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Nuevos aportes en la producción y procesamiento de Brócoli (Brassica oleracea L var. itálica Plenck): una revisión

AVANCES EN HORTICULTURA - REVIEW | Cuesta, G. - Fusari, G.C.M.

Etiquetas: hortalizas, glucosinolatos, revalorización de residuos, mejoramiento genético, manejo orgánico, sostenibilidad

ARK CAICYT: http://id.caicyt.gov.ar/ark:/s18519342/3g9w3m0o4

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Cita:

Cuesta, G. - Fusari, G.C.M. (2022).New contributions in the production and processing of Broccoli (Brassica oleracea L var. italicPlenck): a review. Horticultura Argentina 41 (106): 223 – 245. http://id.caicyt.gov.ar/ark:/s18519342/3g9w3m0o4

Resumen:

El brócoli, Brassica oleraceaL. var. itálicaPlenck, es una hortaliza de la familia Brassicaceae que se caracteriza por su riqueza en compuestos bioactivos que podrían reducir el riesgo de contraer enfermedades cardiovasculares, neurodegenerativas o algunos tipos de cáncer. Como consecuencia, su demanda ha crecido en las últimas décadas y se espera que el crecimiento continúe.Debido a su creciente popularidad muchos grupos de investigación se han focalizado en distintos aspectos de su producción. Por esto, el objetivo de esta revisión es actualizar conocimientos, con énfasis en el mercado, mejoramiento, prácticas de manejo, poscosecha y reutilización de residuos. La mayor parte de los trabajos publicados en los últimos años se centran en el valor funcional del brócoli sobre la salud, y en lograr un enfoque sostenible de la cadena de producción. En el primer caso, se evalúan factores de pre y poscosecha que permiten mantener o aumentar el contenido de compuestos bioactivos en las cabezas frescas o procesadas; en el segundo, se desarrollan tecnologías para reducir pérdidas en poscosecha y se buscan alternativas para valorizar restos de cosecha y procesamiento. A través de mejoramiento genético se busca aumentar la oferta de cultivares resistentes a plagas y enfermedades así como también cultivares más estables en distintas condiciones, aptos para sistemas de manejo orgánico. Pocos estudios se enfocan en el manejo de cultivo, y los que hay se refieren al uso eficiente de agua y suelo. Será necesario maximizar la eficiencia en todos los eslabones de la cadena de producción a fin de reducir el impacto sobre indicadores de cambio climático.

Artículo Completo:

1. Introducción

El brócoli, Brassica oleraceaL. var. itálicaPlenck, se originó por el cultivo y domesticación de la especie Brassica oleracea L. en la región del Mediterráneo. El término brócoli, deriva de la palabra italiana “broccolo” que hace referencia a la inflorescencia inmadura de cualquier miembro de la familia Brassicaceae (Das & Ghosh, 2021).

Su cultivo se remonta a la época de los etruscos, una antigua civilización italiana localizada en lo que hoy es la región de la Toscana, y conocida porque sus habitantes fueron grandes horticultores. En el siglo XVIII se introdujo en Inglaterra donde comenzó a ser llamado “el espárrago italiano” y en pocos años se convirtió en uno de sus alimentos preferidos. En las primeras décadas del siglo XX y como consecuencia de la inmigración italiana a Estados Unidos, el brócoli ingresó a América (Das & Ghosh, 2021) pero recién adquiere fama internacional después de la segunda guerra mundial, cuando entra al mercado el cultivar “Walthman 29”, primer cultivar comercial de polinización abierta (Stansell & Björkman, 2020).

La popularidad de esta hortaliza se debe a los potenciales efectos beneficios sobre la salud. Posee alto contenido de glucosinolatos (GLS) y, en consecuencia, de isotiocianatos (ITC), ya que estos últimos son el producto bioactivo obtenido a partir de la hidrólisis de los GLS. Entre los GLS presentes en brócoli se destacan, por su concentración, la glucorafanina y la glucobrasicina y los ITC derivados el sulforafano y el indol-3-carbinol.Los ITC tienen actividad biológica benéfica disminuyendo o evitando el estrés oxidativo en células por lo que podrían reducir el riesgo de contraer distintos tipos de cáncer, enfermedades cardiovasculares o neurodegenerativas. Estos compuestos se producen en las plantas como un mecanismo de defensa contra insectos y patógenos ya que en altas concentraciones les producen un estrés metabólico que termina dañando su crecimiento (Lazzeriet al., 2013; Lv et al., 2022).El brócoli también contiene compuestos fenólicos como flavonoides, antocianos y ácidos hidroxicinámicos, cuya principal actividad biológica es su capacidad antioxidante (Cartea et al., 2011; López Chillón et al., 2018) (Figura 1).

Figure 1:Bioactive compounds in broccoli: glucosinolates (GLS) are stored in vacuoles in vegetable cells, after tissue damage by pest feeding or processing for consumption they are hydrolyzed by B-glucosidases, speciallymyrosinases, to ITC in toxic concentrations for herbivores and pathogens, but benefical to human health. The most important phenolic compounds in broccoli are flavonoids, anthocyanes and hydroxycinnamic acid (Carteaet al., 2011; Lvet al., 2022).

Figura 1:Compuestos bioactivos en plantas de brócoli: los glucosinolatos(GLS) contenidos en las vacuolas se liberan cuando se rompen los tejidos a causa de daños por insectos o por el procesamiento para el consumo. Enzimas B-glucosidasas, especialmente mirosinasas, producen la hidrólisis de los GLS dando como resultado ITC a una concentración tóxica para herbívoros y patógenos pero con acción benéfica en la salud humana. Dentro de los compuestos fenólicos se destacan por su concentración en brócoli los flavonoides, antocianas y ácido hidroxicinámico (Cartea et al., 2011; Lvet al., 2022).

El valor nutricional del brócoli lo ha llevado a situarse entre los 20 mejores alimentos en la escala de ANDI (Aggregate Nutrient DensityIndex) que mide el contenido de vitaminas, minerales y fitonutrientes en relación con las calorías aportadas por los alimentos (AgMRC, 2021).

