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En los tiempos precolombinos los pueblos andinos han domesticado alrededor de 70 cultivos en el Ecuador nueve especies han sido estudiadas y un tubérculo de nombre mashua se destaca por sus cualidades nutricionales y medicinales. Tropaeolum tuberosum Ruiz & Pavón es el nombre científico de esta especie, que se ubica taxonómicamente en la familia Tropaeolaceae, género Tropaeolum (Lim, 2016).
La diversidad genética del tubérculo es variada pero menor comparada con la oca (Oxalis tuberosa) y el olluco (Ullucus tuberosus) (Pissard et al., 2008), entre genotipos se diferencian por su color, forma y sabor (Flores et al., 2003). El tubérculo posee una composición nutricional importante, con altos niveles de ácido ascórbico (vitamina C), riboflavina (vitamina B2), tiamina (vitamina B1) (National Research Council, 1989), elevado contenido de proteína incluso superiores a la papa, oca y olluco (Manrique et al., 2013), fibra (Flores et al., 2003) y alto contenido de caroteno (Barrera et al., 2004).
Los usos de la mashua son variados se destaca en preparaciones culinarias (Barrera et al., 2004) y medicina tradicional por sus compuestos bioactivos beneficiosos para la salud (Campos et al., 2006). Los campesinos andinos suelen consumir toda la planta y de manera especial el tubérculo (Flores et al., 2003) del cual obtienen subproductos como harina y almidón. Los primeros procesamientos de la mashua como harina obtuvieron un producto picante, de olor fuerte y de aspecto amarillento catalogándose como poco satisfactorio (Grau et al., 2003). Ramallo (1999), estudio la composición de la harina de mashua, reportando 8% de proteína comparable con la harina de maíz y alto contenido energético 416 kcal 100 g-1, sugiriéndolo como alimento para cerdos.
Por otro lado, el almidón se destacó por sus propiedades nutricionales (Grau et al., 2003), creando gran interés en los investigadores. La mashua contiene 41.35% (BS) de almidón en el tubérculo, con un 27.44% (BS) de amilosa (Valcárcel-Yamani et al., 2013). El almidón de mashua presenta gránulos más pequeños comparados con tubérculos como oca y ulluco, está compuesto de 2-3 granos heterogéneos (Surco, 2004). Su forma puede llegar a ser ovoide, esférico y truncados con tamaños de 4.39 y 16.29 µm de longitud y 4.07 y 13.09 µm de diámetro (Valcárcel-Yamani et al., 2013).
Según Valcárcel-Yamani et al. (2013) el almidón de tubérculos andinos como oca, ulluco y mashua se consideran de importancia en la industria alimentaria para la elaboración de productos de fácil cocción, alta viscosidad y baja estabilidad a la refrigeración, pero a diferencia de la oca y ulluco la mashua se destaca por su alta digestibilidad al poseer gránulos de tamaño pequeño.
La forma y tamaño de los gránulos de almidón de mashua ha sido discutida por varios investigadores; sin embargo, aún no se tiene conocimiento de investigaciones recientes sobre la morfología de la harina y proteína de mashua, la presente investigación tuvo como objetivo caracterizar morfométricamente el almidón, harina y proteína de cuatro muestras vegetales de mashua y buscar sus diferencias y similitudes con otros cultivos similares.
Material vegetal
Los tubérculos de cuatro genotipos de mashua (T. tuberosum) fueron recolectados del banco de germoplasma de la Facultad de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Técnica de Ambato. Los genotipos fueron cultivados y cosechados en 2018; a partir, de cuatro accesiones de mashua de diferentes procedencias geográficas del Ecuador: el genotipo amarilla (MA) de la provincia de Tungurahua, verde amarilla (MVA) y poza rondador (MPR) en la provincia de Chimborazo y blanca (MB) de la provincia de Cotopaxi, estos corresponden a nombres vulgares adquiridos por fuentes locales de campesinos (Valle-Parra et al., 2018).
Los tubérculos se seleccionaron por su tamaño uniforme y sin magulladuras. Extracción de almidón de mashua. La extracción de almidón se realizó cuatro días después de la cosecha, empleando los métodos descritos por Torruco-Uco y Betancur-Ancona (2007), con ligeras modificaciones.
Los tubérculos fueron lavados y cepillados hasta eliminar toda impureza (tierra, hojas, raíces) y luego cortados en cubos de aproximadamente 3 cm por cada lado. Los cubos fueron triturados en una licuadora con agua destilada en una relación 1:2 (p/v) durante 3 min. La suspensión resultante fue filtrada con una tela de muselina para eliminar la fibra y el filtrado se dejó sedimentar a 4 °C durante 4 h en un vaso de precipitación. El almidón fue separado del sobrenadante mediante centrifugación a 3 000 rpm durante 5 min (Melian, 2010) en una centrífuga Sorvall ST 8 (X-150 Swinging Bucket Rotor), el sobrenadante fue descartado.
