Ina Alsina 1, Ieva Erdberga 1*, Mara Duma 2, Reinis Alksnis3 e Laila Dubova 1
1 Faculdade de Agricultura, Instituto de Ciências do Solo e das Plantas, Universidade de Ciências e Tecnologias da Vida da Letônia, Jelgava, Letônia,
2 Departamento de Química, Faculdade de Tecnologia de Alimentos, Universidade de Ciências da Vida e Tecnologias da Letônia, Jelgava, Letônia,
3 Departamento de Matemática, Faculdade de Tecnologias da Informação, Universidade de Ciências da Vida e Tecnologias da Letônia, Jelgava, Letônia
INTRODUÇÃO
À medida que cresce a compreensão da importância da dieta para garantir a qualidade e a sustentabilidade da vida humana, aumenta a pressão sobre o setor agrícola como elemento básico para garantir a qualidade dos alimentos. Os tomates, como o segundo vegetal mais cultivado [de acordo com as estatísticas da Organização para a Alimentação e Agricultura (FAO) para 2019], são uma parte importante da culinária de quase todas as nações.
A oferta calórica limitada, o teor relativamente alto de fibras e a presença de elementos minerais, vitaminas e fenóis, como flavonóides, fazem do fruto do tomate um excelente “alimento funcional” proporcionando muitos benefícios fisiológicos e necessidades nutricionais básicas (1). As substâncias bioquimicamente ativas encontradas no tomate, principalmente devido à sua alta capacidade antioxidante, são reconhecidas não só pela melhora geral da saúde, mas também como opção terapêutica contra diversas doenças, como diabetes, cardiopatias e toxicidades. (2-4). O fruto do tomate maduro contém uma média de 3.0-8.88% de matéria seca, que consiste em 25% de frutose, 22% de glicose, 1% de sacarose, 9% de ácido cítrico, 4% de ácido málico, 8% de elementos minerais, 8% de proteína, 7% de pectina , 6% de celulose, 4% de hemicelulose, 2% de lipídios e os 4% restantes são aminoácidos, vitaminas, compostos fenólicos e pigmentos (5, 6). A composição desses compostos varia de acordo com o genótipo, as condições de crescimento e o estágio de desenvolvimento do fruto. As plantas de tomate são altamente sensíveis a fatores ambientais, como condições de luz, temperatura e quantidade de água no substrato, que levam a alterações no metabolismo da planta, que, por sua vez, afetam a qualidade e a composição química do fruto. (7). As condições ambientais afetam tanto a fisiologia do tomate quanto a síntese de metabólitos secundários. Plantas cultivadas sob condições de estresse reagem aumentando suas propriedades antioxidantes (8).
A origem do tomate como espécie está ligada à região da América Central (9) e técnicas, como a construção de estufas para fornecer a temperatura e a luz necessárias aos tomates, muitas vezes são exigidas para fornecer as condições agroclimáticas necessárias, especialmente na zona climática temperada e durante o inverno. Sob tais condições, a luz é muitas vezes o fator limitante para o desenvolvimento do tomateiro. A iluminação suplementar durante o inverno e o início da primavera permite a produção de tomates de alta qualidade durante o período de baixa irradiação solar
(10) . O uso de lâmpadas com diferentes comprimentos de onda não só garante um rendimento suficiente do tomate, mas também altera a composição bioquímica do fruto do tomate. Nos últimos 60 anos, as lâmpadas de sódio de alta pressão (HPSLs) têm sido usadas na indústria de estufas devido à sua longa vida útil e baixos custos de aquisição
(11) . No entanto, nos últimos anos, os diodos emissores de luz (LEDs) tornaram-se cada vez mais populares como uma alternativa de economia de energia (12). O LED suplementar tem sido utilizado como fonte de luz eficiente para atender a demanda de produção de tomate. Os teores de licopeno e luteína nos tomates foram 18 e 142% maiores quando expostos à iluminação LED suplementar. No entanto, в-teor de caroteno não diferiu entre os tratamentos de luz (12). A luz LED azul e vermelha aumentou o licopeno e в-teor de caroteno (13), resultando no amadurecimento precoce do fruto do tomate (14). Os teores de açúcar solúvel do fruto do tomate maduro foram diminuídos por durações mais longas da luz vermelha distante (FR) (15). Conclusões análogas foram tiradas no estudo de Xie: a luz vermelha induz o acúmulo de licopeno, mas a luz FR reverte esse efeito (13). Há menos informações sobre os efeitos da luz azul no desenvolvimento do fruto do tomateiro, mas estudos mostram que a luz azul tem um efeito menor na quantidade de compostos bioquímicos no fruto do tomate, mas mais na estabilidade do processo. Por exemplo, Kong e outros descobriram que a luz azul é melhor usada para prolongar a vida útil dos tomates, pois a luz azul aumenta significativamente a firmeza da fruta (16), o que significa essencialmente que a luz azul retarda o processo de amadurecimento, o que leva a um aumento na quantidade de açúcares e pigmentos. A utilização de coberturas de estufas como meio de regular a composição da luz comprova um padrão semelhante. O uso de um revestimento com maior transmissão de luz vermelha e menor azul aumenta o teor de licopeno em cerca de 25%. Em combinação com um fotoperíodo aumentado de 11 para 12 h, a quantidade de licopeno aumenta em cerca de 70% (17). Nem sempre é possível em estudos distinguir com precisão o efeito de fatores nas mudanças na composição química do fruto do tomate. Especialmente, em condições de estufa, a composição da fruta pode ser aumentada por temperaturas elevadas ou níveis reduzidos de água. Além disso, esses fatores podem se correlacionar com o genótipo específico para a variedade e estágio de desenvolvimento (1, 18). A deficiência hídrica pode beneficiar a qualidade do tomateiro devido ao aumento dos teores de sólidos solúveis totais (açúcares, aminoácidos e ácidos orgânicos), que são os principais compostos acumulados no fruto. Um aumento de sólidos solúveis melhora a qualidade dos frutos porque afeta o sabor e o sabor (8).
