Preharvest Strategies in Green Pepper Fruit: Quality Enhancement, Extended Shelf-Life and Integral Valorisation of By-products

Abstract

The cultivation of peppers (Capsicum annuum L.) is of significant economic importance worldwide, due to their high nutritional value and culinary applications. Notwithstanding, considerable economic losses were incurred due to spoilage and deterioration during storage. Moreover, there is an increasing consumer demand for high-quality produce with enhanced nutritional value and treated throughout eco-friendly preharvest strategies. This is due to consumers' concerns and legal restrictions regarding the use of postharvest chemical treatments. The present PhD thesis explores the postharvest loses in Lamuyo-type green peppers and the increasing consumer demand for high-quality produce through preharvest strategies. The research focuses on the application of salicylic acid (SA) and methyl jasmonate (MeJA) as plant elicitors to enhance the quality and shelf-life of peppers, as well as on the integral valorisation of pepper seeds. The PhD thesis, which comprises six publications, was the first to identify the optimal phenological stage S12 and harvest time (April) for maximum bioactive compound accumulation, thereby establishing a basis for subsequent studies. The findings from the second and third studies demonstrated that 0.5mM SA application, via foliar and irrigation, improved crop yield, maintained quality up to 28 days at 7 °C, and upregulated the relative response of antioxidant-related genes, with irrigation being more practical. The fourth publication revealed that foliar application of 0.1mM MeJA increased crop yield, delayed senescence, maintained quality attributes, and enhanced the total phenolic content, total antioxidant activity and the activity of antioxidant enzymes after 28 days at 7°C. The fifth study showed that both 0.5 mM SA and 0.1 mM MeJA, applied via foliar or irrigation, induced chilling tolerance and maintained the postharvest quality of green bell peppers stored at 2 °C for 28 days plus 2 days at 20 °C, with SA irrigation being the most effective. The final publication took the form of a review article, the purpose of which was to emphasise the nutritional and funconal value of pepper seeds as a sustainable alternative in agrifood, with the objective of promoting a circular bioeconomy. In conclusion, recent advancements in understanding green bell pepper have encompassed two primary domains. Firstly, significant progress has been made in the optimisation of the physiological development stage. Secondly, there has been considerable progress in the application of SA and MeJA as preharvest strategies in green pepper fruit. These developments have the potential to assist horticultural companies in enhancing crop yield, ensuring the provision of green pepper fruits that meet higher quality standards at harvest, and extending shelf-life. Furthermore, a comprehensive review of bell pepper seeds as a by-product within the industry underscores their potential value for diverse agrifood applications. Subsequent research would likely concentrate on investigating: 1) the effects of elicitors on resistance to rotting, as this is one of the major problems facing the marketing of peppers, 2) the development of pre- and postharvest strategies to extend the shelf-life of fresh-cut pepper fruits, which are a popular choice for salads and various dishes due to the exponential growth of the processing industry, and 3) the potential use of seeds as a food ingredient and plant biostimulants.

El cultivo del pimiento (Capsicum annuum L.) tiene una gran importancia económica en todo el mundo, debido a su alto valor nutritivo y a sus aplicaciones culinarias. A pesar de ello, se producen pérdidas económicas considerables debido al deterioro durante el almacenamiento. Además, existe una creciente demanda por parte de los consumidores de productos de alta calidad con un valor nutricional mejorado y tratados mediante estrategias precosecha respetuosas con el medio ambiente. Esto se debe a la preocupación de los consumidores y a las restricciones legales en cuanto al uso de tratamientos químicos postcosecha. La presente tesis doctoral explora las pérdidas postcosecha en pimiento verde tipo Lamuyo y la creciente demanda de los consumidores de productos de alta calidad a través de estrategias precosecha. La investigación se centra en la aplicación de ácido salicílico (AS) y jasmonato de metilo (JaMe) como elicitores vegetales para mejorar la calidad y vida útil de los pimientos, así como en la valorización integral de las semillas de pimiento. La tesis doctoral, compuesta por seis publicaciones, fue la primera en identificar el estado fenológico S12 y el momento de la cosecha (Abril) óptimos para la máxima acumulación de compuestos bioactivos, sentando así las bases para estudios posteriores. Los resultados del segundo y tercer estudio demostraron que la aplicación de AS a la concentración de 0,5 mM, vía foliar y por riego, mejoró el rendimiento del cultivo, mantuvo la calidad hasta 28 días a 7 °C y reguló al alza la respuesta relativa de los genes relacionados con antioxidantes, siendo más práctico el riego. La cuarta publicación reveló que la aplicación foliar de 0,1 mM de JaMe aumentó el rendimiento del cultivo, retrasó la senescencia, mantuvo los atributos de calidad, y mejoró el contenido fenólico total, la actividad antioxidante total y la actividad de los enzimas antioxidantes después de 28 días a 7 °C. El quinto estudio mostró que tanto AS 0,5 mM como JaMe 0,1 mM, aplicados vía foliar o por riego, indujeron la tolerancia al frío y mantuvieron la calidad postcosecha de pimientos verdes almacenados a 2 °C durante 28 días más 2 días a 20 °C, siendo el riego con AS el más efectivo. La publicación final adoptó la forma de un artículo de revisión, cuyo propósito era destacar el valor nutricional y funcional de las semillas de pimiento como alternativa sostenible en agroalimentación, con el objetivo de promover una bioeconomía circular.En conclusión, los recientes avances en el conocimiento del pimiento verde han abarcado dos ámbitos principales. En primer lugar, se ha avanzado significativamente en la optimización de la fase de desarrollo fisiológico. En segundo lugar, se ha progresado considerablemente en la aplicación de AS y JaMe como estrategias precosecha en pimiento verde. Estos avances tienen el potencial de ayudar a las empresas hortidolas a mejorar el rendimiento de los cultivos, garantizar el suministro de pimientos verdes que cumplan con estándares de calidad más altos en la recolección y prolongar la vida útil. Además, una revisión exhaustiva de las semillas de pimiento como subproducto dentro de la industria subraya su valor potencial para diversas aplicaciones agroalimentarias. Las investigaciones posteriores se centrarían probablemente en investigar: 1) los efectos de los elicitores sobre la resistencia a la incidencia de podredumbres, ya que es uno de los principales problemas a los que se enfrenta la comercialización de los pimientos, 2) el desarrollo de estrategias pre- y postcosecha para prolongar la vida útil de pimiento IV Gama, que es una opción popular para ensaladas y diversos platos debido al crecimiento exponencial de la industria de procesado, y 3) el uso potencial de las semillas como ingrediente alimentario y bioestimulante vegetal.