Comparación de calidad física, contenido de fenoles y aflatoxinas en maíces híbridos y nativos*

Comparison of hybrid and native corns with respect to physical quality, content of phenols and aflatoxins

Silvia Denise Peña Betancourt^1§, Miguel Ángel Carmona Medero² y Benjamín Valladares Carmona³

¹ Departamento de Producción Agrícola y Animal. Laboratorio de Toxicología UAM-X. Calzada del Hueso 1100. Colonia Villa Quietud, México, D. F. §Autora para correspondencia: (silvia_dpb@hotmail.com).

³ Facultad de Veterinaria-UAEM. (benvac2004@yahoo.com.mx).

* Recibido: mayo de 2012
Aceptado: febrero de 2013

Resumen

Actualmente la preocupación por la calidad e inocuidad de los alimentos que se consumen en México ha aumentado. El maíz presenta una gran diversidad de genotipos, que se consumen principalmente como masa y tortilla. El objetivo del presente estudio fue comparar la calidad física, el contenido de fenoles solubles y la contaminación por aflatoxinas en quince maíces de diferente genotipo y procedencia. Las variedades de maíz híbrido comerciales analizadas fueron: pantera, leopardo, oso, 30T26, 30G40 del estado de Hidalgo, Cronos y DK2060 de Morelos, Puma 1167, H516 y H519 del Estado de México y cinco variedades nativas de Puebla, Toluca, Sinaloa, Michoacán y Estado de México. Los extractos de fenoles solubles se analizaron por espectrofotometría de luz UV-visible. El peso hectolítrico (PH) y el peso de 100 granos (PCG) de acuerdo a la NMX-FF-034 y la cuantificación de aflatoxinas por inmunoensayo enzimático (ELISA). El peso de cien granos fluctuó entre 18 a 51 g. El contenido fenólico en un rango de 100 a 370 μg g^-1, el peso hectolítrico entre 49 y 80 kg hL^-1 y el contenido de aflatoxinas totales de 2 a 13 μg kg^-1. El 25% de los maíces evaluados cumple con la densidad mínima establecida para su comercialización (masa y tortilla) y los maíces híbridos comerciales pantera, oso y DK2060 procedentes de los estados de Hidalgo y Morelos los de mayor contaminación por aflatoxinas. Los maíces nativos con un mayor contenido de fenoles, lo que implica una protección natural contra las plagas de almacenamiento.

Palabras clave: calidad física, compuestos fenólicos, grano, híbrido, nativo.

The concern for the quality and safety of the food consumed in Mexico has been increasing in recent times. Corn has a wide variety of genotypes, which in Mexico are consumed mainly as dough and tortillas. The aim of this study was to compare fifteen different genotypes of corns with respect to their physical quality, soluble phenolic content and aflatoxin contamination. The commercial hybrid corn varieties analyzed were: panther, leopard, bear, 30T26, 30G40 from the state of Hidalgo; Cronos and DK2060 from the state of Morelos; Puma 1167, H516 and H519 from the State of Mexico; and five varieties native to Puebla, Toluca, Sinaloa, Michoacán and the State of Mexico. Soluble phenol extracts were analyzed by UV-visible spectrophotometry. The hectoliter weight (HW) and the hundred grains weight (HGW) were determined according to NMX-FF-034, while the quantification of aflatoxins was determined by enzyme immunoassay (ELISA).The hundred grains weight ranged from 18 to 51 g. The phenolic content ranged from 100 to 370 μg kg^-1, the hectoliter weight from 49 to 80 kg hL^-1 and the total aflatoxin content from 2 to 13 μg kg^-1. 25% of the corns evaluated meet the established minimum density for marketing (dough and tortillas), while the commercial corn hybrids panther, bear and DK2060, from the states of Hidalgo and Morelos, had the highest levels of aflatoxin contamination. The native corns had the highest phenolic content, implying a natural protection against storage pests.

Keywords: grain, hybrid, native, phenolic compounds, physical quality.