Debido a su creciente popularidad muchos grupos de investigación se han focalizado en distintos aspectos de la producción de brócoli. El objetivo de esta revisión es actualizar conocimientos relacionados con la producción de brócoli, con énfasis en el mercado, mejoramiento, prácticas de manejo, poscosecha y reutilización de residuos.

2. Metodología

En la elaboración y organización de este trabajo se ha buscado seguir el enfoque de cadena con énfasis en dos aspectos: aportar información relacionada al uso eficiente de los recursos en cada una de las etapas de producción, y bajo el concepto de economía circular, presentar distintas alternativas para la reutilización de residuos de cultivo e industria. La información ha sido seleccionada de capítulos de libros, publicaciones científicas en revistas nacionales y extranjeras, estudios de mercado y artículos periodísticos.

3. Importancia Económica

3.1. Producción y mercados:

A nivel mundial, los países con mayor producción son China (11 M de t), India (9,2 M de t) y Estados Unidos (1,2 M de t), quienes concentran el 78% de la producción. España y México en conjunto aportan un 5,6%, sin embargo concentran el 51% de las exportaciones. El rendimiento medio mundial es de 19 t.ha-1y se ha mantenido estable en los últimos años (Index Box Marketing, 2020).

Las estadísticas sobre producción mundial de hortalizas realizan sus análisis de mercado agrupando productos similares, en el caso del brócoli, las mediciones incluyen también a coliflor. El mercado internacional de coliflor y brócoli creció a una tasa del 4,6% entre 2013 y 2019 (Index Box Marketing, 2020) y se espera que continúe a una tasa del 4,2% entre 2022 y 2027 (Market Data Forecast, 2022).

En América, la reducción gradual de la superficie cultivada en Estados Unidos como consecuencia del alto costo de la mano de obra estimuló el crecimiento de México como productor y exportador. El bajo costo de la mano de obra y la cercanía a los mercados de consumo posicionaron a este último como el principal proveedor de brócoli de Estados Unidos (Rocha Ibarra & Cisneros Reyes, 2019) y Canadá (Plantatium International, 2016).

En Argentina, el brócoli no es una hortaliza de consumo tradicional, aunque su demanda tiene un crecimiento constante desde hace diez años. Las variables son muchas, pero los productores coinciden en que se trata de modas y que las recomendaciones por parte de chefs famosos argentinos es uno de los motivos que impulsa a las personas a elegir esta hortaliza (Internos, 2021). El mayor volumen que llega al Mercado Central de Buenos Aires proviene del cinturón verde de Buenos Aires (MCBA, 2018) donde representa una alternativa para la diversificación productiva, no obstante su rentabilidad está ligada a la posibilidad de obtener rendimientos mayores a las 15 t.ha-1 debido al fuerte impacto de los costos fijos del cultivo (Durante et al., 2020). El 60 % de la superficie cultivada con brócoli se encuentra en Buenos Aires, le siguen en importancia Santa Fe y Córdoba con un 15 % cada una (Aprea, 2008). En San Juan y en Mendoza (Figura 2) los cultivos de brócoli se destinan principalmente a la industria del congelado y se comercializan en el país o se exportan a Estados Unidos y Canadá. San Juan también realiza exportaciones de brócoli orgánico a la Unión Europea y el Reino Unido (Acosta, 2021; Alonso, 2022).

Figure 2:Broccoli crop for fresh market in Mendoza, Argentina.2022

Figura 2:Cultivo de brócoli con destino a mercado en fresco en Mendoza, Argentina. 2022.

3.2. Formas de comercialización:

El órgano de consumo o parte comestible es la inflorescencia junto con el raquis y las partes tiernas de la sección superior del tallo. La inflorescencia principal, “cabeza” o “pella”, se forma en el extremo de un tallo no ramificado y se compone de yemas florales diferenciadas pero todavía inmaduras sostenidas por un pedúnculo grueso y muy ramificado (Welbaun, 2015) (Figura 3).

El brócoli es un producto que se puede comercializar en fresco o procesado. Para venta en fresco se comercializan las “cabezas” enteras o cortadas (floretes), en algunos casos acondicionadas en bolsas de polietileno o cubiertas con film de polietileno (Welbaum, 2015).

Figure 3:Broccoli inflorescence showing the main stem, peduncles of different orders, flower buds and florets. "Florets" are sets of buds supported by the same peduncle.Mendoza, Argentine, 2022.

Figura 3: Inflorescencia de brócoli donde se puede ver el tallo principal, los pedúnculos de distinto orden, las yemas florales y los floretes. Los “floretes” son conjuntos de yemas sostenidos por un mismo pedúnculo. Mendoza, Argentina, 2022.

El creciente mercado de productos cuarta gama, donde el brócoli se presenta en floretes seleccionados o preparado en ensalada lista para consumir, ha permitido expandir el mercado aportando valor agregado al productor y conveniencia al consumidor (AgMRC, 2021). Otra forma de consumo con demanda creciente son los germinados de brócoli (Das & Ghosh, 2021), tal es así que este producto representa el 18% de las exportaciones desde México a Estados Unidos (Rocha Ibarra & Cisneros Reyes, 2019).

Cuando se destina a industria, lo más frecuente es el brócoli congelado, ya sea en floretes, o en trozos (AgMRC, 2021) y en menor proporción deshidratado para la elaboración de comidas listas para preparar (Welbaum, 2015).

