Caracterização de microstruturas e descontaminação fúngica de milho (Zea mays l.) por métodos brandos: natural - andiroba amazônica (Carapa guianensis Aubl.) e instrumental - plasma frio

Abstract

O milho é uma planta monocotiledônea, pertencente ao gênero Zea e espécie Zea mays L. Produzido em quase todos os continentes, é de extrema importância econômica, caracterizada pelas variadas formas de sua utilização. No entanto, os grãos de milho têm a sua qualidade alterada direta ou indiretamente quando são infectados por fungos (deteriorantes e/ou toxigênicos), e expostos a temperaturas e umidades adversas. Portanto, necessitando de estratégias para prevenção e controle em toda sua cadeia produtiva, com destaque, na armazenagem. A aplicação de agrotóxicos sintéticos (fungicidas), por exemplo, podem deixar resíduos danosos no alimento. Portanto, há necessidade de estudos no desenvolvimento de métodos brandos (GRAS - Generally Recognized as Safe), que sejam eficientes como fungicidas e que não interfiram nas características dos grãos. Em vista disso, esse trabalho objetivou a realização de investigação de métodos antifúngicos brandos, focando em produtos naturais (andiroba amazônica - Carapa guianensis Aubl.), bem como na avaliação de instrumentos menos invasivos (Plasma Frio ? PF). Diante desse contexto, a presente pesquisa iniciou por realizar: a (a) CARACTERIZAÇÃO de microestruturas por microscopias estereoscópica (ME) e eletrônicade varredura(MEV),atravésdadesidratação,desengorduramento,coberturacom camada de ouro e fixação em stubs da (a.1) SEMENTE de andiroba amazônica, origem do extrato oleoso de andiroba - produto pouco conhecido no país e exterior, porém seu óleo é muito utilizado por nativos da região; quanto do (a.2) GRÃO de milho, objeto do presente estudo, assim, investigando e avaliando locais susceptíveis a agressões por fungos e outros organismos vivos; bem como avaliar a eficácia de (b) PROCEDIMENTOS antifúngicos desenvolvidos por métodos brandos: (b.1) NATURAL - tratamento utilizando o óleo de andiroba (OA), onde foi analisado o crescimento micelial dos gêneros fúngicos Fusarium, Aspergillus e Penicillium, isolados do grão, em meio de cultura contendo diferentes níveis de OA (Grupo Controle - GC) - sem OA; Grupo Tratado (GT) ? com OA 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1; 2; 3; 5; 10; 20; 30 e 40%, seguindo para a semeadura direta de grãos de milho tratados com OA (13,87 de óleo / 100g de grão), e avaliados para parâmetros como susceptibilidades / resistência de gênero, sua capacidade germinativa (pós-tratamento) e armazenagem e, (b.2) INSTRUMENTAL - através da aplicação de Plasma Frio (PF) com reator de barreira de descarga dielétrica (frequência 130 Hz, tensão 30 kV, energia 100 ± 5 mJ) sobre grãos de milho naturalmente contaminados, com diferentes teores de umidade (11,42, 12,72 e 17,96%) submetidos a tratamento em diferentes tempos de exposição (2; 5; 7; 10; 15 e 20 min). Inclusive observar possíveis efeitos dos tratamentos na estrutura do grão e sua capacidade germinativa. Dos dados obtidos em (a) através de observações microscópicas (ME e MEV) da (a.1) semente de andiroba (partes interna e externa) foi possível verificar que a sua casca apresenta as principais estruturas e características morfo-histológicas celulares suscetíveis à deterioração por fungos e outros organismos vivos (resíduos placentários, anatomia irregular com microfissuras, tecidos e camadas celulares próximos do micrópilo e a presença de danos causados por insetos). Considerados os principais locais responsáveis pela absorção de umidade e acesso de microrganismos para o interior da semente, comprometendo a qualidade do óleo. Já na caracterização do (a.2) grão de milho, através de investigação por MEV, foi possível observar, além das características celulares intrínsecas do endosperma (farináceo e vítreo) e pericarpo (camadas histológicas), foram registradas estruturas celulares que propiciam / viabilizam a invasão e proliferação de organismos vivos, especialmente esporos de fungos e hifas através do pedúnculo (ligação do grão à espiga - canal e gérmen). Dados esses, que auxiliarão na observação do efeito do OA e do PF nessas estruturas e inativação fúngica. Quanto aos (b) métodos antifúngicos desenvolvidos e seu poder de ação: (b.1) NATURAL - OA, os gêneros fúngicos isolados do grão de milho foram Aspergillus, Penicillium, Fusarium e Mucor, sendo os mais frequentes encontrados. No que tange aos diferentes meios de cultura e comportamento dos fungos isolados, todos cresceram em BDA, MEA, G25N e CAM, exceto Penicillium e Mucor. Com relação à inibição do AO e diâmetro (?) das colônias, foi observada diferença estatística de crescimento nos fungos de campo Fusarium e armazenagem Aspergillus e Penicillium