Características morfométricas y calidad de gel en sábila (Aloe barbadensis M.) aplicando algaenzimas y composta*

Morphometric characteristics and quality of aloe vera gel (Aloe barbadensis M.) applying algae extract (algaenzims) and compost

Aurelio Pedroza-Sandoval^1§, Cinthia Guadalupe Aba-Guevara¹, José Alfredo Samaniego-Gaxiola², Ricardo Trejo-Calzada¹, Ignacio Sánchez-Cohen³ y José Antonio Chávez-Rivero¹

¹ Unidad Regional Universitaria de Zonas Áridas de la Universidad Autónoma Chapingo. Carretera Gómez Palacio-Cd. Juárez, Chihuahua, km 38.5, C. P. 35230 Tel: 872 7760190. Fax. 872 77 60043. Bermejillo, Durango.

³ Centro Nacional de Investigaciones Interdisciplinarias en Relaciones Agua Suelo Planta Atmósfera-INIFAP, km 6.5 Margen Derecha Canal de Sacramento 35150, Gómez Palacio, Durango. Tel: 871 1590104. ^§Autor para correspondencia: apedroza@chapingo.uruza.edu.mx.

* Recibido: agosto de 2014
Aceptado: enero de 2015

Resumen

El estudio se llevó a cabo en 2011 y 2012 y tuvo como objetivo evaluar el efecto de diferentes fuentes y dosis de fertilizantes en el crecimiento de la hoja de sábila y la calidad del gel, este último como el producto de mayor demanda en el mercado. Se usó un diseño de bloques al azar en parcelas divididas con tres repeticiones. Las parcelas grandes fueron las dosis de algaenzimas (0, 7 y 14 L ha^-1) y las parcelas chicas las dosis de composta (0.5 y 10 t ha^-1). Las variables que se midieron fueron: la altura de planta, ancho, largo y grosor de hoja; en tanto que en el jugo y gel, se midió el pH, °Brix, sólidos totales, sólidos precipitables en metanol, proteínas, carbohidratos, contenido de gel y macroelementos (P, K, Ca, Mg y Na). La altura de planta y largo de la hoja, fueron significativamente mayores (p≤ 0.05) al aplicar 14 L ha^-1 de algaenzimas. Los contenidos de gel, azúcares y sólidos precipitables en metanol, fueron significativamente mayores, 273 días después de la primera aplicación de los biofertilizantes (DDPAB) (diciembre), 273-393 DDPAB (diciembre-abril) y 273 DDPAB (diciembre), respectivamente. El contenido de P y Mg se redujeron significativamente, 273 DDPAB (diciembre) al aplicar 10 t ha^-1 de composta, después se recupera el contenido de estos elementos. El contenido de carbohidratos y proteínas se incrementaron significativamente a los 273 DDPAB (diciembre), lo cual es determinante para identificar la fecha de corte de hoja de sábila.

Palabras clave: Aloe, agricultura orgánica, inocuidad.

The study was conducted in 2011-2012 and aimed to evaluate the effect of different sources and doses of fertilizers on leaf growth and quality on aloe vera gel, the latter as a product of high demand in the market. A random split plot block design with three replications was used. The main plots were algae extract (algaenzims) doses (0, 7 and 14 L ha^-1) and subplots compost doses (0.5 and 10 t ha^-1). The measured variables were: plant height, width, length and thickness of leaf; while in juice and gel, pH, °Brix, total solids, settleable solids in methanol, proteins, carbohydrates, gel content and macro (P, K, Ca, Mg and Na) were measured. Plant height and leaf length were significantly higher (p≤ 0.05) by applying 14 L ha^-1 of algaenzims. Gel content, sugar and settleable solids in methanol were significantly higher, 273 days after the first application of the biofertilizer (DDPAB) (December), 273-393 DDPAB (December-April) and 273 DDPAB (December), respectively. The content of P and Mg were significantly reduced, 273 DDPAB (December) by applying 10 t ha^-1 of compost, then the content of these elements is recovered. The carbohydrate and protein content increased significantly at 273 DDPAB (December), which is critical to identify the cutoff date of aloe leaf.

Keywords: Aloe, food safety, organic agriculture.

