Prospección, recuperación, selección y pre-domesticación de plantas autóctonas con alto potencial funcional

Abstract

[ES] En las sociedades modernas ha aumentado la demanda de alimentos funcionales, así como la alimentación como una experiencia gastronómica. Surge así una oportunidad de revalorizar el uso de plantas silvestres comestibles mediante su domesticación y adaptación a cultivo. Algunas de estas especies, además de incorporar sabores distintos, son percibidas como beneficiosas para la salud, factor que a nivel científico puede corresponder con la acumulación de compuestos bioactivos. La presente Tesis es un trabajo de evaluación y pre-domesticación de dos especies de amplia distribución en nuestra región, destacadas por su alto potencial funcional y calidad organoléptica. El objetivo es, por un lado, aumentar el conocimiento en estos componentes de la calidad; y por otra parte, establecer una base para los programas de domesticación y adaptación a cultivo. La primera parte de esta Tesis se centra en el potencial de la berraza. Hasta la fecha se ha descrito su alto potencial en términos de contenido en fenoles totales y capacidad reductora de radicales libres. Nuestros resultados ampliando el número de muestras no sólo confirman dicho potencial, sino que establecen además una clara correlación entre ambos caracteres. Se sugiere así que la capacidad reductora de la berraza está principalmente definida por la acumulación de compuestos fenólicos, especialmente derivados de la quercetina. Por otro lado, el perfil volátil revela una prevalencia de compuestos terpenoides y fenilpropanoides. Este perfil es único en comparación con otras especies cultivadas; se identifican, sin embargo, ciertas similitudes que podrían explicar la relación de sabor entre ellas. Pese a su interés funcional y aromático, el cultivo convencional resulta poco prometedor. Queda no obstante la vía abierta a nuevos trabajos de adaptación a cultivo hidropónico como alternativa prometedora. La segunda parte de la Tesis está orientada al estudio de la rabaniza. Debido a la latencia secundaria de su semilla, se hace necesario en primer lugar establecer un tratamiento efectivo que permita obtener una germinación elevada y uniforme. Nuestros resultados sugieren un uso combinado de hipoclorito de sodio y ácido giberélico, tratamiento adecuado en los programas de mejora y que puede ser además adaptado para su uso comercial a gran escala. Los resultados de calidad funcional destacan especialmente la acumulación de ácido ascórbico, de alto poder antioxidante. En su perfil de glucosinolatos destaca la sinigrina, de potencial funcional y responsable en gran medida de su aroma; los resultados sugieren, no obstante, la síntesis de otros glucosinolatos. Es, por el contrario, acumuladora de nitratos como antinutrientes, factor que será determinante en las prácticas aplicadas para su futuro cultivo. Se han caracterizado además los materiales disponibles para identificar rasgos de interés a nivel morfoagronómico. La moderada variabilidad morfológica tiene claras implicaciones para los programas de mejora, limitando el número de cultivares a desarrollar. Por otra parte, el test hedónico sugiere que se pueden desarrollar distintos productos comerciales, como germinados y brotes tiernos, destinados a distintos nichos de mercado. Finalmente, se han evaluado dos sistemas modelo de cultivo, campo e invernadero, y el comportamiento en diversos ciclos. La producción en campo aumenta la calidad visual y funcional, con mayor contenido en vitamina C y fenoles y menor acumulación de nitratos. Sugerimos pues la producción de rabaniza en campo. No obstante, los meses más fríos pueden afectar negativamente la calidad, lo que supone una vía a nuevos estudios. En definitiva, los trabajos de esta Tesis aumentan, por un lado, el conocimiento morfroagronómico, nutracéutico y volátil de las plantas silvestres utilizadas. Suponen además una base para el establecimiento de estas especies como nuevos cultivos en las regiones mediterráneas, identifican

