Fitociencia

 

Interacción genotipo–ambiente en la estructura y calidad del nixtamal–tortilla del grano en híbridos de maíz

 

Genotype–environment interaction in structure and nixtamal–tortilla quality of kernel in maize hybrids

 

Rosalba Zepeda–Bautista^2,*, Aquiles Carballo–Carballo¹, Claudia Hernández–Aguilar

 

¹ Genética. Campus Montecillo. Colegio de Postgraduados. 56230. Montecillo, Estado de México. *Autor responsable: (rzepeda05@yahoo.com).

² Sepi–Esime, Zacatenco. Unidad Profesional Adolfo López Mateo. Instituto Politécnico Nacional. Colonia Lindavista. 07738. México D. F.

 

Recibido: Mayo, 2008.
Aprobado: Enero, 2009.

 

RESUMEN

Los productores de maíz en los Valles Altos Centrales de México demandan variedades con calidad de grano exigida por la industria de la tortilla, y además conocer cómo el ambiente la modifica. Se evaluó la calidad física y componentes estructurales del grano, nixtamal y tortilla en híbridos de maíz (Zea mays L.) producto de un programa de mejoramiento genético iniciado en 1998 en el Colegio de Postgraduados (CP). Durante cada ciclo primavera–verano 2004 y 2005 se cultivaron ocho híbridos en el Campus Montecillo del CP, Montecillo, México, en un diseño de bloques completos al azar con dos repeticiones. Con base en la Norma NMX–FF–034/1–SCFI–2002 y el Laboratorio de Maíz de INIFAP, los híbridos MT–810, MT–1420, MT–131, MT–2223, MT–1415, MT–421, PROMESA y HS–2 reúnen los parámetros para la elaboración de tortillas y productos de maíz nixtamalizado. En 2005, los porcentajes de reflectancia (color) y de endospermo del grano fueron mayores (7.85 %) que en 2004 y (2.82 %). En 2005, en los híbridos MT–810, MT–1420 y MT–1415 aumentó y en MT–131, MT–2223 y HS–2 disminuyó el índice de flotación. Las características climáticas y edáficas del sitio de producción entre años modificaron significativamente (p<0.05) los porcentajes de endospermo, germen, pericarpio y pedicelo, y características del nixtamal y tortilla, en diferente proporción, en función de la variedad.

Palabras clave: Zea mays L., endospermo, índice de flotación, nixtamalización, Valles Altos.

 

ABSTRACT

Maize farmers from the High Central Valleys (high central valleys) of México demand kernel varieties of quality to meet the expectations of the tortilla industry, as well as knowing the effect of the environment on this crop. An evaluation was made of the physical quality and structural components of kernel, nixtamal and tortilla in corn hybrids (Zea mays L.) resulting from a genetic improvement program launched in 1998 at the Colegio de Postgraduados (CP). During each spring–summer cycle of 2004 and 2005 eight hybrids were cultivated at the CP Montecillo Campus, in Montecillo, México, in a completely randomized block design with two repetitions. On the basis of the Norm NMX–FF–034/1–SCFI–2002 and the assessment made by the INIFAP Corn Laboratory, the hybrids MT–810, MT–1420, MT–131, MT–2223, MT–1415, MT–421, PROMESA and HS–2 meet the parameters for the preparation of tortillas and nixtamalized corn products. In 2005, the percentages of reflectance (color) and grain endosperm were higher (7.85 %) than in 2004 (2.82 %). In 2005, the flotation index rose in hybrids MT–810, MT–1420 and MT–1415, and dropped in MT–131, MT–2223 and HS–2. The climate and edaphic characteristics of the production site among years significantly modified (p<0.05) the percentages of endosperm, germ, pericarp and pedicel, as well as the characteristics of nixtamal and tortillas, in different proportions in terms of variety.

Key words: Zea mays L., endosperm, flotation index, nixtamalization, High Valleys.

