Análisis químico-morfológico comparativo de accesiones de Jatropha curcas L. del estado de Veracruz*

Comparative chemical-morphological analysis of accessions of Jatropha curcas L. from the state of Veracruz

Blanca Azucena Cruz Rubio¹, Arturo Pérez-Vázquez^1§, Eliseo García Perez¹, Felipe Gallardo Lopez¹ y Ramón Marcos Soto Hernández²

¹ Colegio de Postgraduados. Carretera Federal Veracruz-Xalapa, Rancho Tepetates, km 26.5. C. P. 91690. Municipio de Manlio Fabio Altamirano, Veracruz, Veracruz. México. Tel: 01-2 934 9485. Ext. 3001. (blanca.cruz@colpos.mx; parturo@colpos.mx; felipegl@colpos.mx; geliseo@colpos.mx). ^§Autor para correspondencia: parturo@colpos.mx.

* Recibido: septiembre de 2015
Aceptado: enero de 2015

Resumen

El biodiesel producido a partir de semillas de Jatropha curcas es técnicamente viable, aunque existe poca experiencia a nivel nacional. Se desconoce si existe variación en los contenidos químicos de las semillas dependiendo del sitio de crecimiento (interacción genotipo-ambiente). Por tanto, el objetivo del presente estudio fue comparar la variación en características morfológicas y las variaciones en el contenido de aceite, proteína, esteres de forbol, índice de acidez, ácido oleico e índice de saponificación, en semillas de J. curcas recolectadas en diferentes zonas agroecológicas del estado de Veracruz y su réplica establecida en el Banco de Germoplasma (BG) del Campus Veracruz. Las semillas fueron recolectadas en agosto de 2013. Para los análisis químicos se usaron técnicas aprobadas por la AOAC. Para los análisis estadísticos se usó el programa Statistic versión 7 y Excel 2010. Se encontró una correlación significativa (r≤ 1) entre las variables morfológicas de las semillas, particularmente entre la longitud y peso (r≤ 0.75); la menor correlación fue entre ancho y largo (p≤ 0.36). El análisis de correlación entre el contenido de aceite y peso de semillas no fue significativo (p≤ 0.38). El promedio de aceite en Campo y BG fue de 38.5±5.8, de ácido oleico36±4.2, índice de saponificación 194±1.7, índice de acidez7.1±0.8, proteína24.3±3.7, esteres de forbol 0.34±1.04. Se concluye que hubo diferencias significativas para la variable esteres de forbol en las condiciones de campo y BG, siendo mayores las concentraciones en las semillas de campo.

Palabras clave: esteres de forbol, tóxica y no tóxica, zonas agroecológicas.

Abstract

Keywords: agro-ecological zones, phorbol esters, toxic and non-toxic.

Introducción

Jatropha curcas es uno de los cultivos bioenergéticos que ha tomado importancia en la última década, debido a la gran cantidad de aceite que contiene (Makkar y Becker, 1997; Achten et al., 2010); Jatropha se considera como el género más primitivo y grande de la familia Euphorbiaceae, que agrupa más de 165 especies. Es un arbusto de tamaño mediano, nativo de casi todas las regiones tropicales. México alberga dos ecotipos de Jatropha curcas, uno tóxico y otro no tóxico (Makkar y Becker, 2009). En los estados de Veracruz y Chiapas, se localizan arbustos cultivados en huertos familiares normalmente la variante no tóxica y en cercos vivos la variante tóxica (Makkar y Becker, 2008).

Las plantas de Jatropha curcas, toleran temperaturas de 18 a 28 °C, aunque también pueden soportar una ligera escarcha, se le encuentra mayormente desde el nivel del mar hasta los 1 100 msnm, en planicies y colinas; con precipitaciones de 300 a 2300 mm (Ruiz et al., 1999; Henning, 1988; Zamarripa y Díaz, 2008; CATIE, 2008).

El desarrollo de J. curcas en suelos muy pobres es deficiente y limitado a diferencia de suelos con bajo o medio contenido de nutrimentos. Sin embargo, su capacidad como retenedora de suelos es promisoria y conviene establecerla en sitios donde se pretenda mejorar la estabilidad del suelo (Valdés-Rodríguez et al., 2011).

