Material vegetal y sitios experimentales

Se evaluaron cinco híbridos trilineales de maíz con valor agregado: tres de alto contenido de aceite (ACA), uno de calidad proteínica (QPM) y un amarillo de endospermo normal (Cuadro 1). Los cinco híbridos, de reciente liberación, fueron registrados al inicio de 2018 en el Catálogo Nacional de Variedades Vegetales. Los tres híbridos ACA fueron formados por líneas doble haploides, derivadas de las poblaciones blancas y amarillas del Noroeste y del Bajío (PBN, PAN, PBB y PAB), que fueron formadas a partir de selección recurrente con familias de medios hermanos para incrementar el contenido de aceite en ambas poblaciones, el cual ha sido mayor a 6.0 % (^{Ortega-Corona et al., 2015}). El H-387 A, que ha destacado por su alta productividad, se desarrolló a través de selección por el método genealógico y cruzas de prueba, formado por dos líneas del CIMMyT y otra del INIFAP. Tres híbridos comerciales (H-377, DK2027Y y H-383 C) se emplearon como testigos.

Todos los híbridos se evaluaron en ocho ambientes del subtrópico. En el ciclo PV-2015 se evaluaron en Pabellón de Arteaga, Aguascalientes (A5, 2050 msnm, siembra 01 de julio), Morelia, Michoacán (M5, 1920 msnm, siembra 29 junio) y dos ambientes en Celaya, Guanajuato (C5, 1760 msnm, siembra 17 junio y G5, siembra, 28 junio). En el ciclo PV-2016 los materiales se sembraron en Morelia, Michoacán (M6, siembra 08 julio), Celaya, Guanajuato en dos ambientes (C6, siembra 31 mayo y G6, siembra 23 julio) y Juventino Rosas, Guanajuato (J6, 2000 msnm, siembra 03 mayo). Las temperaturas y precipitación registradas en ambos años en los ambientes de estudio se muestran en la Figura 1 (^{INIFAP, 2018}).

Figura 1 Temperatura mínima y máxima promedio mensual y precipitación de seis localidades del subtrópico de México en 2015 y 2016. 

Rendimiento de grano y características físico-químicas del grano

El rendimiento de grano (REND en t ha^-1) se determinó en campo mediante la ecuación reportada por ^{Vázquez-Carrillo et al. (2016)}, que considera el peso de la mazorca por parcela a la cosecha, el porcentaje de materia seca del grano ajustado a 14 % de humedad, la proporción de grano en la mazorca y un factor de corrección que lo extrapola a la superficie de una hectárea. El índice de flotación (IF) se determinó con el método descrito en la norma NMX-FF-034/1-SCFI-2002 (^{Secretaría de Economía, 2002}), que consiste en poner 100 granos en una solución de NaNO₃ con una densidad de 1.25 g mL^-1 y contar el número de granos que flotan. Si el número de granos flotantes (IF) es de 1 a 12 los granos se consideran muy duros, si el IF es de 13 a 38 los granos son duros, si el IF es de 39 a 62 los granos son de dureza intermedia, si el IF es de 63 a 87 los granos son suaves, mientras que, si el IF es de 88 a 100 los granos son muy suaves. El peso de 100 granos, así como la composición estructural del grano (pedicelo, pericarpio, germen, y endospermo corneo y harinoso) se evaluaron con base en los métodos reportados por ^{Salinas y Vázquez (2006)}. El peso hectolítrico (PH) y el contenido de aceite, proteína y almidón se determinaron con los métodos 55-10.01, 30-25.01, 46-16.01 y 76-13.01 de la ^{AACC International (2018)}, respectivamente. El contenido de lisina y triptófano se determinó mediante espectroscopía de infrarrojo cercano (NIR) (^{Rosales et al., 2011}). El contenido de carotenoides totales se cuantificó en grano de maíces amarillos con el método descrito por ^{Rosales et al. (2016)}.

Nixtamalización y elaboración de tortillas

La nixtamalización y elaboración de las tortillas se realizó por duplicado, siguiendo el método reportado por ^{Vázquez-Carrillo et al. (2016)}.

Variables del proceso de nixtamalización y calidad de la tortilla

La pérdida de materia seca (PMS) así como el porcentaje de pericarpio (PR) retenido en el nixtamal se cuantificaron con los métodos descritos por ^{Salinas y Vázquez (2006)}. La humedad del nixtamal (HN) y de la tortilla se determinó por el método 44-15.02 (^{AACC International, 2018}). El rendimiento de tortilla (RT) se reportó como la cantidad total de tortillas en kg obtenida por cada kg de maíz procesado. La textura de las tortillas se evaluó en términos de la fuerza de ruptura (FR) y elongación, siguiendo la metodología descrita por ^{Vázquez-Carrillo et al. (2015)}.