Introducción

En México el maíz (Zea mays L.), es uno de los cultivos de mayor versatilidad como materia prima participa en la formulación de alimentos de consumo humano y animal, el consumo de maíz alcanza 200 kg por persona al año y el de tortillas se calcula en una ingesta diaria de 225 g.

El destino industrial del grano depende de las características físicas de peso, tamaño, dureza y composición química, las cuales son influidas por la genética, pero también por el tipo de suelo, disponibilidad de agua, del sistema de producción y las condiciones climáticas del lugar de procedencia (De Sinibaldi y Bressanni 2001; Duarte y Mason, 2005). El proceso de elaboración artesanal de subproductos de maíz, como son las tortillas o tostadas, de diferente tamaño, color y sabor, utiliza el maíz nativo principalmente en los estados de Chiapas, Oaxaca y Michoacán (Mauricio et al, 2004).

Actualmente la industria de la masa y la tortilla entre otras, buscan maíces de calidad, con características físicas específicas y calidad sanitaria (microbiológica y micotoxinas) idóneas para su transformación y consumo (Singh y Jonhson 2001, SAGARPA, 2008).

El peso, tamaño, dureza y el contenido de proteína y almidón son características físico químicas importantes para la industria alimentaria. A nivel nacional se han establecido los atributos de calidad en los granos para su comercialización, que establece la norma mexicana son: grado México 1, 2, 3 y 4, dependiendo del contenido de impurezas, daños físicos y peso volumétrico del grano (NMX-FF-034/2-SCFI-2003).

Existen diversos tipos de maíz hibrido, dependiendo del número y del ordenamiento de las líneas puras paternas. Una cruza simple (A x B) puede; sin embargo, aportar genes de alto rendimiento y resistencia al acame, una variedad de polinización libre puede aportar la adaptación a ciertas condiciones locales, las cruzas de líneas hermanas pueden tener mayor rendimiento, vigor y resistencia al acame. Las cruzas de tres elementos (A x B) x (C), tienden a ser mas uniformes, y con un rendimiento superior al de cruzas dobles (CIMMYT, 1999; Wong et al., 2007).

Los fenoles son metabolitos secundarios que pertenecen a un amplio grupo de compuestos químicos, solubles en agua y alcohol, que han sido utilizados por su actividad astrigente en muchas industrias curtidoras de piel, sin embargo desde el punto de vista nutricional estas sustancias pueden inhibir a la proteína formando complejos insolubles y estables, haciéndola poco disponible en animales monogástricos. A éstos compuestos se les conoce actualmente como factores no-nutritivos (Bartholomai et al, 2000, Grundhofer et al, 2001). Sin embargo, también se ha reconocido su efecto protector contra diversas plagas en campo y en almacén (Shirley, 1996; Ventura, 2004), debido probablemente al efecto antagónico que ejercen sobre hormonas y enzimas en los insectos, por lo que pueden actuar como bioinsecticidas. Participan también en el desarrollo del color grisáceo en masa y tortilla (Salinas et al, 2007).

Las aflatoxinas son metabolitos producidos por un hongo saprófito, Aspergillus flavus L., que habita en el campo y que contamina al maíz durante su desarrollo, ocasionando una disminución de su valor nutricional y comercial. Las aflatoxina B1 es una micotoxina con probada actividad carcinogénica y mutagénica en diversos animales, ya que es capaz de inducir una modificación en el nucleolo de los hepatocitos, un desarreglo y reducción en el número de ribosomas, proliferación del retículo endoplásmico liso y degeneración de mitocondrias, todo lo que expresa una inhibición de los precursores para la síntesis de ADN, ARN y proteínas (Peña y Calzada, 2008).

Las aflatoxinas son moléculas estables a los tratamientos térmicos, por lo que la nixtamalización (procesamiento térmico-alcalino) para la obtención de la tortilla, sólo logra disminuir 30% de su presencia (Peña y Arias 2003).