Esta planta es considerada tóxica, ya que sus semillas contienen diterpenos, conocidos como ésteres de forbol, que provocan un efecto purgante y algunos otros síntomas como vómito, laxante y diarrea (Makkar et al., 1997). Sólo en México, se han encontrado materiales no tóxicos, cuyas semillas consumidas directamente después de tostarlas o bien en la preparación de platillos tradicionales por los pobladores de la región de Papantla, Veracruz, Querétaro (Makkar et al., 1998). Estudios realizados por Makkar y Becker (1997), demostraron que la semilla posee un alto contenido de aceite (60%), y los niveles de aminoácidos esenciales excepto para lisina, son superiores a la proteína de referencia de la FAO (Makkar et al., 1997).

El aceite puede ser empleado como biocombustible (Foidl et al., 1996; Openshaw, 2000) y actualmente es tema principal de diversos proyectos de investigación en muchos países (Haas y Mittelbach, 2000). El subproducto más importante de la obtención de aceite es la torta, que se caracteriza por ser rica en proteína, y que podría ser empleada para formular alimentos balanceados para aves, ganado e incluso peces (He et al., 2011). Sin embargo, a la fecha no existen estudios sobre la caracterización química de las semillas de J. curcas en función de las diversas accesiones recolectadas en el estado de Veracruz y el efecto de factores edafo climáticos en los contenidos de ésteres de forbol y de proteína en las semillas.

Este fenómeno ha sido registrado para otras especies en la interacción genotipo-ambiente. El genotipo se define como la constitución hereditaria completa de un organismo (FAO, 2004), el ambiente es la suma total de todas las condiciones externas que afectan el crecimiento y desarrollo de un organismo (Allard, 1964). Por tanto, la interacción genotipo- ambiente se define como: comportamiento relativo diferencial que exhiben los genotipos cuando se les somete a diferentes condiciones ambientales (Márquez, 1976).

Materiales y métodos

Material biológico. Las semillas de Jatropha curcas L. fueron recolectadas, en diferentes municipios del estado de Veracruz (campo), durante el mes de agosto de 2013, la accesión 18 pertenece a la localidad de Paso de San Lorenzo; 19 Raya Obscura; 26 Congregación el Tajín; 2 La Mancha; 34 Martínez de la Torre; 42 Paso del Macho; 45 Amatlán de los Reyes; 55 Hueyapan de Ocampo; 57 Acayucan. Los datos de coordenadas geográficas y altitud se muestran en el Cuadro 1. Réplica de estas accesiones fueron plantadas en el Banco de Germoplasma (BG) en el Campus Veracruz, ubicado en las coordenadas 19°18´ latitud norte y de 96° 32´ longitud oeste a una altitud de 25 m.

El clima es del tipo Aw (w) (i’) g que corresponde al clima cálido con lluvias en verano e invierno, con una precipitación media anual de 1 239.5 mm y una temperatura media anual de 25 °C, con menos de 5% de precipitación en invierno y una fluctuación de temperatura en un rango de 5-7 °C el tipo de suelo es franco-arcillo-arenoso (García, 1988). Se recolectaron seis procedencias en clima cálido subhúmedo, tres en clima cálido húmedo y una en templado húmedo, (Cuadro 1). De tal manera que se compararon características químicas y morfológicas de las semillas, tanto de las plantas recolectadas en campo y su réplica presente en el BG del Campus Veracruz.

Variables a registrar

Morfológicas. Se determinaron las características morfológicas de las semillas, las cuales fueron seleccionadas al azar, para lo cual se utilizó un vernier digital (precisión 0.01 mm), donde se evaluaron variables de largo, ancho y grosor de veinte accesiones, con un total de mil semillas, así mismo se evaluó la variable peso para cada una de las semillas mencionadas, esto con la utilización de una balanza analítica.

Análisis químicos. Previo al análisis químico se determinó la humedad de las semillas mediante la técnica AOAC 952.08. Posteriormente se preparó la muestra, para ello se molieron las semillas utilizando un molino eléctrico tipo laboratorio para muestras de granos y vegetales, el cual trituro las semillas con todo y la testa para hacer más sencillo el proceso, posteriormente se separó la testa, esto hizo la extracción del aceite más eficiente, ya que la semilla quedo totalmente molida. Se determinó el contenido de ésteres de forbol mediante la técnica propuesta por Makkar et al. (1997), sometida a ciertas modificaciones, usando una columna Lichrosorb C-18 en lugar de una Lichrospher C-18, se utilizó como estándar el 12-miristato-13-acetatoforbol (PMA) a una concentración de 0.5 mg/ml. El contenido de aceite de determino mediante la técnica de ultrasonido, utilizando hexano como disolvente.