3.3. Demanda, consumo per cápita:

La preferencia por esta hortaliza varía con el país de origen, la edad y el nivel socio cultural de los consumidores. La mayor demanda de brócoli se encuentra en los Países Bajos y en Inglaterra (Market Data Forecast, 2022), y entre ciertos grupos étnicos como los asiáticos (Thepacker, 2022) siendo uno de los principales componentes del “yan-tsai-shim”, comida tradicional de Taiwán elaborada con brócoli fermentado y de otros platos de Malasia quienes demandan en especial brócoli orgánico (Vázquez González, 2020; Market Data Forecast, 2022).En Estados Unidos, el mayor consumo se produce en personas mayores de 60 años aunque se ha observado un aumento del 12 % en jóvenes entre 18 a 29 años (Thepacker, 2022). Para la mayoría de los consumidores el color y la textura son atributos importantes en la decisión de compra, mientras que la ausencia de pesticidas lo es entre los compradores más jóvenes y con mayor nivel educativo. Los sectores con menor nivel educativo tienen pocas exigencias en cuanto al color, textura o ausencia de pesticidas en el producto (Morris, 1997). En Alemania, el 88% de los encuestados de un total de mil personas indicó que consume brócoli al menos una vez al mes y el 41 % lo hace semanalmente. Los compradores prefieren pellas turgentes y firmes con tallos delgados, la presencia de yemas amarillas o marrones es causa para rechazar el producto (Frieman et al., 2022). EnArgentina hay una demanda creciente en la población de altos ingresos (Acosta, 2021; Internos, 2021) que se atribuye a la mayor conciencia sobre la salud y a la mejora del nivel de vida de los consumidores (Al Dairiet al., 2022).Además, la tendencia hacia el vegetarianismo y veganismo y la necesidad de reducir la ingesta de hidratos de carbono han contribuido a expandir el mercado (Market Data Forecast, 2022). Acompañando a la demanda, el precio de estos productos también muestra una tendencia creciente (Index Box Marketing, 2020).

En el año 2019, el mayor consumo per cápita se registró en China (7,45 kg), India (6,68 kg) y México (3,81 kg), en Estados Unidos el consumo de brócoli fresco aumentó de 0,6 a 3,23 kg por persona entre 1980 y 2017 mientras el brócoli congelado pasó de 0,68 a 1,18 kg por persona en el mismo periodo (AgMRC, 2021). En ese país, con una tasa de crecimiento anual de 3,6%, el brócoli es la 6° hortaliza más popular (Thepacker, 2022)

4. Panorama Varietal

4.1. Tipos varietales:

En la actualidad, se denominan brócolis de cabeza o “calabrés” a aquellos en que las ramificaciones del pedúnculo son cortas y forman una inflorescencia grande y compacta y, brócolis de rama (sprouting broccoli) a los que tienen varias ramificaciones largas y forman varias cabezas pequeñas y laxas. Las inflorescencias pueden ser de color verde oscuro o púrpura en los dos tipos de brócoli, aunque los compradores muestran marcada preferencia por el color verde oscuro (Welbaum, 2015; Stansell & Björkman, 2020). Además del brócoli tradicional se puede encontrar en el mercado una hortaliza similar, pero con tallos más finos, cabezas pequeñas y sabor dulce, conocido como “Brocolino®” o “Bimi®” que corresponde al producto de un cruzamiento entre el brócoli convencional (B. oleracea grupo Itálica) y el brócoli chino o kailan (Brassica oleracea grupo Alboglabra) (Martínez Hernández et al., 2013; Das & Ghosh, 2021). En cuanto a los cultivares comerciales, existe una amplia oferta en el mercado con diferencias en la forma y compacidad de la cabeza, longitud de las ramificaciones del pedúnculo, tamaño y color de los pimpollos florales y longitud del tallo (Welbaum, 2015), muchos se pueden utilizar tanto para consumo en fresco como para industria (AgMRC, 2021) y la mayoría de las variedades actuales son híbridos (Welbaum, 2015). En Argentina, si bien en el Registro Nacional de Cultivares (INASE), en mayo de 2022 había 68 cultivares inscriptos, las variedades más difundidas son pocas, entre ellas Batavia (Bejo) de ciclo muy corto (90 días) y pella verde intenso, Avenger (Sakata) y Legacy (Seminis), de ciclo corto y desarrollo otoño invernal, e Imperial (Sakata) de mayor calidad y con un ciclo de producción más largo y mayor demanda en primavera y verano (Bertola, 2020; Acosta, 2021; Internos, 2021).

4.2. Tendencias en el mejoramiento:

En la actualidad los programas de mejoramiento están enfocados en la introducción de resistencia a diversas plagas y enfermedades, tolerancia a distintos tipos de estrés, adaptación a cultivo orgánico y mejora de características agronómicas y de calidad de la cabeza (Farnham & Björkman, 2011, Branca et al., 2013; Branham et al., 2017; Branham & Farnham, 2017; Stansell et al., 2019; Akter et al., 2021).La base genética de los cultivares comerciales actuales es reducida lo que limita su utilización como fuente de diversidad genética, estudios del pangenoma de Brassica oleracea L. indican que un 18,7% de los genes originales no están presentes en los cultivares comerciales actuales, y muchos de estos genes tienen funciones relacionadas con características de interés agronómico como resistencia a enfermedades, tiempo de floración o contenido de glucosinolatos (Goliczet al., 2016).

Por ello se ha recurrido a razas o poblaciones locales de brócoli que todavía se cultivan en el sur de Italia, así como también a otras subespecies de Brassica oleracea L. u otras especies del género Brassica (Han et al., 2021).Las poblaciones o razas locales de Sicilia mantienen gran variabilidad, en especial en características de las cabezas como peso fresco, tamaño, color y ángulo de curvatura (Branca et al., 2013), y contenido de compuestos con capacidad antioxidante (Nicoletto et al., 2016) y Brassica macrocarpaGuss, especie no cultivada, posee una gran cantidad de genes únicos relacionados con distintos tipos de estrés como, por ejemplo, los causados por salinidad o sequía(Goliczet al., 2016).

