Evaluación de la calidad física y fisiológica de semilla común de caraota (Phaseolus vulgaris L.) bajo dos sistemas de acondicionamiento y almacenamiento

Introducción

Desde el punto de vista general, la calidad es un conjunto de características que el consumidor evalúa para decidir si un producto satisface sus expectativas para su uso (Montgomery, 2004). La norma ISO 9001 (2015), la define como el grado en el que un conjunto de características inherentes a un objeto (producto, servicio, proceso, persona, organización, sistema o recurso) cumple con el propósito para el cual fue diseñado. Desde el punto de vista industrial, se define como las acciones de control y gestión que se realizan sobre un proceso para manejar y disminuir la variabilidad (Montgomery, 2019). Es importante destacar que, la calidad industrial se centra en satisfacer de manera correcta y equilibrada los aspectos legales, así como los requisitos que debe tener un producto con respecto a las necesidades de los clientes, los consumidores y la funcionalidad del objeto, lo que se denomina calidad total.

De acuerdo con Montgomery (2004), existen ocho dimensiones de la calidad industrial (desempeño, confiabilidad, durabilidad, facilidad de servicio, estética, características incluidas, características percibidas y conformidad), las cuales facilitan la comprensión del aseguramiento de la calidad total, en términos de que la misma se encuentre en los niveles nominales requeridos.

Los componentes de la calidad agronómica, tienen relación directa con la calidad industrial. El componente físico se relaciona con las dimensiones característica, estética, percibida y durabilidad, las cuales se asocian con la preferencia del usuario debido a lo atractivo del producto tales como el color, brillo, inexistencia de daños mecánicos por plagas o enfermedades, fracturas, cuarteos, ausencia de contaminantes tales como materia inerte, semillas de malezas, formas reproductivas de plagas y enfermedades, entre otras (Haig, 1996). Para estudiar la calidad física, se recurren a las pruebas de humedad, pureza física y peso específico.

Por su parte, los aspectos fisiológicos están asociados con la capacidad que tiene la semilla de producir una nueva planta vigorosa en un tiempo determinado, lo cual tiene relación directa con las dimensiones de confiabilidad (probabilidad de que la semilla realice su función, de acuerdo con las condiciones de operación, dentro de un período de tiempo definido) y conformidad (grado con el que la semilla es producida con respecto a lo que se requiere).

Cuando la semilla alcanza su madurez fisiológica, inicia un proceso natural de deterioro, el cual debe minimizarse (Araya et al., 2010; Ennen, 2011). Por ello, las prácticas de manejo postcosecha son fundamentales, ya que éstas permiten ajustar, más no mejorar, las condiciones de calidad establecidas por los organismos nacionales e internacionales. Posterior a la cosecha se deben llevar a cabo una serie de estrictas actividades de control, para evitar que el material que no cumple con los requisitos pase a las siguientes etapas del proceso (Araya et al., 2010). También es importante destacar, que las operaciones de acondicionamiento permiten ajustar algunas características para que el material vegetal pueda mantenerse durante el almacenamiento de forma correcta el mayor tiempo posible.

Dadas las consideraciones anteriores, se señala que los objetivos de este trabajo fueron analizar y comparar los efectos de dos sistemas de acondicionamiento y almacenamiento (artesanal e industrial) sobre la calidad física y fisiológica de semilla común de caraota, de acuerdo con los análisis validados por la Asociación Internacional de Ensayos de Semilla (ISTA, 2016).

Materiales y Métodos

La presente investigación fue de tipo evaluativa, pues determinó como los sistemas artesanal e industrial de acondicionamiento y almacenamiento afectaron la calidad física y fisiológica en semilla común de caraota del cultivar Magdaleno, proveniente de una pequeña unidad de producción ubicada en San Joaquín, estado Carabobo, Venezuela, derivadas del ciclo de producción norte verano 2021/2022.