Introducción

La sábila (Aloe spp.) es reconocida desde la antigüedad por sus propiedades curativas y más recientemente por sus cualidades para la salud. A principios del siglo pasado, los productos derivados de la hoja como el polvo, gel y jugo, tuvieron una alta demanda de la industria médica y cosmetológica por parte de Estados Unidos de América y Europa, lo cual estimuló el establecimiento de plantaciones en México, Texas, República Dominicana, Haití y Namibia (Añez y Vásquez, 2005). Actualmente se reportan 400 especies de Aloe (IASC, 2008), de las cuales A. barbadensis y A. arborescens var. natalensis Berger, son las únicas especies cultivadas comercialmente (Das et al., 2010).

México es uno de los países con mayor producción de sábila, con ingresos superiores a los 122 mil millones de dólares (SAGARPA, 2009) y es el primer país latinoamericano en cuanto a superficie dedicada al cultivo de Aloe, con aproximadamente 10 700 hectáreas según datos del Consejo Internacional de Ciencia del Aloe (IASC), por sus siglas en inglés (IASC, 2008).

Más recientemente, importantes plantaciones tecnificadas se han establecido en Costa Rica, República Dominicana y México, en donde se utilizan modernas técnicas de cultivo para la obtención de gel en diferentes presentaciones, el cual tiene amplias aplicaciones en las industrias cosmética, médica, farmacéutica y agroalimentaria (Piña-Zambrano y Chirino, 2008).

Científicamente se ha determinado que los componentes terapéuticos de la sábila están contenidos en dos secciones foliares bien diferenciadas; una localizada en las células poligonales de la corteza, que contiene la aloína y, otra, localizado en el parénquima que corresponde a la parte central de la pulpa denominada gel. Hasta antes de esta diferenciación, durante mucho tiempo se practicó la recolección, secado y molienda conjunta para su comercialización de uso restringido como laxante o ingrediente de algún cosmético como las cremas (Reynolds y César, 1997). Posteriormente a este reconocimiento, se inició una nueva etapa en la comercialización de la sábila, sobre todo de productos derivados a partir del gel, considerado una segunda sustancia estructuralmente separada de la aloína, con un enorme potencial nutricional, terapéutico y cosmetológico.

Por lo anterior, la sábila es de importancia actual y potencial como cultivo alternativo, por su valor comercial en el mercado y su versatilidad agronómica, ya que la planta tiene una gran capacidad de adaptación a diferentes ambientes, así como un alto impacto en lo social y económico. Se reconoce que existe una demanda insatisfecha y creciente de materia prima de Aloe, sobre todo en los países industrialmente desarrollados, los cuales tienen alto nivel de compra. De acuerdo a Pedroza y Gómez (2006), el nicho de mercado de mayor importancia actual y potencial, se encuentra en los países europeos y asiáticos, principalmente en lo que se refiere a gel, jugo o polvo orgánico.

Por otro lado, las algaenzimas son importantes en el bioproceso de productos que son vitales para el desarrollo de las plantas. El efecto reactivo de las endoenzimas, radica en que éstas son trasladadas por la savia de la plantas, al lugar donde hace falta su acción. A pesar de su tamaño y peso molecular, pueden pasar a través de la membrana de las células para entrar o salir de ella. Su reacción es específica a nivel de un elemento, un ion o un compuesto, para lo cual la forma geométrica de "punto activo" de la enzima, debe coincidir perfectamente con la geometría del "punto de reacción" de los compuestos que están en el sustrato para que la liga se produzca.

Son dos los compuestos reactantes del sustrato que se acomodan así en el punto activo de la enzima; en el caso de las enzimas hidrolasas, uno de ellos es agua disociada H0H (Wrba y Pecher, 1996). De esta manera las algas y sus derivados mejoran el suelo y vigorizan las plantas, incrementando los rendimientos y la calidad de las cosechas, con lo cual se promueve la sustitución del uso de productos químicos por productos orgánicos, en el marco de una agricultura más sostenible.

Las algas tienen mejores propiedades que los fertilizantes, porque liberan más lentamente el nitrógeno y además son ricas en micro elementos y no generan semillas de malezas. En 1991, se estimó que se utilizaban anualmente 10 000 t de algas húmedas para obtener 1 000 t de extractos de algas con un valor de 5 millones de dólares. No obstante, desde entonces el mercado se ha duplicado debido al amplio reconocimiento de la utilidad de este tipo de productos y a la mayor popularidad de la agricultura orgánica, en la que los extractos son especialmente eficaces para el cultivo de hortalizas y frutales. El objetivo de este estudio fue evaluar diferentes dosis de algaenzimas y biocomposta en el crecimiento y desarrollo de la hoja de sábila (Aloe barbadensis M.) y la calidad del gel.

