L. León 1, L. Rallo 1, M. Uceda 2, A. Jiménez 2, D. Pérez 2, A. Garrido 3, D. Barranco 1 *.

Transcripción

1 CAO PUESTA A PUNTO DE LA TÉCNICA DE ESPECTROSCOPIA EN EL INFRARROJO CERCANO (NIRS) PARA EL CONTROL DE CALIDAD DE ACEITUNA Y ACEITE PARA SU USO EN MEJORA VARIETAL L. León 1, L. Rallo 1, M. Uceda 2, A. Jiménez 2, D. Pérez 2, A. Garrido 3, D. Barranco 1 *. 1 Departamento de Agronomía. E.T.S.I.A.M. Universidad de Córdoba. Avda. Menéndez Pidal s/n Córdoba. 2 C.I.F.A. Venta del Llano. Mengíbar (Jaén). 3 Departamento de Producción Animal. E.T.S.I.A.M. Universidad de Córdoba. Avda. Menéndez Pidal s/n Córdoba. *Coordinador del Proyecto. Tlf: / Fax: / dbarranco@uco.es RESUMEN En este proyecto se estudia la utilidad de la espectroscopia en el infrarrojo cercano (NIRS) para el análisis de los componentes del rendimiento graso y composición acídica en aceituna intacta. La tecnología NIRS permite el análisis simultáneo de varias características de forma rápida y económica. Por tanto puede ser una herramienta de gran utilidad, en particular en programas de mejora de olivo en los que se debe evaluar un alto número de plantas para aumentar la posibilidad de obtener genotipos interesantes. Se obtuvieron los espectros en la región de nm de 434 muestras de aceituna y se desarrollaron modelos de calibración a partir de los datos espectroscópicos y los valores obtenidos por métodos de referencia. Las muestras utilizadas procedían de genotipos obtenidos a partir de cruzamientos entre las variedades Arbequina, Frantoio y Picual y fueron recogidas en dos años consecutivos. Los resultados obtenidos indican que la tecnología NIRS puede ser de utilidad para preseleccionar genotipos por su contenido de aceite y ácido oleico con suficiente precisión y fiabilidad, reduciendo el coste y tiempo necesario para evaluar un gran número de genotipos. Palabras clave: ácidos grasos, mejora genética, Olea europaea, rendimiento graso. SUMMARY The usefulness of near infrared spectroscopy (NIRS) for the analysis of oil content and fatty acid composition of intact olive fruit has been studied in this project. NIRS allows a fast, cheap and simultaneous analysis of many traits. Therefore, it could be an useful tool particularly in olive breeding programs where many plants must be tested to increase the chance of getting desirable genotypes. A total of 434 samples were scanned from nm and calibration models relating laboratory reference values 105

2 to spectral data were developed. Samples were collected in genotypes from crosses between Arbequina, Frantoio y Picual olive cultivars over two consecutive years. The results obtained indicate that a reliable and accurate preselection can be made by using NIRS for both oil content and oleic acid content, shortening the time and cost necessary to evaluate a large number of genotypes. Keywords: breeding, fatty acids, oil content, Olea europaea. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS En España se inició en 1992 un programa para la obtención de nuevas variedades de olivo para producción de aceite basado en los métodos clásicos de mejora por cruzamiento y selección en las descendencias (Proyectos CAO C12-11, CAO C7-2). Este programa tiene como objetivo la obtención de variedades de precoz entrada en producción, alto rendimiento graso, alto contenido en ácido oleico, resistencia al repilo (Spilocaea oleagina) y buena aptitud a la recolección mecánica (Rallo, 1995). En programas de este tipo se deben evaluar un elevado número de individuos para incrementar la posibilidad de obtener nuevos genotipos interesantes. Debido a la complejidad de las técnicas analíticas convencionales, se requieren nuevos procedimientos analíticos para la determinación cuantitativa y cualitativa de los principales componentes químicos de las aceitunas. En este sentido, la tecnología NIRS, basada en la absorción en el infrarrojo cercano, ofrece la posibilidad de disponer de un análisis rápido con bajo coste por muestra así como otras características de gran importancia tales como su fácil manejo y el ser una técnica no contaminante (Garrido, 1997). La potencialidad del análisis NIRS hacen del mismo un posible instrumento de gran utilidad en programas de mejora genética, siendo ésta una de las aplicaciones que ha tenido la tecnología NIRS en agricultura (Batten, 1998). En los últimos años, el uso de la tecnología NIRS como herramienta en programas de mejora se ha extendido a casi todos los sectores de la agricultura, tanto en programas de mejora como por su utilidad para determinar características relacionadas con la calidad comercial. El análisis cuantitativo NIRS se basa fundamentalmente en la obtención de los espectros de absorción de un grupo de muestras para posteriormente obtener un modelo quimiométrico que relaciona la información espectral con las características químicas conocidas de las mismas. La selección del grupo de muestras de calibración y la calidad de los datos de referencia son dos los aspectos más críticos para la obtención de modelos quimiométricos NIRS de alta precisión. Hay que considerar el número de muestras y el rango y distribución de los parámetros de interés, así como su representatividad sobre la población futura a la que aplicar la tecnología. Resultados obtenidos en otras especies frutales (Guthrie et al., 1998; Peiris et al., 1998) indican que las calibraciones desarrolladas a partir de muestras recogidas en un solo ambiente (localización, época o año) son menos precisas para predecir los resultados obtenidos en otros ambientes. En este sentido, las calibraciones obtenidas con la información combinada de varios ambientes pueden representar una marcada mejoría en el 106