Diseño experimental y análisis estadístico

El diseño experimental en campo fue bloques al azar. Cada unidad experimental consistió de dos surcos de cinco m de longitud y 0.66 m de ancho, con dos repeticiones. Los datos obtenidos se sometieron a análisis de varianza (ANOVA) individual y conjunto y se realizó la comparación de medias con la prueba de Tukey (P ≤ 0.05). Las variables con interacción genotipo-ambiente (IGA) significativa fueron sometidas a un análisis de regresión de sitios (SREG) para obtener un gráfico de componentes principales (CP) que permite visualizar tanto a los genotipos como a los ambientes. La interpretación de los gráficos se realizó sólo si los dos primeros CP explicaron al menos 75 % de la IGA (^{Lozano-Ramírez et al., 2015}).

Rendimiento y características físicas del grano

En rendimiento, los genotipos H-388 O (BO1) y DK2027Y (AT) mostraron los mayores rendimientos (>12.8 t ha^-1), mientras que H-327 AO (AO1), H-383 C (CT) y H-377 (BT) tuvieron los más bajos (<10.05 t ha^-1) (Cuadro 2); sin embargo, en todos los casos el rendimiento fue superior a la media nacional, que al cierre de mayo de 2018 fue de 5.1 t ha^-1 (^{SIAP, 2018}).

La Figura 2 muestra los gráficos del análisis SREG para las variables cuyos dos primeros CP explicaron al menos 75 % de la IGA. El genotipo más estable fue H-389 O (BO2) (Figura 2A), que también tuvo un REND estadísticamente igual a H-387 A (AN1). Respecto a los ambientes, es sabido que ambientes con vectores largos discriminan mejor entre genotipos; en ese sentido, la mayor variabilidad entre genotipos se observó en G5, mientras que en J6 y G6 los híbridos presentaron REND similares.

Figura 2 Gráficas biplot del análisis SREG para rendimiento (A), índice de flotación (B), peso hectolítrico (C), peso de 100 granos (D), pericarpio (E) y almidón (F) de ocho genotipos de maíz evaluados en ocho ambientes de los ciclos PV-2015 y 2016 del subtrópico de México. 

Al trazar un polígono entre los genotipos más alejados del origen y líneas perpendiculares que van del origen a cada lado del polígono, los ambientes con respuesta similar se agrupan en mega-ambientes y se pueden identificar genotipos que se adaptan a los mismos (^{Karimizadeh et al., 2013}). Así, en REND se formaron dos mega-ambientes; en el primero se concentraron A5, M6, G6 y C6, ambientes con poca precipitación y temperatura altas (Figura 1), donde el genotipo DK2027Y (AT) fue el mejor adaptado a éste. Por otro lado, el segundo mega-ambiente comprendió M5, G5, C5 y J6, que presentaron buena precipitación (Figura 1) y el genotipo con mejor adaptación y mayor rendimiento fue H-388 O (BO1). Este último comportamiento es el más deseable: aumentar el contenido de aceite sin disminuir el rendimiento; entre los factores que afectan este resultado están la sequía y la condición del suelo (^{Torres-Morales et al., 2010}). En ese sentido, las buenas condiciones de precipitación en esos ambientes influyeron positivamente en la acumulación tanto de almidón como de aceite.

Los híbridos de alto contenido de aceite H-327 AO (AO1) y H-388 O (BO1) tuvieron los valores más altos de IF (Figura 2B) en la mayoría de los ambientes, mientras que el híbrido H-387 A (AN1) fue el único de grano muy duro y el más estable en su dureza (Figura 2B). De acuerdo con la clasificación de la norma NMX-FF-034/1-SCFI-2002 (^{Secretaría de Economía, 2002}), todos los genotipos tuvieron granos duros y muy duros (Cuadro 2), por lo que son aptos para su transformación, tanto en harinas nixtamalizadas (H-390C y H-387A), como en masa fresca por la IMT (los cinco nuevos híbridos). Se observó que en 2015 se obtuvieron granos más duros que en 2016; esto pudo ser consecuencia de una mayor y mejor distribución de la precipitación durante todas las etapas de crecimiento de la planta (Figura 1), lo que influyó positivamente durante el periodo de llenado de grano. ^{Vázquez-Carrillo et al. (2016)} observaron resultados similares respecto al efecto positivo de la precipitación en la acumulación de almidón en el grano y su efecto en la dureza.

La gráfica de PH (Figura 2C) mostró el efecto contrario a la de IF, ya que existe alta correlación entre ambas variables (r = -0.68, P ≤ 0.05), por lo que los granos más duros tienden a ser más densos (^{Narváez-González et al., 2006}). En PH el genotipo más estable fue el testigo DK2027Y (Figura 2C). Todos los genotipos tuvieron un PH≥74 kg hL^-1 (Cuadro 2), por lo que son aptos para el procesamiento por ambas industrias (NMX-FF-034/1-SCFI-2002) (^{Secretaria de Economía, 2002}).

