % de

irradiación en el rango UV-C (100-280 NM), las cuales fueron situadas 15 cm arriba

y abajo de los frutos dentro de una campana de extracción. Las muestras fueron

rotadas 90 ° a la mitad del tratamiento para asegur ar una exposición homogénea de

todo el fruto. Como medida de seguridad se utilizaron durante la aplicación del

tratamiento, guantes, lentes y careta protectora. Después del tratamiento los

54

distintos grupos conteniendo frutos tratados y testigo se almacenaron por 12 días en

cajas de cartón corrugado a 1, 5, 14 y 25 ° ± 2 °C , y 80 ± 10 % HR. Posteriormente

se llevaron a cabo las mediciones de los parámetros de calidad en los frutos

almacenados a 1, 5 y 14 ° C y transferidos por 2 dí as a 25 °C. Se utilizaron seis

frutos por tratamiento para medir las variables de cambio en color, peso, firmeza,

sólidos solubles totales, deterioro de apariencia general y daño por frío para cada

temperatura.

Al inicio y al final del almacenamiento se midió el color de la cáscara de los frutos

en 3 puntos equidistantes de la superficie con un colorímetro Minolta CR-300

(Japón). Se obtuvieron parámetros de color L* (luminosidad), a*(color verde a rojo)

y b* (color azul a amarillo) de la escala CIELAB (Mcguire, 1992), y se calcularon el

ángulo de matiz (Hue°) y la saturación del color (Chroma) con las siguientes

fórmulas: Chroma = (a*2 + b*2)1/2, Hue° = arctang (b* / a*). Los datos se expresaro n

como el cambio de cada parámetro entre el valor inicial y final del almacenamiento:

∆L*, ∆Hue, ∆Chroma.

Para determinar la pérdida de peso se utilizó una balanza analítica digital modelo

PR 2003 Delta Range con capacidad de 2,100 g y aproximación de 0.01 g (Mettler-

Toledo, Greinfesee, Suiza); El porcentaje de pérdida de peso se obtuvo a partir de

la diferencia del peso inicial y final y su relación con el peso inicial.

La firmeza se determinó por el método de punción con un penetrómetro digital

Chatillón modelo DFM-50 con punzón cilíndrico de 0.8 cm de diámetro. En la parte

ecuatorial de cada fruto se retiraron 3 mm de la cáscara y se realizaron 3

mediciones equidistantes. Se registró la fuerza de oposición del tejido a la

penetración del punzón a 1 cm de profundidad expresada en Newtons (N) y se

calculó el porcentaje de pérdida de firmeza (% PF) hacia el final del

almacenamiento como: % PF= (firmeza inicial- firmeza final/firmeza inicial)*100.

Los sólidos solubles totales (SST) fueron analizados con un refractómetro digital

ATAGO modelo PR-101 (A.O.A.C., 1990) y los resultados en ° Brix fueron

expresados como cambio en el contenido de SST: ∆SST= SST final- SST inicial.

El grado de deterioro de la superficie de los frutos fue evaluado subjetivamente

usando una escala de 0 a 5 donde 0= 0 %, 1 = 20-30 %, 2 = 40-50 %, 3 =60-70 %,

55

4 = 80-90 % y 5 = 90-100 %. Dentro de la escala se consideraron signos de daño

físico, escaldado, ablandamiento excesivo, desarrollo de crecimiento fúngico y

oscurecimiento.

El grado de daño por frío se determinó de acuerdo a la escala subjetiva de 1-5

donde 1= no presenta, 2 = leve, 3 = moderado, 4 = severo y 5 = extremo (Perez-

Carrillo y Yahia, 2004); se calculó el índice de daño por frío (IDF) para cada

subgrupo de muestras por la sumatoria de los productos del número de frutos

dañados (n) y el grado de daño, entre el total de muestras (N) (Martínez-Téllez et

al., 2008) de acuerdo con la siguiente fórmula: IDF= (n(1) + n(2) + n(3) + n(4) +

n(5))/N.

El análisis de los datos se llevó a cabo bajo un diseño completamente al azar

mediante un análisis de varianza (ANOVA) y una prueba de Tukey-Kramer para la

comparación de medias (P ≤ 0.05) utilizando el paquete estadístico NCSS (2007).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Cambios en el color

El tratamiento de UV-C redujo significativamente (P<0.05) la luminosidad en frutos

de papaya, resultando ineficiente en el control de daño por frío, observado como

obscurecimiento de la cáscara del fruto con un cambio negativo promedio en L*

(Sapers y Miller, 1995). La temperatura de almacenamiento también redujo

significativamente el cambio en luminosidad durante el almacenamiento (∆L*) a 1 y

14 °C (Figura 1a); lo cual podría relacionarse con una maduración retrasada en

respuesta al daño por frío, ya que el color de los frutos afectados no alcanza valores

de un fruto completamente maduro, aún al ser transferidos a una temperatura de 25

°C por 2 días, de acuerdo con lo reportado por (La m, 1990). Por otra parte, se ha

observado que a una dosis de 3.7 kJ·m-2 de UV-C, se presenta una menor

56

acumulación de cera epicuticular en frutos de tomate relacionada con daño a

células del epicarpio, lo que ocasiona una reducción del brillo así como cambios en

la reflectancia (Charles et al., 2008c). Estos cambios podrían contribuir a la

disminución de luminosidad en papayas tratadas con UV-C.

En la intensidad del color (Chroma*), se observó una reducción significativa

(P<0.05) por el tratamiento de UV-C y las temperaturas de almacenamiento 1 y 14

°C (Figura 1b). Mientras que en las muestras almac enadas a 5 y 25 °C no se

observaron diferencias en el cambio de intensidad del color, por lo que el efecto de

UV-C en papaya fue dependiente de la temperatura. Un menor cambio de Chroma*

durante el almacenamiento, concuerda con un retraso en la maduración por la

exposición a bajas temperaturas (Proulx et al., 2005).

La temperatura de almacenamiento también afectó significativamente (P<0.05)

ángulo de matiz (°Hue) en papaya, el cual disminuy e pasando de verde-amarillo a

naranja conforme avanza el proceso de maduración (Figura 1c). En este estudio, a

temperaturas inferiores a 25 °C, observamos un meno r cambio de °Hue ( ∆°Hue),

que también se atribuye a una maduración retrasada de los frutos.

A pesar de que los valores iniciales promedio de L*, a* y b*, de las muestras

analizadas en este trabajo corresponden con el estado de madurez fisiológica o

grado 1 de los índices de madurez propuestos en trabajos previos para papaya

‘Maradol’(Basulto et al., 2009), los frutos almacenados a 14, 5 y 1 °C no m aduraron

completamente una vez transferidos a la temperatura control (25 °C). Esta

observación hace evidente la dificultad de uniformizar la respuesta de este fruto

ante algunas condiciones de manejo postcosecha o tratamientos que basan su

efectividad en un estado de madurez particular como es el caso de la irradiación

UV-C.