Apesar dos efeitos relatados do espectro de luz no acúmulo de metabólitos vegetais, é necessário o conhecimento mais amplo dos diferentes efeitos do espectro para melhorar a qualidade do tomate. Nesse sentido, o objetivo deste estudo é avaliar o efeito da iluminação adicional utilizada em casa de vegetação sobre o acúmulo de metabólitos primários e secundários em diferentes variedades de tomateiro. Alterações no conteúdo espectral do sistema de iluminação podem alterar a composição de metabólitos primários e secundários em frutos de tomate. Os conhecimentos adquiridos irão melhorar a compreensão do efeito da luz na relação entre o rendimento e a sua qualidade.
MATERIAIS E MÉTODOS
Material da planta e condições de crescimento Os experimentos foram conduzidos em estufa (policarbonato de célula de 4 mm) do Instituto de Ciências do Solo e das Plantas, Universidade de Ciências e Tecnologias da Vida da Letônia 56°39'N 23°43'E durante as temporadas de 2018/2019, 2019/2020 e 2020/2021 no final do outono-início da primavera.
Cultivares de tomate (Solanum lycopersicum L.) enxertados comercialmente “Bolzano F1” (cor da fruta – laranja), “Chocomate F1” (cor da fruta – marrom-avermelhada) e cultivares de frutas vermelhas “Diamont F1”, “Encore F1” e “ Strabena F1” foram usados. Cada planta tinha duas cabeças principais e durante o crescimento, era treliçada em um sistema de arame alto. As plantas obtidas, primeiramente, foram transplantadas em recipientes plásticos pretos de 5 L com substrato de turfa “Laflora” KKS-2, pHKCI 5.2-6.0 e tamanho da fração 0-20 mm, mistura de PG (NPK 15-1020) 1.2 kg m-3, Ca 1.78% e Mg 0.21%. Quando as plantas atingiram a antese, foram transplantadas para recipientes de plástico preto de 15 L com o mesmo substrato de turfa “Laflora” KKS-2. As plantas foram fertilizadas uma vez por semana com solução a 1% de Kristalon Green (NPK 18-18-18) com Mg, S e microelementos durante a fase vegetativa do crescimento da planta e com Kristalon Red (NPK 12-12-36) com microelementos ou 1 % Ca(NÃO3)2 durante a fase reprodutiva, na proporção de 300 ml por L de substrato.
O teor de água nos recipientes de vegetação foi mantido em 50-80% da capacidade total de retenção de água. As temperaturas médias dia/noite foram 20-22°C / 17-18°C.
A temperatura máxima durante o dia (março) não ultrapassou 32°C e temperatura mínima (novembro) durante a noite não foi <12°C. A temperatura também foi medida sob as lâmpadas a uma distância de 50, 100 e 150 cm da luminária. Foi detectado que sob o HPSL a 50 cm da luminária, a temperatura era de 1.5°C mais alto do que sob os outros. Não foram detectadas diferenças de temperatura ao nível dos frutos.
Condições de Iluminação
Os tomateiros foram cultivados nas estações outono-primavera usando iluminação adicional com fotoperíodo de 16 h. Foram utilizadas três fontes de iluminação diferentes: Led cob Helle top LED 280 (LED), lâmpada de indução (IND) e HPSL Helle Magna (HPSL). Na altura do ápice, as plantas receberam 200 ± 30 ^mol m-2 s-1 sob LED e HPSL e 170 ± 30 ^mol m-2 s-1 sob as lâmpadas IND. A distribuição da radiância da luz é mostrada emFiguras 1,2. A intensidade da luz e a distribuição espectral foram detectadas pelo medidor de luz espectral portátil MSC15 (Gigahertz Optik GmbH, Turkenfeld, Alemanha, Reino Unido).
As lâmpadas utilizadas diferiram em sua distribuição espectral de luz. O mais semelhante à luz solar na parte vermelha (625-700 nm) do espectro foi HPSL. A lâmpada IND nesta parte do espectro forneceu 23.5% menos luz, mas o LED foi cerca de 2 vezes mais. A luz laranja (590-625 nm) foi emitida principalmente por HPSL, a luz verde (500-565 nm) foi emitida principalmente por IND, a luz azul (450-485 nm) foi emitida principalmente por LED, mas a luz roxa (380450 nm) foi emitido principalmente pela lâmpada IND. Ao comparar todo o espectro de luz visível, a fonte de luz LED deve ser considerada a mais próxima da luz solar e a IND deve ser considerada a mais inadequada em termos de espectro.
Extração e Determinação de Fitoquímicos
Os frutos de tomate foram colhidos no estádio de maturação completa. Os frutos foram colhidos uma vez por mês, começando em meados de novembro e terminando em março. Todos os frutos foram contados e pesados. Pelo menos 5 frutos de cada variante (para cv “Strabena” -8-10 frutos) foram amostrados para análise. Frutos de tomate foram moídos em um purê usando um liquidificador manual. Para cada parâmetro avaliado foram analisadas três repetições.
Determinação de Licopeno e в-Caroteno
Para determinar a concentração de licopeno e в-caroteno, uma amostra de 0.5 ± 0.001 g do purê de tomate foi então pesada em um tubo e 10 mL de tetrahidrofurano (THF) foi adicionado (19). Os tubos foram selados e mantidos em temperatura ambiente por 15 min, agitando ocasionalmente, e finalmente centrifugados por 10 min a 5,000 rpm. A absorbância dos sobrenadantes obtidos foi determinada espectrofotometricamente medindo a absorbância em 663, 645, 505 e 453 nm e então o licopeno e в-teor de caroteno (mg 100 mL-1) foram calculados de acordo com a seguinte equação.