 

INTRODUCCIÓN

En México, la tortilla se consume todos los días. En 2005 el consumo por persona fue 121.1 kg año^–1 (FAO, 2007). En la región de Valles Altos Centrales de México, ubicada en los estados de México, Tlaxcala, Puebla, Hidalgo y Distrito Federal, existe un consumo potencial de tortilla, ya sea a partir de masa fresca o harina de maíz nixtamalizado, de 3–2 millones t anuales al considerar una población superior a los 26.7 millones de habitantes con edad igual o mayor a los ocho años (INEGI, 2007)– Para satisfacer la demanda se requieren 2.16 millones t anuales de materia prima para la industria molinera y harina de maíz nixtamalizado, así como para hacer tortillas para autoconsumo.

La demanda de grano es abastecida con variedades criollas y mejoradas (híbridos y variedades de polinización libre), tanto locales como del interior de la República, y se complementa con grano de importación que mayormente no cumple con los requisitos de calidad nixtamalera–tortillera y harinera exigidos por los industriales de la tortilla (Salinas y Pérez, 1997); en consecuencia, se ofrece al consumidor una tortilla carente de calidad. Al respecto Herrera–Corredor et al. (2007), al evaluar la calidad sensorial de 10 tipos de tortillas en Texcoco, México, observaron que los consumidores prefieren las tortillas con olor y sabor agradable que no se rompan al hacer el taco; asimismo, las tortillas de marca comercial fueron las menos preferidas por el consumidor. Los productores de maíz de Valles Altos Centrales tienen problemas para comercializar el grano por la falta de calidad y porque algunos maíces producen masa y tortilla grises que afectan su aceptación por el consumidor (Salinas–Moreno et al., 2007). Por tanto son afectados por los descuentos y en ocasiones rechazos de la materia prima, principalmente por el color cremoso del grano. Una alternativa es sembrar cerca de 1.46 millones ha con maíz para grano en la región de Valles Altos Centrales de México (SIAP, 2007), con semilla de variedades mejoradas con características de calidad del grano exigida por la industria de la masa y la tortilla.

En México, como parte de un programa de mejoramiento genético, Leyva (2002) desarrolló una estrategia para seleccionar cruzas simples con caracteres agronómicos y de calidad asociados con el proceso de nixtamalización, e identificó cruzas simples experimentales con atributos de calidad de grano atractivas para la industria de harina de maíz nixtamalizado. Asimismo, Zepeda et al. (2007) indicaron que los híbridos CS3*4, CS3*9 y CS2*5 satisfacen los requerimientos de la industria molinera–tortillera, y CS3*9 y CS2*10 los de la industria harinera. El Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) ha evaluado la calidad nixtamalera–tortillera de los híbridos generados por el propio Instituto, para identificar los que reúnen los atributos para la industria (Salinas y Vázquez, 2003)³.

La composición química y la estructura del grano de maíz influyen sobre el proceso de nixtamalización, y la calidad de la tortilla y de la harina de maíz nixtamalizado. Al evaluar las propiedades físicas y químicas del grano de maíces criollos y sus retrocruzas, Vázquez et al. (2003) encontraron variación en sus características; en la nixtamalización, los maíces con mayor índice de flotación fueron los de mayor humedad de nixtamal. Además, Salinas–Moreno et al. (2007) al evaluar dos grupos de variedades, uno que oscurece la masa y la tortilla y otro que no, observaron que las que oscurecen tuvieron mayor contenido de fenoles libres y totales en el endospermo en grano crudo que las que no oscurecen, al igual que en la masa y tortilla.