Materiales y métodos

Ubicación geográfica. El trabajo se llevó a cabo en el campo experimental de la Unidad Regional Universitaria de Zonas Áridas de la Universidad Autónoma Chapingo (URUZA-UACH), en Bermejillo, Durango. Sus coordenadas geográficas son 23º 54’ latitud norte y 103º 37’ de longitud oeste, con una altitud de 1 130 msnm. Esta región tiene clima muy seco con lluvias en verano, una precipitación media anual de 239 mm y un porcentaje de lluvias invernal menor al 5%, con una oscilación térmica que varía de 7 a 17 °C de acuerdo a la modificación climática de García (1973).

Diseño experimental. Se usó un diseño de bloques al azar en parcelas divididas con tres repeticiones. Las parcelas grandes fueron las dosis de algaenzimas (0, 7 y 14 L ha^-1) y las parcelas chicas las dosis de composta (0, 5 y 10 t ha^-1). Las algaenzimas se aplicaron en forma líquida cada tres meses, aplicando ¼ de la dosis total durante un año por medio de riego presurizado. La composta, se obtuvo a partir de biolodos, residuos vegetales y estiércol bovino, mediante proceso de degradación biológica a base de lombriz roja california (Eisenia foetida). Se aplicó manualmente en forma sólida y en una sola aplicación al inicio del estudio, procurando mezclarla en el suelo con apoyo de implemento agrícola manual, a lo largo del surco-cama alrededor de cada planta en la zona de la rizosfera. La unidad experimental fue de tres surcos de 10 m de longitud y 1 m de ancho entre surcos. Cada parcela experimental tuvo un margen de 9 m en cada extremo de la parcela, para eliminar el efecto de orilla. La unidad experimental fue el surco medio de cada tratamiento, a partir de la cual se seleccionaron al azar tres plantas y de éstas se obtuvieron tres hojas por planta para la medición de las variables.

Variables. Las variables morfométricas se midieron de junio a octubre del 2011, correspondiente a: longitud (cm), ancho (cm) y grosor (cm) de la hoja y altura de planta (cm). Las variables físico-químicas del gel medidas de agosto de 2011 a abril de 2012, fueron: contenido de gel por hoja (g), potencial de hidrógeno (pH), contenido de azúcares (°Brix), contenido de sólidos totales (%), contenido de sólidos precipitables en metanol (%) y contenido de nutrientes (Na, P, K, Ca y Mg). Las determinaciones de los tres últimos fueron hechas por espectrofotometría de absorción atómica por método de flama. Adicionalmente se midió el contenido de carbohidratos (mg kg^-1), por el método de Antrona y proteínas (mg kg^-1) con un kit de BCA^TM Protein Assay Kit-Reducing Agent Compatible, citado por Pedroza y Calzada (2005).

La base de datos fue analizada con el Programa SAS (Dilorio, 1991), mediante el cual se realizaron diferentes análisis estadísticos como Anova y prueba de rango múltiple de medias Tukey, para identificar efecto de tratamiento.

Resultados y discusión

Crecimiento y desarrollo de la hoja de sábila. En la tercera fecha de muestreo (octubre, 2011: 230 días después de la primera aplicación de los biofertilizantes: DDPAB), el largo de hoja de la sábila y altura de la planta, fueron mayores cuando se aplicó 14 L ha^-1 de algaenzimas, con un incremento de 48.4 y 8%, respectivamente, en comparación con el testigo (p≤ 0.05) (Cuadro 5 y 6); en tanto que el grosor de la hoja fue mayor cuando se aplicó 5 t ha^-1 de composta, con un incremento de 7.5% en comparación con el testigo (Cuadros 1, 2 y 3).

