Caracterización física y composición química de razas de maíz de grano azul/morado de las regiones tropicales y subtropicales de Oaxaca

Physical characterization and chemical composition of maize races with blue/purple grain from tropical and subtropical regions of Oaxaca

Yolanda Salinas Moreno^1*, Flavio Aragón Cuevas², Carmen Ybarra Moncada³, Jessica Aguilar Villarreal³, Bernabé Altunar López³ y Eliseo Sosa Montes⁴

² Programa de Mejoramiento Genético de Maíz, Campo Experimental Valles Centrales de Oaxaca, INIFAP. Melchor Ocampo 7, Col. Santo Domingo Barrio Bajo. 68200, Villa de Etla, Oaxaca.

³ Departamento de Ingeniería Agroindustrial, Universidad Autónoma Chapingo. Km 38.5 carretera México-Texcoco. 56230, Chapingo, Edo. de México.

⁴ Departamento de Zootecnia, Universidad Autónoma Chapingo. Km 38.5 carretera México-Texcoco. 56230, Chapingo, Edo. de México.

Recibido: 27 de Agosto del 2012
Aceptado: 28 de Enero del 2013

Resumen

En este estudio se caracterizó física y químicamente el grano de 61 colectas de maíz (Zea mays L.) azul/morado asociadas a 10 razas procedentes de regiones tropicales y subtropicales del Estado de Oaxaca, México. Las variables físicas fueron: humedad, peso hectolítrico (PH), peso de cien granos (PCG), color, dureza (índice de flotación, IF) y porcentajes relativos de pedicelo, pericarpio y germen. Las químicas fueron proteína, aceite y contenido de antocianinas totales (CAT). Se utilizó el análisis de componentes principales (ACP) para agrupar las razas en función de las variables medidas, excepto CAT. En el trópico predominaron las razas de grano duro (Elotes Occidentales, Olotillo y Tepecintle) e intermedio (Conejo y Tuxpeño), en tanto que en el subtrópico fueron las de dureza intermedia. La mayor variabilidad en CAT se presentó entre las razas del trópico, con valores desde 186.5 hasta 1512.1 mg equivalentes de cianidina 3-glucósido/kg de MS. En aceite y proteína no hubo diferencia entre razas, excepto en Bolita cuyas colectas de grano duro tuvieron más proteína que las de grano suave. Con el ACP se formaron cuatro grupos. El Grupo I (Bolita, Chiquito, Mushito y Elotes Occidentales, del Subtrópico) sobresalió por sus mayores valores de PH, proteína y germen; el Grupo II (Conejo y Zapalote Chico) destacó por su mayor contenido de aceite y altos valores de IF; el Grupo III (Tuxpeño y Tepecintle) destacó por su elevada proporción de pericarpio en el grano; el Grupo IV (Elotes Occidentales de Trópico, Elotes Cónicos y Olotillo), por su ubicación próxima al cruce de los ejes, no se distinguió por alguna variable física o química. La caracterización física y química del grano de las diferentes razas permite identificar aquellas con la calidad requerida para su aprovechamiento industrial.

Abstract

The objective of this work was the physical and chemical characterization of blue/purple grain of 61 landraces of maize (Zea mays L.) related within 10 races, from tropical and subtropical regions of Oaxaca, Mexico. The physical variables were: test weight (TW), weight of 100 grains (WHG), color, hardness (flotation index, FI), and percentages of pedicel, pericarp and germ. Chemical variables were: protein, oil and total anthocyanin content (TAC). The principal components analysis (PCA) was used for grouping the races in function of the variables measured, except CAT. In the tropical region dominated the races with hard (Elotes Occidentales, Olotillo and Tepecintle) and intermediate (Conejo and Tuxpeño) grain hardness, while in the subtropical region predominated races with intermediate