CLYC = -0.0458 x Àббз + 0.204 x Àb45 + 0.372 x A505– 0.0806 x A453 (1)
Ccarro = 0.216 x A663 – 1.22 x A645 – 0.304 x A505+ 0.452 x A453 (2)
onde A663, A645, A505 e A453—absorção no comprimento de onda correspondente (20).
O licopeno e в- as concentrações de caroteno são expressas em mg gF-M1 .
Determinação de Fenóis Totais
Uma amostra de 1 ± 0.001 g do purê de tomate foi pesada em um tubo graduado e 10 ml de solvente (metanol/água destilada/ácido clorídrico 79:20:1) foram adicionados. Os tubos graduados foram selados e agitados por 60 minutos a 20°C no escuro e depois centrifugado por 10 min a 5,000 rpm. A concentração total de fenol foi determinada pelo método espectrofotométrico de Folin-Ciocalteu (21) com algumas modificações: o reagente Folin-Ciocalteu (diluído 10 vezes em água destilada) foi adicionado a 0.5 ml do extrato e após 3 min adicionar 2 ml de carbonato de sódio (Na2CO3) (75 gL-1). A amostra foi misturada e após 2 h de incubação à temperatura ambiente no escuro, a absorbância a 760 nm foi medida. A concentração de compostos fenólicos totais foi calculada usando a curva de calibração e obtida a equação 3, e expressa em ácido gálico equivalente (GAE) por 100 g de massa de tomate fresco.
0.556 x (A760 + 0.09) x 100
Phe = 0.556 × (A760 + 0.09) × 100/m (3)
onde um760-absorção no comprimento de onda correspondente e m— massa da amostra.
Determinação de Flavonóides
Uma amostra de 1 ± 0.001 g do purê de tomate foi pesada em um tubo graduado e 10 mL de etanol foram adicionados. Os tubos graduados foram selados e agitados por 60 minutos a 20oC no escuro e depois centrifugado por 10 min a 5,000 rpm. O método colorimétrico (22) foi usado para determinar flavonóides com pequenas alterações: 2 mL de água destilada e 0.15 mL de nitrito de sódio 5% (NaNO2) foram adicionados a 0.5 mL do extrato. Após 5 min, uma solução de 0.15 mL de 10% de cloreto de alumínio (AlCl3) foi adicionado. A mistura foi deixada em repouso por mais 5 min e foi adicionado 1 mL de solução de hidróxido de sódio 1 M (NaOH). A amostra foi misturada e após 15 min à temperatura ambiente, a absorbância a 415 nm foi medida. A concentração total de flavonóides foi calculada usando a curva de calibração e a Equação 4 e expressa como a quantidade de equivalentes de catequina (CEs) por 100 g de peso de tomate fresco.
Fla = 0.444 × A415 × 100/m (4)
onde um415-absorção no comprimento de onda correspondente e m— massa da amostra.
Determinação de Matéria Seca e Sólidos Solúveis A matéria seca foi determinada secando as amostras no termostato a 60oC.
O teor de sólidos solúveis totais (expresso como ◦Brix) foi medido com um refratômetro (A.KRUSS Optronic Digital Handheld Refratometer Dr301-95) calibrado em 20oC com água destilada.
Determinação da acidez titulável (TA)
Uma amostra de 2 ± 0.01 g do purê de tomate foi pesada em um tubo graduado e foi adicionada água destilada até 20 mL. Os tubos graduados foram lacrados e agitados por 60 minutos em temperatura ambiente e depois centrifugados por 10 minutos a 5,000 rpm. Alíquotas de 5 mL foram tituladas com NaOH 0.1 M na presença de fenolftaleína.
TA = VNaOH × Vt/Vs × m (5)
onde VNaoH-volume de NaOH 0.1 M usado, Vt - volume total (20 mL) e Vs - volume amostrado (5 mL).
Os resultados são expressos em mg de ácido cítrico por 100 g de peso de tomate fresco. 1 mL de NaOH 0.1 M corresponde a 6.4 mg de ácido cítrico.
Determinação do Índice de Sabor (TI)
Um TI foi calculado usando a equação 6 (23).
TI = ◦Brix/(20 × TA)+TA (6)
Análise estatística
A normalidade e homogeneidade da estatística descritiva foram testadas para 354 observações. O teste de Shapiro-Wilk foi utilizado para a avaliação da normalidade dentro de cada combinação de variedade e tratamento de iluminação. Para estimar a homogeneidade das variâncias, foi realizado o teste de Levene. O teste de Kruskal-Wallis foi usado para examinar as diferenças entre as condições de iluminação. Quando foram identificadas diferenças estatisticamente significativas, utilizou-se o teste post-hoc de Wilcoxon com correções de Bonferroni para as comparações pareadas. O nível de significância utilizado no texto, tabelas e gráficos é a = 5%, salvo indicação em contrário.
PREÇO/ RESULTADOS
O tamanho do fruto do tomateiro e os parâmetros bioquímicos do fruto são parâmetros determinados geneticamente, mas as condições de cultivo têm um impacto significativo sobre essas características. Os frutos maiores são colhidos de “Diamont” (88.3 ± 22.9 g) e os frutos menores são colhidos de “Strabena” (13.0 ± 3.8 g), que são uma variedade de tomate cereja. O tamanho do fruto dentro da variedade também variou a partir da época da colheita. Os frutos maiores foram colhidos no início da produção e o tamanho dos tomates foi diminuindo à medida que as plantas cresciam. No entanto, deve-se notar que com o aumento da proporção de luz natural no final de março, o tamanho dos tomates aumentou ligeiramente.