El almidón obtenido fue re suspendido en agua y dejado en sedimentación, para luego filtrar como fue descrito previamente. Este procedimiento se repitió de 3-4 veces con agua destilada y una última vez se filtró en capa de algodón hasta obtener un almidón blanco y un translucido flotante. El almidón limpio fue secado en una estufa (Modell 100-800) durante 24 h a 37 °C, molido en un mortero y tamizado hasta obtener un polvo homogéneo. El almidón fue almacenado en frascos plásticos con cierre de tapa hermética y conservada a-20 °C.
Microscopía electrónica de barrido. La morfología estructural del almidón, harina y proteína de mashua se estudió mediante un microscopio electrónico de barrido (MEB) (modelo Tescan Vega3) con un aumento de hasta 100.000X, las imágenes se realizaron trabajando a 20.0 keV en alto vacío. Las muestras se prepararon y se fijaron en trozos de cinta de carbono de doble cara y se recubrieron con oro utilizando un dispositivo de recubrimiento por pulverización catódica SPI-Module.
Para la tabulación de datos se realizó mediciones aleatorias del diámetro mayor o longitudinal (DM), diámetro menor o transversal (Dm) y largo (L) de micrografías de gránulos de almidón, harina y láminas de proteína. Análisis estadístico. Para el análisis estadístico se utilizó el programa InfoStat versión 2008, mediante el uso de estadística descriptiva, con prueba de Tukey para determinar diferencias significativas entre promedios. En la Figura 1 se detalla la morfología de gránulos de almidón y muestras liofilizadas de harina y proteína de cuatro genotipos de mashua.
En la primera columna se observa micrografías de harina destacándose la forma ovalada y esférica en los genotipos MB, MA y MPR mientras que en el genotipo MVA predomina la forma ovalada, además en todas las muestras de harina se nota la presencia de material particulado y la presencia de láminas que podría corresponder a proteína. Todas las muestras de harina presentan superficie de apariencia lisa como los gránulos de almidón de papa (Solanum tuberosum) (Zhou et al., 2013), con algunas fisuras similares a la maca (Zhang et al., 2017) excepto en los gránulos de harina de MA donde se observan protuberancias y pequeños surcos parecidos a los gránulos de maíz (Singh et al., 2003). El tamaño de los gránulos de MB y MVA no presentan diferencias significativas a lo contrario de los genotipos MA y MPR (Cuadro 1).
Cuadro 1 Tamaño y forma de los gránulos de almidón, harina y láminas de proteína de cuatro genotipos de mashua.
Genotipos |
Harina |
|
Almidón |
|
Proteína |
|||||
Diámetro mayor (µm) |
Diámetro menor (µm) |
Forma |
|
Diámetro mayor (µm) |
Diámetro menor (µm) |
Forma |
|
Longitud (µm) |
Forma |
|
Amarilla (MA) |
6.4a ±2.3 |
5a ±1.5 |
Ovalada |
|
7.1a ±2.4 |
6.1a ±1.6 |
Ovalada y esférica |
|
205.8a ±60.2 |
Poligonal asimétrica aplanada |
(2.8-11.2) |
(2.5-8) |
|
(3.2-12.3) |
(3.2-9.1) |
|
(139.5-257) |
||||
Blanca (MB) |
9.4ab ±2.6 |
8.6ab ±2.3 |
Ovalada |
|
18b ±5.4 |
16.3b ±4.4 |
Ovalada y esférica |
|
223.7a ±110.9 |
Poligonal asimétrica aplanada |
(4-14.1) |
(3.5-12.6) |
|
(6.7-29) |
(6.7-24) |
|
(125-469.7) |
||||
Verde Amarilla (MVA) |
8.3ab ±3.1 |
6.9ab ±2.5 |
Ovalada |
|
8.3a ±2.4 |
7.3a ±2 |
Ovalada y esférica |
|
129.7a ±35.2 |
Poligonal asimétrica aplanada |
(3.6-12) |
(2.7-9.3) |
|
(3.8-11.5) |
(3.8-11.1) |
|
(89-151) |
||||
Poza Rondador (MPR) |
9.9b ±4.9 |
9.1b ±4.9 |
Ovalada y esférica |
|
7a ±2.2 |
6.5a ±2.2 |
Ovalada y esférica |
|
237a ±52.4 |
Poligonal asimétrica aplanada |
(5-21.7) |
(4.1-21.7) |
|
(3.6-10.2) |
(3.6-9.5) |
|
(200-297) |
||||
a-b= superíndices distintos en la misma fila indican diferencias significativas (p> 0.05). Valores entre paréntesis indican los valores máximos y mínimos observados.
