Efecto del cultivo hidropónico de tomillo (Thymus vulgaris L.) en la calidad y rendimiento del aceite esencial
Thyme hydroponics crops effect (Thymus vulgaris L.) on essential oil quality and yield
Luz Adela Guerrero–Lagunes1*; Lucero del Mar Ruiz–Posadas1; María de las Nieves Rodríguez–Mendoza1; Marcos Soto–Hernández1; Alberto Castillo–Morales2
1 Colegio de Postgraduados, km 36.5 Carretera México–Texcoco, Montecillo, Estado de México. C. P. 56230. MÉXICO. Correo–e: hicpo@colpos.mx (*Autora para correspondencia).
2 Universidad Autónoma Metropolitana, Iztapalapa, MÉXICO.
]]>Recibido: 24 de marzo, 2008.
Aceptado: 2 de junio, 2011.
Resumen
El tomillo (Thymus vulgaris L.) es una especie aromática, cuyo consumo está aumentando a ritmos que duplican o triplican el crecimiento de la población mundial, generado en gran medida por el uso del aceite esencial en las industrias alimenticia, cosmética y farmacéutica. Bajo esta perspectiva y ante la necesidad de obtener rendimientos más altos de aceite esencial que los obtenidos en campo, se plantea el presente trabajo con el objetivo de evaluar el rendimiento y calidad del aceite esencial de tomillo cultivado en invernadero bajo un sistema hidropónico abierto. Se evaluaron tres densidades de siembra: D1, D2 y D3 (14, 28 y 71 plantas·m2 respectivamente) y dos concentraciones de solución nutritiva Steiner (S1: 100 % y S2: 50 %). Se utilizó un arreglo factorial 3x2, con cuatro repeticiones por tratamiento. Los resultados muestran que los valores más altos para altura de planta se presentaron con S1 D2, S1 D2 y S2 D1, para el diámetro del tallo con S1 D2 y S1 D3; no se presentó diferencia estadística entre los tratamientos para peso fresco y seco, aunque el mayor número de hojas se presentó con S1 D2 y S2 D1; la mayor área foliar sólo se alcanzó con S1 D2. En el análisis de los aceites se identificaron cuatro componentes (ρ–cimeno, α–terpineno, carvacrol y timol), de los cuales el más abundante fue timol con 23.331 %. El uso de la hidroponía permite cultivar la especie con alta densidad de siembra y obtener un producto de alta calidad, recomendando S1 D2 como el mejor tratamiento donde se obtiene el crecimiento óptimo de tomillo en todas las variables.
Palabras clave: Planta aromática, densidad de siembra, aceite esencial.
Abstract
Thyme (Thymus vulgaris L.) is an aromatic plant, whose consumption is increasing at rates that are two or three times the world's population growth, which is generated for the essential oil use in food, cosmetic and pharmaceutical industries. Under this perspective and with the need for obtaining higher yields of essential oil than those obtained in open fields, the aim of the present work is to evaluate both essential oil quality and yield of thyme cultivated in a greenhouse under an open hydroponic system. Three growing densities were evaluated: D1, D2 and D3 (14, 28 and 71 plants·m–2, respectively) and two concentrations of the Steiner nutrient solution (S1: 100 % and S2: 50 %). A 3x2 factorial experiment with four replicates was used for each treatment. The results show that higher values for plant height were presented with S1 D2, and S2 D1, for the stem diameter with S1 D2 and S1 D3; no statistical difference was presented among the treatments for fresh and dry weight, although the largest number of leaves was presented with S1 D2 and S2 D1; the largest area leaf was only reached with S1 D2. In the analysis of the oils four components were identified (ρ–cymene, α–terpinene, carvacrol and thymol) of which the most abundant was thymol with 23.331 %. The use of hydroponic crops allows cultivation of high sowing density species and to obtain a high quality product, recommending S1 D2 as the best treatment where thyme ideal growth is obtained in all the variables.
]]> Key words : Aromatic plants, sowing density, essential oil.
INTRODUCCIÓN
El tomillo (Thymus vulgaris L.), es una especie perteneciente a la familia Lamiaceae, que se comercializa en fresco o seco, principalmente para la extracción de su aceite esencial, que se encuentra en mayor cantidad en las hojas.