Brassica carinata L. “mostaza etíope” y Brassica oleraceavar capitata “repollo” contienen genes de resistencia a Xanthomonas campestris, “podredumbre negra de las coles”, (Dakouriet al., 2021; Han et al., 2021) mientras que Brassica rapaL. var rapa, “nabo” contiene genes de resistencia a Fusarium (Akteret al., 2021). El nabo y la rutabaga (Brassica napus var. napobrassica(L.) Rchb.) contienen genes de resistencia a distintas razas del hongo Plasmodiophora brassicae, “hernia de las coles”, algunos de los cuales ya han sido introducidos en cultivares comerciales. No se han encontrado genes de resistencia a plagas, que puedan ser introducidas en brócoli por mejoramiento tradicional, no obstante, se ha logrado introducir el gen cryIAa a través de transformación de plantas. Este gen codifica para los cristales proteicos con acción insecticida de Bacillus thuringiensis y es efectivo contra la palomilla dorso de diamante (Plutellaxylostella) (Kumaret al., 2018).

El gen Myb28 introducido a partir de Brássica villosaBiv. es responsable del alto contenido de glucorafanina en híbridos que se comercializan bajo la marca Beneforté®. Los cultivares portadores del gen Myb28 de B. villosa tienen mayor eficiencia en la absorción de sulfatos del suelo y en la síntesis de este glucosinolato en particular, en consecuencia acumulan entre 2,5 a 3 veces más glucorafanina que los cultivares normales (Trakaet al., 2013). El contenido de glucosinolatos totales no asegura una alta concentración de isotiocianatos, Jo et al., (2022) evaluaron los productos de hidrólisis de 3 cultivares comerciales y 11 líneas de programas de mejoramiento con alto contenido de GSL y encontraron que no en todas las líneas existe correlación entre estos y los ITC, probablemente porque en algunas líneas hay una mayor tasa de formación de nitrilos, producto sin valor como bioactivo, en consecuencia sugieren seleccionar no solo por el contenido de GLS sino también de ITC.

La mayoría de los programas de mejoramiento de brócoli están utilizando selección asistida por marcadores moleculares (MAS), técnica que facilita notablemente la introducción de caracteres de interés hortícola acortando los ciclos de selección (Akter et al., 2021; Han et al., 2021).

Con el objetivo de extender las zonas de producción se están desarrollando en la actualidad cultivares tolerantes a altas temperaturas. El brócoli requiere temperaturas menores a 23 °C para producir una pella de calidad; con temperaturas más altas se produce un desarrollo incompleto de la cabeza, con yemas de tamaño irregular, presencia de hojas y superficie áspera y en casos extremos la planta permanece en estado vegetativo. Se ha encontrado mayor tolerancia a altas temperaturas en algunos híbridos comerciales y en poblaciones doble haploides de brócoli (Farnham & Bjorkman, 2011; Branham & Farnham, 2017) y se han desarrollado marcadores de tipo QTL (marcadores para caracteres de tipo cuantitativo) para facilitar la selección, no obstante, el avance en la introducción de este carácter es limitado (Branham & Farnham, 2017; Farnham, 2019).

La tendencia actual en el mercado respecto al tipo de cultivares es hacia una mayor comercialización de materiales híbridos (Welbaum, 2015). La obtención tradicional de parentales para la producción de híbridos es un proceso lento que requiere varios ciclos de selección y autofecudación, la haploidización de los mejores genotipos a través del cultivo de anteras o microsporas y la duplicación posterior de manera espontánea o inducida permite reducir el tiempo de obtención de los parentales a pocos años. Los doble haploides (DH) obtenidos son totalmente homocigotas y generan híbridos con alto nivel de heterosis que se expresa a través de una mayor uniformidad en el cultivo (Alan et al., 2021). Los híbridos que se comercializan actualmente se obtiene a través de mecanismos de androesterilidad citoplasmática ya que este mecanismo asegura aborto completo de las gametas masculinas, herencia materna y fácil introducción entre líneas (Han et al., 2021).

La mayor demanda de brócoli orgánico promueve el desarrollo de cultivares con características específicas como, por ejemplo, un rendimiento estable bajo diferentes condiciones agroclimáticas, resistencia a factores bióticos y abióticos y habilidad de competir con las malezas a fin de reducir el uso de agroquímicos (Torricelli et al., 2014). Es poco probable que estas características se encuentren en un híbrido, por el contrario, se requiere un cultivar con una estructura genética más amplia (Renaud et al., 2014). Los métodos de mejoramiento utilizados se basan en la generación de variedades sintéticas obtenidas por mezcla de semilla de diversas poblaciones locales sometidas a selección natural y dirigida, en diferentes ambientes, con esto se logra obtener variedades con características propias pero que conservan la diversidad genética original. (Ciancaleoni & Negri, 2020). La selección en un sistema de manejo orgánico tiene ventajas ya que al no utilizar fertilizantes de síntesis química y pesticidas permite la expresión de caracteres como mayor eficiencia en el uso de nitrógeno, resistencia a plagas y enfermedades y mayor vigor en las plantas (Renaud et al., 2014).

5. Factores relacionados con el rendimiento y la calidad

5.1. Factores climáticos:

El brócoli es un cultivo de estación fría que posee ciertos requerimientos climáticos para producir una pella de calidad comercial, (Monge Bailón et al., 2015; Das & Ghosh, 2021). El ciclo del cultivo para producción de la pella tiene dos fases bien diferenciadas, en la primera solo hay formación de hojas, y en la segunda que se produce luego de la inducción a floración se detiene la formación de hojas y comienza el desarrollo de la pella. La inducción se produce por acumulación de horas de frío en un proceso llamado vernalización (Wien&Wurr, 1997).Las temperaturas óptimas están entre 20 a 25°C para la fase de crecimiento vegetativo y entre 12 a 18°C para la fase de formación de la pella (Castagnino, 2008). El umbral de temperatura vernalizante en brócoli es mayor que en otras brásicas y depende del cultivar, “Medium late 145”requiere temperaturas menores a 10 °C,“Walthman 29” se mantiene en estado vegetativo a temperaturas de 24/27 °C día/noche mientras que “Coastal” puede formar cabezas aun estando a temperatura constante de 27 °C (Wien & Wurr, 1997; Maroto, 2017). En la mayoría de los cultivares la inducción a floración no se produce cuando la temperatura media supera los 27 °C o las temperaturas día/noche superan los 30/25 °C respectivamente (Lin et al., 2019).