^{Salinas et al. (2010)} reportan que los granos grandes tienen un PCG mayor a 38 g, los medianos entre 33 y 38 g, en tanto que los pequeños presentan valores menores a 33 g. Con base en esa clasificación sólo el testigo amarillo (DK2027Y) tuvo granos grandes, el resto tuvo granos de tamaño mediano a pequeño (Cuadro 2). La mayoría de los ambientes propició un mayor tamaño de grano en el testigo DK2027Y y granos pequeños en el resto de los híbridos (Figura 2D).

En general, el porcentaje de pedicelo y germen fue alto en los genotipos de alto contenido de aceite, comparado con los testigos de endospermo normal (Cuadro 3). ^{Torres-Morales et al. (2010)} reportaron que al seleccionar mazorcas por contenido de aceite también aumenta el tamaño del germen. Coincidente con su bajo contenido de aceite en el genotipo H-389 O la IGA propició un aumento del contenido de pedicelo y pericarpio en vez del germen. El gráfico de contenido de pericarpio (Figura 2E) mostró que el genotipo más estable en esta variable fue H-388 O (BO1), y que todos los ambientes influyeron en que el genotipo H-389 O (BO2) presentara mayor contenido de esta estructura, lo que se reflejó en el promedio general (Cuadro 3).

En México, la IHN prefiere maíces con un contenido de pericarpio menor al 5.5 % (^{Salinas et al., 2012}), debido a que la mayor parte de esta estructura se remueve durante el procesamiento para obtener harinas blancas; el genotipo BO2 no cumple esta especificación. En cambio, todos los híbridos pueden ser procesados por la IMT debido a que en esta industria es deseable retener la mayor cantidad posible de pericarpio hidrolizado, el cual actúa como hidrocoloide mejorando la textura de las tortillas (^{Santiago-Ramos et al., 2018}). La IHN procesa maíces con proporciones de germen menor al 13.0 % (^{Salinas et al., 2012}), ya que su elevado contenido de aceite dificulta la molienda del nixtamal y reduce la vida de anaquel de las harinas. Por lo que los genotipos ACA no son aptos para la IHN. De acuerdo a sus componentes estructurales, todos los híbridos son adecuados para la IMT. Aunque se ha sugerido que el aumento de la calidad proteínica conlleva a un aumento en la vitreosidad del endospermo (^{Ignjatovic et al., 2013}) no se encontraron diferencias importantes en contenido de endospermo harinoso y córneo entre genotipos.

Componentes químicos del grano

El mejoramiento genético del maíz enfocado en los componentes químicos se ha concentrado en aumentar el contenido de almidón, de aceite, y la calidad de la proteína; sin embargo, el aumento en el contenido de uno de los componentes puede afectar la acumulación de los demás. ^{Lambert et al. (1998)} mencionaron que la acumulación de aceite y almidón son mutuamente excluyentes, debido a que acumular una determinada cantidad de aceite requiere 2.25 veces más energía que acumular la misma cantidad de almidón o proteína. Los genotipos con menor densidad tuvieron un menor contenido de almidón (Cuadro 2), donde los de ACA H-327 AO (AO1) y H-389 O (BO2) fueron los más estables en este componente (Figura 2F). En concordancia con los resultados de IF y PH, en 2015 todos los genotipos registraron un mayor contenido de almidón que en 2016, producto de una mayor acumulación. Esto se debe a que en 2016 las temperaturas altas y la menor precipitación interrumpen la división celular, el metabolismo de los azúcares y por tanto la biosíntesis del almidón en el endospermo, como lo reportaron ^{Vázquez-Carrillo et al. (2016)}.

Los híbridos ACA H-327 AO (AO1) y H-388 O (BO1) tuvieron el mayor contenido de aceite, no así el híbrido H-389 O (BO2), el cual tuvo un contenido de aceite inferior a lo esperado para este tipo de maíz (> 6.0 %) (Cuadro 2). Estos resultados indican que el híbrido H-389 O (BO2) fue altamente afectado por la IGA. ^{Torres-Morales et al. (2010)} reportaron que la sequía y las condiciones del suelo son factores que influyen negativamente en la acumulación del aceite. El elevado contenido de germen y consecuentemente de aceite de los híbridos H-327AO y H-388O limita su aprovechamiento por la IHN; por el contrario, para la IMT el procesamiento de maíces ACA les permitirá ofrecer a los consumidores tortillas más suaves (^{Vázquez-Carrillo et al., 2016}) y con mejor valor nutricional, debido a sus ácidos grasos insaturados. En el contenido de proteína no se observó una tendencia clara entre tipos de maíz. El genotipo ACA H-327 AO (AO1) presentó el mayor contenido mientras que el testigo QPM el más bajo (Cuadro 2). En promedio, los ambientes del año 2016 propiciaron un mayor contenido de carotenoides (Cuadro 4).

