Estudios para la producción de formulados fungicidas para Aspergillus sección Flavi en ecosistemas de almacenamiento de maní

Abstract

El maní (Arachis hypogaea) es un cultivo de importancia económica a nivel mundial. En Argentina, su producción supera el millón de toneladas desde la campaña 2012/13. Más del 70% de esta producción es destinada a la exportación como maní confitería. Los altos volúmenes exportables y la reconocida calidad comercial de sus productos hacen de la Argentina uno de los principales competidores a nivel internacional. Sin embargo, los granos de maní están sujetos a la contaminación con hongos durante el proceso de formación de las semillas y en la etapa de cosecha, por loque el maní que se almacena contiene micelio y esporas de hongos que pueden disminuir significativamente la calidad de los granos. Estos hongos pueden reducir la tasa de germinación, además de ocasionar pérdidas en el contenido de hidratos de carbono, proteínas y grasas totales, aumento del contenido de humedad, ácidos grasos libres yotros cambios bioquímicos. La invasión fúngica ejerce entonces, un gran impacto económico ya que produce la reducción de la tasa de germinación y, principalmente porque compromete la calidad del grano, generando productos no aptos para el consumo. En consecuencia, resulta de gran importancia que los productores y acopiadores puedan asegurar la calidad del maní durante la etapa de almacenamiento, para garantizar la disponibilidad de granos libres de contaminantes para las diferentescadenas productivas del país, así como para mantener o aumentar el porcentaje del producto elaborado destinado a exportación. Para lograr una correcta conservación del maní, el almacenamiento debe realizarse en condiciones limpias y secas, con bajo contenido de humedad, baja temperatura, y con protección contra la infestación de insectos para evitar la pérdida de materia prima, el enmohecimiento de los granos y elconsiguiente riesgo de contaminación por aflatoxinas (AFs). En algunas ocasiones las medidas de prevención no son suficientes para controlar el desarrollo de los hongos en el almacenamiento. Sin embargo, en la actualidad no existen productos que permitan controlar el desarrollo fúngico en los sistemas de almacenamiento de maní. Es por ello que resulta necesario desarrollar nuevas alternativas seguras, eficaces yeconómicamente viables. Tanto los antioxidantes de grado alimenticio: butil hidroxianisol (BHA) y butil hidroxitolueno (BHT), como los aceites esenciales (AEs) de boldo y poleo (componentes volátiles) han demostrado ser eficaces para el control de la micoflora aflatoxicogénica y la acumulación de AFs, en medio de cultivo, sobre granos de maní irradiados y naturales in vitro e in situ, como de insectos pestes del agroecosistema de almacenamiento. Sin embargo, los niveles de antioxidantes y AEs generalmente disminuyen en poco tiempo cuando son aplicados en sistemas alimentarios debido al contacto con los factores ambientales. La microencapsulación, permite proteger los antioxidantes de calidad alimentaria de la acción de agentes fisicoquímicos y tecnológicos y retardar su liberación. El objetivo de esta tesis fue incorporar antioxidantes sintéticos y AEs como aditivos alimenticios para el control de hongos e insectos en ecosistemas de almacenamiento de maní, estudiando la protección y el período de bioactividad de losformulados en relación a las condiciones ambientales, monitoreando el nivel de contaminación fúngica, la acumulación de aflatoxinas en el sustrato, el efecto insecticida y el impacto sobre los parámetros fisicoquímicos y biológicos de la semilla. Se logró la encapsulación de ambos antioxidantes de grado alimenticio (BHA y BHT) y de los AEs(boldo y poleo) a través de la aplicación de la metodología de coacervación compleja, utilizando el sistema gelatina-goma arábiga. La condición de microencapsulación más conveniente fue la que utilizó gelatina de bloom 240 y formaldehído como agente reticulante durante 10 minutos. Los antioxidantes de grado alimenticio y los AEs evaluados mantuvieron su actividad antifúngica luego del proceso de microencapsulación cuando se evaluaron sobre granos contaminados naturalmente en ensayos en microcosmos, aunque mostraron efectos adversos sobre la germinación. La metodología de microencapsulación tampoco disminuyó la efectividad antifúngica, antiaflatoxicogénicay plaguicida de los antioxidantes BHA y BHT sobre granos de maní confitería inoculados con Aspergillus sección Flavi. En los ensayos a escala piloto las condiciones de almacenamiento permitieron una adecuada conservación del maní confitería, controlando el desarrollo fúngico, la producción de AFs, el daño por insectos y el deterioro oxidativode los granos. Además, el formulado de BHA 10 mM permitió reducir la carga fúngica de los granos de maní hacia el final del período de almacenamiento, sin afectar las características organolépticas del producto. Las condiciones de almacenamiento permitieron conservar la calidad de los granos destinados a semilla, controlando el desarrollo fúngico y la proliferación de insectos. Tanto el formulado a base de BHA como el de AE de boldo mostraron un efecto antifúngico que incrementó en combinación con el tratamiento con un fungicida curasemilla comercial; no obstante, sólo el formulado de BHA no presentó efecto fitotóxico sobre las semillas. En conclusión, i) la microencapsulación permite aumentar la vida útil de los antioxidantes y AEs facilitando suaplicación en los sistemas de almacenamiento de granos; ii) la aplicación del formulado de BHA constituye una alternativa efectiva para el control de la contaminación fúngica en los granos almacenados ya que permite preservar la calidad del maní confitería y de las semillas, por lo que podría adoptarse como parte de una estrategia en un manejo integrado de plagas.