La legislación nacional establece un nivel máximo de 20 μg kg para aflatoxinas en el maíz crudo, mientras que el Códex alimentarius de 10 μg kg (Williams et al, 2002). En México el nivel máximo permitido para aflatoxinas en la tortilla es de 12 μg kg^-1 de acuerdo con la NOM-034-2003. El Comité mixto de expertos en aditivos emitió un nivel de ingesta admitida diaria para aflatoxinas de 2 ng g^-1 (FAO y OMS, 2001).

Por lo que el objetivo del estudio fue caracterizar física y químicamente quince maíces de diferente genotipo de tres regiones del país, para determinar la relación calidad e inocuidad del grano.

Materiales y métodos

Material genético

Se utilizaron 15 muestras de maíz (Zea mays L.), cinco de ellas procedentes del estado de Hidalgo, de dos localidades del Valle del Mezquital, con un clima templado y seco, tres del Estado de México, del municipio de Cuautitlán Izcalli con un clima templado con lluvias en verano y dos variedades de Morelos del municipio de Zacatepec con clima cálido subhúmedo y cinco maíces nativos. Las variedades de maíz híbrido fueron identificadas como Pantera, Leopardo, Oso, DK2060, 30T25, 30G40, Cronos, Puma 1167 y los maíces nativos como bola, Chalco, Toluqueño y Sinaloa, proporcionadas por productores de cada región. La colecta se realizó durante el período otoño e invierno 2008 y 2009. Los estados de Hidalgo, Morelos y Estado de México presentan condiciones sociales, económicas y tecnológicas diferentes, con bajos rendimientos en su producción.

Las características físicas evaluadas fueron peso de 100 granos (g), peso hectolítrico (Kg hL^-1) contenido de impurezas y daños, de acuerdo con el método 14-40AACC, y la NMX-FF-034, todos los análisis se realizaron por duplicado.

Análisis cualitativo de los compuestos fenólicos

Preparación del extracto (George et al., 2005). El material vegetal fresco se secó a la estufa, a temperatura de 65 °C. Las muestras se molieron y se pesaron 30 g. El extracto se obtuvo a partir de la extracción alcohólica 70%, durante 30 min a temperatura ambiente de 25 °C. El extracto se concentró hasta un volumen de 25 mL. Se tomó una alícuota para realizar su reacción con cloruro férrico, con el objeto de identificar la presencia o ausencia de taninos hidrolizables y taninos condensados.

La fracción polifenólica (fenoles solubles e insolubles) se obtuvo a partir del extracto alcohólico mediante la precipitación con sal (NaCl) y grenetina, la cual se añadió lentamente al extracto, en condiciones de agitación y calor a 70 °C durante 10 min. El sobrenadante se decantó y las muestras se centrifugaron a 1 500 g, durante 15 min a temperatura ambiente. El precipitado obtenido se disolvió en agua desionizada. El desarrollo de una coloración azul-verdosa con precipitado se consideró positivo a fenoles del grupo del pirogalol y con un color azul intenso con precipitado, indica la presencia de fenoles del catecol.

Determinación cuantitativa de fenoles totales (solubles)

La extracción de fenoles solubles (glucosilados, esterificados y libres) se realizó según la propuesta de Bakan et al. (2003). A partir de 5 g de cada muestra se realizó una extracción alcohólica al 80% por 30 min de agitación a temperatura ambiente, la mezcla se centrifugó a 1 500 g por 5 min en una centrífuga modelo Universal 32. Una alícuota de 10 mL se digirió con hidróxido de sodio (NaOH) 0.05 M. La cuantificación se realizó mediante espectrofotometría de luz UV-visible a una longitud de onda de 700 nm. El ácido tánico se utilizó como sustancia de referencia para realizar la curva estándar a partir de una concentración inicial de 20 mg/L, se prepararon diluciones en un rango de 5 a 20 mg/L y se midió la absorbancia en un espectrofotómetro. Todas las mediciones se realizaron por triplicado.