Pérdida de peso y firmeza

La pérdida de peso de los frutos testigo y tratados con UV-C fue afectada

significativamente por la temperatura de almacenamiento. El mayor porcentaje de

57

pérdida de peso (%PP) se observó en los frutos testigo almacenados a 25 °C por 12

días. Las papayas almacenadas a 14 °C perdieron ent re el 6 y el 7 %, mientras que

a 5 y 1 °C perdieron tan sólo entre el 1.5 y 2 % en peso, respectivamente (Figura 2).

El tratamiento de UV-C redujo significativamente (P≤0.05) la pérdida de peso en los

frutos almacenados a 14 y 25 °C, pero no así, en el resto de las temperaturas

evaluadas. (Paull y Chen, 1989) reportaron que una pérdida de peso del 8 % en

papayas en madurez fisiológica de las variedades ‘Sunset’ y ‘Sunrise’, ocasiona una

textura gomosa, pérdida de brillo y marchitamiento leve de la cáscara, los cuales

afectan negativamente la calidad del fruto. Por otra parte (Proulx et al., 2005)

observaron una pérdida de peso del 6 % en papayas de la variedad Exp.15,

almacenadas 6 días a 20 °C; y de 3 % después de 14 días a 0 °C (82-97 % HR).

Mientras que (Maharaj y Sankat, 1990) reportaron una pérdida de peso alrededor

del 7 % en papayas ‘Tainung' No.1 después de 14 días a 16 °C. La pérdida de

peso en los frutos de papaya es una de las principales causas de pérdidas

postcosecha; ya varía en función de la temperatura, la humedad relativa, la

madurez del fruto al momento de la cosecha, la variabilidad entre cultivares, y

diferencias entre temporadas de recolección (Nunes et al., 2006).

Se ha sugerido que la vía principal para la pérdida de peso en frutos de papaya es

la pérdida de agua a través de la cicatriz del pedúnculo, estomas y la cutícula (Paull

y Chen, 1989); y que el grosor de la cutícula disminuye después de alcanzar una

madurez de consumo (más del 50 % amarillo). Por lo que es posible que los frutos

testigo almacenados a 25 °C presentaron la mayor pé rdida de peso por encontrarse

en un estado más avanzado de madurez que el resto de los tratamientos.

La disminución de pérdida de peso por el tratamiento de UV-C observada a 14 °C

podría atribuirse al retraso de la maduración; efecto que se ha observado en otros

frutos y hortalizas como retrasos en la degradación de clorofila, en cambios en el

color, en ablandamiento del tejido y en el climaterio (Baka et al., 1999, Costa et al.,

2006, Maharaj et al., 1999, Stevens et al., 1998). Aunque algunos autores han

reportado un incremento en la pérdida de peso en tomate por la aplicación de UV-C,

también señalan que este tratamiento propicia cambios bioquímicos que llevan a un

incremento en la síntesis de compuestos fenólicos complejos como ligninas y

58

suberinas implicados en la formación de una barrera impermeable capaz de

prevenir la pérdida de agua y nutrientes (Charles et al., 2008b, Maharaj et al., 1999).

En este caso, aún cuando no existe un mecanismo propuesto por el cual el

tratamiento de UV-C reduce el %PP en papaya, éste efecto podría deberse a un

fortalecimiento de pared celular en las capas epicuticulares como resultado de una

lignificación, o por un retraso en la disminución del grosor del epicarpio relacionado

con un retraso en la senescencia de los frutos.

El porcentaje de pérdida de firmeza (%PF) fue afectado significativamente (P<0.05)

por la temperatura de almacenamiento. El %PF fue más alto en los frutos

almacenados a 14 y 25 °C (50 y 80 % respectivamente ) independientemente del

tratamiento (Figura 3). Mientras que en las papayas almacenadas a 1 y 5 °C por

12 días se observaron pérdidas de firmeza entre el 12 y 26 %, respectivamente.

Estos resultados coinciden con los reportados previamente para la misma variedad

de papaya, donde se observó una pérdida de firmeza del 90 % entre frutos en

estado verde-maduro y los estadíos 4-6 de madurez avanzada, almacenados a 23

°C y 70 % HR (Basulto et al., 2009).

En este trabajo no se encontró ningún efecto del tratamiento de UV-C en la pérdida

de firmeza. En un estudio con frutos de mango cv. ‘Tommy Atkins’ almacenados a

5 °C, se observó que el tratamiento de UV-C, dismin uyó significativamente el

ablandamiento aún después de transferir los frutos por 7 días a 20 °C (Gonzalez-

Aguilar et al., 2001). De la misma manera, dosis de 1.3-40 kJ m-2 y 0.8-40 x 10-3 kJ

m-2 de UV-C en tomate y duraznos respectivamente, resultaron en retraso de

maduración y disminución de ablandamiento de los frutos (Liu et al., 1993, Stevens

et al., 1996) En este sentido, (Barka et al., 2000) reportaron que la exposición a una

dosis hórmica de UV-C de frutos de tomate reduce la degradación enzimática de la

pared celular; por lo que las enzimas involucradas en este proceso:

poligalacturonasa, pectin metilesterasa, celulasa, xilanasa y β-galactosidasa,

pueden ser blanco de la irradiación UV-C induciendo proteólisis o inhibición de su

síntesis de novo. Recientemente, se ha asociado el retraso del ablandamiento en

fresas var. ‘Aroma’ inducido por el tratamiento de UV-C, con una disminución en la

transcripción de genes que codifican proteínas de pared celular y de enzimas

59

involucradas en la degradación de la misma (Pombo et al., 2009). En frutos de

papaya variedad ‘Maradol’, se ha sugerido que la actividad de las enzimas

poligalacturonasa y β-galactosidasa son las principales causantes del

ablandamiento del fruto durante la maduración (Barajas et al., 2008). La mayor

actividad de poligacturonasa (PG) en frutos de papaya se encuentra en el tejido

adyacente a la placenta seguido por el mesocarpio y exocarpio en ese orden en

frutos completamente maduros. El decremento gradual en la actividad de PG del

centro del fruto hacia la cáscara coincide con la dirección en que el fruto madura, es

decir de adentro hacia fuera (Chan et al., 1981). Por lo que la baja actividad de PG

en la parte más externa del fruto de papaya en un estado menos avanzado de

madurez, puede explicar que el tratamiento de UV-C con baja penetración en el

tejido no afectara significativamente la firmeza de fruto (Gardner y Shama, 2000).