Em todos os três anos, o maior rendimento de tomate foi colhido usando HPSL como iluminação adicional. A redução de rendimento sob LED's foi de 16.0%, e sob IND – 17.7% em comparação com HPSL. Diferentes variedades de tomates reagiram de forma diferente à iluminação suplementar. Aumentos de rendimento, embora estatisticamente insignificantes, foram observados para os cv “Strabena”, “Chocomate” e “Diamont” sob LEDs. Para a cv “Bolzano” nem LED nem iluminação adicional IND foi adequada, a redução do rendimento total em 25-31% foi observada.
Em média, os frutos maiores de tomate contêm menos matéria seca e sólidos solúveis, não são tão saborosos e contêm menos carotenóides e fenóis. O fator menos afetado pelo tamanho do fruto é o teor de ácido. Uma alta correlação é observada entre o teor de matéria seca e sólidos solúveis e o TI (rn=195 > 0.9). O coeficiente de correlação entre o teor de matéria seca ou sólidos solúveis e o carotenóide (licopeno e caroteno) e o teor de fenol varia entre 0.7 e 0.8 (Figura 3).
Os experimentos mostraram que, embora as diferenças nos parâmetros estudados entre as luzes utilizadas sejam às vezes grandes, existem poucos parâmetros que mudariam significativamente sob a influência da fonte de luz usada durante toda a estação de cultivo e levando em consideração a variedade e três estações de crescimento (tabela 1). Pode-se afirmar que o tomate de todas as variedades cultivadas sob HPSL tem mais matéria seca (tabela 1eFigura 5).
Peso fresco, matéria seca e sólidos solúveis
O peso e o tamanho do fruto dependem significativamente das condições de crescimento da planta. Embora houvesse diferenças entre as variedades, o fruto médio dos tomates cultivados sob lâmpadas de indução foi 12% menor do que sob HPSL ou LED. Diferentes variedades parecem reagir de forma diferente à luz LED suplementar. Frutos maiores são formados sob os LEDs por “Chocomate” e “Diamont”, mas o peso fresco do “Bolzano” é em média apenas 72% do peso do tomate sob HPSL. Frutos de “Encore” e “Strabena” cultivados sob iluminação suplementar LED e IND são semelhantes em peso e são 10 e 7% menores, respectivamente, do que os tomates cultivados sob HPSL (Figura 4).
O teor de matéria seca é um dos indicadores da qualidade dos frutos. Correlaciona-se com o teor de sólidos solúveis e influencia o sabor dos tomates. Em nossos experimentos, o teor de matéria seca do tomate variou entre 46 e 113 mg g-1. O maior teor de matéria seca (em média 95 mg g-1) foi encontrado para a variedade de cereja “Strabena”. Entre outras cultivares de tomate, o maior teor de matéria seca (em média 66 mg g-1) foi encontrado em “Chocomate” (Figura 5).
Durante o experimento, o teor de ácido orgânico, expresso em ácido cítrico (AC) equivalente em tomates, foi em média de 365 a 640 mg 100 g-1 . O maior teor de ácidos orgânicos foi encontrado no tomate cereja cv “Strabena”, uma média de 596 ± 201 mg CA 100 g-1, mas o menor teor de ácidos orgânicos foi encontrado no fruto amarelo cv “Bolzano”, uma média de 545 ± 145 mg CA 100 g-1. O teor de ácidos orgânicos variou muito não apenas entre as variedades, mas também entre as épocas de amostragem; no entanto, em média, maior teor de ácido orgânico foi encontrado em tomates cultivados sob lâmpadas IND (superando HPSL e LED em 10.2%).
Em média, o maior teor de matéria seca foi encontrado em frutos cultivados sob HPSL. Sob a lâmpada IND, o teor de matéria seca do fruto do tomate diminui em 4.7-16.1%, abaixo do LED de 9.9-18.2%. As variedades usadas nos experimentos são sensíveis à luz de forma diferente. A menor diminuição da matéria seca sob diferentes condições de luz foi observada para a cv “Strabena” (5.8% para IND e 11.1% para LED, respectivamente) e a maior diminuição da matéria seca sob diferentes condições de luz foi observada para a cv “Diamont” (16.1% e 18.2 XNUMX% respectivamente).
Em média, o teor de sólidos solúveis variou entre 3.8 e 10.2 ◦Brix. Da mesma forma, para a matéria seca, o maior teor de sólidos solúveis foi detectado no tomate cereja cultivar “Strabena” (em média 8.1 ± 1.0 ◦Brix). O tomate cv “Diamont” foi o menos doce (em média 4.9 ± 0.4 ◦Brix).
A iluminação suplementar afetou significativamente o teor de sólidos solúveis das cultivares de tomate “Bolzano”, “Diamont” e “Encore”. Sob luz LED, o teor de sólidos solúveis nessas variedades diminuiu significativamente em comparação com HPSL. O efeito da lâmpada IND foi menor. Nestas condições de iluminação, os tomates cultivados das cv “Bolzano” e “Strabena” apresentaram em média 4.7 e 4.3% mais açúcar do que sob HPSL cultivados. Infelizmente, esse aumento não é estatisticamente significativo (Figura 6).
Tomate TI varia de 0.97 a 1.38. O mais saboroso foi o tomate da cv “Strabena”, em média o TI foi de 1.32 ± 0.1 e o menos saboroso foi o tomate da cv “Diamont”, em média o TI foi de apenas 1.01 ± 0.06. Alto TI tem a cultivar de tomate “Bolzano”, em média TI (1.12 ± 0.06), seguida de “Chocomate”, em média TI (1.08 ± 0.06).