grain hardness. The highest variability in TAC was observed among tropical races, with values ranging from 186.5 to 1521.1 mg of cyanidin 3-glucoside equivalents/kg DM. Oil and protein content did not show any statistical difference among races, except in Bolita, in which the landraces with hard grain presented higher protein content than that with soft grain. The PCA showed four groups. Group I (Bolita, Chiquito, Mushito and Elotes Occidentales Subtrópico) was outstanding by high values of TW, protein and germen percentage; Group II (Conejo and Zapalote Chico) was remarkable by high values in oil and FI; Group III (Tuxpeño and Tepecintle) was distinguished by high percentages of pericarp in the grain. Group IV (Elotes Occidentales Trópico, Elotes Conicos and Olotillo), by its location close to central values of the axis, the races in this group were not remarkable by any of the analyzed variables. Physical and chemical characterization of the grain in Mexican maize races allows the identification of those with the quality require for their industrial use.

Key words: Zea mays, physical characteristics, protein, oil, anthocyanins.

INTRODUCCIÓN

El maíz (Zea mays L.) es el cultivo más importante en México por el área destinada a la producción, país que es considerado como uno de los centros de origen de esta especie. La diversidad de condiciones climatológicas y geográficas a las que se adapta esta gramínea, junto con la gran variedad de usos que se le da (Wellhausen et al., 1951), confirman la relevancia del cultivo. En cada región agroecológica existen variedades de maíz adaptadas, y todas ellas están relacionadas con algunas de las más de 50 razas de maíz que han sido descritas para México (Wellhausen et al., 1951; Sánchez et al., 2000).

En el Estado de Oaxaca cerca de 90 % de la superficie cultivada de maíz se siembra con maíces criollos de diferentes razas, colores, texturas y ciclos de cultivo. Las razas predominantes son Bolita, Zapalote Chico, Cónico, Olotón, y Mushito. En este estado se ubica una alta diversidad de colores de grano: blanco (62.9 %), amarillo (20.1 %), azul (7.0 %), negro (3.4 %), naranja (2.0 %) y rojo (4.6 %) (Aragón et al., 2006). Los maíces con granos de color azul agrupan a los de color morado, azul y negro, que representan 10.4 %, de todas las razas establecidas en la entidad. Aunque la utilización de genotipos de grano blanco es mayor por la disponibilidad de variedades y hábitos de consumo, un sector de la población prefiere productos nixtamalizados derivados de maíces de grano azul, principalmente tortillas, tlacoyos y gorditas (Salinas et al., 2012).

MATERIALES Y MÉTODOS

Material genético

Se analizaron 61 colectas de maíz con grano azul/morado procedentes de regiones tropicales (18) y subtropicales (43) del Estado de Oaxaca, México. La semilla evaluada de las colectas fue reproducida mediante cruzas planta a planta en el ciclo otoño-invierno 2010/2011; los materiales tropicales se regeneraron en la comunidad de Río Grande, Tututepec, y los subtropicales en Villa de Etla, Oaxaca. Las colectas fueron clasificadas por raza de acuerdo con características de planta, mazorca y grano, según lo indicado por Aragón et al. (2006). Los maíces de la región tropical correspondieron a las razas Conejo, Elotes Occidentales (EO), Olotillo, Tepecintle, Tuxpeño y Zapalote Chico (ZC). Los de la región subtropical conformaron dos bloques, el primero representativo de las razas Chiquito, Mushito, Elotes Cónicos (EC) y Elotes Occidentales (EO), y el segundo conformado por colectas de la raza Bolita, que fueron subagrupadas en función de la dureza de sus granos.

Caracterización física del grano

La caracterización física consistió en la determinación de humedad de grano, peso hectolítrico, peso de 100 granos, índice de flotación, y porcentajes de pedicelo, pericarpio y germen (Salinas y Vázquez, 2006). El color del grano se midió con un equipo Hunter Lab MiniScan XE Plus^® (Modelo 45/O-L) en escala CIE LAB, con el que se obtuvieron los valores de luminosidad L, a* y b*. A partir de estos dos últimos parámetros se calculó el ángulo de tono (Hue) y el índice de saturación de color (croma), conforme a lo descrito por McGuire (1992).