La disponibilidad de agua y nutrimentos, así como las condiciones climáticas, modifican la estructura y composición del grano de maíz. En cinco variedades cultivadas en un suelo arcilloso con pH 5–2, materia orgánica 5–1 g kg^–1 y 0.54 g kg^–1 deNse observó que la aplicación de N al suelo (30 a 60 kg ha^–1) causó mayor porcentaje de granos flotantes en los cultivares 8644–27 y TZPB–SR que en SPL y TZB–SR, debido a un cambio en la proporción de endospermo harinoso (Oikeh et al., 1998). Asimismo, Zepeda et al. (2007) en 10 híbridos de maíz observaron que la fertilización de 300 kg N ha^–1 incrementó los porcentajes de pericarpio, germen y pérdida de sólidos en 6.2, 5.0 y 2.4, pero disminuyó el índice de flotación, el pericarpio retenido y el color del grano (reflectancia) en 10.0, 9–4 y 2.2 %, e indirectamente favoreció el color blanco de la masa y la tortilla; en cinco híbridos se observó una reducción en el índice de flotación, mientras que los híbridos CS2*10, CS6*5, y CS6*4 no mostraron ningún cambio. Zepeda et al. (2009) también reportaron que con la aplicación de 225 kg N ha^–1 se redujo el porcentaje de endospermo harinoso en el híbrido CS3*9 (33–77 %); en CS3*4, CS10*3 y CS4*9 se redujo 25 a 21 % con 300 kg N ha^–1 respecto a 150 kg N ha^–1.

Para controlar la calidad comercial del grano de maíz blanco de consumo humano, para la elaboración de tortilla y productos de maíz nixtamalizado, la Norma Mexicana NMX–FF–034/1–SCFI–2002 establece: 1) peso hectolítrico superior a 74 kg HI^–1; 2) humedad de nixtamal entre 36 y 42 %; 3) índice de flotación: máximo 40 %; 4) pericarpio remanente: mayor a 2 %; 5) pérdida de sólidos: máximo 5 %; 6) grano blanco con porcentaje de reflectancia > 70. Asimismo, el Laboratorio de Maíz del INIFAP (Salinas y Vázquez, 2003)³ propone parámetros de componentes estructurales del grano: porcentajes de pedicelo, máximo 2; pericarpio, máximo 5–5; germen, máximo 13; endospermo harinoso, mínimo 30; endospermo córneo, máximo 48.

Para aumentar la competitividad de los productores de maíz en los Valles Altos Centrales de México, a través de variedades con calidad de grano para la industria de la tortilla, se ha desarrollado de 1998 a 2007 un programa de mejoramiento genético, y en la etapa final se planteó: 1) evaluar la calidad física y componentes estructurales del grano, nixtamal y tortilla; 2) definir qué híbridos reúnen los requerimientos para la industria de la tortilla; 3) evaluar el efecto del ambiente sobre la calidad física, estructural y del nixtamal–tortilla del grano. Las hipótesis fueron: 1) en un programa de mejoramiento genético, la selección apoyada con criterios de calidad para la industria de la tortilla dará híbridos que satisfacen los requerimientos; 2) las condiciones agroclimáticas modifican las características del grano.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

El estudio se efectuó en el Colegio de Postgraduados, Montecillo, Texcoco, Estado de México (19° 29' N, 98° 53' O y 2250 m de altitud), caracterizado por un clima subhúmedo con lluvias en verano (C(wo)(w)b(i')); precipitación media anual de 625 mm y temperatura media anual de 15.1 °C (García, 1987). Las determinaciones de las características físicas y estructurales, y calidad del nixtamal–tortilla del grano, se hicieron en el Laboratorio de Maíz del INIFAP, Chapingo, México. Se usaron ocho híbridos adaptados a la región de Valles Altos Centrales de México, con diferentes días a floración masculina, producto de un programa de mejoramiento genético dirigido a la calidad de grano para la industria de la tortilla, iniciado en 1998, en el Área de Mejoramiento y Control de la Calidad Genética del Programa en Producción de Semillas del Colegio de Postgraduados.