Em média, o TI não é significativamente afetado pela fonte de iluminação, exceto para a cv “Strabena”, onde os frutos sob lâmpada IND
TABELA 1 | P-valores (teste de Kruskal-Wallis) dos efeitos de diferentes iluminações suplementares na qualidade dos frutos de tomate (n =
Parâmetro |
“Bolzano” |
“Chocomatos” |
"Ainda" |
“Diamante” |
“Estrabena |
Peso da fruta |
0.013 * |
0.008 ** |
0.110 |
0.400 |
0.560 |
Matéria seca |
0.022 * |
0.013 * |
0.011 * |
0.001 ** |
0.015 * |
Sólidos solúveis |
0.027 * |
0.030 |
0.030 * |
0.001 ** |
0.270 |
Acidez |
0.078 |
0.022 |
0.160 |
0.001 ** |
0.230 |
Índice de gosto |
0.370 |
0.140 |
0.600 |
0.001 ** |
0.023 * |
O licopeno |
0.052 |
0.290 |
0.860 |
0.160 |
0.920 |
β-caroteno |
<0.001 *** |
0.007 ** |
0.940 |
0.110 |
0.700 |
Fenóis |
0.097 |
0.750 |
0.450 |
0.800 |
0.420 |
Flavonóides |
0.430 |
0.035 * |
0.720 |
0.440 |
0.170 |
Níveis de significância “* **”0.001,“**” 0.01, e “*"0.05. |
|
ter o aumento de TI em comparação com HPSL em 7.4% (LED em 4.2%) em comparação com HPSL e cv “Diamont” sob ambas as condições de iluminação mencionadas anteriormente, foi detectada uma diminuição de 5.3 e 8.4%, respectivamente.
Conteúdo de carotenóides
A concentração de licopeno nos tomates variou de 0.07 (cv “Bolzano”) a 7 mg 100 g-1 FM (“Estrabena”). Teor de licopeno ligeiramente superior em comparação com “Diamont” (4.40 ± 1.35 mg 100 g-1 FM) e “Encore” (4.23 ± 1.33 mg 100 g-1 FM) foi encontrado em frutos de coloração vermelho acastanhado de “Chocomate” (4.74 ± 1.48 mg 100 g-1 FM).
Em média, os frutos de plantas cultivadas sob lâmpadas IND contêm 17.9% mais licopeno em comparação com HPSL. A iluminação LED também promoveu a síntese de licopeno, mas em menor grau, em média 6.5%. O efeito das fontes de luz variou dependendo da cultivar. As maiores diferenças na biossíntese de licopeno foram observadas para “Chocomate”. O aumento do teor de licopeno sob IND em comparação com HPSL foi de 27.2% e abaixo de LED em 13.5%. “Estrabena” foi o menos sensível, com variações de 3.2 e -1.6%, respectivamente, em relação ao HPSL (Figura 7). Apesar dos resultados relativamente convincentes, o processamento matemático dos dados não confirma sua confiabilidade (tabela 1).
Durante o experimento, в-teor de caroteno em tomates em média de 4.69 a 9.0 mg 100 g-1 FM. O mais alto в-teor de caroteno foi encontrado no tomate cereja cv “Strabena”, uma média de 8.88 ± 1.58 mg 100 g-1 FM, mas o mais baixo в-teor de caroteno foi encontrado no fruto amarelo cv “Bolzano”, uma média de 5.45 ± 1.45 mg 100 g-1 FM.
As diferenças significativas no teor de caroteno foram encontradas entre as variedades cultivadas sob diferentes iluminação suplementar. Cv “Bolzano” cultivado sob LED mostra uma diminuição significativa no teor de caroteno (em 18.5% em comparação com HPSL), enquanto “Chocomate” tem o menor teor de caroteno logo abaixo de HPSL em frutos de tomate (5.32 ± 1.08 mg 100 g FM-1) e aumentou 34.3% nas lâmpadas LED e 46.4% nas lâmpadas IND (Figura 8).
Conteúdo total de fenólicos e flavonóides
O teor de fenóis dos frutos de tomate varia em média de 27.64 a 56.26 mg GAE 100 g-1 FM (tabela 2). O maior teor de fenol é observado para a variedade “Strabena” e o menor teor de fenol é observado para a variedade “Diamont”. O teor de fenóis dos tomates varia de acordo com a época de maturação do fruto, por isso há grandes flutuações entre as diferentes épocas de amostragem. Isso leva ao fato de que as diferenças entre os tomates cultivados sob diferentes lâmpadas não são significativas.
Embora diferenças significativas entre as variantes de luz suplementar apareçam apenas no caso da cv “Chocomate”, o teor médio de flavonóides das frutas cultivadas sob a lâmpada é de 33.3%, mas abaixo do LED é 13.3% maior. Sob lâmpadas IND, grandes diferenças entre variedades são observadas, mas abaixo de LED a variabilidade está na faixa de 10.3-15.6%.
Experimentos mostraram que diferentes variedades de tomate reagem de maneira diferente à iluminação suplementar utilizada.
Não é recomendado cultivar cv “Bolzano” sob lâmpada LED ou IND, pois nesta iluminação os parâmetros são semelhantes aos obtidos sob HPSL ou significativamente inferiores. Sob lâmpadas LED, o peso de uma fruta, matéria seca, teor de sólidos solúveis e caroteno são significativamente reduzidos ( Figura 9 ).
TABELA 2 | Teor de fenólicos totais [mg equivalente de ácido gálico (GAE) 100 g-1 FM] e flavonóides [mg ácido cítrico (CA) 100 g-1 FM] nos frutos de tomate cultivados sob diferentes iluminações suplementares.
