Caracterización de compuestos bioactivos y efecto de la aplicación de Pulsos Eléctricos de Moderada Intensidad de Campo en setas cultivadas en La Rioja

Abstract

L'objectiu principal de la present tesi doctoral va ser la caracterització de bolets cultivats a la Rioja, especialment pel que fa al seu contingut de compostos bioactius, i explorar l'efecte que podria tenir l'aplicació de Polsos Elèctrics de Moderada Intensitat de Camp (PEMIC) sobre aquests continguts aplicats tant en els substrats de cultiu com en els cossos fructífers. Per això, es va realitzar una caracterització inicial dels bolets cultivats a les instal·lacions del Centro Tecnolígico del Champiñón (CTICH) mitjançant anàlisi de composició centesimal i energia, així com del contingut en fibra dietètica, β-glucans, quitosan i l'activitat antioxidant dels bolets seleccionats. Com que els PEMIC són una tecnologia no tèrmica que permeabilitza la paret cel·lular vegetal i fúngica, això podria influir en la productivitat i facilitar un augment de concentració de compostos bioactius en els bolets. Per això, es varen aplicar PEMIC sobre el substrat utilitzat per al cultiu de bolets comestibles i sobre els cossos fructífers un cop recol·lectats, corresponents als bolets més comercialitzats i de major interès per al sector. L'estudi es va realitzar en quatre fases en què es va demostrar la qualitat nutricional dels bolets, mostrant un alt valor en proteïnes i baix en greixos, i la potencialitat dels PEMIC per augmentar la concentració de nutrients, fibra dietètica, i β-glucans, així com la seva activitat antioxidant. Els valors obtinguts es varen comparar amb substrats o cossos fructífers manejats convencionalment sense aquest tractament. Els resultats obtinguts després de l'aplicació de PEMIC són molt prometedors ja que va permetre un augment de compostos bioactius, especialment fibra dietètica i activitat antioxidant, quan es va aplicar sobre els cossos fructífers de xampinyó, Ganoderma lucidum, Lentinula edodes, Pleurotus eryngii i Pleurotus ostreatus. En aplicar els PEMIC sobre el substrat de Pleurotus eryngii es va obtenir un major rendiment (30%) del cultiu però no es varen apreciar millores en la composició centesimal ni en els compostos bioactius. No obstant això, en els paquets de Lentinula edodes, encara que els PEMIC no varen produir un augment en la producció, varen aportar als bolets una major quantitat de proteïnes, fibra i β-glucans (15,7%), i es va disminuir el contingut en greixos (14,8%). A més, l'activitat antioxidant es va veure afavorida mostrant una positiva i alta correlació afirmant que la presència de Fenols Totals influeix en l'activitat antioxidant que es va demostrar tant en la captació de radicals lliures com en la transferència d'electrons. El tractament de 2 kV/cm i 30 polsos va resultar ser excessiu en tots els paràmetres estudiats en produir un estrès a la cèl·lula danyant-la a causa d'una permeabilització irreversible pels PEMIC i no es varen trobar diferències entre aplicar 2 o 5 polsos.