Durante cada ciclo agrícola primavera–verano 2004 y 2005, en suelo franco arcillo arenoso con pH 7.8, se estableció un lote de evaluación con ocho híbridos en un diseño de bloques completos al azar, con dos repeticiones. La unidad experimental tuvo cuatro surcos de 4.5 m de largo y 0.80 m de ancho (14.4 m²). La siembra se hizo el 26 y 19 de abril de 2004 y 2005, a una densidad de población de 50 000 plantas ha^–1. La fórmula de fertilización fue 160N–60P–80K con urea, superfosfato de calcio triple y nitrato de potasio como fuentes de N, P y K. El lote se mantuvo sin malezas y con riego por gravedad durante el ciclo de cultivo. En la cosecha se tomaron las mazorcas de la parcela útil, se desgranaron y limpiaron manualmente cuando tuvieron 12 % de humedad. Se tomó una muestra aleatoria de 500 g para la evaluación en laboratorio.

Se analizaron: 1) rendimiento de grano (REN): de cada parcela útil se tomó el peso de grano ajustado a 15 % de humedad y se expresó en t ha^–1; 2) peso hectolítrico (PH); 3) índice de flotación (IF). Los porcentajes de pedicelo (PE), pericarpio (PR) y germen (GE) en grano se obtuvieron con la técnica de textura por disección (Salinas y Vázquez, 2006). El porcentaje de endospermo (END) se calculó por diferencia.

Para la nixtamalización de cada muestra se mezclaron 100 g de grano, 1 g de hidróxido de calcio y 200 mL de agua destilada; la mezcla se calentó a 92 °C en un extractor de fibra modificado para evitar la pérdida de agua por evaporación durante el cocimiento. El tiempo óptimo de cocimiento se calculó en función de la dureza de grano; el grano nixtamalizado se dejó reposar 18 h con el recipiente tapado; se lavó y se molió en un molino de piedras para obtener la masa; se hicieron las tortillas con una tortilladora manual y se cocieron en un comal. Las variables fueron: 1) humedad de nixtamal (HN) y tortilla (HT); 2) pérdida de sólidos (PS), obtenido del peso seco de los residuos expresado en porcentaje, se evaporó el nejayote y el agua de lavado; 3) pericarpio retenido (PRT) mediante el método gravimétrico (en 10 granos nixtamalizados y lavados), los resultados se expresaron en porcentaje con base en el total de pericarpio en una muestra de 25 granos; 4) rendimiento de masa (RM) y tortilla fría (RTF) calculados con base en la relación entre peso total de masa y tortilla fría (g) obtenidos por cada 100 g de maíz, dividido entre 100; 5) color de grano (CG) y de tortilla (CT) se midieron con el equipo Agtron modelo M–500A y se expresaron como porcentaje de reflectancia (Salinas y Vázquez, 2006).

Se usó un análisis de varianza combinado mediante el procedimiento GLM (SAS, 1989) y páralos datos con cuadrados medios significativos se usó la prueba de comparación múltiple de medias deTukey (p<0.05).

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se observaron diferencias significativas (p<0.01) entre híbridos (Cuadro 1) en características físicas, componentes estructurales y de calidad nixtamal–tortilla del grano, es decir, hubo variabilidad genética entre ellos, un resultado similar a lo observado por Zepeda et al. (2007) y Vázquez et al. (2003). Entre años, también hubo diferencias significativas (p<0.01) (Cuadro 1) en peso hectolítrico, color y componentes estructurales del grano, lo cual indica que por lo menos una característica fue diferente de un año al otro debido a la diferencia en temperatura y distribución de la precipitación (Figura 1). Asimismo, la interacción genotipo x ambiente (H×A) fue significativa (p<0.01) para la mayoría de las variables (Cuadro 1), pero para rendimiento de tortilla fría un híbrido respondió diferente a los ambientes debido a sus características genéticas particulares y por su respuesta en cada año agrícola. Zepeda et al. (2007) también observaron significancia en la interacción genotipo × ambiente, al evaluar el índice de flotación del grano en 10 genotipos de maíz en dos ambientes.