Las condiciones ambientales y por tanto, las fechas de plantación, influyen sobre las características de la pella y sobre la duración del ciclo de cultivo (Monge Bailón et al., 2015). La producción de cabezas de calidad se logra en regiones con temperatura media por debajo de 23°C, temperaturas mayores durante la formación de la pella pueden provocar una apertura prematura de las yemas perdiendo calidad comercial (Castagnino, 2008). Por el contrario, las bajas temperaturas no tienen impacto sobre la calidad visual del brócoli y solo producen un retardo en el crecimiento (Plantatium International, 2016). Para una misma variedad, cuando el cultivo se realiza en ciclos primaverales o de principios de otoño, en los que el desarrollo de las plantas no se ve limitado por la temperatura e iluminación, el tamaño de la inflorescencia suele ser mayor que en los ciclos invernales donde las plantas tienen menor desarrollo antes de comenzar la floración (Maroto, 2017). Fluctuaciones en la temperatura y baja humedad pueden provocar falta de compacidad o “cabezas laxas”, el mismo defecto se produce por un crecimiento vegetativo excesivo a consecuencia de una alta fertilización con nitrógeno (Johnson, 2021). Las altas temperaturas en el inicio de la formación de la cabeza pueden provocar anomalías y muerte de yemas en algunos sectores de los floretes, lo que se manifiesta a través de manchas marrones en las pellas maduras (Johnson, 2021). Las temperaturas que ocurren durante el crecimiento de la pella también afectan el contenido de compuestos saludables, Steindal et al., (2013) encontraron que a temperaturas de 21/15°C (día/noche) y fotoperiodos de 12 horas las pellas tenían mayor contenido de glucosinolatos alifáticos, quercetinas y kaempferol que a 15/9°C, aunque el contenido de vitamina C en estas condiciones fue menor.

5.2. Factores agronómicos:

En brócoli se observa una marcada respuesta a la densidad de plantación que difiere con el cultivar. Para una misma variedad y ciclo de cultivo el peso de la inflorescencia es mayor cuanto más amplio es el marco de plantación (Wien & Wurr, 1997; Maroto, 2017), aunque en estas condiciones también aumenta el riesgo de producir cabezas con tallo hueco (Wien & Wurr, 1997; Johnson, 2021). Las densidades de plantación más utilizadas consideran 6 a 8 pl.m2aunque existen cultivares que pueden colocarse a 10 pl.m2 sin afectar el tamaño de la pella (Wien & Wurr, 1997).

Si bien el cultivo se puede iniciar por siembra directa o trasplante a raíz desnuda, en la actualidad está generalizado el uso de plantines con pan de tierra o cepellón. El volumen de la celda para la producción de plantines afecta la longitud de la raíz y el rendimiento final del cultivo, Gherbin et al., (2013) obtuvieron plantines con raíces de 2,19 cm.cm3de sustrato y rendimientos de 12 t.ha-1en celdas de 90 cm3 mientras que estos valores se redujeron a 1,81 cm.cm3y 7 t.ha-1en celdas de 12 cm3. El efecto positivo del tamaño del plantín es mayor en trasplantes tardíos de otoño (Vavrina, 1998), aunque no en todos los cultivares (Kaymak et al., 2009) y siempre que no se supere el periodo juvenil en vivero ya que en este caso hay mayor riesgo de inducir una floración temprana obteniéndose una pella que no llega a alcanzar tamaño comercial (Johnson, 2021). La utilización de envases biodegradables facilita las labores de trasplante sin producir efectos negativos en el rendimiento final (Gherbinet al., 2013).

Condiciones de estrés producido por baja disponibilidad de agua, nitrógeno o micronutrientes inducen una floración prematura siendo los cultivares tempranos más susceptibles (Johnson, 2021).

La fertilización y el riego son factores que pueden limitar el rendimiento y afectar la calidad de las hortalizas cuando no se optimiza su aplicación en cantidades, dosis, fuentes y épocas adecuadas, en función del desarrollo del cultivo. El cultivo de brócoli es altamente demandante en fertilización para alcanzar su potencial productivo, no obstante, los requerimientos varían entre cultivares y entre zonas de cultivo por lo que se hace necesaria una estimación local (Horticultivos, 2010). La fertilización nitrogenada aumenta el número de hojas y la altura de las plantas, aunque este aumento puede o no impactar en el rendimiento del cultivo (Hussain et al., 2012; Bhattarai et al., 2022; Berrios & Pérez Pastor, 2022) ya que dosis crecientes de nitrógeno también provocan un aumento en la incidencia de tallo hueco, desorden fisiológico que afecta la firmeza y vida poscosecha de las cabezas (Hussain et al., 2012).

Bajo el concepto de sustentabilidad es necesario adoptar un manejo integrado de la nutrición vegetal utilizando, además de los fertilizantes químicos, subproductos de otras industrias como por ejemplo distintos tipos de composta, biofertilizantes, abonos verdes y otros productos orgánicos. El brócoli es un cultivo eficiente en recuperar nitrógeno del suelo, y su capacidad de absorción aumenta en presencia de fuentes orgánicas de este elemento disponibles en el suelo (Torres Nava et al., 2017; Sullivan et al., 2021). Esta mayor eficiencia en el aprovechamiento de nutrientes también se observó en fertilizaciones con fósforo, potasio, azufre y molibdeno en aplicaciones combinadas con composta (Mahmud et al., 2007). De acuerdo con Sinhg et al., (2021) los compuestos orgánicos deben ser utilizados como complementos necesarios pero no como sustitutos ya que su aporte, combinado con fertilizantes químicos permite aumentar los rendimientos respecto al aporte de los productos por separado.