La medición de color en los maíces pigmentados se ve afectada por la forma en la cual se presentan los granos al colorímetro para tomar la lectura. En maíces de grano azul/ morado los datos obtenidos (luminosidad, ángulo de tono y croma) no guardaron relación con el color que se apreciaba visualmente, lo que se atribuyó a que los granos no tienen una coloración uniforme en la superficie (Salinas et al., 2012). Por ello, en este tipo de maíces la lectura de color debe tomarse en la mazorca. Si no se cuenta con mazorcas, es necesario montar el grano sobre una superficie de plastilina gris para simular la forma en que se encuentra en la mazorca. En este trabajo la medición de color se hizo sobre la superficie de una muestra de 30 g de grano montada en plastilina gris, que de acuerdo con resultados no publicados del Laboratorio de Maíz del INIFAP, es lo recomendado.

Todas las determinaciones físicas de grano se hicieron cuando las muestras alcanzaron una humedad entre 10 y 12 %, para uniformar el efecto de este factor en estas determinaciones (Salinas et al., 1992).

Composición química del grano

El análisis químico se hizo en harina obtenida de la molienda del grano crudo en un molino tipo ciclónico (UDY, Mod. 3010-080P^®), con malla de 0.5 mm. En la harina se determinó contenido de proteína por el método Kjeldahl (Technicon Instruments, 1976), y el extracto etéreo por el método 7.044 de la AOAC (1984).

El análisis de antocianinas totales se hizo a partir de harina de grano sin germen, proveniente de 25 granos a los cuales se les había removido esta estructura con un bisturí. Los granos así preparados se molieron en un molino tipo ciclónico (UDY, Mod. 3010-080P^®) provisto con malla de 0.5 mm, y la harina se deshidrató en estufa a 40 °C durante 12 h. El método usado para la cuantificación fue el descrito por Salinas et al. (2005). Los resultados se expresaron en equivalentes de cianidina 3-glucósido, para lo cual se preparó una curva patrón con esta antocianina.

Análisis estadístico de la información

Los datos sobre características físicas y químicas (aceite y proteína) de los maíces se sometieron a análisis de varianza con un diseño completamente al azar, mediante el procedimiento GLM y comparación de medias por Tukey (α = 0.05) del programa SAS (Statistical Analysis System 9.0 for Windows). Los resultados de la caracterización física y química del grano de las colectas de la raza Bolita se analizaron conforme a su clasificación por dureza medida con el índice de flotación. El análisis de componentes principales (ACP) se aplicó para agrupar por características comunes las diferentes razas (Johnson y Wichern, 2007). La información sobre contenido de antocianinas se procesó en gráficas de caja mediante el programa estadístico Minitab 16 (Minitab, 2012).

RESULTADOS Y DISCUSION

Características físicas de los maíces

Un indicador de calidad para el maíz destinado a la elaboración de productos nixtamalizados es la dureza de grano, propiedad que se estima indirectamente con los valores de PH e IF, variables que se correlacionan inversamente entre sí (Salinas et al., 1992). De acuerdo con la NMX-FF-034/1-SCFI-2002 (SAGARPA, 2002), los granos de maíz aptos para la industria de productos nixtamalizados deben tener un IF máximo de 40 % y un peso hectolítrico mínimo de 74 kg hL^-1. Todas las razas de la región del trópico presentaron un peso hectolítrico dentro de lo establecido en la NMX-FF-034/1-SCFI-2002 para ser procesadas en la industria de los productos nixtamalizados. Sin embargo, las razas Conejo, Tuxpeño y Zapalote Chico tienen dureza de grano fuera de la referida norma, de acuerdo con su IF. Los valores de las variables físicas aquí analizadas en maíces de granos azul/morado, fueron parecidos a los informados por otros autores para maíces nativos de grano blanco (Vázquez et al., 2003; Vázquez et al., 2010).