quando comparados ao GC a partir de 5, 2 e 40% de OA, respectivamente. Acerca do crescimento micelial total os resultados mais efetivos de controle com OA se deram nas porcentagens de 3 a 40%; 2 a 40% e 10 a 40% (?: 2,56-0,30; 0,26-0,30 e 0,50-0,23 cm), para Fusarium, Aspergillus e Penicillium, respectivamente. Para todos os gêneros, como esperado, foi observado redução de IVCM (índice de velocidade de crescimento micelial) mais acentuada nas maiores concentrações de OA. Quando o OA foi aplicado nos grãos em semeadura direta, o comportamento inibitório, foi observado em 30% das amostras (com redução fúngica variando entre 6,7-46,7%). Já ao efeito do agente antifúngico na germinação, o OA interferiu na qualidade fisiológica enquanto SEMENTES, retardando e / ou impedindo a germinação - o que é esperado / positivo para o GRÃO na armazenagem tradicional, e sua utilização como alimentos. Quanto aos atributos sensoriais, estes indicaram que o tratamento com OA influenciou as percepções dos painelistas, onde ocorreu uma intensificação da cor, um leve desvio no aroma e uma preferência sutil na aparência em comparação com o grupo controle. A adição de óleo de andiroba aos grãos armazenados comercialmente manteve a umidade e preservou a qualidade durante 30 dias, devido à microcamada de óleo presente no GT. Quando utilizado o método (b.2) INSTRUMENTAL - PF, foi observada uma redução significativa na contaminação fúngica. Isso ocorreu nos tratamentos com tempos de exposição acima de 5 min. O maior efeito antifúngico foi de 0,75-1,4 log, nos tratamentos de 10, 15 e 20 min. Importante enfatizar que os diferentes teores de umidade do grão não influenciaram significativamente na eficácia do tratamento. Em comparação com GC, a superfície do milho (pericarpo) desenvolveu uma textura enrugada, aumentando sua intensidade com tempos de exposição mais longos. Com cerca de 10 min, o tratamento com PF teve potencial para reduzir a contaminação fúngica nos grãos sem comprometer a capacidade germinativa. Os resultados indicam que ambos tratamentos com métodos brandos podem ser alternativas no controle da contaminação fúngica em grãos de milho de maneira que não interfiram nas propriedades intrínsecas e externas do grão. A aplicação em esteiras na movimentação dos grãos (no carregamento dos silos), tanto através de spray para aplicação de OA, quanto através de instalação de equipamento de PF poderão ser testados em trabalhos futuros. Detalhes no aprimoramento de condições de larga escala e logística de aplicação deverão ser desenvolvidos em escala piloto e aplicação em Armazéns ou Entrepostos de comercialização de grãos.

Abstract: Maize is a monocotyledonous plant, belonging to the genus Zea and species Zea mays L. Produced on almost all continents, it is of extreme economic importance, characterized by the varied ways of its use. However, maize kernels have their quality altered directly or indirectly when they are infected by fungi (deteriorating and/or toxigenic), and exposed to adverse temperatures and humidity. Therefore, it requires strategies for prevention and control throughout its production chain, particularly in storage. The application of synthetic pesticides (fungicides), for example, can leave harmful residues on food. Therefore, there is a need for studies on the development of mild methods (GRAS - Generally Recognized as Safe), which are efficient as fungicides and do not interfere with the characteristics of the kernels. In view of this, this work aimed to investigate mild antifungal methods, focusing on natural products (Amazonian andiroba - Carapa guianensis Aubl.), as well as the evaluation of less invasive instruments (Cold Plasma ? CP). Given this context, the present research began by carrying out: (a) CHARACTERIZATION of microstructures by stereoscopic microscopy (ME) and scanning electron microscopy (SEM), through dehydration, degreasing, coverage with a layer of gold and fixation in stubs of (the .1) Amazonian andiroba SEED, origin of andiroba oily extract - a product little known in the country and abroad, but its oil is widely used by natives of the region; as for (a.2) maize KERNEL, the object of the present study, thus investigating and evaluating places susceptible to attacks by fungi and other living organisms; as well as evaluating the effectiveness of (b) antifungal PROCEDURES developed by mild methods: (b.1) NATURAL - treatment using andiroba oil (AO), where the mycelial growth of the fungal genera Fusarium, Aspergillus and Penicillium, isolated from kernel, in culture medium containing different levels of OA (Control Group - GC) - without AO; Treated Group (GT) ? with AO 0.2; 0.4; 0.6; 0.8; 1; two; 3; 5; 10; 20; 30 and 40%, followed by direct sowing of maize kernels treated with AO (13.87 oil / 