Uso de nanoformulaciones para un cultivo más sostenible y de calidad de la variedad Monastrell

Abstract

La presente Tesis Doctoral se enmarca dentro del proyecto “nano-VIT (RTI2018-095794-B-C21, RTI2018-095794-A-C22)”, que busca optimizar la aplicación de urea y metil jasmonato en viñedo con la finalidad de mejorar la calidad de las uvas y vinos de la variedad Monastrell. En estudios precedentes se han estudiado la aplicación foliar de la urea como fuente de nitrógeno y la de metil jasmonato (MeJ) como estrategia para aumentar la síntesis de metabolitos secundarios en la planta. Los resultados obtenidos no siempre han mostrado la eficacia esperada, es por ello que en esta Tesis Doctoral se plantea el uso de la nanotecnología como alternativa al modo convencional de aplicación de estos compuestos. Durante tres años consecutivos se ha evaluado el efecto de la aplicación de urea y MeJ en las dos formas de aplicación, convencional y soportados sobre nanopartículas de hidroxiapatito (nano-urea y nano-MeJ) en la calidad de las uvas y vinos de la variedad Monastrell. Para ello, se estudió el efecto de los diferentes tratamientos sobre la composición de la pared celular, la composición fenólica (antocianos, estilbenos y proantocianidinas) y nitrogenada en las uvas y vinos. Finalmente, se evaluó la calidad sensorial de los vinos obtenidos. De todo ello, se concluyó que tanto los tratamientos convencionales como los que emplearon nanopartículas incrementaron el grosor de las paredes celulares. Todos los tratamientos afectaron a los componentes estructurales de la pared celular, incrementando los contenidos en proteínas, hemicelulosa y ácidos urónicos. Por otro lado, los compuestos fenólicos no se vieron afectados y la celulosa mostró concentraciones inferiores al control. En cuanto a la composición fenólica de uvas y vinos, los resultados fueron dispares en función de la añada y tratamiento. En el caso de los tratamientos con urea se encontraron resultados diversos en la cantidad de antocianos en las uvas. Las uvas tratadas con nano-urea obtuvieron una concentración inferior que las uvas control. Una menor concentración de antocianos también se vio reflejada en los vinos procedentes de las uvas de ambos tratamientos. En cuanto a los estilbenos, el tratamiento con urea provocó un incremento en su contenido en las uvas, aunque no fue trasladado al vino. El efecto del tratamiento con nano-urea no quedo claro debido a la disparidad de los resultados obtenidos en los tres años de estudio. El contenido en proantocianidinas totales en las uvas y vinos no se vio afectado por los tratamientos de urea y nano-urea. Por otro lado, el tratamiento de MeJ consiguió incrementos de los antocianos tanto en la uva como en el vino cuando la uva alcanzó una madurez óptima, sin embargo esto no ocurrió en el tratamiento con nano-MeJ. Respecto a los estilbenos los tratamientos con MeJ y nano-MeJ mostraron incrementos tanto en las uvas como en los vinos elaborados con ellas. En contraposición, las proantocianidinas totales procedentes de los hollejos en los tratamientos con MeJ y nano-MeJ mostraron unos valores inferiores a las uvas control, en las procedentes de las semillas el efecto fue diferente en los tres años de estudio. Finalmente, el contenido en los vinos no se vio modificado por los tratamientos. En relación a los compuestos nitrogenados todos los tratamientos provocaron un incremento tanto en uvas como en vinos. Dichos incrementos fueron más acusados cuando el contenido en nitrógeno de las uvas control fue menor. Finalmente en el análisis sensorial de los vinos obtenidos, los tratamientos con urea y nano-urea no mostraron diferencias perceptibles frente al vino control. Por otro lado, los vinos procedentes de los tratamientos con MeJ y nano-MeJ fueron diferenciados por los catadores frente al vino control, mostrando además su preferencia por ellos. Por tanto, en esta Tesis Doctoral se ha demostrado que, aunque el principal factor que influyó en la variabilidad de los resultados encontrados fue la añada, tanto los tratamientos convencionales como en forma de nanopartículas son capaces de producir efectos variables sobre las uvas y los vinos de la variedad Monastrell. Además, en general, los tratamientos convencionales dieron lugar a resultados más significativos que los tratamientos con nanopartículas. Aun así, debemos de tener en cuenta que hemos aplicando dosis 8 (en el caso de la urea) y 10 (en el caso del MeJ) inferiores al modo convencional. Dado que los resultados no han sido totalmente satisfactorios, es necesario realizar una optimización en su aplicación para poder mejorar su efectividad y poder ofertarlo al sector como una nueva herramienta vitivinícola.