Los gránulos de harina de MA tienen diámetros promedio de 6.4 µm (DM) y 5 µm (Dm), el genotipo MB reporta 9.4 µm (DM) y 8.6 µm (Dm), el genotipo MVA tiene tamaños de 8.3 µm (DM) y 6.9 µm (Dm) y los gránulos de harina de MPR reporta 9.9 µm (DM) y 9.1 µm (Dm). Las micrografías de los gránulos de almidón se muestran en la segunda columna de la Figura 1. Los gránulos de almidón de los cuatro genotipos tienen una morfología donde predomina las estructuras ovaladas y esféricas y con menor participación las formas esféricas-truncadas.
Figura 1 Micrografías electrónicas (SEM) de izquierda a derecha: harina, almidón y proteina de mashua genotipo MB (A-A2); MA (B-B2); MVA (C-C2); y MPR (D-D2) con amplificacion de 100000 X.
Estas similitudes se exponen en los cuatro genotipos, resultados que concuerdan con otros estudios, como las micrografías de gránulos de mashua amarilla reportado por Valcárcel-Yamani et al. (2013) y otros tubérculos como makal (Xanthosoma yucatanensis) (Torruco-Uco y Betancur-Ancona, 2007) y raíces de arrurruz (Maranta arundinacea) (Peroni et al., 2006).
El tamaño de los gránulos de almidón es semejante entre los genotipos MA, MVA y MPR, mientras que el genotipo MB se diferencia por tener los gránulos más grandes (Cuadro 1). Los diámetros mayores de los gránulos tienen promedios desde los 18 µm para el genotipo MB, 7.1 µm en MA, 8.3 µm en MVA y 7 µm en MPR y diámetros menores de 6.1, 16.3, 7.3 y 6.5 µm respectivamente.
Estos valores son similares al tamaño de los gránulos reportados en genotipos de mashua amarilla con 4.39 y 16.29 µm (DM) y 4.07 y 13.09 µm de (Dm) (Valcárcel-Yamani et al., 2013). También, se han notificado otros valores similares como la maca (Lepidium meyenii Walpers) (9 µm), mandioca (Manihot esculenta) (12.9 µm) y makal (12.4 µm) (Charles et al., 2005; Hernández-Medina et al., 2008; Torruco-Uco y Betancur-Ancona, 2007; Zhang et al., 2017).
Las diferencias en tamaño y forma de los gránulos pueden atribuirse a varios factores, uno de ellos la agricultura, investigadores exponen que los cultivos andinos en el transcurso del tiempo han sufrido cambios en la domesticación y reproducción lo que sugiere una influencia sobre las características morfológicas y tamaño del gránulo del almidón (King y Gershoff, 1987; Flores et al., 2003); sin embargo, con los avances modernos hoy se cree que el tamaño del gránulo podría estar relacionado con las prácticas agrícolas (Torres et al., 2011).
Así también, ciertos estudios atribuyen los resultados al origen biológico, la bioquímica del cloroplasto y la fisiología de la planta (Singh et al., 2003). Mientras que, otros autores sostienen que la morfología y tamaño de los gránulos de almidón dependen de la genética de la planta, además, de las estructuras membranosas y las características físicas de los plástidos (Lindeboom et al., 2004).
La última columna reporta micrografías de proteína de los cuatro genotipos de mashua (Figura 1). La forma de la proteína es algo peculiar ya que no son esféricas ni ovaladas sino estructuras laminares con superficie quebradiza y forma poligonal asimétrica. Estas láminas tienen longitudes promedio distintas que van desde los 130, 221, 224 y 237 µm (MVA, MA, MB y MPR, respectivamente) (Cuadro 1), su forma se asemeja a la albumina de guisante de playa (Lathyrus maritimus L.) con topografía de placa y superficie lisa (Chavan et al., 2001) y la albumina de frejol (Phaseolus vulgaris L.) variedad Great Northern con forma de vara (Sathe y Salunkhe, 1981). Investigaciones pasadas han indicado que las características topográficas de las proteínas podrían intervenir en las propiedades fisicoquímicas y funcionales del almidón (Chavan et al., 2001), pero al estar en bajos niveles no tendrían efectos negativos según lo expone Hoover (2001).
Conclusiones
El estudio de la morfología del almidón mostró formas ovaladas y esféricas similares a los gránulos de harina, pero diferentes al liofilizado de proteínas con estructuras laminares con forma poligonal asimétrica, en lo que se refiere al tamaño de los gránulos de almidón y harina, se observó que los genotipos MB y MPR fueron los que destacaron en mayor tamaño respectivamente, mientras que las láminas de proteína presentaron diferencias significativas siendo las más grandes la del genotipo MPR.