Parâmetro |
“Bolzano” |
“Chocomatos” |
"Ainda" |
“Diamante” |
“Estrabena” |
Fenóis |
|||||
HPSL |
36.33 ± 5.34 |
31.23 ± 5.67 |
27.64 ± 7.12 |
30.26 ± 5.71 |
48.70 ± 11.24 |
IND |
33.21 ± 4.05 |
34.77 ± 6.39 |
31.00 ± 6.02 |
30.63 ± 5.11 |
56.26 ± 13.59 |
CONDUZIU |
36.16 ± 6.41 |
31.70 ± 6.80 |
30.44 ± 3.01 |
30.98 ± 6.52 |
52.57 ± 10.41 |
Flavonóides |
|||||
HPSL |
4.50 ± 1.32 |
3.78 ± 0.65a |
2.65 ± 1.04 |
2.57 ± 1.15 |
5.17 ± 2.33 |
IND |
4.57 ± 0.75 |
5.24 ± 0.79b |
4.96 ± 1.46 |
2.84 ± 0.67 |
6.65 ± 1.64 |
CONDUZIU |
4.96 ± 1.08 |
4.37 ± 1.18ab |
3.02 ± 1.04 |
2.88 ± 1.08 |
5.91 ± 1.20 |
Meios significativamente diferentes são rotulados com letras diferentes. |
Ao contrário de “Bolzano”, “Chocomate” sob iluminação LED aumenta o peso de uma fruta e a quantidade de caroteno aumenta. Outros parâmetros excluídos matéria seca e teor de sólidos solúveis também são maiores do que em frutos obtidos sob HPSL. No caso desta variedade, a lâmpada de indução também apresenta bons resultados (Figura 9).
Para o cv “Diamont”, os indicadores que determinam as propriedades de sabor são significativamente reduzidos sob luz LED, mas o conteúdo de pigmentos e flavonóides é aumentado (Figura 9).
As cultivares “Encore” e “Strabena” são as que menos respondem ao tratamento de luz suplementar. Para o “Encore”, o único parâmetro significativamente afetado pelo espectro de luz do LED é o teor de sólidos solúveis. “Strabena” também é relativamente tolerante às mudanças na composição espectral da luz. Isso pode ser devido às características genéticas da variedade, pois esta foi a única variedade de tomate cereja incluída no experimento. Caracterizou-se por valores significativamente maiores de todos os parâmetros estudados. Portanto, não foi possível detectar alterações nos parâmetros estudados sob a influência da luz (Figura 9).
DISCUSSÃO
O peso médio do fruto do tomate está correlacionado com o peso pretendido da variedade; porém, não é alcançado. Isso pode ser devido ao método de cultivo e não à qualidade da iluminação, pois menos água pode ser usada em um substrato de turfa, o que pode reduzir o peso da fruta, mas aumentar a concentração das substâncias ativas e melhorar a saturação do sabor (24). A menor oscilação do peso médio do fruto do “Encore F1” em função da fonte luminosa pode indicar uma tolerância desta variedade à qualidade da iluminação. Isso corresponde à revisão do assunto (25). O rendimento e a qualidade do tomate são afetados não apenas pela intensidade da luz suplementar utilizada, mas também pela sua qualidade. Os resultados mostram que menor rendimento se formou sob lâmpadas IND. No entanto, pode ser possível que resultados menores tenham sido mostrados devido à menor intensidade das lâmpadas de indução, apesar de a principal característica das lâmpadas de indução ser a banda de ondas verdes mais ampla. Os dados mostram que o aumento da quantidade de luz vermelha contribui para o aumento do peso fresco dos tomates, mas não afeta o aumento do teor de matéria seca. Parece que a luz vermelha estimulou o aumento do teor de água nos tomates. Em contraste, o aumento da luz azul reduz o teor de matéria seca de todas as variedades de tomate. A menos sensível é a cultivar de tomates amarelos “Balzano”. Várias pesquisas mostraram que a fotossíntese sob uma combinação de luz vermelha e azul tende a ser maior do que sob iluminação HPS, mas a produção de frutos é igual (12). Olle e Virsile (26) descobriram que LEDs vermelhos aumentam o rendimento de tomates e isso reforça os resultados de nossa pesquisa que afirma que geralmente com maior adição de ondas vermelhas aumenta o rendimento. Em opinião semelhante, Zhang et al. (14) define que mesmo a adição de luz FR em combinação com LEDs vermelhos e HPSL aumenta o número total de frutas. A luz LED azul e vermelha suplementar resultou no amadurecimento precoce do fruto do tomate. Isso pode indicar o motivo da maior massa de frutos sob LEDs para as cultivares “Chocomate F1” e “Diamont F1”, uma vez que o amadurecimento precoce levou a uma fixação mais precoce de novos frutos. Em termos de rendimento, nossos dados mostram que não é o aumento da luz vermelha que é mais importante para aumentar os rendimentos, mas o aumento da proporção de luz vermelha sobre a luz azul.
Uma vez que uma das características mais queridas do tomate pelo cliente é a doçura, é importante entender as possíveis formas de potencializar essa característica. No entanto, geralmente é alterado por vários fatores ambientais (27). Há evidências de que a composição qualitativa da luz também afeta o conteúdo bioquímico do fruto do tomateiro. Os teores de açúcar solúvel do tomate maduro foram reduzidos por durações de luz FR mais longas (15). Kong et ai. (16) os resultados mostraram que o tratamento com luz azul levou significativamente a mais sólidos solúveis totais. O teor de açúcar nas plantas é aumentado pela luz verde, azul e vermelha (28). Nossos experimentos não confirmam isso, porque o aumento da luz azul e vermelha separadamente reduziu o teor de sólidos solúveis na maioria dos casos. Nossos resultados mostraram que o maior nível de açúcares solúveis foi encontrado sob HPSL, que traz a maior proporção de luz vermelha do que outras lâmpadas e também eleva a temperatura próxima às lâmpadas. Isso corresponde a pesquisas anteriores onde os estudos de Erdberga et al. (29) mostraram que o teor de açúcares solúveis, ácidos orgânicos aumenta com o aumento das doses de ondas vermelhas. Resultados semelhantes foram obtidos em outros estudos. Maior peso médio de frutos de tomate foi obtido em plantas com iluminação suplementar com lâmpadas HPS em comparação com plantas com lâmpadas LED (8.7-12.2% dependendo da cultivar) (30).
