Morfología, tamaño y distribución de partículas en semillas de cinco especies del género Opuntia

Morphology, size and particle distribution in seeds of five species of the genus Opuntia

F Prieto–García^1*, MA Méndez–Marzo², Ε Pérez–Cruz¹, S Filardo–Kerstupp¹ y BR Cruz–Martínez¹

¹ Centro de Investigaciones Químicas, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. Cd. Universitaria, Carretera Pachuca–Tulancingo, km 4.5, CP 42076, Pachuca, Hidalgo, México. (FPG)(EPC)(SFK)(BRCM)^*Correo electrónico: prietog@uaeh.edu.mx.

² Centro de Investigaciones de Materiales y Metalurgia, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. México. (MAMM)

Recibido: 8 de diciembre de 2006
Aceptado: 8 de mayo de 2008

RESUMEN

Las semillas del género Opuntia constituyen actualmente un desperdicio. Encontrar algún componente básico que permita su uso como complemento nutritivo en la elaboración de otro producto resultaría de interés socioeconómico. El objetivo fue evaluar la morfología y determinar el tamaño y la distribución de partículas que conforman las semillas de las siguientes especies: Opuntia heliabravoana Scheinvar, O. imbricata Haw, O. matudae Scheinvar, O. joconostle Haage y O. ficus indica Miller. Las semillas fueron molidas y la extracción de las partículas se realizó en suspensión con agua fría. Para valorar su morfología se realizaron observaciones al microscopio electrónico (MEB). El tamaño y distribución fueron medidos en un analizador de tamaño de partículas por difracción de rayos láser. Los tamaños de partículas variaron entre 23.81 y 55.13 μm. La variación y distribución de tamaños osciló desde 0.044 hasta 1 143 μm.El tamaño promedio de partículas de las cinco especies fue de 37.97 μm y por sus dimensiones se asemejan y aproximan a los tamaños promedios medidos en MEB. Los gránulos predominantes fueron de forma semiesférica y correspondieron a gránulos de almidones. La estimación de los tamaños promedios de partículas y morfologías resulta importante para asociar resultados obtenidos en evaluaciones histoquímicas previas, con los almidones contenidos en ellas.

Palabras clave: Opuntia, semilla, almidones, tamaño.

ABSTRACT

The seeds of the genus Opuntia at present constitute a waste. Finding a basic component that will allow their use as a nutritious complement in the preparation of another product is of socioeconomic interest. The purpose of this study was to evaluate the morphology and to determine the size and particle distribution of the seeds of the following species: Opuntia heliabravoana Scheinvar, O. imbricata Haw, O. matudae Scheinvar, O. joconostle Haage and O. ficus indica Miller. The seeds were ground and the particles were extracted by suspension in cold water. The morphology was evaluated through observations in the electronic microscope (SEM). The size and distribution were determined in a particle size analyser through laser beam diffraction. Particle size varied between 23.81 and 55.13 μm.The variation and distribution of sizes varied from 0.044 μm to 1 143 μm. The average size of the particles of the five species was 37.97 μm, similar to the average sizes measured in the SEM. The predominant grains were semi–spherical in form and corresponded to starch grains. The estimation of the average size of the particles and of the morphology is important in order to be able to associate the results obtained in previous histochemical evaluations with the starches they contain.

INTRODUCCIÓN

La familia de las cactáceas está integrada por alrededor de 2 000 especies y su distribución es amplia, en climas desérticos o muy cálidos de América Central y América del Sur. Las especies de esta familia han sido introducidas y se han adaptado a otros lugares de clima seco y cálido, como Australia, algunas regiones del Mediterráneo y África oriental (Borrego EF, Burgos VN 1986. Univ. Autónoma Agraria Antonio Narro. Saltillo). Las condiciones geográficas, relieve y clima de México han favorecido la diversificación de estas plantas y a la fecha se reconocen en el país unas 100 especies (Bravo–Hollis Η 1991. UNAM. D. F. Vol. Ill; Aguilar BG 1998. Biotam. 9:2–3; Prieto GF, Filardo KS, Pérez CE, Beltrán HRI, Román GAD, Méndez MMA2006. BIOAGRO 18 (3): 163–169).

