Design and Implementation of a Technical Itinerary for Biofortification of Calcium in Solanum tuberosum L. tubers of Agria, Picasso and Rossi Varieties

Abstract

O cálcio (Ca) é um mineral essencial com diversas funções cruciais no corpo humano, como a formação óssea e a mineralização dos dentes. No entanto, a deficiência de Ca pode levar a condições como osteoporose e raquitismo, caracterizadas por baixa densidade óssea e fragilidade. Nesse contexto, a biofortificação fornece uma solução sustentável e de longo prazo para combater o aumento das deficiências minerais, incluindo o Ca, ao aumentar os teores de nutrientes nas culturas básicas. Assim, este trabalho visa desenvolver, projetar, implementar e otimizar um itinerário técnico para biofortificação de Ca em três variedades de Solanum tuberosum L. (Agria, Picasso e Rossi), através de aplicações foliares durante o ciclo produtivo das plantas em três campos experimentais localizados na Lourinhã (Portugal). Além disso, o estudo pretende inovar ao criar produtos processados derivados de batatas biofortificadas com Ca, como a fécula e o puré de batata desidratado. Para atingir esses objetivos foram analisadas algumas características edafoclimáticas como, solo, água de irrigação e clima nos três anos de estudo. Além disso, consideraram-se análises envolvendo a detenção remota, parâmetros fotossintéticos, monitorização mineral dos diferentes órgãos da planta Solanum tuberosum L. (raízes, caules e folhas). Adicionalmente, nos tubérculos efetuou-se ainda a quantificação e localização mineral ao nível tecidular, assim como a determinação de parâmetros colorimétricos, proteína, ácidos gordos, amido, sólidos solúveis, parâmetros morfométricos, teor de peso seco, sólidos totais solúveis, textura e análise sensorial. Verificou-se que o teor de Ca aumentou com as aplicações foliares nos três anos deste estudo, concluindo-se que através das aplicações foliares o Ca é redistribuído no floema e complementa o fluxo de massa do xilema, induzindo o aumento de Ca nos tubérculos. No terceiro ano foi ainda possível otimizar o itinerário de biofortificação em Ca para as três variedades. Como tal, constatou-se que sete aplicações foliares de 12 kg.ha-1 de Ca-EDTA apresentaram os teores mais elevados de Ca, com um índice xvi de biofortificação correspondendo a 8,2 %, 88 % e 78 %, para as variedades Agria, Picasso e Rossi, respetivamente. A nível geral, o processo de biofortificação de Ca durante os três anos de estudo, não pareceu influenciar as características morfológicas, físicas e organoléticas das batatas. Adicionalmente, considerando a análise sensorial, o tratamento com 12 kg.ha-1 de CaEDTA parece influenciar positivamente na maioria das características sensoriais avaliadas nas três variedades. Aponte-se, contudo, que através do processo de biofortificação em Ca, é possível obter um alimento funcional e/ou um produto alimentício processado de batata, obtendo-se produtos com valor económico adicional agregado e com características funcionais.

Calcium (Ca) is an essential mineral with several crucial functions in the human body, such as bone formation and tooth mineralization. However, Ca deficiency can lead to conditions like osteoporosis and rickets, characterized by low bone density and fragility. In this context, biofortification can provide a sustainable and long-term solution to combat the rising of mineral deficiencies, namely Ca, by enhancing nutrient contents in staple crops. As such, this study aimed to develop, design, implement and optimize a technical itinerary for Ca biofortification in three varieties of Solanum tuberosum L. (Agria, Picasso, and Rossi) through foliar applications during the plants' productive cycle in three experimental fields located in Lourinhã (Portugal). This study further aimed to innovate by creating processed products derived from Ca biofortified potatoes, such as starch and dehydrated mashed potatoes. To achieve these goals, edaphoclimatic characteristics were analyzed, namely soil, irrigation water and climate in a three-year experimental period. Also, remote sensing, photosynthetic parameters, mineral monitoring of the different organs of Solanum tuberosum L. plant (roots, stems, and leaves), the mineral quantification and Ca location, colorimetric parameters, protein, fatty acids, starch, soluble solids, morphometry parameters, dry weight content, total solids soluble, texture and sensory analysis were measured. Moreover, Ca increased with foliar applications in the three years of experiments, suggesting that through foliar applications Ca is redistributed in phloem and complements xylem mass flow, resulting in Ca increase in tubers. In the third year it was possible to optimize the Ca biofortification itinerary for the three varieties. As such, seven foliar applications of 12 kg.ha-1 of Ca-EDTA showed the highest Ca content in tubers with skin - with a Ca biofortification Index of 8.2 %, 88 % and 78 % for Agria, Picasso and Rossi, respectively - as well as the lowest yields and negative impacts on photosynthesis apparatus. Indeed, overall, Ca biofortification process during the three years of the experiment did not seem to influence the morphological, physical, and organoleptic characteristics of potatoes. It was further xiv concluded that through Ca biofortification it is possible to obtain a functional food and/or food product based on potato tubers, which is a value-added product with functional characteristics.