Lo anterior indica que el proceso de asimilación de los biofertilizantes es gradual y se muestra hasta siete meses después de la primera aplicación, lo cual está en congruencia con lo citado por Rosen y Bierman (2005), quienes indican que el proceso de mineralización requiere de períodos relativamente largos. Se observó además que ambos biofertilizantes, son independientes, dado que en algunos casos hay efecto de uno, sin aplicar el otro y a la inversa. En particular, la productividad de maíz en suelo-composta y suelo-lodo residual fue más alta en comparación a la fertilización química (Vaca et al. 2011). Significa que estos abonos orgánicos han probado ser efectivos en el crecimiento y desarrollo de los cultivos y la sábila no es la excepción, produciendo al final una mayor producción de hoja. Resultado similares fueron reportados por Zaragoza-Lira et al. (2011) al aplicar composta en nogal, incrementándose el rendimiento y calidad de la nuez, respecto al testigo.

Respecto al efecto de las algaenzimas, los estudios indican que al aplicar al suelo algas o sus derivados, sus enzimas provocan o activan reacciones de hidrólisis enzimáticas catalíticas reversibles, que las otras enzimas existentes en el propio suelo o en la planta no son capaces de accionar (Khan et al., 2009). Además de que al aplicar este tipo de productos, se mejora la actividad fotosintética por una mayor asimilación de CO₂ en la planta, con lo cual se obtiene un mayor desarrollo y crecimiento de la misma (García-Delgado et al., 2010).

Lo anterior explica el efecto de un mayor grosor de la hoja de sábila, incrementándose con ello el rendimiento. Adicionalmente, de acuerdo a lo reportado por Canales (1999), se han alcanzado rendimientos extras de 1 a 3 t ha^-1 de maíz, trigo y arroz, cuando se les ha aplicado de 1 a 3 L ha^-1 de algaenzimas; sin embargo, Molina et al. (2012) no encontró diferencias significativas en el rendimiento de avena forrajera (Avena sativa) al aplicar algaenzimas y composta. Significa que los resultados de estos productos, están relacionados a las condiciones en que se usen, respecto a tipo de suelo, cultivo, condiciones climáticas, entre otros factores.

Además de los efectos morfométricos identificados por tratamiento, también se analizó estadísticamente su comportamiento a través del tiempo, identificándose que la mejor época de corte de la hoja es a finales de año (otoño), entre los meses de septiembre y noviembre, que es cuando se tiene el mayor desarrollo y crecimiento de la planta, lo cual repercute en un mayor rendimiento de hoja por unidad de superficie (Cuadro 3).

Contenido y calidad del gel de la hoja de sábila. No hubo efecto de tratamiento para el contenido de gel en la hoja de sábila (p≤ 0.05), pero sí hubo una variación significativa de esta variable a través del tiempo, siendo a los 152 DDPAB significativamente menor, para luego incrementarse a los 273 DDPAB, que corresponde al mes de diciembre, para luego volver a disminuir a los 311 DDPAB, que corresponde al mes de abril del siguiente año (2012) (Figura 1). Lo anterior posiblemente relacionado al efecto invernal y en donde se reciente el impacto por el descenso de temperatura. Esto vuelve a ser importante para efectos de fecha de corte de hoja.

En este caso así fue al principio, el pH del gel tendió a la alcalinidad, principalmente cuando se elevaron las dosis de estos biofertilizantes, aunque con el paso del tiempo dicho efecto se diluye y el gel tiende hacia la acidez, independientemente del tipo y fuente de biofertilizante aplicado. Lo anterior, también es contrario a lo especificado por Aguilar y Castellanos (1987), quienes indican que el decremento del pH usando este tipo de biofertilizantes, se debe a que la acidez está asociada con la materia orgánica o con ciertos minerales, los cuales están presentes en la composta orgánica. Todos los valores obtenidos se mantuvieron dentro de los rangos establecidos por la IASC, los cuales varían de 3.5 a 4.7.

El contenido de azúcares, sólidos totales, sólidos precipitables en metanol y el contenido de cenizas, no variaron significativamente entre los diferentes tratamientos, lo cual significa que estas características químicas asociadas a la calidad del gel, no son influenciadas por los biofertilizantes probados en este estudio, aunque en algunas de éstos, si variaron estadísticamente a través del tiempo. El contenido de azúcares fue significativamente más alto en el primero (agosto de 2011: 91 DDPAB) y tercer muestreo (abril de 2012: 311 DDPAB); en tanto que la concentración de los sólidos precipitables en metanol fueron más altos en la segunda fecha de muestreo (diciembre de 2011: 208 DDPAAC) respecto a las otras dos, las cuales no difirieron estadísticamente (Figura 2). La mayoría de las características cualitativas del gel de sábila se mantuvieron en el promedio estándar de calidad aprobadas por el IASC.