Ensayo inmunoenzimático para la determinación de aflatoxinas

Se siguieron las especificaciones del kit comercial de Ridascreen FastAflatoxins para granos y cereales. La técnica de inmunoensayo enzimático presenta un límite de detección de 1.7 μg kg^-1. Las microplacas de titulación cuenta con 48 pocillos, se incluyen los estándares de aflatoxinas en cuatro concentraciones de 0, 1.7, 15 y 45 μg kg. Se pesaron 5 g de la muestra finamente molida y se le adicionó 50 ml de una solución de metanol: agua (70:30 v/v), dejando en reposo durante 1 h.

Se filtró en papel Whatman Núm. 4 y se diluyó el extracto a un volumen de 1:10. Se aplicaron 50 (il de cada muestra en cada pocillo y se adicionó el conjugado aflatoxina- enzima, dejando en incubación por 15 min, al finalizar, se efectuaron tres lavados en la placa, con el objeto de remover el conjugado aflatoxina-enzima que no se unió a los anticuerpos adheridos a la placa, para introducir el sustrato cromógeno a los pocillos y volver a incubar por 15 min, se para la reacción, presentándose un cambio de coloración de azul a amarillo, finalmente se realizó la medición fotométrica a una longitud de 450 nm, en un lector de placas ELISA marca Biotek modelo ELX800. Las lecturas de la absorbancia se comparan con la de los estándares. La cuantificación de la aflatoxina se obtiene al introducir los resultados en un software comercial.

Se utilizó un diseño completamente al azar, cuando la razón de la varianza fue significativa (F= p< 0.05) se procedió a efectuar la comparación múltiple de medias por el procedimiento de Tukey (p< 0.05).

Resultados y discusión

Los resultados de las características físicas del tamaño y densidad de los granos en los genotipos evaluados se presentan en el Cuadro 1. Las muestras de maíz híbrido Cronos y DK2060 del estado de Morelos, mostraron la menor densidad, lo cual se relaciona posiblemente con un contenido menor de almidón, que de acuerdo con De Sinibaldi y Bressani, 2001, éstos híbridos por sus características físicas deben ser utilizados en la industria pecuaria, principalmente en los alimentos balanceados para rumiantes.

La densidad aparente del grano, representada por el peso hectolítrico de la mayoría de los maíces nativos se relaciona con una mayor dureza (Correa et al, 2001), incluso resultó mayor a lo reportado en el maíz de Sonora en la zona agrícola del Valle del Mayo (Gallardo et al., 2006), éstas diferencias se debieron probablemente a las condiciones de cultivo, así como al clima que se presentó durante el desarrollo del grano, ya que como lo indica (Yang et al, 2000), las condiciones de estrés en la planta durante su desarrollo como son una elevada precipitación pluvial y bajas temperaturas, ocasionan una disminución del tamaño del grano y con ello un retraso en su antesis ocasionando una caída en los valores de la densidad.

Además la dureza de los granos pudo ser modificada por un uso excesivo de nitrógeno a través de la fertilización en campo (Duarte et al, 2005). Lo cual explica que la mayoría de los hibridaos comerciales (87%), mostraran una densidad menor a la de los nativos, o debido al tipo de hibridación de cada uno de ellos, estos maíces son aptos para la industria de la masa y tortilla de acuerdo con (Singh et al., 2001) (Cuadro 1).

El menor peso del grano se detectó en los maíces híbridos del estado de Morelos con una media de 20.6 g. mientras que el mayor en dos maíces nativos con un peso promedio de 52.75 g. No se encontraron diferencias entre el tamaño de los maíces híbridos procedentes de los estados de Hidalgo y Estado de México. El peso de los granos de maíces nativos fue el mayor, con una media de 42.7 g. que en los maíces híbridos del estado de México (33.6 g), Hidalgo (35.7 g) y del estado de Morelos (20.6 g).

Todas las muestras de maíz evaluadas resultaron positivas a polifenoles de acuerdo con la técnica cualitativa, la mayoría de ellos del grupo de fenoles derivados del pirogalol (taninos hidrolizables). El contenido de los fenoles solubles fluctuó entre 130 a 370 μg g^-1 MS. Lo anterior, concuerda con las observaciones de (Ojeda y México et al, 2010), para el sorgo, mientras que dentro del valor mínimo de acuerdo con lo reportado por De la Parra et al, 2007; de 347 a 500 μg g^-1 MS en grano entro de maíz. (Cuadro 2). En los maíces criollos se observó un contenido promedio de 340 μg g^-1 de MS, mientras que los maíces híbridos de 240 μg g^-1 MS., sin significancia estadística, debido a la variabilidad en las técnicas de análisis utilizadas y la dificultad de extracción de estos compuestos, como lo expresado por Cabrera et al. (2009).