[CA] En les societats modernes ha augmentat la demanda d'aliments funcionals i s'ha promogut a més l'alimentació com una experiència gastronòmica. Sorgeix així una oportunitat de revaloritzar l'ús de plantes silvestres comestibles, mitjançant la seua domesticació i adaptació a cultiu. Algunes d'aquestes espècies, a més d'incorporar sabors diferents, són percebudes com a beneficioses per a la salut, factor que a nivell científic pot correspondre amb l'acumulació de compostos bioactius. La present Tesi es un treball d'avaluació i pre-domesticació de dues espècies d'àmplia distribució a la nostra regió, destacades per un alt potencial funcional i qualitat organolèptica. L'objectiu és, d'una banda, augmentar el coneixement d'aquests dos components de la qualitat; i d'altra banda, establir una base per als programes de domesticació i adaptació a cultiu. La primera part d'aquesta Tesi se centra en el potencial del creixen de sèquia. Fins hui s'ha descrit el seu potencial en termes de contingut en fenols totals i capacitat reductora de radicals lliures. Els nostres resultats ampliant el nombre de mostres no solament confirmen aquest potencial, sinó que estableixen a més una clara correlació entre els dos caràcters. Se suggereix així que la capacitat reductora del creixen està principalment definida per l'acumulació de compostos fenòlics, especialment derivats de la quercetina. D'altra banda, el perfil volàtil revela una prevalença de compostos terpenoids i fenilpropanoids. Aquest perfil és únic en comparació amb altres espècies cultivades; no obstant això, s'identifiquen certes similituds que podrien explicar la relació entre aquestes espècies. Malgrat el seu interés funcional i aromàtic, el cultiu convencional és poc prometedor. No obstant això, queda oberta la via a nous treballs d'adaptació a cultiu hidropònic com a alternativa prometedora. La segona part de la Tesi està orientada a l'estudi de la ravenissa. A causa de la latència secundària de la seua llavor, es fa necessari en primer lloc establir un tractament efectiu que permeta obtindre una germinació elevada i uniforme. Els resultats suggereixen un ús combinat d'hipoclorit de i àcid giberèlic. Aquest tractament és adequat en els programes de millora i pot ser a més adaptat per al seu ús comercial a gran escala. Els resultats de qualitat funcional destaquen l'acumulació d'àcid ascòrbic, de gran poder antioxidant. En el seu perfil de glucosinolats destaca la sinigrina, de potencial funcional i responsable en gran manera de la seua aroma; els resultats suggereixen, a més, la síntesi d'uns altres glucosinolats. És, per contra, acumuladora de nitrats com a antinutrients, factor que serà determinant en les pràctiques que s'empren per al seu futur cultiu. S'han caracteritzat a més els materials disponibles per a identificar caràcters d'interés morfoagronòmic. La moderada variabilitat morfològica té clares implicacions per als programes de millora, limitant el nombre de varietats comercials a desenvolupar. D'altra banda, el test hedònic suggereix que es poden desenvolupar diferents productes comercials com són germinats i brots tendres, destinats a diferents mercats. Finalment, s'han avaluat dos sistemes de cultiu, camp i hivernacle, i el comportament en diversos cicles. La producció en camp augmenta la qualitat visual i funcional, amb un major contingut en vitamina C i compostos fenòlics i menor acumulació de nitrats. Suggerim doncs la producció de ravenissa sota camp. No obstant això, els mesos més freds poden afectar negativament la qualitat, el que suposa una via a nous estudis. En definitiva, els treballs d'aquesta Tesi augmenten, d'una banda, el coneixement morfroagronòmic, nutricèutic i volàtil de les plantes silvestres utilitzades. Suposen a més una base per a l'establiment d'aquestes espècies com a nous cultius adaptats a les regions mediterrànies, identificant punts clau per a la seua adaptaci

[EN] Modern societies have increased the demands on functional, as well as the consideration of feeding as a gastronomic experience. These key points encourage the revalorization of wild edible plants by means of the domestication and adaptation into crop systems. Some of these species, apart from providing new tastes, are also perceived as beneficial for health. These perceived benefits can scientifically correspond to the accumulation of bioactive compounds. The current Thesis is aimed at the evaluation and pre-domestication of two wild species broadly found in our region, which highlight for their functional potential and organoleptic quality. The aim is, on one hand, to increase the knowledge on these components of quality; and, on the other hand, to establish a basis for the domestication and crop adaptation programs. The first part of this Thesis is focused on analyzing the potential of water celery. Previous authors have described high antioxidant properties for this species in terms of content in total phenolics and free radical scavenging capacity. Our work with a larger quantity of materials confirms this potential and establishes a clear correlation between both traits. Thus, we suggest that the free radical scavenging capacity is mainly due to the accumulation of phenolics, mainly quercetin derived compounds. On the other hand, the volatile profile is rich in terpenoid compounds and phenylpropanoids. Such profile is unique compared to other cultivated species. However, there are some similarities that may explain the resemblances among them. Despite the functional and aromatic interest of water celery, its adaptation into conventional systems is not greatly promising. Nevertheless, we suggest that future works could consider the hydroponic system as a promising alternative. The second part of this Thesis is focused on the study of wall rocket. Due to the secondary dormancy of their seeds, it is firstly needed the establishment of an adequate treatment for a high and uniform germination. Our results suggest the synergistic use of sodium hypochlorite together with gibberellic acid. This treatment can be successfully used in breeding programs, and also adapted for commercial application in a productive scale. Results of the functional quality highlight the accumulation of ascorbic acid, with high antioxidant power. Sinigrin is the main glucosinolate determined. Sinigrin has high functional potential and is great responsible of the aroma in wall rocket. Moreover, results suggest that other glucosinolates are also present. On the other hand, wall rocket accumulates high levels of nitrates as antinutrients. This trait is a critical determinant for the cultivation practices to be used. The available materials have been also characterized in order to identify morphoagronomic traits of interest. The moderate morphological variability has clear implications for breeding programs and the quantity of cultivars that can be obtained. On the other hand, the hedonic test suggests that several products could be commercially exploited, including microgreens and baby-leaves. The development of different commercial products can increase the market opportunities. Finally, two model systems of cultivation, field and greenhouse, and also the behavior of plants under different growing cycles, have been evaluated. The field production increases the visual and functional quality, with the enhancement of vitamin C and total phenolic and the reduction of nitrates. Thus, we suggest that commercial production should be performed under field conditions. Nevertheless, increasing the quality during the coldest months is still an area of study. In summary, this Thesis increase the morphoagronomic, nutraceutical and volatile knowledge on the wild plants used. In addition, these works are a basis for the establishment of these species as new crops adapted to the Mediterranean regions, with the identification of key points for crop adaptation.