Aunque la biosíntesis y acumulación del aceite esencial de esta especie está controlada genéticamente (Baranauskiene et al., 2003), se ve afectada también por factores ambientales como temperatura, luz (Udagawa, 1995; Curioni et al., 2002) y variaciones geográficas (Figueiredo et al., 2008). Se ha demostrado que condiciones agronómicas como fertilización y densidad de siembra, influyen en la cantidad y calidad del aceite esencial de tomillo (Naghdi et al., 2004). Otro factor que influye en la producción de los metabolitos secundarios es la etapa fenológica, siendo la floración la época de mayor acumulación (McGimpsey et al., 1994). En cultivos hidropónicos la concentración de aceite esencial se ha visto influida por la concentración de fósforo (Shinohara et al., 1992) y nitrógeno (Ichimura et al., 1992), así como por la temperatura de la solución nutritiva (Udagawa, 1994).
La composición del aceite esencial de esta especie incluye carvacrol y timol, además de que puede contener p–cimeno, p–terpineno, linalol, borneol, geraniol y cariofile–no (Baranauskiene et al., 2003; Naghdi et al., 2004). Estos compuestos confieren olores, sabores y propiedades químicas que sitúan al tomillo como una planta muy cotizada en la industria alimenticia, farmacéutica, perfumería y cosmética (Muñoz, 2000).
Existen evidencias sobre las propiedades del aceite esencial de tomillo, entre las que destacan su acción anti–espasmódica, antitusiva, antimicrobiana, antifúngica y propiedades antioxidantes (Van Den Broucke y Lemli, 1981; Paster et al., 1995; Hammer et al., 1999)
En México se cultiva en suelo en los estados de Puebla, San Luis Potosí y Baja California Sur, cubriendo apenas una superficie de 11 ha (2.0, 4.5 y 5.25 ha, respectivamente) con rendimientos que no superan las 2.68 tha–1 de producto seco (SIAP; 2009); son cultivos cuya problemática principal es la falta de riego, un manejo inadecuado de nutrición y de densidad de siembra, que repercute en la calidad y rendimiento del producto obtenido y de su aceite esencial (Secretaría de Desarrollo Agropecuario del Estado Puebla, 2011), situación que limita el mercado y el precio del mismo; por esto es necesario realizar estudios que propongan alternativas de producción, con el manejo adecuado del cultivo y el uso de innovaciones tecnológicas que permitan aumentar la calidad y el rendimiento de este producto. Esta innovación tecnológica puede ser el uso de invernaderos, que aun con una inversión inicial de un 246 % más (de acuerdo con el análisis del mercado local) que la realizada en campo, representa una opción rentable para el cultivo de tomillo, porque ofrece la posibilidad de producir todo el año, reducir la incidencia de algunas plagas y enfermedades, así como el uso de agroquímicos, que complementado con un sistema hidropónico permite obtener producto de alta calidad con rendimientos que superan los obtenidos en campo. De acuerdo con la información precedente, el objetivo del presente trabajo fue evaluar la calidad y contenido del aceite esencial de tomillo cultivado en invernadero bajo un sistema hidropónico abierto en diferentes densidades de siembra y concentraciones de soluciones nutritivas.
MATERIALES Y MÉTODOS
]]> Semillas de tomillo de la casa comercial Hortaflor® fueron sembradas en un sustrato comercial orgánico (Peat Moss), colocado en charolas germinadoras de 200 cavidades. Los riegos se hicieron con agua corriente dos veces al día, hasta la aparición de las primeras hojas verdaderas; a partir de esa etapa se realizó una vez al día con solución nutritiva Steiner al 50 % hasta el momento del trasplante, que se llevó a cabo cuando las plántulas tuvieron cuatro o cinco hojas verdaderas, 45 días después de la siembra.El sistema hidropónico consistió en ocho camas de cultivo de 2.10 m de largo x 0.60 m de ancho x 0.20 m de alto, divididas con placas de unicel en tres partes iguales. Cada una de estas partes constituyó una unidad de siembra (0.42 m2), donde se colocaron las plántulas de tomillo en función de las densidades de siembra estudiadas D1, D2 o D3 (14, 28 y 71 plantasm–2, respectivamente). Catorce plantas por metro cuadrado es la densidad de siembra usada por los productores en un cultivo convencional a cielo abierto.
Como sustrato se utilizó tezontle (desinfectado con hipoclorito de sodio al 5 %), en dos tamaños de partícula que se distribuyeron en una capa inferior de 4 cm de altura, con tezontle de un diámetro aproximado de 2 cm, sobre la que se colocó una capa de 16 cm de tezontle de 3 a 5 mm de diámetro.
Se utilizó la solución nutritiva Steiner universal (Steiner, 1984) al 100 o 50 % (S1 y S2, respectivamente); el pH de las soluciones se mantuvo en 5.5. Los riegos se aplicaron por goteo, durante cinco minutos cuatro veces al día, teniendo un gasto diario de 1.33 L de solución nutritiva para cada unidad de siembra (0.42 m2).