No entanto, estudos de Dzakovich et al. (31) provaram que a qualidade da luz suplementar (HPSL via LEDs) não afetou significativamente as propriedades físico-químicas (sólidos solúveis totais, acidez titulável, teor de ácido ascórbico, pH, fenólicos totais e flavonóides e carotenóides proeminentes) ou sensoriais de tomates cultivados em estufa. Isso mostra que a quantidade de açúcares solúveis nas frutas pode ser afetada não apenas por fatores individuais, mas também por suas combinações. Também em nossos experimentos não foi possível encontrar regularidades entre as influências da luz sobre o teor de ácido. Em particular, pesquisas futuras devem focar não apenas na relação entre espécies e luz, mas também na relação entre cultivar e luz. O teor de matéria seca foi maior em “Chocomate F1” e “Strabena F1”. Isso corresponde a Kurina et al. (6), onde, em média, os acessos marrom-avermelhados acumularam mais matéria seca (6.46%). Estudos de Duma et al. (32) mostraram que ao comparar a massa dos frutos e o TI, observa-se que o maior TI é para tomates menores ou maiores. Experimentos de Rodica et al. (23) mostraram que os tomates cereja e vermelho acastanhado contêm mais sólidos solúveis. Neste estudo, destaca-se que a quantidade dos compostos orgânicos que determinam o sabor do fruto depende do rendimento da cultivar.
A exposição à iluminação LED vermelha e azul suplementar aumenta o licopeno e в-teor de caroteno (13, 29, 33, 34). Dannehl et ai. (12) estudos mostraram que os teores de licopeno e luteína em tomates foram 18 e 142% maiores quando expostos à luminária LED. No entanto, вO teor de -caroteno não foi diferente entre os tratamentos de luz. Ntagkas et ai. (35) mostrou que a zeaxantina, produto da вconversão de -caroteno, aumenta em frutos de tomate sob luz azul e branca. Neste estudo, essas afirmações são parcialmente verdadeiras apenas no caso de “Bolzano F1”, onde uma quantidade significativamente maior de licopeno foi encontrada sob tratamento com LED, mas в-caroteno respondeu negativamente a este tratamento. Isso pode ser devido a características genéticas, uma vez que “Bolzano F1” é apenas a cultivar de frutos alaranjados neste estudo. Em outros estudos, com cultivares de frutos vermelhos e marrons, maior quantidade de licopeno e в-caroteno foram encontrados sob lâmpadas de indução que não confirmam as tendências dos anos anteriores (29). Nossos experimentos mostraram que o teor de licopeno de todas as cultivares de tomate de frutas vermelhas aumentou com o aumento da luz azul. Em contrapartida, as alterações no teor de caroteno em diferentes cultivares não estabelecem regularidades comuns a todas as cultivares de tomate utilizadas nos experimentos. Essa discrepância aponta para a necessidade de testes adicionais do sujeito no futuro. Mesmo padrão de resposta à luz devido às características da cultivar foi observado com a quantidade de fenóis e flavonóides. Todas as cultivares de frutos vermelhos e marrons apresentaram melhores resultados sob lâmpadas IND, enquanto “Bolzano F1” respondeu com maiores resultados para lâmpadas HPSL e LED sem diferença significativa. Este estudo corresponde às descobertas de Kong: o tratamento com luz azul levou significativamente a uma maior concentração de compostos fenólicos individuais (ácido clorogênico, ácido cafeico e rutina) (16). A luz vermelha contínua aumentou significativamente o licopeno, в-caroteno, conteúdo fenólico total, concentração total de flavonóides e atividade antioxidante em tomates (36). Em nossos estudos anteriores, os flavonóides mudaram flutuando; portanto, nenhum efeito do comprimento de onda da luz deve ser notado como significativo.
A quantidade de fenóis aumentou com a proporção crescente de luz azul fornecida pelas lâmpadas LED (29), isso também corresponde à nossa pesquisa. É mencionado em trabalhos de outros pesquisadores que a exposição à luz UV ou LED não teve efeito sobre os compostos fenólicos totais, apesar de ambos os tratamentos com luz serem conhecidos por modular a expressão de uma série de genes envolvidos na biossíntese de compostos fenólicos e carotenóides (36). Deve-se mencionar que, assim como o peso do fruto, não há diferenças significativas nos compostos químicos no “Encore F1” devido ao tratamento com luz. Isso permite declarar que a cultivar “Encore F1” pode ser tolerante à composição da luz. Nossos experimentos confirmam os dados da literatura de que a síntese de metabólitos secundários é aprimorada tanto pela quantidade quantitativa de luz azul quanto pelo aumento da proporção de luz azul no sistema de iluminação geral.