This Doctoral Thesis is part of the "nano-VIT (RTI2018-095794-B-C21, RTI2018-095794-A-C22)" project, which seeks to optimise the application of urea and methyl jasmonate in vineyards in order to improve the quality of Monastrell grapes and wines. Previous researches have studied the foliar application of urea as a source of nitrogen and methyl jasmonate (MeJ) as a strategy to increase the synthesis of secondary metabolites in the plant. The results obtained have not always shown the expected effectiveness, which is why this Doctoral Thesis proposes the use of nanotechnology as an alternative to the conventional way of applying these compounds. Over the course of three successive seasons, an investigation was conducted to assess the impact of urea and MeJ application in two distinct modalities, conventional and supported on hydroxyapatite nanoparticles (nano-urea and nano-MeJ), on the quality attributes of Monastrell grapevines and the resulting wines. To this end, the effect of the different treatments on the composition of the cell wall, the phenolic composition (anthocyanins, stilbenes and proanthocyanidins) and nitrogen in grapes and wines was studied. Finally, the sensory quality of the wines obtained was evaluated. The research findings indicate that both conventional and nanoparticle treatments increased cell wall thickness. All treatments affected the structural components of the cell wall, increasing the contents of proteins, hemicellulose and uronic acids. On the other hand, phenolic compounds were not affected and cellulose showed lower concentrations than the control. Regarding the phenolic composition of grapes and wines, the results were different depending on the vintage and treatment. In the context of urea treatments, divergent outcomes were observed concerning the quantity of anthocyanins present in the grapes. Grapes treated with nano-urea obtained a lower concentration than control grapes. An inferior concentration of anthocyanins was also reflected in the wines from grapes of both treatments. As for stilbenes, the urea treatment caused an increase in their content in the grapes, although it was not transferred to the wine. The effect of the nano-urea treatment was not clear due to the disparity of the results obtained in the three years of study. The total proanthocyanidin content in grapes and wines was not affected by the urea and nano-urea treatments. On the other hand, the MeJ treatment achieved increases in anthocyanins in both grapes and wine when grapes achieved optimal maturity. However, such enhancements were not observed in the nano-MeJ treatment. Regarding stilbenes, both MeJ and nano-MeJ treatments showed increases in both grapes and wines. In contrast, total proanthocyanidins from the grape skins in the MeJ and nano-MeJ treatments showed lower values than in the control grapes, while the effect of proanthocyanidins from the seeds was different in the three years of the study. Finally, the content in the wines was not modified by the treatments. Turning to nitrogen compounds, all treatments caused an increase in both grapes and wines. These increments were more pronounced when the nitrogen content of the control grapes was initially lower. Finally, in the sensory evaluation of the wines obtained, the treatments with urea and nano-urea showed no perceptible differences compared to the control wine. In contrast, the wines derived from the MeJ and nano-MeJ treatments were discerned by the panelists as distinct from the control wine, with a preference expressed for the former. Therefore, in this Doctoral Thesis has demonstrated that, although the main factor influencing the variability of the results found was the vintage, both conventional and nanoparticle treatments are capable of producing variable effects on Monastrell grapes and wines. Moreover, conventional treatments produced more significant results than nanoparticle treatments. Even so, we must bear in mind that we have applied doses 8 (in the case of urea) and 10 (in the case of MeJ) lower than the conventional mode. Given that the results have not been totally satisfactory, it is necessary to optimise its application in order to improve its effectiveness and offer it to the sector as a new viticultural tool.