El nivel de investigación fue evaluativo, ya que contempló las acciones para la valoración del acondicionamiento y almacenamiento de los sistemas estudiados, y su influencia sobre los componentes físicos y fisiológicos de la calidad de la semilla de caraota. Se estudiaron dos unidades de análisis, las cuales correspondieron a los sistemas de acondicionamiento y almacenamiento. La Unidad de Producción Finca Valle Hermoso obtuvo 2200 kg de semilla, la cual se destinó como material de propagación para el siguiente ciclo de producción. Dicho lote fue dividido en dos partes iguales.

El lote artesanal fue procesado en las instalaciones de la propia unidad de producción en nueve operaciones: secado en campo, cosecha, desgranado, pre-limpieza manual, trillado, selección manual, transporte, envasado, tratamiento químico con fosfuro de aluminio y almacenamiento en el galpón de la unidad de producción en condiciones ambientales (26 ± 3°C) durante seis meses. La semilla se envasó en 44 sacos de 25 kg cada uno.

El lote industrial se envió a PROSEVENCA, y se sometió a once operaciones (recepción de la semilla, selección, secado, transporte, limpieza, separación densimétrica, tratamiento químico con fosfuro de aluminio, envasado, sellado, transporte y almacenamiento en cavas a 10°C por seis meses). La semilla también fue envasada en 44 sacos de 25 kg.

La metodología de muestreo que se siguió, está referenciada en el Capítulo 2 de la norma ISTA (2016). Se seleccionaron de manera aleatoria cinco repeticiones de 15 sacos cada una, tal como lo indica el apartado 2.5.1.2 de la ISTA. De cada saco elegido, se extrajeron con la ayuda de un calador manual, las muestras primarias de 200 g que se combinaron, mezclaron y homogeneizaron en bolsas plásticas hasta obtener cinco muestras compuestas (repeticiones) de 3 kg, procedimiento realizado como lo indicado en la sección 2.5.1.3 apartado D de la norma. En cada tanda eran seleccionados aleatoriamente sacos distintos. Las mismas se identificaron con el lote al que pertenecían, se envasaron, sellaron y se trasladaron al Laboratorio de Calidad de Semillas de PROSEVENCA, C. A., ubicada en Cagua, estado Aragua.

De cada muestra compuesta, y con ayuda de un divisor cónico tipo Boerner®, se extrajeron aleatoriamente cuatro muestras de trabajo (sin reemplazo), tal y como se describe a continuación: 200 g para la determinación del contenido de humedad, 175 g para el estudio de la pureza física, 500 g para el peso específico y 50 g para el vigor y germinación. Todas las pruebas se hicieron por triplicado, por lo que se usaron 2775 g de semilla. Los 225 g restantes se depositaron como muestra de stock.

El peso específico se determinó, dejando caer la semilla en un cilindro graduado hasta la marca de 500 mL y se realizaron tres movimientos de zigzag para aplanar cualquier irregularidad de la superficie. Posteriormente, se cuantificó la masa de semilla en una balanza de precisión Balmi®. Con estos datos, se procedió a determinar la masa por unidad de volumen. Los resultados se reportaron en kg.hL^-1.

Para el estudio del vigor y la germinación, se utilizó el método descrito en la sección 5 de la norma. Se extrajo una muestra de trabajo constituida por 100 semillas, a las cuales se les había realizado el análisis de pureza, y se aplicó el método de germinación estándar entre papel secante colocado en bandejas. Las semillas fueron ordenadas en cuadrículas. Las bandejas se ubicaron durante siete días en condiciones óptimas para el crecimiento del cultivo (75–80% de humedad relativa y 25 ± 2 °C, regadas diariamente con 100 mL de agua destilada estéril). El análisis del vigor se llevó a cabo directamente del ensayo de germinación, haciendo un único recuento de semillas con radícula emergida a las 60 h posterior a la siembra. Para el caso de germinación, se realizó el conteo diario de las plántulas normales, como se describe en detalle en la Sección 5.2.7 de la norma.

Para la expresión de resultados se usaron las técnicas de estadística descriptiva en las que se realizaron gráficas de cajas para cada variable por sistema, además de mostrar de forma específica el valor de referencia de calidad de la FAO (2006). También se presentaron resultados en tablas de contingencia.