El diseño experimental fue completamente al azar con cuatro repeticiones y un arreglo factorial 3x2. La unidad experimental estuvo constituida por tres plantas por densidad.
La cosecha se realizó al inicio de la floración (80 días después del trasplante). Las plantas fueron extraídas completamente de las camas teniendo cuidado de no romper las raíces. Se midieron la altura y el diámetro del tallo principal, con una regla graduada en milímetros y un vernier digital (Caliper, USA), respectivamente. Las plantas se diseccionaron con una navaja, y la parte aérea fue inmediatamente pesada en una balanza digital (ACCULAB VI–3mg, USA). Se determinó el número de hojas y el área foliar total con un integrador de área foliar marca LI–COR–MODLI–3100. Las hojas y tallos de cada planta cosechada se colocaron en bolsas de papel estraza para ser secados en una estufa LC–Oven LAB–Line por cuatro o cinco días, a una temperatura máxima de 25 °C, hasta que se obtuvo un peso constante.
La extracción de aceites esenciales se realizó por destilación con arrastre de vapor de agua, de 35 g de materia seca obtenida por el secado en sombra de tres plantas por cada densidad de siembra. La composición química del aceite esencial de tomillo se obtuvo al analizar las muestras en un cromatógrafo de gases (HP 6890) acoplado a un espectrómetro de masas (HP–5973). Los componentes del aceite se identificaron comparando su espectro de masas con la base de datos del espectrómetro. El análisis se hizo siguiendo la metodología de Aligiannis et al. (2001) utilizando carvacol y timol como estándares.
Con los datos obtenidos se realizó análisis de varianza y comparación de medias de Tuckey (P<0.0.5), analizando los datos con el paquete estadístico SAS, versión 6.1 (SAS, 1994).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
]]> Los valores de altura de planta fueron influidos por la interacción entre densidad de siembra y la solución nutritiva (Cuadro 1). Los valores obtenidos con las plantas de los tratamientos S1 D2, S1 D3 y S2 D1 fueron ligeramente mayores al resto de las otras (Cuadro 2); se observó poca diferencia estadística entre todas las plantas de los tratamientos, a excepción del tratamiento S1 D1, que presentó los valores más bajos.
Los resultados obtenidos indican que el requerimiento nutrimental de la especie puede ser cubierto tanto con la solución al 100 como al 50 %, y que la competencia establecida al incrementar la densidad de siembra provocó un aumento en la altura de las plantas con la solución al 100 %, mientras que con la solución al 50 % esta especie no fue capaz de tolerar el aumento en la densidad de siembra con lo que disminuyó el crecimiento de las plantas. De acuerdo con estas observaciones, la densidad de siembra hasta ahora recomendada para el cultivo a cielo abierto puede incrementarse en un cultivo hidropónico utilizando solución nutritiva Steiner al 100 %, o mantener la densidad más baja con solución al 50 %, sin afectar su óptimo crecimiento y desarrollo (Shalabi y Razin, 1992; Badi et al., 2004).
Resultados opuestos han sido reportados por Udagawa (1995) en cultivos hidropónicos, al obtener incrementos en la altura de las plantas con concentraciones más altas de solución nutritiva; concentraciones inferiores al 100 % provocaron poca disponibilidad de nutrientes, ocasionando un crecimiento vegetal más lento. En un cultivo a cielo abierto (Omidbaigi y Armandi, 2002), se obtuvieron resultados similares al incrementarse la altura final de las plantas en respuesta al alto aporte de nitrógeno y fósforo.
Aunque se observó que la concentración de nutrimentos en la solución nutritiva no fue un factor limitante en el crecimiento (altura) de esta especie, sí lo fue para el crecimiento del tallo, ya que las plantas de tomillo presentaron tallos significativamente más gruesos con los tratamientos S1 D2 y S1 D3 seguidas por S1 D1, mientras que las plantas que se desarrollaron con la S2 tuvieron tallos más delgados (Cuadro 3). Badi et al. (2004) concluyeron que la reducción en el diámetro del tallo puede ser causada por el incremento en la densidad de siembra, situación que se observó en el presente estudio con S2 D2 y D3.