Sólidos solubles totales

La figura 4 muestra el efecto del tratamiento de UV-C y temperatura en el contenido

de sólidos solubles totales (SST). La temperatura de almacenamiento afectó

significativamente (P<0.05) el contenido de SST a todos los niveles, mientras que el

tratamiento de UV-C fue significativo únicamente para la temperatura de 25 °C. El

contenido inicial de SST fue de 7.1 ± 0.5 ° Brix que coincide con el rango reportado

por (Basulto et al., 2009) para el estadío G (verde) y 1 (verde-maduro) en papaya

‘Maradol’. Sólo las muestras almacenadas a 25 °C al canzaron un contenido de SST

de un fruto de esta variedad completamente maduro (11-12.5 ° Brix). Mientras que a

14, 5 y 1 °C los frutos no maduraron por completo a ún después de transferirlos a 25

°C por 2 días; situándose entre los estados 2 y 4 s ugeridos para esta variedad

(Basulto et al., 2009). El bajo contenido de SST de las muestras al inicio del

experimento, sugiere que algunos de los frutos no se encontraban aún en la

madurez fisiológica, por lo que no alcanzaron la madurez comercial después de ser

expuestos a temperaturas de almacenamiento inferiores a 25 °C ± 2 °C. Los

resultados obtenidos en el presente estudio contrastan con trabajos previos, donde

60

se describe que frutos de papaya almacenados hasta por 14 días a temperaturas

inferiores a los 7 °C maduraron normalmente una vez transferidos a temperatura

ambiente (Chen y Paull, 1986), sin embargo se sugiere que las diferencias en

susceptibilidad al daño por frío están en función de la variedad.

En otros frutos el efecto de UV-C sobre el contenido de SST es contradictorio. Se

ha visto que el tratamiento de UV-C puede disminuir el contenido de SST como

resultado de un retraso en la maduración o senescencia en frutos de manzana var.

‘Red Delicious’, durazno var. ‘Loring’ y ‘Elberta’, en boysenberries y en frutos de ber

(Ziziphus Mauritania L.); o no afectarlo de manera significativa en frutos de tomate,

mango y manzana var. ‘Golden Delicious’ (Gonzalez-Aguilar et al., 2001, Hemmaty

et al., 2007, Lu, Jy et al., 2007a, Purohit et al., 2003, Vicente et al., 2004). La

temperatura de almacenamiento resultó ser una variable crítica en este estudio para

el efecto del tratamiento de UV-C, ya que se observó que los frutos tratados

tuvieron menores valores de SST que los frutos testigo, pero fueron

significativamente menores sólo a 25 °C. Nuestros r esultados coinciden con

reportes previos donde se describe que el efecto del tratamiento de UV-C sobre el

contenido de SST es inconsistente y dependiente del producto y condiciones de

almacenamiento, principalmente de la temperatura (Hemmaty et al., 2007, Lu et al.,

2007b).

Deterioro general y Daño por frío

El tratamiento de UV-C redujo significativamente (P< 0.05) el deterioro del fruto a

todos los niveles de temperatura evaluados (Figura 5). Los principales signos de

deterioro que presentó la papaya almacenada a 5 y 1 °C, fueron el escaldado y

oscurecimiento de la cáscara, síntomas que se pueden atribuir al daño por frío

(Chen y Paull, 1986). Por otra parte en frutos almacenados a 14 y 25 °C, las

principales causas de deterioro fueron el ablandamiento excesivo y crecimiento

fúngico respectivamente, que podrían estar relacionadas con una madurez

avanzada de los frutos y una mayor actividad de enzimas de degradación de pared

61

celular bajo estas condiciones de temperatura. La aplicación de UV-C retrasa la

senescencia y reduce el deterioro ocasionado por fitopatógenos y daño por frío en

otros frutos; al activar diferentes respuestas de defensa y sistema antioxidante que

involucran un aumento en la síntesis de compuestos antioxidantes, fitoalexinas,

poliaminas, inactivación de enzimas de degradación de pared celular, inducción de

una respuesta hipersensible y reforzamiento de la pared celular (Baka et al., 1999,

Barka et al., 2000, Charles et al., 2008c, Charles et al., 2008d, D'hallewin et al.,

1999, De Capdeville et al., 2002, Gonzalez-Aguilar et al., 2001, Maharaj et al., 1999)

Sin embargo, (Cia et al., 2007), reportaron que las dosis de 0.8 y 1.3 kJ·m-2 son

muy efectivas para inhibir la germinación de conidios y crecimiento del micelio de

Colletotrichum gloeosporiodes en ensayos in vitro; mientras que al aplicar el mismo

tratamiento en frutos de papaya ‘Golden’ previamente inoculados por inyección

subcuticular y almacenados a 25 °C, no se observó u n efecto inhibitorio del

desarrollo del hongo. En este contexto, en papaya Maradol, observamos que el

efecto de UV-C en el deterioro parece estar relacionado principalmente con la

reducción del desarrollo fúngico, el cual a su vez que puede estar influenciado por el

grado de madurez de los frutos tratados descrito en secciones anteriores.

El efecto del tratamiento de UV-C no fue significativo sobre el daño por frío (DF) en

frutos de papaya ‘Maradol’ (Figura 5). Sin embargo, en función de las temperaturas

de almacenamiento 1 y 14 °C, se observó una disminu ción por efecto del

tratamiento la cual fue significativa a 1 °C, mient ras que a 5 °C no se presentaron

diferencias entre frutos tratados y testigos. En este estudio, los frutos presentaron

síntomas de DF de leves a moderados de acuerdo con (Proulx et al., 2005) cuando

se almacenaron 12 días a 14, 5 y 1 °C. El grado de DF fue inversamente

proporcional a la temperatura de almacenamiento; acercándose al límite de calidad

comercializable al exponerlos a 1 °C, de acuerdo co n lo reportado para frutos de

papaya que presentan síntomas moderados de daño por frío (Nunes et al., 2006,

Proulx et al., 2005).

En estudios previos, la irradiación UV-C, se ha reportado eficiente en la reducción

de síntomas de DF en durazno, mango y pimiento rojo (Gonzalez-Aguilar et al.,

2004, Gonzalez-Aguilar et al., 2001, Vicente et al., 2005a, Vicente et al., 2005b);

62

correlacionando este efecto benéfico del tratamiento con la inducción del sistema

antioxidante del fruto, aumentando la actividad de enzimas involucradas en la

síntesis de compuestos fenólicos y el contenido de poliaminas. Por otra parte, las

bajas temperaturas por sí solas, también pueden inducir un aumento en la actividad

de la enzima fenilalanina amonioliasa (PAL), clave en la síntesis de compuestos

fenólicos y la acumulación de poliaminas (Gonzalez-Aguilar et al., 2001, Sanchez-

Ballesta et al., 2000).

La exposición de los tejidos vegetales tanto al tratamiento de UV-C como a bajas

temperaturas de almacenamiento puede aumentar el estrés oxidativo por

acumulación de especies reactivas de oxígeno (Frohnmeyer y Staiger, 2003)

(Karpinski et al., 2002). En este contexto, se ha descrito una mayor susceptibilidad

al ataque de B. cinerea en tomate inmediatamente después de aplicado el

tratamiento de UV-C que atribuyen a un superposición de estreses oxidativos

ocasionados por la dosis hórmica del tratamiento y la infección con el fitopatógeno

(Charles et al.,2008a). De la misma forma, ambos factores, UV-C y almacenamiento

a bajas temperaturas, pueden ocasionar un aumento combinado en el estrés

oxidativo del fruto de papaya, bajo el cual no se presenta un efecto benéfico del

tratamiento sobre el daño por frío.