Los nutrientes no variaron estadísticamente por efecto de tratamiento (p≤ 0.05), a excepción del potasio (K) y el magnesio (Mg), los cuales fueron significativamente menores cuando se aplicó 10 ton ha^-1 de composta, durante la segunda fecha de muestreo (diciembre de 2011: 273 DDPAB) (Cuadro 5). Lo anterior, es contrario a lo señalado por diferentes investigadores respecto al papel que juegan las algaenzimas en su aporte nutrimental y la disponibilidad de ciertos oligoelementos (Khan et al., 2009). El efecto de decremento en estos macroelementos, podría estar relacionado a la deficiencia que se produce de ciertos elementos minerales durante el proceso de mineralización de la comoposta, requiriendo más tiempo para su manifestación, ya que de acuerdo a lo citado por Pedroza y Calzada (2005), la materia orgánica tiene un papel importante en la mejora de los suelos y la disponibilidad de macro y microelementos y de estos últimos, principalmente el hierro (Fe), manganeso (Mn), zinc (Zn) y cobre (Cu), así como en la reducción de los efectos tóxicos de los cationes libres.

El contenido de carbohidratos y proteínas tampoco fueron afectados por la aplicación de algaenzimas y composta, aunque estos compuestos sí variaron en las diferentes fechas de muestreo; los primeros fueron mayores en la segunda fecha de muestreo (diciembre 2011: 273 DDPAB) y los segundos en las dos últimas fechas (diciembre de 2011: 273 DDPAB y abril de 2012: 393 DDPAB) (Figura 3). Lo anterior es importante, dado que la concentración o contenido de las características cualitativas del gel, pueden ser determinantes en las mejores fechas de corte de la hoja de sábila, ya que dichas características determinan el valor de este producto en el mercado.

Conclusiones

La altura de la planta y el largo de hoja, fueron mayores (p≤ 0.05) cuando se aplicó 14 L ha^-1 de algaenzimas, dicho efecto fue siete meses después de la primera aplicación de los biofertilizantes.

El contenido de P y Mg se redujeron significativamente (p≤ 0.05) al aplicar 10 t ha^-1 de composta a los 273 DDPAB (diciembre), aunque con el tiempo se recupera la disponibilidad de estos elementos.

El contenido de carbohidratos y de proteínas se incrementó a los 273 DDPAB (diciembre), lo cual es determinante para la fecha de corte de la hoja de sábila.

Literatura citada

Aguilar, S. A. y Castellanos, R. 1987. Análisis químico para evaluar la fertilidad del suelo. Sociedad Mexicana de la Ciencia del Suelo. Primera edición. Chapingo, México. 217 p.         [ Links ]

Añez, B. y Vásquez, J. 2005. Efecto de la densidad de población sobre el crecimiento y rendimiento de la sábila (Aloe barbadensis M.). Rev. Fac. Agron. 22(1):1-12.         [ Links ]

Calzada, R. A. M. y Pedroza, S. A. 2005. Evaluación físico-química del gel y jugo de la hoja de sábila (A. barbadensis M.) en diferentes prácticas de manejo. Revista Chapingo. Serie Zonas Áridas. 4(2):93-101.         [ Links ]

Canales, L. B. 1999. Enzimas-algas: posibilidades de uso para estimular la producción agrícola y mejorar los suelos. Rev. Terra. 17 (3): 271-276.         [ Links ]

Das, A.; Mukherjee, P.; Ghorai, A. and Jha, T. 2010. Comparative karyomorphological analyses of in vitro and in vivo grown plants of Aloe vera L. BURM. f. The Nucleus an International J. Cytology Allied Topics. http://www.springerlink.com/content/qv614341hg2r65k0/        [ Links ]

Dilorio, C. F. 1991. SAS. Aplications programming. A gentle introduction. PWS-KENT Publishing Company. 684 p.         [ Links ]