Los cultivos bajo un sistema de manejo orgánico producen brócolis de mayor peso (entre 218,3 a 431,6 g según cultivar)que en sistemas de manejo convencional (110,7 a 369,1 g según cultivar), y esto se debe a que el manejo orgánico con buenas prácticas durante un tiempo prolongado mejora los niveles de materia orgánica aumentando el contenido de partículas que mejoran la estructura del suelo; en consecuencia, aumenta la fertilidad y la retención de agua (Renaud et al., 2014).

El riego del cultivo puede ser superficial (por surcos) o presurizado (Figura 4), el fertirriego tiene la ventaja de mejorar la eficiencia en el uso de los nutrientes ya que éstos van dirigidos directamente a la zona radical, y además, se puede controlar la concentración en la solución del suelo y dosificar en función de la demanda de la planta (Horticultivos, 2010). La incorporación de sensores para control del riego y la optimización del coeficiente de extracción de nitrógeno, permitieron ahorrar entre 20 y 52 % de agua y de fertilizantes nitrogenados (Berrios & Pérez Pastor, 2022; Patra et al., 2022).

Figure 4:Bróccoli irrigation systems: surface irrigation in a fresh market crop at the left and drip irrigation in a frozen market crop at the right.Pocito, Provincia de San Juan, Argentina. 2021.

Figura 4: Sistemas de riego en brócoli: riego superficial en un cultivo para consumo en fresco a la izquierda y riego presurizado (goteo) en un cultivo con destino a la industria del congelado a la derecha. Pocito, Provincia de San Juan, Argentina. 2021.

El consumo de agua de un cultivo de brócoli varía en función de las distintas etapas fenológicas, De Chaves (2016), logró diferenciar tres periodos, el primero con un coeficiente de cultivo (Kc) medio de 0,4, y relativamente constante; entre los 30 y 40 días desde trasplante y coincidiendo con la formación de la cabeza el valor de Kc aumentó y desde los 40 días hasta cosecha se estabilizó en 1,35. La frecuencia de riego en brócoli, tiene mayor efecto sobre el rendimiento que la lámina aplicada, cuando la lámina se reduce de 100% a 60% de la evapotranspiración del cultivo (ETc), el rendimiento no disminuye significativamente (Kumari et al., 2018) y a partir de floración esta reducción puede aumentar el contenido de metabolitos secundarios (ácido ascórbico y catequinas) mejorando las propiedades nutracéuticas del producto sin afectar la turgencia y color de las pellas (Krizaj et al., 2021). La utilización de mulch tanto de polietileno como orgánico mejoran el aprovechamiento del agua de riego respecto al suelo descubierto (Patra et al., 2022) aunque el mulch orgánico es menos eficiente que el polietileno (Bhandari & Bhandari, 2021).

6. Tendencias en la conservación poscosecha y aplicaciones alimentarias

La vida poscosecha del brócoli es relativamente corta, 7 a 10 días, el deterioro se manifiesta a través de cambios en la consistencia y color de la pella y en la pérdida de valor nutricional ya que los GSL totales (alifáticos e indólicos) disminuyen al 50 % después de 3 días en almacenaje, y más del 70 % después de los 5 días (Huiying Miaoet al., 2020). Debido a su alta tasa respiratoria y a fin de conservar la calidad visual, el color y el valor nutritivo, el brócoli debe ser enfriado a 0°C inmediatamente después de la cosecha, para ello se puede utilizar hielo molido, aire frío u otros métodos de preenfriado (Welbaum, 2015). A fin de preservar el máximo contenido de flavonoides y glucosinolatos se aconseja continuar con temperaturas de 0°C durante el almacenaje y transporte (Welbaum, 2015; Rybarczyk Plonska et al., 2016 a y b) y mantener el producto en oscuridad ya que la acción de genes relacionados con la degradación de los GSL en poscosecha está fuertemente ligada a la presencia de luz (Casajús et al., 2020).

Si el destino es brócoli mínimamente procesado solo se puede realizar una desinfección con compuestos orgánicos como el ácido peroxiacético, o antimicrobianos naturales como las bacteriocinas (proteínas con efecto antagónico hacia microorganismos sintetizadas por bacterias acido lácticas) y recientemente, mediante el empleo de tecnologías emergentes como la UV-C o utilización de ozono (Vázquez González et al., 2020).

El sistema de distribución debe ser seguro y centrado en la calidad del producto, hoy en día la entrega de productos frescos, de calidad, y seguros para los consumidores se ha convertido en un tema prioritario en la cadena de suministro de alimentos (Ertan et al., 2019). El transporte es uno de los eslabones esenciales en este sistema, ya que las lesiones mecánicas que podría sufrir el producto son responsables de inducir cambios fisiológicos y morfológicos adversos (Mahanti et al., 2022) tal como lo demostró el trabajo de Xu et al., (2020) a través de un estrés vibracional simulando el que se produce durante el transporte.

Productos como la melatonina o los metiljasmonatos, aplicados en brócolis estimulan la síntesis de GLS, en especial de glucorafanina, uno de los más potentes glucosinolatos con poder anticancerígeno (Huiying Miao et al., 2020). Además, permiten reducir el amarillamiento, probablemente por que estimulan la actividad de enzimas antioxidantes (catalasa, peroxidasa y superóxidodismutasa) y reducen la expresión de los genes BoCLH1 y BoCLH3, quienes codifican la síntesis de clorofilasa (Xu et al., 2020). El mismo efecto se puede lograr utilizando vapor de etileno durante 6 horas(Xu et al., 2012). La aplicación de metiljasmonatos afecta el sabor del brócoli crudo pero no se percibe la diferencia cuando se consume hervido (Chiu et al., 2019).