Todos los maíces presentaron aflatoxinas, en los maíces híbridos en un rango de 1.7 a 13.5 μg kg -1. Los híbridos del estado de Morelos tuvieron el mayor contenido en promedio 7.5 ±4.5, seguido del Estado de México con 5.5 ±3.34 y del estado de Hidalgo con 3.82 ±2.10. Los maíces nativos presentaron un promedio de 7.33 ± 3.68 μg kg^-1. Se observó significancia estadística entre genotipos, lo cual es atribuible a la procedencia, particularmente al clima y posiblemente al manejo agronómico, lo cual es indicativo de que la calidad del suelo agrícola sufre de contaminación por hongos e insectos y que será necesario realizar estudios de toxicología, para determinar su estado, si se desea controlar la presencia de éstas plagas y sus micotoxinas. Ya que actualmente se buscan las interacciones moleculares de las aflatoxinas con el citocromo P-450 1^a, 2C, 3^a y 4^a, midiendo los efectos de las enzimas bajo la ingestión de alimentos contaminados con bajos niveles de aflatoxinas.

Los maíces nativos presentaron un promedio de 7.33 ± 3.68 μg kg^-1. Se observó significancia estadística en su procedencia, ya que los maíces de mayor contenido se presentaron en el estado de Morelos, siendo el clima cálido lo que favoreció la síntesis de aflatoxinas por cepas aflatoxigénicas del hongo Aspergillus sp.

En el estado de Hidalgo la presencia de aflatoxinas en niveles por debajo de los maíces del estado de Morelos posiblemente se debió al manejo del cultivo, y a los efectos del clima que se presentaron durante la cosecha primavera-verano 2007, además de que en la región se utiliza una alta densidad de semilla y un riego con agua de desecho urbano. Por lo que a pesar de los bajos niveles detectados de aflatoxinas y de encontrarse dentro de los niveles permitidos por la legislación nacional para consumo humano, es importante destacar la cantidad consumida de maíz por la población mexicana, lo que significa la necesidad de evaluar la ingesta consumida y compararla con la ingesta tolerable recomendada por la FAO y OMS que es de 2 ng g.

En el Cuadro 3, se presentan los resultados del análisis estadístico, en donde se observan las diferencias significativas p< 0.05, para el peso volumétrico entre los híbridos de maíz del Estado de México y Morelos.

Conclusiones

Los maíces nativos presentaron un mayor peso y densidad, características físicas que le imponen un mayor tiempo de secado, por lo que son idóneos para la elaboración artesanal de tortillas y tostadas que realizan mujeres de los estados de Chiapas, Oaxaca y Puebla, con lo cual, contribuyen al ingreso familiar.

Los híbridos comerciales evaluados presentaron un menor tamaño y densidad, lo que significa una disminución en el tiempo de secado para su almacenamiento y una mayor tendencia al incremento de fenoles solubles lo que les confiere protección natural de plagas de almacén, ventajas ideales para la industria de alimentos balanceados.

El 25% de los maíces evaluados cumple con el requerimiento mínimo de peso hectolítrico establecido en la norma de calidad, para maíces destinados a la elaboración de tortillas (tres de cuatro fueron maíces nativos).

Agradecimiento

A la Fundación PRODUCE, del estado de Hidalgo, por el financiamiento parcial al proyecto "Estudio de la calidad de maíces". Al INIFAP- Zacatepec, en particular al MVZ. Rómulo Amaro Gutiérrez, por la facilidad de material vegetal. A la doctora Hilda Victoria Silva Rojas por su asesoría a estudiantes de la UAM- X.

Literatura citada

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