3 comportamiento de las predicciones, requisito indispensable en el caso de un programa de mejora en que se deben evaluar genotipos a lo largo de varios años. Por todo ello los objetivos de este proyecto eran (a) poner a punto de la tecnología NIRS para el control de calidad de aceitunas y aceite para su uso en mejora varietal, (b) obtener ecuaciones de calibración NIRS para el análisis de los componentes del rendimiento graso y composición acídica en aceitunas y (c) comprobar la robustez de los modelos obtenidos en diferentes poblaciones muestrales. MATERIAL Y MÉTODOS En este proyecto se han utilizado muestras de aceitunas recogidas en plantas de semilla procedentes de cruzamientos entre las variedades Arbequina, Frantoio y Picual, procedentes del programa de mejora genética de olivo en curso. En dichas muestras se analizaron por los métodos de referencia (Garcés y Mancha, 1993; del Río y Romero, 1999) las diferentes características agronómicas de interés, en particular humedad, rendimiento graso y composición en ácidos grasos. Asimismo se obtuvieron sus espectros en la región de 400 a 1700 nm usando un espectrofotómetro de matrices de diodos de canal paralelo (DA-7000 Diode Array VIS/NIR Spectrophotometer, Perten Instruments). Este equipo proporciona por tanto medidas simultáneas en el infrarrojo cercano (NIR) y en el visible (VIS) con una resolución espectral de 5 nm, por lo que en total registra 261 valores de reflectancia. Con los datos de referencia y los datos espectroscópicos recogidos se creó una base de datos a partir de la cual se procedió al desarrollo y validación de ecuaciones de calibración NIRS par las diferentes características de interés. Para la obtención de ecuaciones de calibración se han tenido en cuenta diferentes aspectos metodológicos, entre ellos: Comparación de diferentes programas para el análisis espectral, quimiométrico y estadístico de los datos (NIRCAL, UNSCRAMBLER, WINISI). Comparación de diferentes métodos de pretratamiento del dato espectral previo a la calibración, diferentes regiones espectrales y diferentes métodos de regresión. Comparación de diferentes estadísticos para la evaluación de la precisión de las ecuaciones obtenidas. Finalmente se comprobó la robustez de las calibraciones desarrolladas aplicándolas en muestras recogidas en diferentes años y obtenidas en plantas procedentes de diferentes genitores del programa de mejora. RESULTADOS Y CONCLUSIONES Se han obtenido amplios intervalos de variación para todas las características evaluadas en los genotipos de los cruzamientos (Tabla 1), por lo que constituyen un conjunto particularmente apropiado para la calibración requerida por los procedimientos que asocian medidas espectroscópicas con algoritmos matemáticos, tal como el NIRS. 107