No en todos los casos el incremento en el peso fresco o seco fue producto del mayor número de hojas y área foliar; esta situación se presentó únicamente para los tratamientos S1 D2 de ambas variables que presentaron los valores más altos de peso fresco y seco. El número de hojas y área foliar se modificaron por la densidad de siembra, solución nutritiva y la interacción entre ambas variables (Cuadro 5). El mayor número de hojas se presentó en los tratamientos S1 D2 y S2 D1, con un promedio de 8,711 y 8,192 hojas, respectivamente (Figura 3). Por otro lado, el área foliar total presentó una tendencia similar al número de hojas, ya que el valor más alto se obtuvo con S1 D2 (1801.35 cm2), significativamente diferente al resto de los tratamientos (Figura 4).
Aunque se ha observado que el aporte de nutrimentos es un factor que influye significativamente sobre el peso fresco y seco de la planta (Cox, 1992; Udagawa, 1995; Omidbaigi y Arjmandi, 2002), las observaciones realizadas en este trabajo muestran lo contrario, el tomillo es un especie que puede alcanzar su máximo rendimiento con un aporte total o la mitad de nutrientes que las soluciones nutritivas estándares ofrecen. Esta especie se desarrolla favorablemente bajo cultivo hidropónico y en densidades de siembra mayores a las usualmente recomendadas para su cultivo a cielo abierto.
La concentración de los aceites esenciales identificados, osciló entre 11.00 y 14.72 mg por gramo de muestra seca, valores superiores hasta en un 165 en relación a los 4.15 mg encontrados por Shinohara et al. (1992), aunque la comparación de medias no arrojó diferencias significativas entre los tratamientos evaluados (Figura 5). Por otro lado, Ichimura et al. (1992), Shalaby y Razin (1992), Shinohara et al. (1992) y Baranauskiene et al. (2003) establecen que la concentración de aceite esencial no está influida por la fertilización mineral ni el espaciamiento entre plantas, mientras que Udagawa (1995) y Omidbaigi y Arjmandi (2002) informaron que la concentración de aceites sí está determinada por el aporte de nutrimentos. Eun Joo et al. (1999) hacen énfasis en que se puede presentar una correlación negativa entre la nutrición mineral y la concentración de aceites esenciales. Badi et al. (2004) informaron que el espaciamiento no tuvo efecto sobre la concentración de aceite esencial, pero observaron este incremento por el aumento de peso seco por unidad de área, resultados similares a los obtenidos en esta investigación.
En las muestras analizadas con el cromatógrafo de gases, se observaron los mismos componentes del aceite esencial en todos los tratamientos. En total se obtuvieron cuatro componentes (ρ–cimeno, α–terpineno, carvacrol y timol), de los cuales el más abundante fue timol (23.331 %) (Cuadro 6); estos resultados concuerdan con Omidbaigi y Arjmandi (2002), quienes indican que el timol fue el componente mayoritario del aceite esencial de esta especie. Como resultado del análisis realizado, se observó que carvacrol estaba presente en todas las muestras aunque en una concentración baja (1.10 %), y no obstante que no se tienen evidencias de que este compuesto sea el responsable de la alta cantidad de timol, autores como D'Auria et al. (2005) han encontrado relación entre la producción de timol y la presencia o ausencia de carvacrol. Sin duda alguna es posible recomendar el cultivo de tomillo bajo el sistema utilizado en este trabajo, para la producción de plantas de alta calidad y muy redituables para la industria que se dedica a la extracción del aceite esencial.
]]> CONCLUSIONES
El cultivo hidropónico bajo invernadero de tomillo, con una densidad de siembra mayor a la utilizada en campo (S1 D2), incrementó el contenido de aceite esencial obtenido por m2; además, el alto porcentaje de timol encontrado indica que la calidad no se vio afectada. Por lo tanto, este sistema de cultivo es una opción más viable que su cultivo a cielo abierto.