Como alternativa al uso de productos químicos se puede prolongar la vida poscosecha utilizando distintos tipos de radiaciones, la irradiación con haz de electrones a 3 kGy mantiene la calidad del producto fresco hasta 14 días sin afectar el color, pH, peso o aroma (Gomes et al., 2008).Bajas dosis e intensidad de luz UV-B y UV-C (entre1,5 a 10 kJ·m−2·s−1) retardan la degradación de la clorofila y evitan la reducción en el contenido de azúcares y proteínas manteniendo el producto con valor comercial por más de 12 días, además su utilización puede ser un complemento útil en las cámaras de frío para brócoli fresco (Darréet al., 2017; Khalili et al., 2017). A nivel minorista, la vida en estante y la calidad visual y nutritiva de brócoli puede extenderse conservando los productos bajo luz verde LED o luz fluorescente, en estas condiciones se reduce la degradación de la clorofila, retardando el amarillamiento de las yemas. Los LED verdes tienen la ventaja de aumentar el contenido de GLS aunque no afectan el contenido de sulforafanos (Jin et al., 2015). La temperatura durante la venta minorista debe estar entre 10 a 18°C (Rybarczyk Plonska et al., 2016 a y b).

Si el producto se destina a congelado, primero se somete a la acción de altas temperaturas durante pocos segundos y posteriormente se lleva a los túneles de congelado, lo que puede afectar el valor nutritivo en distintos grados. El tratamiento térmico tiene como objetivo reducir la carga bacteriana e inactivar enzimas como las peroxidasas (POD), polifenol oxidasas (PPO) y pectínmetilesterasas (PME) que catalizan reacciones indeseables (Deng et al., 2015). La tasa de degradación de los GLS durante el procesamiento térmico se incrementa con el aumento de la temperatura entre 13 a 82%, siendo mayor en los tejidos con mayor contenido de agua (Olivero et al., 2011) y obteniéndose, como resultado de la degradación isotiocianatos, tiocianatos o nitrilos, epitonitrilos y oxazolidinas (Ríos Fuentes et al., 2022) en concentraciones variables que dependen del GLS de origen, del cultivar, del pH y la presencia de iones Fe+2 (Rodríguez Hernández, 2013) (Figura 5).

Figure 5:Glucosinolates hydrolysis mediated by mirosinase: the first product, the aglycone, is rapidly transformed into isothiocyanates (ITC), thiocyanates, oxazolidine-thiones, epithionitriles or nitriles. The side group R shows the glucosinolate or isothiocyanate type respectively.(Rodríguez Hernández, 2013).

Figura 5:Hidrólisis de un glucosinolato mediada por la enzima mirosinasa: el primer producto es una aglucona inestable que se transforma en isotiocianato, tiocianato, nitrilos, epitionitrilos u oxazolidina-tiona. El grupo lateral R indica el tipo de glucosinolatooisotiocianato respectivamente (Rodríguez Hernández, 2013).

A diferencia de lo que sucede en el tratamiento térmico,durante el proceso de congelado aumentó el contenido extraíble de GLS y de carotenoides totales entre 60 a 300 % respecto al brócoli fresco en siete cultivares sugiriendo que luego del congelado los compuestos bioactivos se encuentran más disponibles que en el producto fresco (Alanís Garza et al., 2015)

El brócoli tiene diversas aplicaciones en la industria alimentaria, entre las tendencias se encuentra su uso para la formulación de microcápsulas, las que podrían aumentar la estabilidad y retención de nutrientes lábiles como el sulforafano (SF) (Rosenberg et al., 2018). Ésta también es una estrategia adecuada para transformar los agentes saborizantes de alimentos líquidos en polvos, más estables y de fácil manipulación, que se podrían incorporar en la formulación de alimentos secos. Wu et al., (2014) lograron la exitosa incorporación del SF en cápsulas de maltodextrina utilizando el método de secado por aspersión, obteniendo alta eficiencia durante el proceso de encapsulación, alto rendimiento en la producción y adecuada estabilidad. Recientemente, Wang et al., (2020) nanoencapsularon SF con mijo y prolamina de maíz, encontrando que la vida media de este compuesto se incrementó a más de 6 h, en contraste con la vida media del SF libre que es solo de 3 h a 60 °C. Por lo tanto, transformar este compuesto aceitoso en un polvo seco mediante encapsulación puede mejorar la estabilidad y valor económico de los compuestos bioactivos del brócoli (Li et al., 2022). La posibilidad de encapsular los compuestos bioactivos como los glucosinolatos o el sulforafano abre un mercado importante en las industrias alimentarias, farmacéuticas y cosméticas donde ya es utilizado como aditivo antimicrobiano, nutritivo o antioxidante.

El brócoli también es una buena fuente de proteínas vegetales que consiste en 32% de albúmina, 30% de prolamina, 23% de glutelina y 16 % de globulina. Las proteínas de la hoja tienen alta susceptibilidad a la pepsina y a las enzimas pancreáticas (Sedlar et al., 2021) lo que significa que son fácilmente digeribles y pueden usarse para sustituir otras con mayor dificultad en la digestión para la formulación de productos alimenticios. Cai et al., (2019) por otra parte demostraron que la fermentación a 30 °C de purés de brócoli durante cuatro días con bacterias del ácido láctico (Leuconostoc mesenteroides y Lactobacillus plantarum) duplicaron el contenido de sulforafano (de 845 a 1617 μmol/kg PS), lo que demuestra también el gran potencial de procesado de este alimento.

7. Valorización de los restos de cosecha y procesamiento

Luego de la cosecha, más del 70% de la masa vegetal del cultivo queda en el campo (Bompadre &Vergagni Saralegui, 2018) y, si el brócoli se destina a procesamiento, se suman grandes cantidades de residuos compuestos por tallos, hojas y restos de floretes que, en el caso de congelados, pueden llegar a 45% del producto comercial a cosecha. (Esparza et al., 2020). Mediciones realizadas en México, de acuerdo con el protocolo de gases de efecto invernadero (protocolo GHG), indican que 1 t de pellas en la puerta de la finca produce un equivalente a 48 kg de CO2, este valor aumenta en un 91% cuando se trata de 1 t de brócoli congelado (Ríos Fuentes et al., 2022). El balance definitivo del carbono de cada cultivo o, lo que es lo mismo, la huella de carbono queda definitivamente supeditada al modelo de agricultura que se realiza y al destino final de todos los componentes de la producción (Hortofrutícola, 2020). Las emisiones de CO2 en cultivos de brócoli en diferentes partes del mundo varían entre 300 y 800 kg de CO2 por tonelada de producto y se deben principalmente a las emisiones de los fertilizantes y de los restos de cultivo (Frohmann & Olmos, 2013).