CONCLUSIONES

El tratamiento de UV-C en frutos de papaya ‘Maradol’ redujo el deterioro general

relacionado principalmente con el ataque de hongos; sin afectar significativamente

la pérdida de firmeza de los frutos. Sin embargo, no se observó un efecto positivo

del tratamiento para contrarrestar el daño por frío ocasionado por el

almacenamiento a bajas temperaturas. Se concluye que el tratamiento de UV-C no

fue efectivo para mantener la calidad postcosecha de papaya ‘Maradol’

almacenada a bajas temperaturas posiblemente por una superposición de elicitores

del estrés oxidativo. Futuros estudios pueden enfocarse a evaluar el efecto del

63

tratamiento en combinación con otras tecnologías que reduzcan el daño por frío

para alargar la vida postcosecha de la papaya.

AGRADECIMIENTOS

Al financiamiento CONACYT, al apoyo técnico de Mónica A. Villegas Ochoa,

Chrystian M. Rodríguez Armenta y Manuel R. Cruz Valenzuela.

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69

∆∆ ∆∆ L*

0

2

4

6

8

10

12TestigoUV-C

NS

*

NS

NS

*

NS

NS

NS

∆∆ ∆∆ H

ue°

0

10

20

30

TestigoUV-C

NS

NS

NS

NS

∆∆ ∆∆ C

hrom

a

0

5

10

15

20

TestigoUV-C

a

b

c

12d 5°C+2d 25°C

12d 14°C+2d 25°C

12d 25°C+2d 25°C

12d 1°C+2d 25°C

FIGURA 1. Efecto del tratamiento de UV-C (1.76 kJ·m-2) y temperatura de

almacenamiento (1, 5, 14 y 25 ± 2 ° C; 80 ± 10 % HR ) sobre el cambio en los

parámetros de color L (a), Chroma (b) y ° Hue (c) en frutos de papaya ‘Maradol’

después de 12 días de almacenamiento y trasferencia a 25 °C por 2 días. Cada

barra representa la media de nueve observaciones ± el error estándar. NS, *: no

significativo y significativo entre tratamiento de UV-C y control a una P ≤ 0.05, de

acuerdo con la prueba de Tukey.

70

% P

érdi

da d

e pe

so

0

2

4

6

8

10

12TestigoUVC

NS

NS

*

12d 1 °C+2d 25 °C

*

12d 5 °C+2d 25 °C

12d 14 °C+2d 25 °C

12d 25 °C+2d 25 °C

FIGURA 2. Efecto del tratamiento de UV-C y temperatura de almacenamiento sobre

la pérdida de peso (%) de frutos de papaya var. ‘Maradol’. Cada barra representa la

media de seis observaciones ± el error estándar después de 12 días a 1, 5, 14 y 25

± 2 ° C y 2d a 25 °C. NS, *: no significativo y significativo entre tratamientos a una P

≤ 0.05 de acuerdo con la prueba de Tukey.

71

% P

érdi

da d

e fir

mez

a

0

20

40

60

80

100

Testigo UV-C

NS

NS

NS

NS

12d 5 °C+2d 25 °C

12d 14 °C+2d 25 °C

12d 25 °C+2d 25 °C

12d 1 °C+2d 25 °C

FIGURA 3. Efecto del tratamiento de UV-C y temperatura de almacenamiento sobre

la pérdida de firmeza (%) de frutos de papaya var. ‘Maradol’. Cada barra representa

la media de 18 mediciones ± el error estándar después de 12 días a 1, 5, 14 y 25 ±

2 ° C + 2d a 25 ° C. NS no significativo entre tratamientos a una P ≤ 0.05 de acuerdo

con la prueba de Tukey.

72

∆∆ ∆∆SS

T (

°Brix

)

0

2

4

6TestigoUV-C

12d 5 °C+2d 25 °C

12d 14 °C+2d 25 °C

12d 25 °C+2d 25 °C

12d 1 °C+2d 25 °C

NS NS

NS

*

FIGURA 4. Efecto del tratamiento de UV-C y temperatura en el contenido de sólidos

solubles totales de frutos de papaya var. ‘Maradol’. Cada barra representa la media

de 12 mediciones ± el error estándar después de 12 días a 1, 5, 14 y 25 ± 2 ° C + 2d

a 25 ° C. NS, *: no significativo y significativo a una P ≤ 0.05 respectivamente, de

acuerdo con la prueba de Tukey.

73

∆∆ ∆∆ D

eter

ioro

(0-

5)

0

1

2

3

4

5

TestigoUV-C

* *

*

*

Índi

ce d

e da

ño p

or fr

ío (

1-5)

0

1

2

3

4

5

*

NS

NS

12d 5 °C+2d 25 °C

12d 14 °C+2d 25 °C

12d 25 °C +2d 25 °C

12d 1 °C+2d 25 °C

FIGURA 5. Efecto del tratamiento de UV-C y temperatura en el deterioro general y

daño por frío de frutos de papaya var. ‘Maradol’. Cada barra representa la media de

6 unidades experimentales ± la desviación estándar después de 12 días a 1, 5, 14 y

25 ± 2 ° C + 2d a 25 ° C. NS no significativo y * significativo a una P ≤ 0.05 * de

acuerdo con la comparación de medias por Tukey-Kramer.

CAPÍTULO IV Efecto de la irradiación UV-C y bajas temperaturas de almacenamiento sobre compuestos bioactivos, enzimas antioxidantes y actividad de inhibición de radicale s de frutos de papaya.

75

Effect of UV-C irradiation and low temperature stor age on bioactive

compounds, antioxidant enzymes and radical scavengi ng activity of

papaya fruit.

D. M. Rivera-Pastrana; G. A. González-Aguilar*; J. F. Ayala-Zavala; E. M. Yahia;

A. A. Gardea Béjar; R. Sotelo-Mundo.

Coordinación de Tecnología de Alimentos de Origen Vegetal, Centro de

Investigación en Alimentación y Desarrollo. Km. 0.6 Carretera a la Victoria.

Hermosillo, Sonora, C.P. 8300. México.

Corresponding Author:

Gustavo A. González-Aguilar.

Phone: 00-52-6622-892400, Ext. 272.

Fax: 00-52-6622-80-0422.

Email: gustavo@ciad.mx

76

Abstract

Mature green ‘Maradol’ papaya fruits were exposed to UV-C irradiation (1.76

kJ·m-2) and stored at 5 or 14 °C. Changes in total phenol s, total flavonoids,

enzymatic activities of superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) and

peroxidase (POD), as well as the scavenging activity against DPPH and ABTS

radicals were investigated in peel and flesh tissues during 15 days of storage.