Peanuts (Arachis hypogaea) are economically important crop worldwide. Argentinean peanut production exceeds one million tons since the 2012/13 season. This product is mainly intended for export as confectionery peanuts (70%). High exportable volumes and the recognized commercial quality of its products place to Argentina among the main international competitors. However, peanut is exposed to fungal contamination during seed formation and at harvesting stage. Therefore, postharvest peanut contain mycelia and spores of fungi, which can result in a significant decrease in kernels quality during storage. Developed fungi can reduce the germination rate; carbohydrate, proteins and total fats content; and increase moisture and free fatty acids, among other biochemical changes. Therefore, the fungal invasion has an important economic impact because reduce the germination rate and compromises the kernels quality generating products not suitable for consumption. Consequently, it is very important that producers and stockpiles ensure the peanuts quality during the storage stage to ensure the availability of free pollutants kernels for different productive chains in the country, and to maintain or increase the percentage of processed product intended for export. For appropriate conservation of peanut, the storage must take place in clean and dry conditions, low humidity and temperature, to avoid insect infestation and fungal colonization with the consequent risk of aflatoxin (AF) contamination. Sometimes preventive control measures are not sufficient added to lack of products to control fungal development in grain storage systems. Therefore, it is necessary to develop safe, effective and economically viable alternatives. The food-grade antioxidants: butyl hydroxyanisole (BHA) and butyl hydroxytoluene (BHT) and the essential oils (EOs): of boldo and poleo (volatile components) have effectively controlled spoilage fungi, AFs accumulation at in vitro and in situ assays. However, antioxidants and EOs levels generally decrease quickly in food systems due to environmental and biological factors. Microencapsulation protects the food grade additives from the physicochemical and technological agents and retards their release. Therefore, the aim of this thesis was to incorporate synthetic antioxidants and EOs as food additives for fungal and insects control in peanut storage ecosystems, evaluating protection and bioactivity of the formulations in relation to environmental conditions, and also monitoring fungal contamination, AFs accumulation, insect infestation and seed germination levels. Both food grade antioxidants (BHA and BHT) as EOs (boldo and poleo) were encapsulated by complex coacervation methodology by using the gelatin-gum arabic system. The most suitable microencapsulation condition was gelatin bloom 240 and formaldehyde as the crosslinking agent for 10 minutes. The antifungal activity of food grade antioxidants and EOs was maintained after the microencapsulation process, when tested on naturally contaminated peanut kernels in microcosm assays, although formulations showed adverse effects on germination. Furthermore, the microencapsulation methodology did not reduce the antifungal, antiaflatoxicogenic and pesticidal effectiveness of antioxidants (BHA y BHT) on confectionery kernels contaminated with Aspergillus section Flavi. In the pilot scale trials, the environmental conditions allowed an adequate preservation of the confectionery peanut, controlling fungal development, AFs accumulation, insect damage and oxidative deterioration. In addition, 10 mM of BHA formulation reduced the fungal contamination of the grains towards the end of the storage period, without altering their organoleptic characteristics. Similarly, the results obtained in peanut intended for seeds showed that environmental conditions preserve the seeds quality, controlling the fungal development and insect proliferation. Microencapsulated BHA and boldo showed antifungal effects which increased when an additional commercial fungicide treatment was applied. Only the BHA formulation was not phytotoxic. In conclusion, i) microencapsulation increases the shelf life of antioxidants and EOs and facilitates their application in grain storage systems; ii) the application of BHA is an effective alternative for the control of fungal contamination in stored grain, because it preserves the peanut confectionery and seeds quality. Therefore, this technology could be adopted as part of a strategy the pest integrated management.