Si bien tradicionalmente el cultivo de brócoli se realiza para la obtención y comercialización de la pella, gran parte de las investigaciones actuales se enfocan en el agregado de valor de los restos vegetales que quedan en el campo o el descarte producido por la industrialización de las pellas (Figura 6) (López Chillón et al., 2018; Vázquez González et al.; 2020). El uso de compuestos naturales con alta actividad biológica para el control de plagas y enfermedades tiene ventajas sobre los de síntesis química ya que, al ser recursos renovables y biodegradables, reducen las emisiones de gases de efecto invernadero comparados con los pesticidas convencionales. En este contexto se ha prestado atención al sistema defensivo glucosinolato (GL) - mirosinasa (MYR) presente en las brásicas (Lazzeri et al., 2013; Lv et al.; 2022) ya que se ha demostrado que solo con una temporada de incorporación de restos de cosecha se logró reducir la población de nemátodos en suelo (Bompadre & Vergagni Saralegui, 2018), no obstante su incorporación durante varios años, permitió la acumulación de isotiocianatos, producto de degradación de GLS y uno de los principales responsables del efecto biofumigante (Lazzeri et al., 2013). La utilización de brócoli, además de su acción biofumigante, aporta fertilizantes al suelo ya que al momento de la cosecha las plantas llegan a tener entre 200 a 260 kg.ha-1 de nitrógeno, de los cuáles dos terceras partes quedan en el campo (Sullivan et al., 2021).

Otra forma de utilización es mediante la producción de compost o alimento balanceado para animales (Esparza et al., 2020). Por cada tonelada de brócoli congelado, 0,61 t de restos podrían ser revalorizados a través de la sustitución de forrajes, con esta alternativa se podría reemplazar 0,115 t de alfalfa o 0,163 t de trigo lo que representa una reducción en los valores de gases de efecto invernadero (GEI) de 176 y 126 kg de CO2 respectivamente por tonelada de brócoli congelado (Ríos Fuentes et al., 2022).

De acuerdo a Esparza et al., (2020) también se puede agregar valor a los residuos utilizándolos para la extracción de compuestos bioactivos que tienen como destino las industrias farmacéuticas, alimenticias y de cuidado de la salud (Figura 6). El contenido de bioactivos es variable dependiendo de los cultivares o parte de la planta de donde se extraen. Se ha demostrado que el contenido de GLS puede variar entre 0,2 y 2% del peso total de los residuos, la glucorafanina, en particular, puede variar entre 32 a 64% (Thomas et al., 2018) y los flavonoides entre 2,5 veces en hojas y 3,5 veces en floretes de distintos cultivares (Aires, 2015, Duan et al., 2021).Las raíces, semillas y brotes de brócoli son los órganos con mayor contenido de compuestos bioactivos y pueden utilizarse para la extracción y desarrollo de productos ricos en glucosinolatos (Li et al., 2022).

Figure 6:Different products that can be obtained from a broccoli crop or broccoli sprouts.2022.

Figura 6:Productos que pueden obtenerse a partir de un cultivo de brócoli o de germinados de brócoli.2022.

8. Conclusión

Los datos expuestos en esta revisión indican que la demanda de brócoli a nivel mundial ha mostrado una tendencia creciente que continuará en la próxima década. El valor funcional, como protector del sistema cardiovascular, neurológico y contra ciertos tipos de cáncer de esta hortaliza es la principal razón del aumento en el consumo. En consecuencia, un gran número de trabajos de investigación se centra en los factores de pre y poscosecha que mantienen o aumentan la concentración de compuestos bioactivos en el brócoli tanto en fresco como procesado.

Por otra parte, y como respuesta a la alerta sobre la población mundial, ejercida por los indicadores de cambio climático, los estudios se enfocan en lograr una mayor eficiencia en la cadena de producción del brócoli. Se proponen tecnologías innovadoras para mejorar la vida poscosecha del producto en los distintos niveles de la cadena de distribución y venta, y se aportan distintas opciones para la valorización de los residuos de cosecha y procesamiento. Entre estas últimas, se destacan el uso como biofumigante de suelos, bioplaguicida, materia prima para la elaboración de alimentos balanceados y para la extracción de compuestos bioactivos, base para industrias alimenticias, farmacológicas y cosméticas.

Desde el mejoramiento genético se busca aumentar la oferta de cultivares con resistencia genética a plagas y enfermedades y adaptación a distintos ambientes, lo que también contribuye a la sostenibilidad del cultivo ya que se reduce el uso de agroquímicos y fertilizantes en la etapa de producción.

Los pocos estudios referidos a tecnología de manejo de cultivo tienen como objetivo optimizar el uso de recursos naturales, en especial agua y suelo, proponiendo prácticas de riego y fertilización más eficientes, entre las que se puede mencionar la incorporación de fertirriego y el uso combinado de fertilizantes químicos con abonos orgánicos para un mejor aprovechamiento de los nutrientes.

Como comentario final es importante destacar que en la actualidad los productores hortícolas se ven frente a la necesidad de un cambio, donde la sostenibilidad es ahora más importante que el rendimiento final del cultivo. En este contexto se verán obligados a revisar los distintos factores de producción para lograr un uso más eficiente de todos los recursos; la aplicación de protocolos de Buenas Prácticas Agrícolas resultan decisivas para lograr un adecuado balance pero no son la única herramienta a tener en cuenta, conceptos como “huella de carbono” o “huella de agua” deberán ser incorporados y analizados en cada etapa de la cadena de producción.

9. Conflicto de intereses

Los autores declaran que este trabajo no presenta conflicto de intereses.

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