En las razas del subtrópico, sin incluir a la raza Bolita cuya información se analizó por separado, la de mayor peso hectolítrico fue Chiquito que fue estadísticamente mayor que Elotes Occidentales, pero igual que las razas Elotes Cónicos (EC) y Mushito (Cuadro 1). La dureza del grano fue igual entre las razas de esta región. El mayor peso de 100 granos (PCG) correspondió a la raza EO que mostró diferencia estadística con Chiquito pero no con Mushito ni con EC.

En las razas de maíz se ha detectado que las de granos más grandes (como Cacahuacintle y Ancho) son de textura suave, en tanto que las de granos pequeños (como Palomero Toluqueño, Arrocillo y Reventador) son de textura dura (Wellhausen et al., 1951). Según Bonifacio et al. (2005), Cacahuacintle presenta valores más elevados de PCG (60 a 70 g/100 granos), que razas como Palomero Toluqueño y Arrocillo (18 a 22 g). El PCG de las razas de la región subtropical mostró valores más elevados que en las razas de la región tropical. Las colectas tropicales de la raza Elotes Occidentales presentaron mayor dureza que las subtropicales de la misma raza, ya que estas últimas resultaron clasificadas con dureza intermedia.

En la raza Bolita se detectó diferencia estadística entre los grupos separados por la dureza del grano, para todas las variables analizadas, con excepción del porcentaje de pericarpio en el grano. El grano azul/morado de esta raza se caracterizó por tener un peso hectolítrico superior a 75.0 kg hL^-1, una proporción de pedicelo inferior a 1.2 % y una proporción de germen entre 12.2 % y 13.4 %. Los valores en esta última variable son elevados en comparación con las razas de trópico y con el promedio reportado para maíz tipo dentado que es de 11.1 % (Watson, 1987).

El tamaño de grano es una variable de interés en el proceso de nixtamalización, por su impacto en el procesamiento de cocción y absorción de agua (Sánchez et al., 2007; Salinas et al., 2010). De acuerdo con Billeb y Bressani (2001), el peso de mil granos sugiere el tamaño del grano de la variedad, y para el proceso de nixtamalización son más favorables las variedades de mayor peso. Los porcentajes encontrados de las fracciones estructurales del grano de maíz en las razas de las dos regiones, concuerdan con los reportados por otros autores (Vázquez et al., 2003).

El color de los granos de maíz es un atributo de importancia para los que procesan este cereal, porque determina la aceptación o rechazo por los consumidores, de los productos obtenidos. La luminosidad (L), que se relaciona con el grado de brillantez de la muestra (0 = negro, y 100 = blanco), mostró valores promedios de 23.0 a 43.8 % en las razas de la región tropical (Cuadro 2), que corresponden con una baja luminosidad. Los valores del ángulo de tono (h°), aunque numéricamente muy distantes fueron estadísticamente iguales (P > 0.05), lo que se atribuye al efecto de la media y variabilidad en la raza Tepecintle. Tres de sus colectas presentaron valores de h° entre 24.9° y 28.2°, que corresponden a un color morado rojizo; la cuarta colecta presentó un tono de 356.6° que corresponde al tono morado (Jha, 2010).

Si se usara la media de tono para definir el color de grano en la raza Tepecintle (109.2°), se concluiría que tiene granos amarillo verdosos, lo cual difiere de la apreciación visual. En estos casos es recomendable que el análisis se efectúe después de separar los valores de tono entre 0° y 25° que corresponden al color morado rojizo, de las que presenten valores entre 270° y 360° que son de color azul/morado, ya que el color azul presenta un tono de 270° en tanto que el del color morado corresponde a 360° y 0° (Jha, 2010).