Al ser éstos parte del metabolismo secundario de las plantas es posible que su mayor síntesis se haya dado como respuesta al estrés generado en la planta por las temperaturas más altas registradas en ese año. El contenido de carotenoides cuantificado en el genotipo DK2027Y fue similar al reportado por ^{Corrales et al. (2016)} (2.61 a 5.56 µg g^-1), mientras que los genotipos H-327 AO y H-387 A tuvieron mayor contenido de carotenoides respecto a lo reportado por los mismos autores. Por su alto contenido de carotenoides, el genotipo H-387 A puede ser un maíz con características nutracéuticas excepcionales, debido a que estos compuestos proveen protección contra el estrés oxidativo, incrementan la actividad antimutagénica, previenen el cáncer y reducen el riesgo de la degeneración macular asociada con la edad (^{Corrales et al., 2016}).

En cuanto a la calidad proteica, representada por el contenido de lisina y triptófano, se observaron diferencias significativas en su contenido entre genotipos y entre ambientes, pero no por efecto de la IGA. De acuerdo con ^{Twumasi-Afriyie et al. (2016)}, para que un maíz sea considerado como QPM debe tener en grano al menos 0.075 % de triptófano y 0.35 % de lisina; sin embargo, esto no se encontró en los genotipos evaluados y considerados como tal (Cuadro 4). Estos resultados pueden explicarse por una posible contaminación por polinización abierta, pues algunas variedades QPM son muy susceptibles a tal contaminación y pierden su característica de calidad (^{Teklewold et al., 2015}).

Variables del proceso de nixtamalización y calidad de la tortilla

La humedad de nixtamal osciló entre 46 y 52 % (Cuadro 5), valores similares a los reportados por ^{Salinas et al. (2012)}.

Los genotipos de alto contenido de aceite y el QPM retuvieron más agua (HN≥49 %), y este comportamiento se mantuvo en la masa y en la tortilla (Cuadro 5), debido a que la menor dureza del grano y su baja densidad contribuyeron a una mayor difusión del agua hacia el interior del mismo.

La PMS es un indicador de la contaminación generada durante el procesamiento por desechos del nejayote; esta genera pérdidas económicas disminuyendo el rendimiento de masa y tortillas y su calidad por pérdidas de almidón y componentes del pericarpio. Por esta razón, una PMS < 5.0 % (^{Secretaría de Economía, 2002}) se considera ideal, y como tal se presentó en el procesamiento de todos los genotipos (Cuadro 5). Las muestras del genotipo H-389 O (BO2) provenientes de la mayoría de los ambientes tuvieron una mayor PMS (Figura 3A), excepto en C6; esto se debió al reducido tamaño de sus granos (PCG: 29.3 g) y al elevado contenido de pericarpio (6.82 %) (Figura 2E). El PR y la PMS se correlacionaron negativamente (r = -0.4 , P ≤ 0.05), ya que la mayor PMS se atribuye al pericarpio perdido. Es importante que parte del pericarpio hidrolizado se conserve después de la nixtamalización, pues contribuye en la retención de agua y hace más elásticas las tortillas (^{Vázquez-Carrillo et al., 2015}). Todos los genotipos retuvieron entre el 45 y el 55 % del pericarpio, lo cual supera el valor mínimo de 30 % esperado por la IMT (^{Salinas et al., 2010}).

Figura 3 Gráficas biplot del análisis SREG para pérdida de materia seca (A) y humedad de tortilla a las 24 h (B) de ocho genotipos de maíz evaluados en ocho ambientes de los ciclos PV-2015 y 2016 del subtrópico de México. 

Con los maíces H-377 (BT), H-390 C (BC1) y H-383 C (CT) se produjeron las tortillas con mayor humedad recién elaboradas (Cuadro 5) y después de almacenadas (Figura 3B). Con el testigo amarillo DK2027Y se produjeron las tortillas con menor humedad (Figura 3B). El RT de todos los genotipos fue similar y cercano a 1.5 kg kg^-1 de maíz procesado, valor que se considera aceptable para la IMT. Las tortillas frescas de los genotipos de ACA tuvieron tortillas ligeramente más duras que las del resto (Cuadro 5), pero 24 h después de almacenadas estas tortillas fueron las más suaves (datos no mostrados). Este comportamiento se debe a que en maíces con alto contenido de aceite los ácidos grasos libres interaccionan con el almidón gelatinizado, formando complejos amilosa-lípido, lo que inhibe la retrogradación provocando que las tortillas sean menos duras durante el almacenamiento (^{Vázquez-Carrillo et al., 2015}).