La determinación cuantitativa de proteínas (nitrógeno total) se realizó con el Método Kjeldhal, de acuerdo a la norma REF AOAC 945.18-18. Para la determinación del índice de acidez y porcentaje de ácido oleico se realizó de acuerdo con la Norma Oficial Mexicana (NMX-F-101-1987; ANIMC, 1987), para alimentos, aceites y grasas vegetales o animales. La determinación de índice de saponificación se realizó de acuerdo con la Norma Oficial Mexicana NMX-F-174-S 1981 (ANIMC, 1987). Estos análisis se basaron en la técnicas aprobadas por la Asociación Oficial de Métodos químico analíticos Association of Official Analytical Chemist Methods, por sus siglas en inglés (AOAC, 1995).

Resultados y discusión

Características morfológicas de las semillas. Las semillas recolectadas de las diferentes zonas agroecológicas variaron significativamente entre características morfológicas de las diferentes accesiones, resultados similares se reportan por Ghosh y Singh (2011), en un estudio de semillas de Jatropha curcas procedentes de diferentes regiones de la India, con diferentes condiciones agroecológicas y encontraron diferencias significativas entre las diferentes características morfológicas (longitud, ancho y peso). Hubo diferencias altamente significativas entre las accesiones 45 y 2 de BG y campo, respecto a la variable peso de semillas (p< 0.0003) con una desviación estándar ≤0.1 y grosor (p≤ 0.001) con una desviación estándar ≥0.1. Se encontraron diferencias significativas entre BG y campo, para la variable largo de semillas (p< 0.006), (Cuadro 2 y 3).

Estos resultados han sido comparados con los resultados obtenidos por Sotolongo et al. (2007). Estos autores señalan que las semillas de Jatropha pueden medir como promedio alrededor de 17.41 mm de largo (entre 16-20 mm) y 11.45 mm de ancho (entre 9-11 mm). El peso promedio de la semilla de 0.84 g en la variedad nativa. Estos mismos resultados concuerdan con los reportes de Martínez et al. (2010); Makkar et al. (1997, 2008); Valdés-Rodríguez et al. (2013).

Respecto a las variables morfológicas de semillas toxicas y no toxicas, se encontraron diferencias significativas entre el peso (p≤ 0.003) con una desviación estándar para las semillas toxicas de 0.65 y las no toxicas de 0.63 y ancho (p≤ 0.0001) con una desviación estándar de 0.5 para las semillas toxicas y 0.37 para las no toxicas.

La accesión 45 se ubica a 690 msnm, con un peso de 43.5 g (peso de 50 semillas) mientras que la que se encuentra en BG tuvo un peso de 39.5 g. La diferencia de pesos fue de 4.03 g, lo cual de acuerdo a la prueba de t de Student (p< 0.05) no fue significativo. Esto indica que no hubo diferencias entre las semillas de condiciones de campo respecto a su contraparte en el BG. Es decir, no se aprecia que exista efecto por el tipo de suelo y la altitud en las características morfológicas de las semillas.

Respecto a las variables morfológicas de semillas toxicas y no toxicas, se encontraron diferencias significativas entre el peso (p≤ 0.003) con una desviación estándar para las semillas toxicas de 0.65 y las no toxicas de 0.63 y ancho (p≤ 0.0001) con una desviación estándar de 0.50 para las semillas toxicas y 0.37 para las no toxicas.

Correlación de variables morfológicas de semillas. Las correlaciones entre el peso y el largo, ancho y grosor de semillas de Jatropha curcas fueron significativas (p< 0.05). La correlación más alta y significativa se obtuvo entre largo y el peso de las semillas (p≤ 0.75) y la menor correlación fue entre largo y ancho (p≤ 0.36), resultados que fueron similares a los datos reportados por Valdés-Rodríguez et al. (2013) mencionan que la mayor correlación positiva fue entre el peso y la talla de las semillas en variedades procedentes del estado de Veracruz.

Cuadro 4

Caracterización química de semillas de Jatropha curcas. El contenido de humedad de las semillas osciló entre 7 y 8%, dato que es similar a los reportados por Brittaine y Lutaladio (2010). El índice de saponificación (IS) para las condiciones de campo y su contraparte BG, se encontró en un intervalo de 192 a 196 mg KOH^-1g de aceite, mostrando que no hay diferencias significativas entre las dos condiciones (p< 0.05). Los datos reportados de IS para aceite de Jatropha curcas coinciden con los datos reportados por Castillo et al. (2011). Los ácidos grasos libres están permitidos en cantidades pequeñas en el aceite, los resultados obtenidos son similares a los que se reportan en un estudio químico de aceite de semillas de Jatropha curcas donde el intervalo de índice de acidez que se reporta es de 2 a 20 mg KOH^-1 g de aceite (Rathbauer et al., 2012; Rodríguez-Martínez et al., 2012).