Se aplicó la prueba t de student de dos colas para determinar la diferencia de las medias de dos poblaciones independientes, de muestras pequeñas y con varianzas desconocidas, aunque se presume que éstas son iguales (Hines y Montgomery, 1996; Montgomery y Runger, 2003; Gutiérrez y De la Vara, 2008). Las hipótesis de contraste fueron: Hipótesis nula (H₀): no existen diferencias estadísticamente significativas entre las medias de los sistemas analizados, versus la hipótesis alternativa (H_a): existen diferencias estadísticamente significativas entre las medias de los sistemas analizados.

Para todos los casos, se aplicó como regla de decisión que si el p valor de la prueba es menor al nivel de significancia (α = 0,05), se declararon diferencias estadísticamente significativas entre los sistemas. Todos los análisis fueron realizados en los paquetes estadísticos Minitab® v. 2019 e Infostat® v. 2020.

Resultados y Discusión

Se logró determinar que las variables de estudio cumplieron con los supuestos de aleatoriedad, normalidad, homogeneidad de varianza e independencia. En todos los casos, los p valor fueron mayores al nivel de significancia (p>0,05), lo cual es clara evidencia estadística que se cumplieron todos y cada uno de los supuestos antes indicados, con un nivel de confianza del 95%.

Ensayo de contenido de humedad

La humedad es la medida relativa en la que la pérdida y ganancia de agua entre el tejido seminal y el aire están en equilibrio. Para el caso de la caraota, el valor ideal es de 13% cuando la temperatura es de 25°C (FAO, 2006). En relación con los resultados obtenidos de este trabajo, se pudo determinar que el contenido de humedad fue de 14,22% ± 0,45% para el lote artesanal, mientras que para el sistema industrial, se obtuvo un valor de 12,67% ± 0,25%. Es evidente que la semilla del lote industrial, se halló debajo del valor de referencia ideal (figura 1). Por su parte, con la aplicación de la prueba t de student, se pudo determinar con un nivel de significancia del 5% que los promedios de humedad difieren estadísticamente entre los sistemas estudiados (p valor < 0.0001) (cuadro 1).

Figura 1

Gráfica de caja del contenido de humedad de semilla común de caraota bajo dos sistemas de acondicionamiento y almacenamiento.

 Cuadro 1

Resultados de la prueba t de student para el contenido de humedad de semilla común de caraota bajo dos sistemas de acondicionamiento y almacenamiento.

Es importante resaltar que, en campo la semilla se preseca en el fruto antes de ser cosechada, hasta que el productor considere que las vainas se encuentran lo suficientemente quebradizas para ser trilladas. Dicho proceso depende directamente de las condiciones climáticas y de la prudencia del productor. Es preciso señalar que el presecado presenta grandes riesgos de pérdida de cosecha por la posibilidad de ocurrencia de lluvias o por la incidencia de plagas y enfermedades. Por otra parte, es evidente, que en este proceso no se incurren en grandes costos, no se requieren equipos específicos, ni mano de obra especializada para realizarse, aunque claramente está sujeto al gusto del productor para desarrollarse.

La cosecha y desgrane se realizaron de la misma manera para ambos lotes de semilla, por un proceso semi – mecanizado usando una máquina automática, la cual es capaz de cosechar y trillar desde 1,2 hasta a 1,5 ha.h^-1. La máquina, posee un sistema de flujo axial de bajo impacto, con el cual se separan las semillas de las vainas. El sistema de limpieza posee unas cribas vibratorias y una turbina que funciona por succión, lo que proporciona una calidad superior en el material. La máquina se descarga inclinando el tanque, evitando así el daño mecánico que ocasionaría otro sistema.

En el sistema artesanal, se hace un segundo trillado de forma rudimentaria (por oreado), para llevar nuevamente a secar la semilla de forma natural a un lado del galpón, en un área totalmente expuesta al sol hasta que el agricultor lo considere pertinente, sin llevar registros o contar con algún equipo para medir la humedad. Es evidente que es un proceso altamente dependiente de las condiciones ambientales, por lo general es lento, no garantiza homogeneidad de secado y es poco eficiente cuando se tienen grandes volúmenes de semillas.

Ensayo de pureza física

Cuadro 2

Resultados del ensayo de pureza física de semilla común de caraota sometida a dos sistemas de acondicionamiento y almacenamiento.