Rendimiento y características físicas del grano

En 88 % de los híbridos se obtuvo rendimiento de grano superior a 8 t ha^–1; sólo en MT–2223 fue inferior (Cuadro 2) por su origen de material genético tropical, que requiere mayor temperatura promedio que la de Montecillo, México; sin embargo el híbrido MT–2223 presentó 47 % de pericarpio retenido (Cuadro 4), condición que favorece la viscosidad y adhesividad de la masa y tortilla (Martínez–Bustos et al., 2001) y puede contribuir a mejorar la salud humana mediante la inclusión de fibra en la dieta. El rendimiento de grano de cada híbrido es rentable y superior a la media nacional (2.6 t ha^–1) (SIAP, 2007), por lo que pueden ser una alternativa para aumentar los ingresos de los productores de maíz en Valles Altos Centrales de México.

En los híbridos, el peso hectolítrico (PH) fue mayor a 74 kg HI^–1 e índice de flotación (IF) entre 10 y 46 % (Cuadro 2), lo que indica grano cristalino, semicristalino y dentado, con color de grano (CG) blanco y con porcentaje de reflectancia <70. Los híbridos MT–810 y MT–421 y PROMESA presentaron un índice de flotación entre 10 y 13 % (Cuadro 2), pero MT–421 es excelente para elaborar harina de maíz nixtamalizado. Esto coincide con lo señalado por Zepeda et al. (2007) al evaluar la calidad del grano y nixtamal–tortilla de híbridos para Valles Altos Centrales de México. Respecto al color del grano, todos los híbridos tuvieron una reflectancia < 70 % pero las tortillas elaboradas con ellos fueron blancas con reflectancia > 70 % (Cuadro 4). Esto se debe a que el color de la tortilla no sólo está determinado por el color del grano sino por factores relacionados con el proceso de nixtamalización (concentración de cal y tiempo de cocción y reposo), composición química del grano (Salinas–Moreno et al., 2007) y factores ambientales como la fertilización nitrogenada (Zepeda et al, 2007).

Componentes estructurales del grano

En los híbridos, los porcentajes de pedicelo y germen del grano fueron menores a 2 y 13 %, respectivamente, mientras que MT–810 y MT–2223 presentaron valores superiores a 5–5 % de pericarpio los porcentajes de endospermo fueron superiores a 78 % (Cuadro 3). Es decir, hubo diferencia entre los componentes estructurales de los híbridos lo cual también fue observado por Zepeda et al (2007) en cruzas simples de maíz.

Calidad nixtamal–tortilla

Entre genotipos, la humedad del nixtamal estuvo entre 42 y 49 % y el pericarpio retenido entre 24 y 46 %; mientras que la pérdida de sólidos fue < 5 % y la reflectancia de la tortilla fue > 70 %. Los híbridos MT–810, MT–2223 y HS–2 tuvieron mayor rendimiento de masa y tortilla fría (Cuadro 4) debido a un mayor contenido de humedad de nixtamal. Es decir, de 1 kg de grano de maíz se obtienen en promedio 2 kg de masa y < 1.5 kg de tortilla fría. Los híbridos presentaron entre 24 y 47 % de pericarpio retenido. El 50 % de los híbridos tiene rendimiento de tortilla fría >1.5 (Cuadro 4). Estos valores están dentro del intervalo observado en las variedades comerciales y criollas cultivadas en los Valles Altos Centrales de México (1.3) (Salinas y Vázquez, 2003)³.

Las características físicas y variables de nixtamalización presentadas por los híbridos MT–810, MT–1420, MT–131, MT–2223, MT–1415, MT–421, PROMESA y HS–2 están dentro de los intervalos establecidos en la NMX–FF–034/1–SCFI–2002, así como los componentes estructurales del grano propuestos por el laboratorio de maíz del INIFAP para la elaboración de tortillas y productos de maíz nixtamalizado.