Las razas Conejo, Olotillo y Tuxpeño presentaron valores de tono cercanos a 25°, y se caracterizan por un grano de color morado rojizo, con tono mate y baja pureza de color. Las colectas de la raza Elotes Occidentales tienden más hacia tonos morados, de aspecto mate y baja pureza de color. Un aspecto adicional al cual debe ponerse atención cuando se mide el color de granos azul/morados o azules, es determinar si el pericarpio se encuentra adherido completamente a la aleurona o si se aprecia desprendido. Si ocurre esto último se tendrán resultados como el que se obtuvo en la colecta de la raza Zapalote Chico cuyo pericarpio no estaba adherido a la aleurona, de modo que al tomar la lectura con el colorímetro dominó el tono amarilloso del pericarpio (53.3°).

En las razas subtropicales se apreció un comportamiento parecido al de las del trópico en las variables que definen el color del grano, en el sentido que valores de h° entre 270° y 360° en algunas colectas desplaza la media por raza a valores ilógicos. En la raza Elotes Occidentales una colecta presentó un valor de tono de 347.2° que al incorporarse para el cálculo del valor medio por raza conduce al valor de 123.4°, que corresponde a un color amarillo verdoso que no es el que se observa visualmente.

Dado que el color del grano determina el color de sus productos, es posible que las tortillas o tlacoyos obtenidos de las colectas analizadas resulten diferentes a los que se han observado en los de razas como Chalqueño o Cónico, en los que predomina el tono azul/morado (Salinas et al., 2010).

Composición química del grano

Los contenidos de proteína y aceite fueron iguales entre las razas del trópico (Tukey, 0.05). Los valores de proteína se ubicaron entre 9.5 % y 10.4 %, en tanto que los de aceite variaron entre 4.2 % y 4.8 % (Figura 1A). En ambos compuestos los valores observados en los maíces de grano azul-morado de las diferentes razas se encuentran dentro de la variación informada por otros autores para maíces criollos mexicanos (Vázquez et al., 2010).

Entre las razas de la región subtropical, sin incluir a Bolita, no hubo diferencias estadísticas en el contenido de proteína (Tukey, 0.05), con valores entre 10.1 % y 10.9 %. Este rango corresponde a una variabilidad similar a la observada entre las razas del trópico. El contenido de aceite se ubicó entre 4.7 % y 5.3 %, sin diferencia estadística entre razas. En la raza Bolita, cuya información se analizó por separado, el contenido de proteína en las colectas de grano muy duro fue mayor (P ≤ 0.05) al de las colectas con menor dureza. La relación positiva entre dureza de grano y contenido de proteína en cereales como maíz y sorgo (Sorghum bicolor L. Moench.) ha sido previamente publicada (Mazhar y Chandrashekar, 1995; Fox y Manley, 2009), y se atribuye a una mayor presencia de cuerpos proteínicos (prolaminas) que rodean a los gránulos de almidón en el endospermo. El contenido de aceite entre los grupos de dureza también fue diferente (P ≤ 0.05), con el menor valor en colectas de grano suave (Figura 1B).

En el contenido de antocianinas (CAT) se observó una variabilidad alta entre las razas tropicales, en contraste con las del subtrópico cuyo contenido de antocianinas fue más homogéneo (Figura 2). En cinco de las seis colectas de la raza Olotillo el CAT varió entre 186.5 y 396.5 mg equivalentes de cianidina-3-glucósido (ECG)/kg de muestra seca (MS). La mediana, representada por la línea oscura dentro de las barras en el gráfico, marca que 50 % de los datos están sobre esta línea y el otro 50 % por debajo. Sin embargo, la sexta colecta presentó un contenido muy elevado de antocianinas (1512.1 mg ECG/kg de MS), que se considera como valor atípico, y se marca con asteriscos sobre la barra correspondiente a esta raza. Salinas et al. (2012), al examinar el contenido de antocianinas totales en colectas de esta misma raza cultivadas en diferentes localidades de Chiapas, reportaron un valor máximo de 904.0 mg ECG/kg de MS.