UV-C irradiation increase flavonoid content and radical scavenging activity in

peel; and CAT activities in flesh. Flavonoid contents, CAT and SOD activities

were increased by low storage temperatures. UV-C irradiation effect on radical

scavenging of papaya peel could be attributed to increased flavonoid content.

Antioxidant system of papaya was activated by UV-C and cold storage by

increasing phenolic content and antioxidant enzymatic activities as a defense

response against oxidative-stress.

Keywords: Carica papaya L., antioxidant capacity, antioxidant enzyme, UV-C,

hormesis.

77

1. Introduction

The market for tropical fruits has increased in last years due to an increasing

consumer demand for exotic products, changes in diet habits, attractive sensorial

properties and because they supply an optimal mixture of antioxidants. Tropical

fruits contain polyphenols, carotenoids and vitamins C and E that could

contribute to improve health by reducing incidence of cronical degenerative

diseases (Yahia, 2010); and some of these phytochemicals are implicated in

reducing fruit postharvest decay (González-Aguilar et al., 2007b). Among tropical

fruits, papaya is one of the most popular because its characteristic taste and

nutraceutical value (González-Aguilar et al., 2008). However, papaya fruits are

very susceptible to deterioration and postharvest losses mainly by fungal decay,

physiological disorders such as chilling injury, pests, mechanical injury and over-

ripeness (da Silva et al., 2007; Perez-Carrillo and Yahia, 2004).

Most postharvest treatments involve the alterations of fruit natural

conditions of the fruit in order to induce an acclimation response that prolongs

postharvest life. Controlled postharvest abiotic stresses including temperature

and UV irradiation, among others, can be applied to fresh fruits in order to induce

the synthesis of specific secondary metabolites synthesis with antioxidant

properties (Cisneros-Zevallos, 2003).

Exposure to UV irradiation and low temperatures induce oxidative stress

in plant tissues by increasing reactive oxygen species (ROS). To cope with this

stress, the most effective protection mechanism stimulated by UV light is

flavonoids biosynthesis and other UV-absorbing phenolic compounds

(Frohnmeyer and Staiger, 2003). When exposed to low temperatures, the plant

antioxidant system is also activated at different levels, but the precise

mechanisms remain to be elucidated (Karpinski et al., 2002).

Therefore, some postharvest treatments could induce defense

mechanisms that affect produce metabolic activity, such as the triggering of fruit

antioxidant system by promoting an increase on healthy compounds, and

reducing decay susceptibility. UV-C irradiation and low temperatures abiotic

stresses could activate antioxidant defense system of papaya fruit. This study

78

evaluated the effects of UV-C treatment in conjunction with low storage

temperatures on bioactive compounds, antioxidant enzymes and radical

scavenging activity of papaya fruit.

2. Materials and Methods

2.1. Plant Material

Mature-green ‘Maradol’ papayas were obtained from a wholesale market in

Hermosillo, Sonora, Mexico. Fruits of uniform maturity stage (mature-green), size

and free from defects were selected and randomized in two groups of 48 fruits.

Half of samples on each group were treated with UV-C prior to storage for 15

days at 5 or 14 °C. Sampling was performed at five days intervals (0, 5, 10, 15).

Peel was separated manually with a sharp stainless steel manual peeler, and

immediately stored at -30 °C until use, to avoid sa mple degradation. Papaya

flesh was cut into cubes of 5 cm and also stored at -30 °C. Every measurement

was done by triplicate, where the experimental unit was the peel or flesh of three

fruits. The experiment was replicated twice.

2.2. Chemicals

Folin-ciocalteu reagent, aluminum chloride, sodium carbonate, sodium nitrate,

sodium hydroxide, potassium persulphate gallic acid, quercetin, β-

mercaptoethanol, tris-hidrochloride, sodium acetate, potassium phosphate, L-

metionine, EDTA, riboflavin, nitro blue tetrazolium (NBT), guaicol, bradford

reagent, bovine serum albumin, 1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH), 2, 2’-

azinobis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS.-) were obtain from

Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA). Methanol (HPLC grade) and ethanol

(reagent grade) were purchased from JT Baker (Xalostoc, Estado de Mexico,

Mexico).

79

2.3. UV-C treatment

Papaya fruits were washed and sanitized by immersion in hypochlorite solution

(200 ppm free chlorine) before exposure to a UV-C dose of 1.76 kJ·m-2, in order

to eliminate impurities and reduce fungal attack risk that could influence

treatment effect. This irradiation dose was selected since does not caused visible

scald according to preliminary experiments carried out in our laboratory (data not

shown). Irradiation was emitted by two unfiltered General Electric 15 Watts (G15

T8) germicidal lamps placed 15 cm above and below fruits. Irradiance emitted

(95%) by these lamps was in the UV-C (100-280 nm) region. After treatment

control and treated fruits were stored for 15 days at 5 or 14 °C in the absence of

light. A completely randomized experimental design was followed, with two

replicates per treatment and storage temperature.

2.4. Total phenols and flavonoids content

Phenolic compounds of papaya were extracted from 5 or 10 g of peel or flesh

tissue respectively. Those were homogenized in 20 mL of methanol solution

(80%). The homogenate was sonicated for 30 min at 40 °C, and then centrifuged

at 9400 xg for 15 min at 5 °C in an Allegra 64R Beckman Coult er centrifuge (Palo

Alto, Calif., USA). Supernatants were collected after filtered through Whatman

paper (grade1). Same procedure was repeated 3 times, these extracts were

used to measure total phenolics and flavonoid contents, as well as antioxidant

capacity.

Total phenols were measured as reported by (González-Aguilar et al.,

2007), where 50 µL of extract were mixed with 3 mL of H2O and 250 µL of Folin-

Ciocalteu phenol reagent (1 N). After equilibrating for 5 minutes, 750 µL of 20%

Na2CO3 and 950 µL of H2O were added to the reaction mixture. After vortexing,

the reaction was incubated for 30 minutes at room temperature protected from

light. Absorbance was then measured at 765 nm in a UV-Vis spectrophotometer

(Cary50 Bio model, Varian, Italy). Total phenol content was calculated based on

80

a gallic acid standard curve; results were expressed as mg of gallic acid per 100

g of fresh weight (mg GA /100gfw).

Flavonoid content was determined as described by (Zhishen et al., 1999)

with some modifications. One mL of methanolic extract was mixed with 4 mL of

H2O and 300 µL of 5% NaNO2. After agitation followed by a 5 min incubation,

300 µL of 10% AlCl3 were added and incubated for one more minute. Two mL of

NaOH 1 M and H2O were added to make up 10 mL of reaction volume. After

agitation, absorbance was measured at 415 nm, in a UV-Vis spectrophotometer

(Cary50 Bio model, Varian, Italy). Results were expressed as mg of quercetin

equivalents per 100 g of fresh weight (mg quercetin /100gfw).