El objetivo principal de la presente Tesis Doctoral fue la caracterización de setas cultivadas en La Rioja especialmente en lo relativo a su contenido de compuestos bioactivos y explorar el efecto que podría tener la aplicación de Pulsos Eléctricos de Moderada Intensidad de Campo (PEMIC) sobre dichos contenidos tanto aplicados en los sustratos de cultivo como en los cuerpos fructíferos. Para ello, se realizó una caracterización inicial de las setas cultivadas en las instalaciones del Centro Tecnológico del Champiñón en La Rioja (CTICH) mediante análisis de composición centesimal y energía, así como del contenido en fibra dietética, β-glucanos, quitosano y la actividad antioxidante de las setas seleccionadas. Como los PEMIC son una tecnología no térmica que permeabiliza la pared celular vegetal y fúngica, ello podría influir en la productividad y facilitar un aumento de concentración de compuestos bioactivos en las setas. Por ello, se aplicaron PEMIC sobre el sustrato utilizado para el cultivo de setas comestibles y sobre los cuerpos fructíferos una vez recolectados, correspondientes a las setas más comercializadas y de mayor interés para el sector. El estudio se realizó en 4 fases en las que se demostró la calidad nutricional de las setas, mostrando un alto valor en proteínas y bajo en grasas, y la potencialidad de los PEMIC para aumentar la concentración de nutrientes, fibra dietética, y β-glucanos, así como su actividad antioxidante. Los valores obtenidos se compararon con sustratos o cuerpos fructíferos manejados convencionalmente sin ese tratamiento. Los resultados obtenidos tras la aplicación de PEMIC son muy prometedores ya que permitió un aumento de compuestos bioactivos, especialmente fibra dietética y actividad antioxidante, cuando se aplicó sobre los cuerpos fructíferos de Agaricus bisporus, Ganoderma lucidum, Lentinula edodes, Pleurotus eryngii y Pleurotus ostreatus. Al aplicar los PEMIC sobre el sustrato de Pleurotus eryngii se obtuvo un mayor rendimiento (30%) del cultivo pero no se apreciaron mejoras en la composición centesimal ni en los compuestos bioactivos. Sin embargo, en los paquetes de Lentinula edodes, aunque los PEMIC no produjeron un aumento en la producción, aportaron a las setas una mayor cantidad de proteínas, fibra y β-glucanos (15,7%), y se disminuyó el contenido en grasas (14,8%). Además la actividad antioxidante se vio favorecida mostrando una positiva y alta correlación afirmando que la presencia de Fenoles Totales influye en la actividad antioxidante que se demostró tanto en la captación de radicales libres como en la transferencia de electrones. El tratamiento 2kV/cm y 30 pulsos resultó ser excesivo en todos los parámetros estudiados al producirse un estrés en la célula dañándola debido a una permeabilización irreversible por los PEMIC y no se encontraron diferencias entre aplicar 2 o 5 pulsos. Estos primeros estudios deben ser ampliados y los mecanismos implicados estudiados en profundidad de cara a poder implementar industrialmente esta tecnología en las setas de forma que pueda aumentarse tanto su potencial saludable como los rendimientos de su cultivo.

The main objective of this Doctoral Thesis was the characterization of mushrooms cultivated in La Rioja, especially in relation to their bioactive compounds content, and the exploration of the effect that applying Moderate Intensity Pulse Electric Field (MIPEF) to these bioactive compounds might have, both applied to the growing substrates as well as to the fruiting bodies. For this purpose, an initial characterization of the cultivated mushrooms was made in the facilities of the Mushroom Technological Center in La Rioja (CTICH) by analysing centesimal composition and energy, as well as the dietary fiber, β-glucans and chitosan content, and also the antioxidant activity of the selected mushrooms. As MIPEF is a non-thermal technology that permeabilizes the vegetal and fungal cell wall, it could have an impact on the productivity and facilitate an increase in the bioactive compounds concentration in mushrooms. Therefore, MIPEF treatment was applied on the substrate used for the cultivation of edible mushrooms and on the fruiting bodies once collected, being those fruiting bodies the most commercialized mushrooms and those the mushroom’s sector has a major interest in. The study was carried out in four phases, demonstrating the nutritional quality of the mushrooms, showing a high protein and low fat value, and the potential of MIPEF to increase the nutrients concentration, dietary fiber, and β-glucans, as well as its antioxidant activity. The values obtained were compared with conventionally handled substrates or fruiting bodies without any applied treatment. The results obtained after application of MIPEF are very promising since it allowed an increase in bioactive compounds, especially dietary fiber and antioxidant activity, when applied on the fruiting bodies of Agaricus bisporus, Ganoderma lucidum, Lentinula edodes, Pleurotus eryngii and Pleurotus ostreatus. When the MIPEF treatment was applied to the substrate of Pleurotus eryngii, an increase in crop yield (30 %) was obtained but no improvements were observed neither in the centesimal composition nor in the bioactive compounds. However, in the Lentinula edodes bags, although the MIPEF did not produce an increase in production, the treatment contributed to increasing the protein, fiber and β-glucans contents in the mushrooms (15,7%), and the fat content was reduced (14,8%). In addition, the antioxidant activity was favored by showing a positive and high correlation: the presence of Total Phenols has an impact on the antioxidant activity. This was demonstrated both in free radical uptake and in electron transfer. The treatment 2kV/cm and 30 pulses proved to be excessive in all the parameters studied. Stress occurred in the cell and the cell was damaged due to an irreversible permeability by the PEMIC. No differences were found between applying 2 or 5 pulses. These first studies should be expanded and the mechanisms involved studied in depth in order to be able to industrially implement this technology in the mushrooms in a way that can increase both their healthy potential and the yields of their cultivation.