LITERATURA CITADA
ALIGIANNIS N.; KALPOUTZAKIS E.; MITAKU S.; CHINOU B. 2001. Composition and antimicrobial activity of the essential oils of two Origanum species. J. Agric. Food Chem. (49): 4168–4170. [ Links ]
BADI H.; YAZDANI D.; MOHAMMAD S.; NAZARI F. 2004. Effects of spacing and harvesting time on herbage yield and quality/quantity of oil in thyme, Thymus vulgaris L. Science Direct 19: 231–236. [ Links ]
BARANAUSKIENE R.; VENSKUTONIS R.; VISKELIS P.; DAM–BRAUSKIENE E. 2003. Influence of nitrogen fertilizers on the yield and composition of thyme (Thymus vulgaris). J. Agric. Food Chem. 51: 7751–7758. [ Links ]
]]>COX D. 1992. Fertilizing herbs. The Herb, Spice, and Medicinal Plant Digest 10: 1–5. [ Links ]
CURIONI A.; GARCÍA M.; ROLANDO A.; ALFONSO W.; ARIZIO O. 2002. Producción de orégano (Origanum vulgare L.) y tomillo (Thymus vulgaris L.) en el centro–oeste Bonaerense. Acta Hort. (ISHS) 569: 281–287. [ Links ]
D'AURIA M.; MAURIELLO G.; MARINO R.; RACIOPPI R. 2005. Composition of volatile fractions from Thymus, Origanum, Lavandula and Acinos species. Journal of Essential Oil–Bearing Plants 8: 36–51. [ Links ]
EUN–JOO S.; KUEN–WOO P.; KWAN–WOO P. 1999. Effect of differents concentrations of nutrient solutions on the growth, yield and quality of basil. Acta Hort. (ISHS) 483: 193–198. [ Links ]
FIGUEIREDO A.; BARROSO J.; PEDRO L.; SCHEFFER J. 2008. Factors affecting secondary metabolie production in plants: volatile components and essential oils. Flavour and Fragance Journal 23: 213–226. [ Links ]
]]>HAMMER K.; CARSON C.; RILEY T. 1999. Antimicrobial activity of essential oils and other plant extracts. J. Appl.Microbiol. 86: 985–990. [ Links ]
ICHIMURA M.; IKUSHIMA M.; MIYAZAKI T.; KIMURA M. 1992. Effect of phosphorus on growth and concentration of mineral elements and essential oils of sweet basil leaves. Acta Hort. (ISHS) 396: 195–201. [ Links ]
McGIMPSEY J.; DOUGLAS M.; VAN KLINK J.; BEAUREGARD D.; PERRY N. 1994. Seasonal variation in essential oil yield and composition from naturalized Thymus vulgaris L. in New Zeland. Flavor Fragrance 9:347–352. [ Links ]
MUÑOZ L. 2002. Plantas Medicinales y Aromáticas: Estudio, Cultivo y Procesado. Ed. Mundi–Prensa. España. 365p. [ Links ]
NAGHDI B.; YAZDANI D.; MOHAMMAD S.; NAZARI F. 2004. Effects of spacing and harvesting time on herbage yield and quality/quantity of oil in thyme, Thymus vulgaris L. Industrial Crops and Products 19: 231–236. [ Links ]
]]>OMIDBAIGI R.; ARJMANDI A. 2002. Effects of NP supply on growth, development, yield and active substances of garden thyme (Thymus vulgaris L.). Acta Hort. (ISHS) 576: 263–265. [ Links ]
PASTER N.; MENASHEROW M.; RAVID U.; JUVEN B. 1995. Antifungal activity of oregano and thyme essential oils applied as fumigants against fungi attacking stored grain. J. Food Prot. 58:81–85. [ Links ]
SAS Institute. 1994. The SAS system for Windows. Release 6.10. SAS institute. Cary, NC. [ Links ]
SECRETARÍA DESARROLLO RURAL ESTADO PUEBLA. 2011. Cadenas productivas: especias aromáticas (Consultado 24 de mayo de 2011). http://puebla.gob.mx/index.php?option=com_phocadownload&view=category&id=35%3Aespecias–aromaticas&Itemid=319&limitstart=10 [ Links ]
SHALABY A.; RAZIN A. 1992. Dense cultivation and fertilization for higher yield of thyme (Thymus vulgaris L.). J. Agrom. Crop Sci. 168: 243–248. [ Links ]
SHINOHARA Y.; TAKANO S.; MARUO T.; ITO T. 1992. Effect of phosphorus concentration in nutrient solution on the growth of some herbs. Tech Bull. Fac. Hort. Chiba Univ. 46: 241–247. [ Links ]
SIAP. 2009. Anuario estadístico de la producción agrícola. http://www.siap.gob.mx/index.php?option=com_wrapper&view=wrapper&Itemid=350 (Consultado 30 de marzo de 2011). [ Links ]
STEINER, A. A. 1984. The Universal Nutrient Solution.6th Int. Cong. Soilless Cult. pp. 633–649. [ Links ]
UDAGAWA Y. 1994. Some responses of herbs, grown in NFT, to the temperature of nutrient solution. J. Japan. Soc. Hort. Sci. Suppl. 1: 372–373. [ Links ]
UDAGAWA Y. 1995. Some response of dill (Anethum graveolums) and thyme (Thymus vulgaris), grown in hydroponic, to the concentration of nutrient solution. Acta Hort. (ISHS) 396: 203–210. [ Links ]
VAN DEN BROUCKE C.; LEMLI J. 1981. Pharmacological and chemical investigation of thyme liquid extracts. Planta Med 41: 129–135. [ Links ]
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