2.5. Enzymatic activity assays

Catalase (EC. 1.11.1.6; CAT) activity was determined as described previously by

Blackwell et al. (1990), with the following modifications. The enzyme was

extracted from 0.2 or 0.5 g of acetone powder from peel or flesh tissue

respectively. It was homogenized in 10 mL of 0.1 M Tris-HCl, pH 8.5, containing

5 mM β-mercaptoethanol. The mixture was then agitated for 20 min at 4 °C and

centrifuged for 20 min at 12 000 xg and 4 °C. The reaction mixture contained 3

mL of 10 mM Tris-HCl, pH 8.5 and 0.1 mL of 0.88% H2O2 in 100 mM Tris-HCl; it

was started by adding 0.2 mL of enzyme extract. CAT activity was monitored at

240 nm for 5 min at room temperature (24-26 °C) wit h a UV-Vis

spectrophotometer. One unit of CAT specific activity was reported as the

decomposition of 1 µmol of H2O2/min·mg of protein.

Peroxidase (EC. 1.11.1.7; POD) activity was determined as described

Pérez-Tello et al. (2009) with some modifications. Enzyme was extracted from

0.1 or 0.2 g of acetone powder from peel or flesh tissue, respectively,

homogenized in 5 mL of 0.1 M Tris-HCl (pH 8.0), containing 5 mM β-

mercaptoethanol. The mixture was agitated for 20 minutes at 4 °C, centrifuged

for 30 min at 12 000 xg and 4 °C, and the supernatant was decanted. POD

activity was measured at 470 nm for 2 min at 30 °C in 2.15 mL reaction solution

with 10 mM sodium acetate (pH 5.3) containing 0.5% guaiacol, 0.25 mL of 0.1%

81

H2O2 and 0.1 mL of enzyme extract. POD specific activity was reported as the

decomposition of 1 mmol of guaicol/min·mg of protein.

Superoxide dismutase (1.15.1.1; SOD) activity was determined according

to Tejacal et al. (2005b) with modifications. The enzyme was extracted from 0.2 g

of acetone powder from peel or flesh tissue, homogenized in 10 mL of potassium

phosphate at pH 7.8. The mixture was agitated for 20 minutes at 4 °C,

centrifuged for 30 min at 12 000 xg and 4 °C and th e supernatant was decanted.

Reaction mixture consisted on 27 mL of 0.05 M phosphate buffer (pH 7.8)

containing 0.1 mM EDTA, 1.5 mL of L-methionine solution (30 mg mL-1), 1 mL of

nitroblue tetrazolium (1.41 mg mL-1) and 0.75 mL of X-100 triton solution (1%).

Following 0.03 mL of riboflavin solution (4.4 mg 100 mL-1) and 0.4 mL of enzyme

extract were added to 3 mL of reaction mixture and homogenized. Then the

reaction mixture was exposed to fluorescent light emitted by two lamps of 20 W

for 15 minutes, and absorbance was measured at 560 nm on a UV-Vis

spectrophotomer (Cary Bio50, Varian, Italy). Reaction velocity was determined

as absorbance increment due to nitroblue tetrazolium formazan formation per

unit of time. One unit of SOD was defined as enzyme extract concentration that

inhibits 50% of nitroblue tetrazolium formazan formation. Assays were performed

at room temperature (24-26 °C). SOD specific activi ty was expressed as units of

activity per gram of protein (U·min-1·gprot-1).

Total protein concentration was determined in all enzymatic extracts for

specific enzymatic activity calculation using bovine serum albumin as standard

(Bradford, 1976).

2.6. Radical scavenging activities, DPPH• and ABTS•+.

Radical scavenging activity of papaya was measured on methanolic extracts, by

the DPPH• (2,2-diphenyl-1picrylhydrazyl) and ABTS•+ methods, described by

Jimenez-Escrig et al. (2000) and Re et al. (1999) with some modifications.

For DPPH scavenging activity, 0.1 mL of methanolic extracts as used for

phenol and flavonoid analyses was added to 3.9 mL of DPPH• methanolic

82

solution (0.025 g/L). Fading of DPPH• color solution upon reduction was

measured in a UV-Vis spectrophotometer (Cary50 Bio model, Varian, Italy) at

515 nm after a 30 min room temperature dark incubation in darkness. Sample

was substituted with 80% methanol in the blank reaction, and methanol was used

for baseline correction. The radical scavenging activity was expressed as DPPH•

inhibition percentage = (blank OD – sample OD/ blank OD) x 100.

For the ABTS radical scavenging assay, 2.45 mmol of potassium

persulphate were added to 7 mM ABTS dissolved in water, stirred and incubated

for 12-16 h in darkness to give a dark blue solution. Solution was diluted with

ethanol until absorbance reached 0.7 at 734 nm. Extract (0.1 mL) was added to

3.9 mL of resulting radical solution in a quartz spectrophotometer cell. Reaction

was monitored for 5 min until end point, when absorbance became stable.

Sample was substituted with 80% methanol for blank reaction, and ethanol was

used for baseline correction. For comparison between methods, radical

scavenging activity was expressed as ABTS•+ inhibition percentage = (blank OD

– sample OD/ blank OD) x 100.

2.7. Statistical analysis

The effect of UV-C treatment, storage temperature, storage time and type

of tissue on total phenols, total flavonoids, CAT, POD and SOD enzymatic

activities, and DPPH and ABTS radical scavenging activities in papaya fruit were

evaluated by analysis of variance (ANOVA) of general linear models (GLM)

where differences were considered significant at a P< 0.05 based on a Duncan’s

multiple comparison test using the NCSS (2007) statistical software.

3. Results and Discussion

3.1. Phenolic and flavonoid contents

Total phenolic content (TPC) changes were evaluated in peel and flesh of

papaya fruit stored at 5 and 14 °C in response to U V-C treatment (Figure 1). The

83

TPC of fresh papaya was significantly affected (P<0.05) by UV-C irradiation

treatment, storage time and type of tissue analyzed. Highest phenolic contents

were found in control peel of papaya fruit. Although a decreasing tendency on

TPC was observed through storage time, no significant (P>0.05) effect of storage

temperature on TPC was found,

A similar tendency was found on TPC of peel and flesh tissues, at the

beginning of storage, controls at 5 °C had the high est phenolic content.

Increased TPC on UV-C treated papaya peel was observed only at 10 days of

storage at 14 °C, as compared with controls. In gen eral, the effect of UV-C

treatment on phenolic content of papaya fruit was tissue specific and dependent

upon storage temperature.

Accumulation of phenolic compounds varied strongly in relation to fruit

physiological state and results from the equilibrium between biosynthesis and

further metabolism including turnover and catabolism (Oufedjikh et al., 2000).