Las cactáceas son aprovechadas en la alimentación humana así como también para la alimentación animal. El género Opuntia sp. es identificado con diferentes nombres comunes: tuna, nopal, tunera, chumbera, opuntia y cactus, entre otros. Sus frutos son conocidos como tunos, tunas, higos pico, higos chumbos, cactus pera, entre otros (López ZE 1977. El Agua, La tierra, Los Hombres de México, Ed. Fondo de Cultura Económica. D.F.). Las cactáceas son muy resistentes a la sequía pero sobre todo, importantes desde el punto de vista económico por su valor comestible. Dentro de los frutos llamados tunas, algunos son ácidos como el joconostle, en el que se ha encontrado un alto contenido de ácido ascórbico. El joconostle no entra en estado de putrefacción tan rápidamente como la tuna dulce y presenta un gran potencial económico debido a sus múltiples usos como verdura, condimento, fruta fresca, dulces cristalizados y forraje. Algunos autores han registrado ciertas propiedades medicinales como hipoglucemiantes, control del colesterol y peso corporal (Scheinvar L 1999. In: Memoria del VIII Congreso Nacional y VI Internacional sobre conocimiento y aprovechamiento de el Nopal. San Luis Potosí: 255–274).

Existe amplia información acerca de las cactáceas (Borrego EF, Burgos VN 1986. Univ. Autónoma Agraria Antonio Narro, Saltillo; Bravo–Hollis Η 1991. UNAM. D. F. Vol. Ill; Aguilar BG 1998. Biotam. 9:2–3; Scheinvar L 1999. In: Memoria del VIII Congreso Nacional y VI Internacional sobre conocimiento y aprovechamiento de el Nopal. San Luis Potosí: 255–274), pero poco se conoce de las semillas de sus frutos, en específico de sus características morfológicas, tamaños y distribución de partículas que las conforman. Comparar los resultados de caracterizaciones fisicoquímicas realizadas en trabajos anteriores, con la morfología, tamaño y distribución de partículas de las semillas en cinco especies de Opuntia distribuidas en mexicanas y cultivadas en el estado de Hidalgo, es el objetivo de este trabajo. Las potencialidades para ser reutilizadas, atendiendo a sus valores nutricionales, aportará beneficios adicionales a los productores de estos cultivos y nuevas fuentes de elaboración de alimentos.

MATERIALES Y MÉTODOS

Las muestras de semillas en estudio, Opuntia heliabravoana Scheinvar, O imbricata Haw, O. matudae Scheinvar, O. joconostle Haage y O. ficus indica Mili, fueron obtenidas mediante extracción de los frutos respectivos, retirando de ellas todo tipo de material o pulpa. Las semillas separadas fueron lavadas y secadas en condiciones atmosféricas en charolas de plástico. Posteriormente, las semillas fueron seleccionadas manualmente para que fueran lo más homogéneas posibles en su estructura física. Aproximadamente, 1 k de semillas fue obtenido por cada especie, del cual se usaron 150 gramos como muestras de semillas de cada una y se sometieron a molienda en un micromolino de laboratorio modelo SPEX 8000D. Después, las semillas fueron separadas por tamaño en un tamiz Tyller para seleccionar la fracción de 200 mieras.

Las muestras en polvo se sometieron a la extracción de almidones, según resultados y técnicas propuestas previamente (Prieto GF, Filardo KS, Pérez CE, Beltrán HRI, Román GAD, Méndez MMA 2006. BIOAGRO 18 (3): 163–169) y al análisis de distribución y tamaño de partículas de los gránulos de almidones contenidos en estas especies de Opuntia. La separación por suspensión de los almidones se realizó en agua fría y posterior decantación. De esta forma todo material sedimentable constituido por fibras fundamentalmente, fue separado. Posteriormente, la fracción de partículas semicoloidales se separó por centrifugación, y las partículas se resuspendieron en éter etílico antes de centrifugar nuevamente a 1 500 rpm por 30 minutos. Los sólidos sedimentados (almidones no solubles en agua fría ni en éter) se resuspendieron en agua desionizada y se llevaron a un equipo analizador de tamaño de partículas por difracción de rayos láser LS 13–320 Beckman Coulter. La morfología de las partículas y de los gránulos de almidón fue analizada por microscopía electrónica de barrido (MEB) en un microscopio Jeol JSM–820, a una distancia de trabajo de 39 mm y con aumento de 2000 x.