100g of kernel), and evaluated for parameters such as gender susceptibilities / resistance, germination capacity (post -treatment) and storage and, (b.2) INSTRUMENTAL - through the application of Cold Plasma with a dielectric discharge barrier reactor (frequency 130 Hz, voltage 30 kV, energy 100 ± 5 mJ) on naturally contaminated maize kernels, with different levels of humidity (11.42, 12.72 and 17.96%) subjected to treatment at different exposure times (2; 5; 7; 10; 15 and 20 min). Including observing possible effects of treatments on the kernel structure and its germination capacity. From the data obtained in (a) through microscopic observations (ME and SEM) of (a.1) andiroba seed (internal and external parts) it was possible to verify that its shell presents the main structures and cellular morp ho- histological characteristics susceptible to deterioration by fungi and other living organisms (placental residues, irregular anatomy with microcracks, tissues and cell layers close to the micropyle and the presence of damage caused by insects). Considered the main places responsible for moisture absorption and access of microorganisms into the seed, compromising the quality of the oil. In the characterization of (a.2) maize kernel, through SEM investigation, it was possible to observe, in addition to the intrinsic cellular characteristics of the endosperm (flourish and vitreous) and pericarp (histological layers), cellular structures were recorded that provide/enable the invasion and proliferation of living organisms, especially fungal spores and hyphae through the peduncle (connection of the kernel to the cob - channel and germ). These data will help in observing the effect of OA and PF on these structures and fungal inactivation. Regarding (b) antifungal methods developed and their power of action: (b.1) NATURAL - AO, the fungal genera isolated from maize kernel were Aspergillus, Penicillium, Fusarium and Mucor, being the most frequent found. Regarding the different culture media and behavior of the isolated fungi, they all grew in PDA, MEA, G25N and CAM, except Penicillium and Mucor. Regarding the inhibition of AO and diameter (?) of colonies, a statistical difference in growth was observed in the field fungi Fusarium and storage Aspergillus and Penicillium when compared to GC from 5, 2 and 40% AO, respectively. Regarding total mycelial growth, the most effective results of control with AO occurred in percentages of 3 to 40%; 2 to 40% and 10 to 40% (?: 2.56-0.30; 0.26-0.30 and 0.50-0.23 cm), for Fusarium, Aspergillus and Penicillium, respectively. For all genera, as expected, a more pronounced reduction in IVCM (mycelial growth rate index) was observed at the highest concentrations of OA. When AO was applied to kernels in direct seeding, inhibitory behavior was observed in 30% of the samples (with fungal reduction varying between 6.7-46.7%). As for the effect of the antifungal agent on germination, AO interfered with the physiological quality as SEEDS, delaying and/or preventing germination - which is expected/positive for KERNEL in traditional storage, and its use as food. As for sensory attributes, these indicated that the treatment with AO influenced the panelists' perceptions, where there was an intensification of color, a slight deviation in aroma and a subtle preference in appearance compared to the control group. The addition of andiroba oil to commercially stored kernels-maintained moisture and preserved quality for 30 days, due to the microlayer of oil present in the GT. When using method (b.2) INSTRUMENTAL - CP, a significant reduction in fungal contamination was observed. This occurred in treatments with exposure times above 5 min. The greatest antifungal effect was 0.75-1.4 log, in treatments of 10, 15 and 20 min. It is important to emphasize that the different moisture contents of the kernel did not significantly influence the effectiveness of the treatment. Compared to GC, the maize surface (pericarp) developed a wrinkled texture, increasing in intensity with longer exposure times. After approximately 10 min, the CP treatment had the potential to reduce fungal contamination in kernels without compromising germination capacity. The results indicate that both treatments with mild methods can be alternatives for controlling fungal contamination in maize kernels in a way that does not interfere with the intrinsic and external properties of the kernel. The application on conveyors in the movement of kernels (when loading silos), both through sprays to apply AO and through the installation of PF equipment, could be tested in future work. Details on improving large-scale conditions and application logistics should be developed on a pilot scale and applied in warehouses or kernel marketing warehouses.