The effect of UV-C irradiation on phenylpropanoid metabolism has been

described previously in various fruit, where phenylalanine ammonia-lyase (PAL),

a key regulatory enzyme of phenylpropanoid biosynthetic route is activated by

UV-C light, leading to enhanced phenolic contents (Erkan et al., 2008; Gonzalez-

Aguilar et al., 2007a; González-Aguilar et al., 2007b; Stevens et al., 1999;

Stevens et al., 1998).

Total flavonoid content (TFC) of papaya fruit was significantly affected by

UV-C treatment, type of tissue analyzed, storage temperature and time (Figure

2). UV-C treated papaya, presented significantly (P<0.05) lower flavonoid

contents than controls. Cold storage (5 °C) had a p ositive effect on TFC despite

irradiation treatment or type of tissue, while a linear positive effect of storage time

was observed reaching highest mean values at day 15. An intermittent effect of

treatment was observed during storage at 14 °C in b oth tissues; were a positive

effect of UV-C treatment on TFC was found only at d 10. Thus, cold storage had

a bigger impact in TFC in both peel and flesh tissues of papaya than UV-C

treatment.

84

It had been demonstrated that flavonoids can act as UV protective agents,

participating in several plant resistance mechanisms by interfering with oxidative

processes both by chelating metal ions or by scavenging oxi-radicals, forming

less reactive “antioxidant radicals” that disappear by dismutation, recombination

or reduction (Bors et al., 1998; Bors et al., 1992). Our results are in accordance

to previous reports indicating that UV-C irradiation enhanced flavonoid content in

qumquats and oranges (D'hallewin et al., 1999; Rodov et al., 1992), grapes

(Cantos et al., 2003; Cantos et al., 2001), broccoli (Costa et al., 2006), and

mangoes (González-Aguilar et al., 2007b). However, treatment effect in papaya

was transitory. In contrast, no clear effect of treatment was found on total

phenolic contents, which is in agreement with previous studies findings in UV

irradiated shiitake mushrooms (Jiang et al., 2010).

In this study, low temperature storage affected positively some

components of papaya antioxidant system, particularly flavonoid compounds.

This is in accordance to previous findings describing a cultivar-dependent

increase in antioxidant capacity related to phenolic content of blueberry during

low-temperature storage (Connor et al., 2002). Similarly, cold storage retained or

increased phenolic contents and antioxidant capacity of strawberries and fresh-

cut mangoes (Ayala-Zavala et al., 2004; Robles-Sanchez et al., 2009). In this

context, in fruits were phenols and flavonoid compounds contribution to

antioxidant system is greater than that of ascorbic acid, low temperature storage

could increase fruit antioxidant capacity by increasing phenolic content

(Shivashankara et al., 2004).

3.2. Antioxidant enzymes (CAT, POD, SOD)

Catalase specific activities of papaya peel and flesh are shown in Figure 3. A

significant effect (P<0.05) of storage time and temperature on CAT activity was

observed in papaya. Fruit stored at 5 °C reached h ighest levels of CAT activity,

while an indirect linear effect of storage time was observed. UV-C irradiation

treatment and type of tissue did not affected CAT activity significantly (P>0.05);

however, UV-C treatment increased CAT activity in peel after five days at 5 °C

85

(688 µMH2O2/ min· mg protein). An inhibitory effect of 14 °C s torage temperature

on CAT activity was observed in control and treated samples. On the other hand,

UV-C treatment increased CAT activity (33%) in flesh of papaya during the first

ten days of storage at 5 °C compared to controls.

CAT protects cells against ROS because it catalyzes the decomposition of

hydrogen peroxide into oxygen and water, with high stability under cold storage

conditions (Sala and Lafuente, 1999). Our results are in agreement with those

observed in maize seedlings and mandarin fruits, were, increases in CAT activity

seems to respond to an induce-oxidative stress, promoted by low temperature

storage (Prasad, 1997; Sala and Lafuente, 1999).

POD activity of papaya peel was significantly (P<0.05) affected by UV-C

treatment, storage time and temperature (Figure 4). Decreased POD activity was

observed on papaya as a result of UV-C treatment and storage at 5 °C; also,

average activities diminished after storage. Contrary to what we found for the

other two enzymes, POD activity increased with storage temperature. At 14 °C,

POD levels remain constant or increased in UV-C treated and control samples.

Maximum activity was observed in control peel samples at day 10 (765 mM

guaicol/ min·mg protein). Activity of POD in papaya flesh was not detected.

Guaicol peroxidase and ascorbate peroxidase, are peroxidase enzymes

found in animal, plant and microorganism tissues, catalyzing oxidoreduction

between hydrogen peroxide (H2O2) and various reductants (Hiraga et al., 2001).

There is evidence suggesting that UV-C irradiation can induce a rapid

accumulation of photo-oxidation products. Plants respond by increasing POD

activity in grapes, fresh-cut melon and tomato, extending postharvest life of these

fruits (Barka et al., 2000; Lamikanra et al., 2005; Nigro et al., 1998).

Nevertheless, we found in papaya peel we found an inhibitory effect of cold

storage on POD activities and no significant effect of UV-C treatment despite

storage conditions that could be attributed to ripening or senescence delay, as it

has been described in sapote mamey fruits (Tejacal et al., 2005a).

86

SOD activity of fresh papaya was significantly affected by UV-C treatment,

temperature, time and type of tissue analyzed (Figure 5). UV-C irradiation

reduced SOD levels of papaya fruit at the storage conditions analyzed.

Diminished SOD levels were also accounted as effect of storage time with

respect to initial values in papaya peel; however, no mean differences were

found after day 5. Maximum SOD activity was found in control flesh samples

stored at 5 °C (16.8 Units· mg protein -1) and a linear increment was observed

with storage time. A positive effect of cold storage (5 °C) was observed in SOD

despite other factors.

Superoxide dismutases (SOD), a class of metal-containing proteins,

catalyze the dismutation reaction of superoxide radical anions into H2O2 and

molecular oxygen (Scandalios, 1993). SOD removes singlet oxygen, prevents

hydroxyl radicals formation and has been implicated as an essential defense

against oxygen toxicity (Fridovich, 1986; McCord, 1979). Since SOD is the first

line of cell defense, against free radicals, its high activity in fruits has been

related to a higher resistance to stress and a longer commercial life (Mondal et

al., 2004; Wang and Jiao, 2001). Other authors reported a decreased SOD

activity in strawberries fruits stored at 10 °C whe n compared to initial levels, but

after 15 d of storage, SOD activities of UV-C treated fruit were higher than

controls suggesting that treatment could activate fruit defensive responses

(Erkan et al., 2008). On the other hand, UV-C treatment reduced SOD activity

during ripening of tomato, but increased activity of other antioxidant enzymes as

a defense mechanism against oxidation (Barka, 2001). Therefore, increase in

SOD activities in papaya flesh could be a defense response against oxidative

stress caused by cold storage and in a minor degree to UV-C treatment.