Os resultados obtidos mostram que os componentes químicos, incluindo os açúcares solúveis em ácido e sua proporção, que são responsáveis pelo sabor característico da variedade, dependem principalmente da genética da variedade. O bom sabor do tomate é caracterizado não apenas pela combinação de pigmentos específicos da espécie e substâncias biologicamente ativas, mas também pela sua quantidade. Em particular, a proporção e a quantidade de ácidos e açúcares caracterizam o sabor saturado e de alta qualidade. Neste estudo, a correlação positiva entre açúcares solúveis e ácidos tituláveis é de ~0.4, o que está correlacionado com a pesquisa de Hernandez Suarez, onde a correlação positiva entre os dois indicadores foi de 0.39 (37). Em estudos de Dzakovich et al. (31), tomates foram perfilados para sólidos solúveis totais, acidez titulável, teor de ácido ascórbico, pH, fenólicos totais e flavonóides e carotenóides proeminentes. Seus estudos indicaram que a qualidade dos frutos de tomate de estufa foi afetada apenas marginalmente por tratamentos de luz suplementares. Além disso, os dados do painel sensorial do consumidor indicaram que os tomates cultivados sob diferentes tratamentos de iluminação foram comparáveis entre os tratamentos de iluminação testados. Estudo sugeriu que o ambiente dinâmico de luz inerente aos sistemas de produção em estufa pode anular os efeitos dos comprimentos de onda da luz utilizados em seus estudos sobre aspectos específicos do metabolismo secundário de frutas (31). Isso está em parte de acordo com este estudo, pois os números obtidos não mostram tendências claras e inequívocas, o que nos permite dizer que uma das luzes é mais útil para os tomates do que as outras. No entanto, certas lâmpadas podem ser usadas para certas variedades, por exemplo, lâmpadas HPSL seriam mais adequadas para “Bolzano F1” e iluminação LED é recomendada para “Chocomate F1”. Isso corresponde ao estudo onde se estudou o efeito de diferentes latitudes geográficas nas propriedades químicas dos tomates. Bhandari etal. (38) esclareceu que, embora a combinação da posição do sol em direção ao céu e, consequentemente, a combinação das ondas de luz visíveis, desempenha um papel importante na alteração da composição química do tomate; existem variedades que são imunes a esses processos. Todas estas conclusões permitem sublinhar que a composição química do tomateiro é principalmente dependente do genótipo, uma vez que as relações das cultivares com os fatores de crescimento, particularmente com a iluminação, são geneticamente predispostas.
CONCLUSÃO
Diferentes variedades de tomate reagem de forma diferente à iluminação suplementar utilizada. As cultivares “Encore” e “Strabena” são as que menos respondem à luz suplementar. Para o “Encore”, o único parâmetro significativamente afetado pelo espectro de luz do LED é o teor de sólidos solúveis. “Strabena” também é relativamente tolerante às mudanças na composição espectral da luz. Isso pode ser devido às características genéticas da variedade, pois esta foi a única variedade de tomate cereja incluída no experimento. Não é recomendado cultivar frutas de cor laranja cv “Bolzano” sob lâmpada LED ou IND porque nesta iluminação os parâmetros estão no nível de HPSL ou significativamente piores. Sob lâmpadas LED, o peso de uma fruta, matéria seca, teor de sólidos solúveis e в-caroteno são significativamente reduzidos. O peso de um fruto e a quantidade de в-caroteno da fruta de cor vermelho-acastanhada cv “Chocomate” sob iluminação LED aumenta significativamente. Outros parâmetros excluídos matéria seca e teor de sólidos solúveis também são maiores do que em frutos obtidos sob HPSL.
Experimentos mostraram que HPSL estimula o acúmulo de metabólitos primários em frutos de tomate. Em todos os casos, o teor de sólidos solúveis foi 4.7-18.2% maior em comparação com outras fontes de iluminação.
Como as lâmpadas LED e IND emitem cerca de 20% de luz azul-violeta, os resultados sugerem que esta parte do espectro estimula o acúmulo de compostos fenólicos na fruta em 1.6-47.4% em comparação com HPSL. O conteúdo de carotenóides como metabólitos secundários depende tanto da variedade quanto da fonte de luz. As variedades de frutas vermelhas tendem a sintetizar mais в-caroteno sob LED suplementar e luz IND.
A parte azul do espectro desempenha um papel maior na garantia da qualidade da colheita. Um aumento ou quantificação de sua proporção no espectro total promove a síntese de metabólitos secundários (licopeno, fenóis e flavonóides), levando à diminuição do teor de matéria seca e sólidos solúveis.
Dado o grande efeito da variabilidade genotípica nos tomates e nas relações de luz, estudos adicionais devem continuar focando nas combinações de cultivares e diferentes espectros de luz suplementares para aumentar o conteúdo de compostos biologicamente ativos.
DECLARAÇÃO DE DISPONIBILIDADE DE DADOS
Os dados brutos que fundamentam as conclusões deste artigo serão disponibilizados pelos autores, sem reservas indevidas.
CONTRIBUIÇÕES DO AUTOR
IE foi responsável pelo cultivo e amostragem de tomates, trabalho de laboratório, quantificação de compostos e também contribuiu para a redação do manuscrito. IA trouxe a ideia, contribuiu para a concepção e desenho do estudo, foi responsável pela amostragem de tomates, trabalho de laboratório, quantificação de compostos e também contribuiu para a redação do manuscrito. MD contribuiu para a concepção e desenho do estudo, otimização dos métodos analíticos, analisou as amostras em laboratório e fez recomendações e sugestões. RA contribuiu com a análise estatística, interpretação dos dados e fez recomendações e sugestões sobre o manuscrito. LD contribuiu para a concepção e desenho do estudo, foi responsável pela amostragem de tomates, trabalho de laboratório, quantificação de compostos e fez recomendações e sugestões sobre o manuscrito. Todos os autores contribuíram para o artigo e aprovaram a versão submetida do manuscrito.
FINANCIAMENTO
Este estudo foi financiado pelo Programa de Desenvolvimento Rural da Letónia 2014-2020 Cooperação, chamada 16.1 projeto Nr. 19-00-A01612-000010 Investigação de soluções inovadoras e desenvolvimento de novos métodos para aumentar a eficiência e qualidade no setor letão de estufas (IRIS).
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Conflito de interesses: Os autores declaram que a pesquisa foi realizada na ausência de qualquer relação comercial ou financeira que pudesse ser interpretada como um potencial conflito de interesses.
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