Cuadro 3

Resultados de la prueba t de student para pureza física de semilla común de caraota sometida a dos sistemas de acondicionamiento y almacenamiento.

Los resultados antes indicados, se fundamentan en que en el sistema industrial la limpieza se realiza en una cribadora de precisión. La máquina realiza una pre-aspiración, luego el material pasa por tres cribas. En la superior, se eliminan los contaminantes de mayor tamaño, en la intermedia se eliminan materiales medianos, y en la inferior se extraen las impurezas pequeñas.

Por su parte, la limpieza artesanal se hace de forma manual, venteando de cuatro a cinco veces la masa de semillas. Este sistema es ideal para pequeñas cantidades y si estas poseen la humedad adecuada, se evitan daños mecánicos por la caída durante su manipulación. También es importante destacar, que es un sistema rudimentario y poco eficiente, ya que no permite una correcta separación de semillas de la misma especie con características diferentes (semillas blancas) o la disgregación de partículas que, por su tamaño, peso y forma, son muy difíciles de extraer de forma manual.

Es evidente que la tecnología aplicada para disminuir la humedad o para garantizar la pureza, afectan la calidad. Secados a la intemperie, conllevará a tener mayor cantidad de contaminantes que suelen ser portadores de insectos plagas y patógenos, además de aportarle al lote una apariencia sucia, lo que incide de manera negativa sobre la presentación del producto.

Ensayo de peso específico

Esta es una característica que indica la cantidad de masa por unidad de volumen, siendo un indicador potencial de la calidad, ya que semillas de mayor peso y tamaño muestran mejor vigor y germinación (Cerovich et al., 2004). Se puede indicar que la semilla del lote artesanal obtuvo en promedio un peso específico de 96,56 kg.hL^-1, mientras que las semillas del lote industrial presentaron un valor promedio de 98,63 kg.hL^-1, también resulta pertinente destacar que el lote artesanal presentó mayores fluctuaciones con respecto al industrial, lo que está relacionado con la forma en la que fueron sometidas las semillas a la limpieza. Es también pertinente resaltar, que los intervalos de aceptación comercial para esta característica de calidad van de 80 a 89,50 kg.hL^-1, y que ambos lotes superaron el valor máximo reportado por la literatura especializada (figura 2).

En el sistema industrial, una vez que la semilla se encuentra limpia y homogeneizada, son separadas por peso específico. Este proceso es de suma importancia ya que se ha determinado que las semillas vanas, aquellas que han sido dañadas por insectos, así como por partículas de terrones y piedras, poseen diferencias en su estructura que le permiten a la mesa de gravedad separarlas por sus diferencias en peso.

Se pudo concluir con un nivel de significancia del 5% que el peso específico difiere significativamente entre los sistemas (p valor < 0,0001), siendo el promedio más alto para el sistema industrial, aunque ambos se encuentran sobre el límite máximo comercial establecido en la literatura especializada para semillas de frijoles (cuadro 4).

Figura 2

Gráfica de caja del peso específico de la semilla de caraota sometida a dos sistemas de acondicionamiento y almacenamiento.

Cuadro 4

Resultados de la prueba t para el peso específico de semilla común de caraota sometida a dos sistemas de acondicionamiento y almacenamiento.

Los resultados para este ensayo, concuerdan con los valores evidenciados en los ensayos de humedad y pureza física, ya que, a menor contenido de humedad, mayor es el peso específico de la semilla, debido a que la materia seca se concentra. También es importante destacar, que la existencia de contaminantes (semillas de otros cultivos y malezas, semillas partidas y material inerte), afectan al peso específico de manera negativa.

Ensayo de vigor

La ISTA (2016), señala que ésta prueba se relaciona con la suma de todas las propiedades que determinan el nivel de actividad y desempeño de las semillas o de un lote de semillas en una situación específica para la emergencia de la radícula. Cabe destacar que este ensayo no está estandarizado por la norma para semilla de caraota. De acuerdo con los resultados obtenidos, se encontró que la semilla del sistema artesanal obtuvo un porcentaje de elongación de raíces a las 60 h de 25,22% ± 0,94%, mientras que las semillas del sistema industrial presentaron un valor promedio de 48,67% ± 2,19% (figura 3). También, con los resultados anteriores, se logró determinar con un nivel de significancia del 5% que la media del vigor del sistema industrial difiere significativamente con respecto a la media del sistema artesanal (p valor < 0,0001) (cuadro 5).