Efecto del ambiente

El rendimiento de grano no fue diferente (p>0.05) entre años porque se sembró en el mismo terreno y condiciones agro climáticas (Cuadro 5). El peso hectolítrico y color de grano fueron mayores en 2005 (1.87 % y 7.85 %) que en 2004 (Cuadro 5), lo que indica que el grano fue más pesado porque hubo mayor disponibilidad de nutrimentos en el suelo durante el periodo de diferenciación floral, floración y llenado de grano (Ritchie et al, 1993) debido a la cantidad y distribución de la precipitación en 2004 y 2005 (Figura 1), que se confirma con un mayor contenido de endospermo en el grano (2.82 % más que 2004), pedicelo y pericarpio; no así para germen (Cuadro 5). En híbridos de maíz Zepeda et al. (2007) reportaron al que al aumentar de 150 a 225 kg N ha^–1aumentó el porcentaje de endospermo córneo, con un grano más denso, pero disminuyó el germen. Oikeh et al. (1998) evaluaron la fertilización nitrogenada en variedades de maíz y encontraron cambios en el porcentaje de granos flotantes debido a un cambio en la proporción de endospermo harinoso.

La humedad de nixtamal fue mayor en 2004 que 2005 debido a la cantidad y tipo de endospermo del grano por efecto del ambiente (Cuadro 4) y hubo una situación similar en el color de la tortilla (% reflectancia). Sin embargo, esta variable está influenciada tanto por la composición estructural y química del grano como por el proceso de nixtamalización (Salinas–Moreno et al., 2007). Pero la pérdida de sólidos y pericarpio retenido no fue diferente (p<0.05) entre años porque ambas variables están influenciadas directamente por el proceso de nixtamalización.

Interacción genotipo x ambiente

En 50 % de los híbridos se observó un mayor rendimiento de grano en 2004, respecto a 2005, pero la situación contraria se observó en HS–2 y MT–2223 que tuvieron un rendimiento de 19 y 8 % más en 2005 (Figura 2), mientras que para MT–1420 y MT–131 los rendimientos fueron similares.

En los híbridos MT–810, MT–1420 y MT–1415 aumentó el índice de flotación en 2005, lo que indica que hubo cambios en la proporción de endospermo harinoso y córneo en el grano, con tendencia a ser harinoso en 2004 (Figura 3), lo que se reflejó en menor rendimiento de grano (Figura 2); la situación fue contraria en MT–131, MT–2223 y HS–2, mientras que MT–421 y PROMESA no mostraron cambios significativos en el índice de flotación. Zepeda et al. (2007) cultivaron híbridos de maíz con 300 kg ha^–1de N y también observaron una respuesta diferencial entre híbridos en el índice de flotación. El porcentaje de endospermo aumentó en 75 % de los híbridos, mientras que en MT–131 y MT–421 no hubo cambios (Figura 3)– Zepeda et al. (2009) mencionan que el porcentaje de endospermo se modificó con la aplicación de 225 kg N ha^–1, comparado con 150 kg N ha^–1.

 

CONCLUSIONES

Con base en las características de calidad de grano blanco establecidos en la Norma NMX–FF–034/1–SCFI–2002 y las propuestos por el laboratorio de maíz del INIFAP, los híbridos de maíz adaptados para los Valles Altos Centrales de México MT–810, MT–1420, MT–131, MT–2223, MT–1415, MT–421, PROMESA y HS–2 presentan las características requeridas para la elaboración de tortillas y productos de maíz nixtamalizado.

Las condiciones agroclimáticas en cada año de producción agrícola modificaron los componentes estructurales del grano, y consecuentemente la calidad de nixtamal–tortilla en diferente proporción, en función de las características genéticas de cada variedad.

 

AGRADECIMIENTO

Al Fondo Sectorial SAGARPA–CONACYT por el apoyo al proyecto SAGARPA–CONACYT–2004–C01–146/A–1 para realizar la investigación.

 

LITERATURA CITADA

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Nota

³ Salinas M., Y. y Vázquez C, G. 2003. Calidad de maíz para las industrias molinero–tortillera y de harinas nixtamalizadas. In: Díaz G., L. T., R. Espitia E., y V. Magallanes J., (eds). 60 Años de Investigación al Servicio de México 1943–2003–Campo Experimental Valle de México. Texcoco, Estado de México, México. 95 p. (Memoria Técnica No. 6).