García-Delgado, M. A.; Bustos-Vázquez, G.; Cervantes-Martínez, J. E. and Compeán-Ramírez, E. 2010. Utilization of micrometeorology to measure carbon assimilation and the transpiration of sugar cane. CienciaUAT. 15(15):24-30.         [ Links ]

García, E. 1973. Modificaciones al sistema de clasificación climática de Köppen: para adaptarlo a las condiciones de la República Mexicana. Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)- Instituto de Geografía. México, D. F. 246 p.         [ Links ]

Gómez, T. L.; Gómez, C. M. A. y Schwentesius, R. R. 1999. Desafíos de la agricultura orgánica, Universidad Autónoma Chapingo (UACH). Chapingo, Estado de México. 224 p.         [ Links ]

Programa Orgánico Nacional (IASC). 2008. Consejo Internacional de Ciencia de Aloe. 16 p.         [ Links ]

Khan, W.; Rayirath, U.; Subramanian P.; Jithesh, D. M.; Rayorath, A.; Hodges, P.; Critchley, M.; Craigie, J.; Norrie, J. and Prithiviraj, B. 2009. Seaweed extracts as biostimulants of plant growth and development. J. Plant Growth Reg. 28:386-399.         [ Links ]

Lastra, E. 1995. Lombrices californianas las transformadoras de desechos. Acaecer. 227:10-12.         [ Links ]

Molina, D. G.; Zapata, C. M.; Campos, M. S. G.; González, Z. A. y Sánchez, P. F. de J. 2012. Efectos de tres sistemas de labranza y mejoradores del suelo en la disponibilidad de humedad y volumen de raíces. Rev. Mex. Cienc. Agríc. 4(3)719-727.         [ Links ]

Pedroza, S. A. y Gómez, F. L. 2006. La sábila (Aloe spp.). Propiedades, manejo agronómico, proceso agroindustrial y de mercado. Universidad Autónoma Chapingo (UACH). Chapingo, Estado de México. 209 p.         [ Links ]

Piña-Zambrano, H. y Chirino, L. 2008.Mercado de la zábila (Aloe vera L.) en el estado Falcón. Rev. Fac. Agron. 25(2):364-392.         [ Links ]

Reynolds, R. y César, R. 1997. Aloe vera. Naturaleza y bienestar. Una manera saludable de mejorar su calidad de vida. Ediciones Continente. 148 p.         [ Links ]

Rosen, J. C. y Bierman, M. P. 2005. Using manure and compost as nutrient sources for vegetable crops. University of Minnesota. Extension service. 12 p.         [ Links ]

Secretaría de Agricultura, Ganadería, Pesca y Alimentación (SAGARPA). 2009. Boletín ASERCA Regional Peninsular: “propiedades y usos de la sábila”. 25(09):3-4.         [ Links ]

Vaca, R. J.; Lugo, R.; Martínez, R.; Esteller, Ma. V. y Zavaleta, H. 2011. Efectos de la adición de lodo residual y composta de lodos residual sobre las propiedades del suelo y de las plantas de Zea mays L. (metales pesados, calidad y productividad). Rev. Int. Cont. Amb. 27(4):301-311.         [ Links ]

Vázquez-Vázquez, C.; Salazar-Sosa, E. y Trejo-Escareño, H. I. 2010. Producción de fertilizantes orgánicos con dos especies de lombrices en diferentes medios de cultivo. In: agricultura orgánica. García, H. J. L.; Salazar, S. E.; Orona, C. I.; Fortis, H. E. y Trejo, E. I. (Eds.). Universidad Juárez del Estado de Durango. 438 p.         [ Links ]

Wrba y Pecher, O. 1996. Sustancias del futuro. Refuerzo del sistema inmunitario con enzimoterapia. Ed. Weber Offset Gmb H. D 80993 Miunich. Edición en español. Ed. Edika Med, S. L., C/ San Salvador, 08024. Barcelona, España. 63-65 pp.         [ Links ]

Zaragoza-Lira, M. M.; Preciado- Rangel, P.; Figueroa- Viramontes, U.; García- Hernández, J. L.; Fortis- Hernández, M.; Segura- Castruita, M. A.; Lagarda- Murrieta, A. y Madero-Tamargo, E. 2011. Aplicación de composta en la producción del nogal pecanero. Rev. Chapingo Serie Hortic. Vol. Esp. Núm. 17.         [ Links ]