Las razas Conejo y Tuxpeño del trópico mostraron la mayor variabilidad en el contenido de antocianinas, pero en este caso su mediana estuvo por debajo de la media muestral. En las colectas de la raza Conejo el CAT osciló entre 284.8 y 1309.6, mientras en la raza Tuxpeño fue de 335.5 a 1141.7 mg ECG/kg de MS.

El contenido de antocianinas totales en el grano de maíz puede variar por el color del grano (Salinas et al., 1999), el material genético (Salinas et al., 2005; Lopez-Martinez et al., 2009) y el ambiente de producción (Jing et al., 2007). Los valores de CAT en todas las colectas y razas aquí evaluadas se encuentran dentro de los reportados por diversos investigadores en maíces con coloraciones de grano similares (Salinas et al., 1999; Lopez-Martinez et al., 2009; Zilic et al., 2012; Salinas et al., 2012).

Análisis de componentes principales entre variables físicas y químicas

En el análisis de componentes principales (ACP) se excluyó la variable peso de cien granos (PCG), debido a su correlación casi perfecta y altamente significativa (P ≤ 0.01) con el peso hectolítrico (PH), así como a las variables de color de grano y contenido de antocianinas porque generaron resultados no interpretables. Los primeros tres componentes creados por el ACP explicaron 81.5 % de la variabilidad de cada raza. Las proyecciones de las observaciones de los componentes principales 1 (CP1) y 2 (CP2) separaron cuatro grupos de razas de maíz (Figura 3). El CP1 presentó correlaciones positivas con las variables peso hectolítrico, contenido de proteína y porcentaje de germen, y una correlación negativa con índice de flotación (IF) y contenido de pedicelo. El CP2 tuvo correlación positiva con el IF y con el contenido de aceite, y una negativa con el porcentaje de pericarpio. El CP3 se caracterizó por tener una correlación positiva con el porcentaje de endospermo, pero una negativa con el porcentaje de germen (datos no mostrados), lo que permite contrastar a las razas por el contenido de sus fracciones estructurales.

Las razas Mushito, Bolita, Elotes Occidentales (subtrópico) y Chiquito integraron al Grupo I, que se caracterizó por conglomerar a las razas de maíz con pesos hectolítricos más elevados y mayor contenido de proteína y porcentaje de germen. Las razas Zapalote Chico y Conejo se ubicaron en el Grupo II, caracterizado por tener los más elevados contenidos de aceite e IF, y bajos contenidos de pericarpio. El Grupo III estuvo conformado por las razas Tuxpeño y Tepecintle, y se caracterizó por presentar en sus granos la mayor proporción de pericarpio, combinado con valores medios de IF. En el Grupo IV las razas Elotes Occidentales (del trópico), Elotes Cónicos y Olotillo tuvieron la ubicación más cercana a los valores centrales de los ejes, y por ello se consideran como razas que no sobresalieron por un elevado o bajo contenido de alguno de los componentes, tanto físicos como químicos, evaluados en esta investigación.

CONCLUSIONES

En las colectas de grano azul/morado de las razas de maíz del Estado de Oaxaca, las variables peso hectolítrico, dureza de grano y porcentaje de pericarpio mostraron diferencia estadística entre razas. Las variables químicas no mostraron diferencias entre razas, sino sólo una tendencia a tener un mayor contenido de aceite en los granos de la región subtropical. El color del grano de las colectas fue morado rojizo oscuro, de aspecto mate, con una amplia variabilidad en el tono de color. El contenido de antocianinas totales presentó mayor variabilidad en las razas tropicales que en las del subtrópico. El análisis de componentes principales efectuado con las variables físicas y químicas seleccionadas, permitió formar cuatro grupos de razas independientes de su origen agroecológico (tropical o subtropical). La raza Bolita presentó mayor variabilidad en las características analizadas, atribuible al mayor número de colectas evaluadas. Los maíces de grano morado rojizo de las diferentes razas de Oaxaca representan una oportunidad para elaborar productos alimenticios diferenciados por su color.

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Notas

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