4 Tabla 1. Número de genotipos evaluados y rangos de variación para las características analizadas. Característica n Media Mínimo Máximo SD Humedad (%) Aceite (%) Ácido oleico (%) Ácido linoleico (%) Los resultados obtenidos con los modelos de calibración desarrollados en base a muestras recogidas en un solo año indican una alta precisión en las calibraciones para la composición de los ácidos oleico y linoleico y algo menor para el resto de ácidos grasos, probablemente debido al menor rango de variabilidad disponible para estos ácidos grasos, la inadecuada cobertura del rango y los mayores errores del método de referencia para estos ácidos grasos. Asimismo se obtiene alta precisión en las calibraciones de humedad y contenido de aceite. Los resultados obtenidos son similares a los previamente reseñados en la determinación mediante NIRS del contenido graso y humedad en orujos y aceituna triturada (García et al., 1996; Jiménez et al., 2000). Para comprobar la robustez de las ecuaciones obtenidas, se han desarrollado modelos de calibración con muestras pertenecientes a un solo genitor o recogidas en un solo año, validándolos posteriormente con muestras pertenecientes a los otros grupos (diferentes genitores y años). Los modelos de calibración desarrollados permiten predecir con suficiente precisión los valores de las características de interés independientemente del genitor empleado. En el caso de los modelos desarrollados cada año, se obtiene un mayor error en la predicción cuando se aplican a muestras recogidas en diferentes años. Este peor comportamiento de las calibraciones cuando se aplican a muestras recogidas en diferentes épocas se ha indicado en otras especies frutales (Guthrie et al., 1998; Peiris et al., 1998). No obstante, con modelos desarrollados con el total de las muestras analizadas se obtiene suficiente precisión para predecir todos los constituyentes analizados, en particular para el caso del rendimiento graso y ácido oleico, dos de los objetivos más importantes del programa de mejora (Figura 1). La tecnología NIRS por tanto puede ser de gran utilidad para evaluar el elevado número de genotipos que se generan en un programa de mejora de olivo, consiguiéndose la suficiente precisión para seleccionar genotipos en base al rendimiento graso y contenido de ácido oleico. Ello permitiría un considerable ahorro en coste y tiempo, especialmente en las primeras etapas de selección en el conjunto de las progenies. 108

5 100 Aceite (r=0.94) Acido oleico (r=0.84) Valores predichos NIRS (%) Datos de referencia (%) Figura 1. Valores predichos (NIRS) y valores de referencia para contenido de aceite y ácido oleico en cada uno de los genotipos analizados. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS BATTEN, G. D. (1998). An appreciation of the contribution of NIR to agriculture. J. Near Infrared Spectrosc., 6: GARCÉS, R., MANCHA, M. (1993). On step lipid extraction and fatty acid methyl esters preparation from Fresh plant tissues. Analytical Biochemistry, 211: GARCÍA, J. A.; HERMOSO, M.; CÁCERES, P. (1996). Determinación del contenido graso y humedad en orujos de dos fases mediante infrarrojo cercano. Grasas y Aceites, 47(5): GARRIDO, A. (1997). Current and future aplications of NIRS technology. Options Mediterranées, 26: GUTHRIE, J.; WEDDING, B.; WALSH, K. (1998). Robustness of NIR calibrations for soluble solids in intact melon and pineapple. J. Near Infrared Spectrosc., 6: JIMÉNEZ, A.; IZQUIERDO, E.; RODRÍGUEZ, F.; DUEÑAS, J. I.; TORTOSA, C. (2000). Determinación de grasa y humedad en aceitunas mediante medidas de reflectancia en infrarrojo cercano. Grasas y Aceites, 51(5): PEIRIS, K. H. S.; DULL, G. C.; LEFFER, R. G.; KAYs, S. J. (1998). Near- Infrared (NIR) spectrometric technique for nondestructive determination of soluble solids contents of peaches. J. Amer. Soc. Hort. Sci., 123: RALLO, L. (1995). Selección y mejora genética del olivo en España. Olivae, 59:

6 RIO, C. DEL; ROMERO, A. M. (1999). Whole, unmilled olives can be used to determine their oil content by Nuclear Magnetic Resonance. Hort Technology, 9(4):