3.3. DPPH· and ABTS radical scavenging activity

Figure 6 shows antioxidant capacity of peel and flesh tissues determined

as DPPH· and ABTS· radical inhibition percentage. A significant effect of tissue

type and storage time and temperature was observed in papaya fruit. Peel

87

radical scavenging capacity was twice as high as that in flesh (35 and 69% total

average respectively). In papaya peel, radical scavenging was increased in

samples stored at 5 °C, while at 14 °C, radical inh ibition was lower than initial

levels with no differences among treatments. Nevertheless, a positive effect of

UV-C treatment in peel antioxidant capacity was observed at 14 °C during the

storage period. In contrast, there was no effect of UV-C treatment in DPPH•

antioxidant activity of flesh samples at both storage temperatures.

A similar tendency was found for both antioxidant capacity methods,

however the values of antioxidant capacity determined with the ABTS method

were in average 20% higher and a significant (P<0.05) effect of UV-C treatment

was found. UV-C treatment, type of tissue, and storage time and temperature

had a significant effect on ABTS radical scavenging in papaya fruit. A reduction

on ABTS scavenging by effect of UV-C treatment and storage at 14 °C was

observed. Peel tissue average radical scavenging was 32 % higher than that of

flesh, however, irradiation treatment only increased radical inhibition significantly

in flesh tissue, in samples stored at 5 and 14 °C, radical scavenging activity

oscillated in a range of 45-57 and 51-84%, respectively.

It had been described that UV-C postharvest treatment in shiitake

mushrooms increased total flavonoids, ascorbic acid, antioxidant activities of

CAT, SOD, ascorbate-POD, and delayed the increase in singlet oxygen and

hydrogen peroxide production rate; indicating an improvement of antioxidant

capacity (Jiang et al., 2010). Also, an enhanced antioxidant capacity attributed to

total flavonoid content on UV-C treated fresh-cut mangoes and tomatoes was

reported earlier (Gonzalez-Aguilar et al., 2007; Vicente et al., 2005). However, in

this study, UV-C effect on papaya antioxidant capacity was intermittent during

storage, since, significant positive effect of UV-C on flavonoid and radical

scavenging activities was found at day 10, but not maintained until the end of

storage.

The delay in ripening and senescence of UV-C treated tomatos had been

attributed to significant increases in the levels of non-specific antioxidants such

as polyamines and phenols, suggesting that maybe the singlet oxygen

88

scavenging mechanism is not affected by UV treatment to the same extent as for

the superoxide scavenging mechanism (Maharaj, 1995; Maharaj et al., 1999). In

the same manner, in papaya, the antioxidant response against UV-C and cold

storage appear to be mediated mainly by flavonoids in peel and by CAT or other

antioxidants in flesh.

Since UV-C irradiation has a very low penetration energy, especially in

solids (< 5 µm), treatment effects are expected to appear mostly at surface level,

which was confirmed in this case for papaya peel. The more marked effect of

UV-C on papaya peel could also be explained by the fact that this particular

tissue contain higher levels of flavonoids and UV-C treatment, promoting the

activation of this particular biosynthetic route.

4. Conclusion

UV-C treatment and cold storage promoted changes in different components of

the antioxidant system of papaya fruit ‘Maradol’. Main effects of UV-C irradiation

were an increment on flavonoid contents in peel and higher CAT enzymatic

activity in flesh. While in response to cold storage, only SOD enzymatic activity

was also increased as a result of a defense response to oxidative stress. Our

study shows that UV-C irradiation affect antioxidant response of papaya,

however, this effect is dependent of storage conditions and type of tissue. Thus,

UV-C efficiency as a postharvest treatment to enhance antioxidant system of

papaya fruit is compromised by storage conditions.

Acknowledgements

The authors gratefully acknowledge financial support of CONACYT and technical

assistance of Mónica A. Villegas-Ochoa and Chrystian M. Rodríguez.

89

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95

Figure legends

Fig. 1. Total phenolic content (mg gallic acid/ 100 gfw) of papaya peel and flesh

in control and UV-C treated samples during storage at 5 or 14 °C. Vertical

bars represent standard error.

Fig. 2. Total flavonoid contents (mg quercetin/ 100 gfw) of papaya peel and flesh

in control and UV-C treated samples during storage at 5 or 14 °C. Vertical

bars represent standard error.

Fig. 3. Specific CAT enzyme activities (µmol of decomposed H2O2/min·mg of

protein) of papaya peel and flesh in control and UV-C treated fruit during

storage at 5 or 14 °C. Vertical bars represent stan dard error.

Fig. 4. Specific POD enzyme activities (mmol of decomposed guaicol/min·mg of

protein) of papaya peel in control and UV-C treated fruit during storage at

5 or 14 °C. Vertical bars represent standard error.

Fig. 5. Specific SOD enzyme activities (Units/mg of protein) of papaya peel and

flesh in control and UV-C treated fruit during storage at 5 or 14 °C. Vertical

bars represent standard error.

Fig. 6. Changes on DPPH and ABTS scavenging activity of papaya peel and

flesh in response to UV-C irradiation treatment and storage temperature (5

or 14 °C). Vertical bars represent standard error.

96

Figure 1

0 5 10 15

Tot

al p

heno

ls (

mg

galli

c ac

id /

100

gfw

)

0

200

250

300

Days of storage0 5 10 15

0

60

90

120

Control 5 °CUV-C 5 °CControl 14 °CUV-C 14 °C

Peel

Flesh

97

Figure 2

Days of storage

060

80

100

120

140

160

180

200

220

Control 5 °CUV-C 5 °CControl 14 °CUV-C 14 °C

Peel

0 5 10 150

5

10

15

20

25

30Flesh

Tot

al fl

avon

oids

(m

g qu

erce

tin /

100

gfw

)

98

Figure 3

Days of storage

0 5 10 15

CA

T (

mM

H2O

2/m

in*m

gpro

tein

)

0

200

400

600

800

Control 5 °CUV-C 5 °CControl 14 °CUV-C 14 °C

Peel

0 5 10 150

200

400

600

800

Flesh

99

Figure 4

Days of storage0 5 10 15

PO

D (

µµ µµM g

uaic

ol/m

in*p

rote

in m

g)

0

200

400

600

800Control 5 °CUV-C 5 °CControl 14 °CUV-C 14 °C

100

Figure 5

Days of storage

0 5 10 15

SO

D (

Uni

ts/m

g pr

otei

n)

0

6

8

10

12

14

16Control 5 °CUV-C 5 °CControl 14 °CUV-C 14 °C

0 5 10 150

6

8

10

12

14

16

Peel

Flesh

101

Figure 6

0 5 10 15

Days of storage

0 5 10 15

AB

TS

. Inh

ibiti

on %

0

50

60

70

80

90

100 Peel Flesh

DP

PH

Inhi

bitio

n %

020

40

60

80

100Control 5 °CUV-C 5 °CControl 14 °CUV-C 14 °C

Peel Flesh

Initial Initial

PRODUCCIÓN ACADÉMICA DERIVADA DEL TRABAJO DE TESIS

103

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