Figura 3

Gráfico de caja del vigor (%) de la semilla de caraota sometida a dos sistemas de acondicionamiento y almacenamiento.

Cuadro 5

Resultados de la prueba t de student para el vigor (%) de semilla común de caraota sometida a dos sistemas de acondicionamiento y almacenamiento.

Ensayo de germinación

De acuerdo al criterio agronómico, la germinación es un proceso metabólico y morfogenético que se inicia con la imbibición de agua, pasando por la elongación de la radícula para dar paso a la ruptura de la cubierta seminal y finaliza con la emergencia y desarrollo normal de una plántula que puede mantenerse por sí sola en el medio donde se ha desarrollado.

Según los resultados indicados en las figura 4, al final del ensayo se obtuvieron unas medias de germinación de 75,67% ± 2,84% para el lote artesanal y de 92,53% ± 2,20% para el lote industrial. Por otra parte, se puede destacar que hasta el segundo día no existieron grandes diferencias en el porcentaje de plántulas normales en los sistemas estudiados. Sin embargo, a partir del tercer día se observó una diferencia entre los lotes que se prolongó hasta el final del ensayo.

Resulta relevante indicar, que el sistema artesanal no superó el valor de referencia de 80% para esta característica de calidad (figura 4, sección a) ni siquiera a los siete días, mientras que el sistema industrial superó dicho valor a los cuatro días (figura 4, sección b). Por tanto, la germinación de la semilla en el sistema industrial se encuentra en los intervalos reglamentarios para la germinación, mientras que la semilla artesanal se encuentra por debajo del valor mínimo aceptado para esta característica de calidad. Estos resultados son reforzados de acuerdo a lo indicado en cuadro 6, en donde se logró determinar con un nivel de significancia del 5% que la media de la germinación (%) del sistema industrial difiere significativamente de la del sistema artesanal (p valor < 0,0001).

Figura 4 

Media y desviación estándar de la germinación (%) durante siete días de la semilla de caraota sometida a dos sistemas de acondicionamiento y almacenamiento.

Cuadro 6

Resultados de la prueba t para la germinación (%) de semilla común de caraota sometida a dos sistemas de acondicionamiento y almacenamiento.

Conclusiones

Se observaron discrepancias en la pureza física de los lotes de semilla, fundamentada básicamente en la forma en como se realizan el secado y la limpieza de los lotes. Para el caso del sistema industrial, se logró obtener el 98% de pureza física requerido por la norma.

En relación con el peso específico, se determinaron distinciones entre los sistemas, aunque los mismos se hallaron sobre el valor de referencia normado de 89,50 kg.hL^-1. Estos resultados están relacionados con lo observado en los ensayos de humedad y pureza física.

Para vigor y germinación se evidenciaron diferencias entre los sistemas, en donde los valores porcentuales del sistema artesanal se encontraron por debajo del sistema industrial, y donde este último superó el 80% reglamentario de germinación.

Como consideraciones finales, se logró establecer la comparación entre los sistemas artesanal e industrial y con los datos recolectados en la presente investigación se indica que la calidad física y fisiológica de la semilla común de caraota está influenciada por los sistemas de acondicionamiento y almacenamiento a las cuales se somete un lote de semillas.

Agradecimientos

Los autores desean expresar su agradecimiento a todas aquellas personas quienes, trabajando tras bambalinas, tuvieron un peso determinante para la culminación de este artículo. De manera especial se reconocen los aportes del Sr. Eduardo Pérez dueño de la Unidad de Producción Finca Valle Hermoso, al Ing. José Zamora y al personal del Laboratorio de Calidad de PROSEVENCA; así como a las contribuciones académicas de los Profesores Dhoryvel Cabrera, José Díaz y Rafael Flores.