Un análisis estadístico descriptivo fue aplicado sobre la base de estimaciones de medias (), desviaciones estándar (s) y coeficiente de variación (% CV) a partir de cinco repeticiones por ensayo.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El tamaño promedio de partículas fue de 37.97 μm en las semillas de las cinco especies evaluadas. Los tamaños promedios de las diferentes especies, variaron entre 23.81 y 55.13 μm. Las variaciones de los tamaños en general para las partículas oscilaron desde 0.044 hasta 1 143.00 μm (Tabla 1). Los valores de tamaños de partículas más pequeños correspondieron a la especie O. imbricata (0.044 –194.2 μm), en tanto los valores mayores fueron de la especie O. joconostle (0.412 – 1 143 μm). En la Tabla 1 se muestran los porcentajes de partículas menores de 0.45 μm que mide el propio equipo. En todos los casos los valores del porcentaje del coeficiente de variación resultaron menores del 10%.

Las especies O. imbricata y O. ficus indica se pueden comparar entre ellas, ya que presentaron los valores más pequeños de tamaños de partículas y a su vez presentaron los menores intervalos de variabilidad en su tamaño. Los tamaños promedios que presentaron fueron similares y estuvieron en el intervalo entre 31.50 y 34.58 μm. En una segunda aproximación tendría lugar la especie O. matudae (45.750 μm).

Las evaluaciones previas de caracterización fisicoquímicas (Prieto GF, Filardo KS, Pérez CE, Beltrán HRI, Román GAD, Méndez MMA 2006. BIO–AGRO 18 (3): 163–169) coinciden con los contenidos más elevados de carbohidratos (> 75%) y de almidones (> 70%) corresponden a las especies O. imbricata, O. ficus indica y O. matudae (Tabla 2). Los hidratos de carbono son el mayor constituyente de los granos o semillas. En los granos de cereales se ha registrado una variación de 70 a 85% de hidratos de carbono (Dendy DAV, Dobraszczyk BJ 2004. Cereales y productos derivados. Química y tecnología. Ed. Acribia. Zaragoza) y mayor cantidad de carbohidratos ha implicado una mayor cantidad de almidón (Blanco MA, Montero MA, Fernández Μ 2000. Arch Latinoam Nutr. 50: 62–74).

Sin embargo, O. matudae presentó una amplia variabilidad de tamaños de partículas mayores de 200 μm, al igual que las especies O. joconostle y O. heliabravoana (Figura 1). Esto permitió separar estas tres especies de las dos restantes (O. ficus indica y O. imbricata). Estas partículas de tamaños mayores a 200 μm, fundamentalmente en la especie O. heliabravoana, pueden deberse a aglomerados de gránulos de almidones que se encuentran dentro de una matriz proteica.

Las partículas fueron semiesféricas y lenticulares (Figura 2), variaron entre 24 y 55 μm (encerradas en círculos) y resultaron similares, tanto en su morfología como en tamaño, con los gránulos de almidón contenidos en granos de cereales como el trigo, el arroz y el maíz (Prieto J, Méndez MA, Román AD, Prieto F 2005. Rev. Chil. Nutr. 32(1): 48–59). Las partículas observadas de menor tamaño (<10 μm), de forma casi esférica y más blancas fueron agregados de proteínas. Estos mismos autores (Prieto J, Méndez MA, Román AD, Prieto F 2005.

Rev. Chil. Nutr. 32(1): 48–59) coincidieron con la observación de agregados de partículas de tamaños cercanos a las 150 – 250 μm, explicados como agregados de los gránulos de almidones.

Se concluye que de las partículas evaluadas, por sus apariencias físicas, resultan ser de tamaños similares a las de los gránulos de almidón y semejantes en tamaños a la de los gránulos de almidones del trigo. Resultan ser mayoritarias con respecto a otras partículas presentes, como proteínas. Por sus altos contenidos en carbohidratos y en particular de almidones, se sugiere que pueden tener algún valor nutrimental que permita la elaboración de algunos productos alimenticios.