La FAO reporta que para aceites comestibles el IS debe de estar entre 187-198 mg KOH^-1 g de aceite, lo cual nos abre un panorama diferente del uso que hasta la actualidad se le ha estado dando a Jatropha curcas, aunque se tiene el inconveniente de que algunas variedades son toxicas, lo cual hace complicado su consumo. El contenido de aceite para cada una de las accesiones encontrada fue de 31 a 49%, el cual se encuentra dentro de los intervalos reportados por Makkar, Becker, Sporer y Wink (1997), los cuales reportan 43 a 56% de aceite, de acuerdo a los resultados de los análisis estadísticos no se encontraron diferencias significativas entre las concentraciones de aceite para las condiciones de BG y Campo (p≥ 0.07), (Cuadro 5).

La concentración de ácido oleico en las accesiones de campo y BG variaron entre 33 a 42%, datos que se encontraron dentro de los intervalos encontrados por Gubitz et al. (1999), quienes reportan de 34 a 45%, dato que coincide con los resultados de Castillo et al. (2011), datos similares se reportan por Foidl, Mittelbach et al. (1996); Heller (1996) y Nasir et al. (1988) de otros países. El análisis de correlación muestra una correlación negativa entre el contenido total de ácido oleico y la temperatura de las diferentes condiciones agroecológicas. Sin embargo, se observa una tendencia que a mayor temperatura mayor concentración de ácido oleico (Figura 1). El mismo dato se reporta en la correlación de esteres de forbol con respecto a la temperatura (Figura 2).

Garcés et al. (1992), en un estudio acerca del aceite de girasol, menciona que las concentraciones de ácido oleico, están relacionadas con las altas temperaturas. Esto debido a que la enzima oleil-Coa-desaturasa disminuye su actividad, provocando que la relación oleico-linoleico aumente (Garcés et al., 1992). La concentración de proteína encontrado esta entre 19 y 27%, está dentro del intervalo reportado por Marrufo-Marrufo-Estrada et al. (2013), quienes realizaron un análisis químico para determinar cantidad de proteína cruda y fibra, donde el contenido de proteína fue de 28%. Para semillas provenientes del estado de Veracruz, se reportan valores similares de porcentaje de proteína (Makkar y Becker, 1997; Martínez et al., 2006; Valdés-Rodríguez et al., 2013). Para municipios como Papantla, Pueblillo y Veracruz; otros estados como Quintana Roo y Puebla.

La India, Nicaragua, Cabo Verde (Makkar et al., 1998). No hubo diferencias significativas entre las accesiones de BG y Campo, respecto a las variables químicas (p< 0.05). Sin embargo, las desviaciones estándar fueron menores en las procedencias del BG, (esto aplica para todas las variables evaluadas en los análisis químicos) con respecto a las accesiones en Campo. La concentración de esteres de forbol se encontraron de 0-2.8 mg^-1g, tuvieron una diferencia significativa entre las accesiones de BG y campo (p≤ 0.03).

Se encontró que el tipo de clima y de suelo no inciden en las concentraciones de ácido oleico, proteínas, aceite e índice de acidez en las semillas de Jatropha curcas, de acuerdo al análisis de varianza (p< 0.05).

Conclusión

Las accesiones de Jatropha curcas provenientes de diferentes zonas agroecológicas del estado de Veracruz, mostraron diferencias significativa en cuanto a variables morfológicas, donde la accesión proveniente de Martínez de la Torre mostró diferencias significativas al compararlas con las que se encuentran establecidas en el banco de germoplasma del campus Veracruz, donde estas diferencias pueden estar determinadas por la altitud sobre nivel del mar, el tipo de suelo y la temperatura. Sin embargo, hacen falta estudios acerca de la interacción genotipo-ambiente y caracterizar morfológicamente semillas toxicas y no toxicas para corroborar los resultados obtenidos. En relación a las concentraciones de ácidos grasos libres encontrados en el aceite de Jatropha curcas una alternativa de uso, podría ser comestible, debido a las concentraciones de ácido oleico y también al índice de saponificación (IS) que presenta, los cuales se encuentran en un intervalo de 192 a 196 mg KOH^-1g de aceite. Respecto a los resultados de esteres de forbol encontrados se habré un panorama de oportunidades de estudios, debido a la importancia citotóxica, antitumoral y antibacteriana que estos tienen, en relación a la salud humana; de la misma manera hacen falta estudios de la interacción genotipo ambiente.

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