La calidad industrial de la masa y su relación con diferentes loci de gluteninas en trigo harinero (Triticum aestivum L.)
Industrial quality of dough and its relationship with different glutenin loci in bread wheat (Triticum aestivum L.)
Eliel Martínez-Cruz1, Eduardo Espitia-Rangel1* , Héctor E. Villaseñor-Mir1, Rene Hortelano-Santa Rosa1, María F. Rodríguez-García1, Roberto J. Peña-Bautista2
1 Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. Campo Experimental Valle de México. 56230. Chapingo, Estado de México. *Autor responsable
]]> 2 Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo. 56130. El Batán, Texcoco, Estado de México. (espitia.eduardo@inifap.gob.mx).
Recibido: julio, 2013.
Aprobado: abril, 2014.
Resumen
La fuerza y extensibilidad de la masa del trigo harinero (Triticum aestivum L.) depende parcialmente de los alelos de gluteninas de peso molecular alto (GAPM) y gluteninas de peso molecular bajo (GBPM) en la harina. El objetivo de esta investigación fue identificar el efecto de once variantes alélicas en la calidad de la masa de líneas recombinantes F6, derivadas de Rebeca F2000XBacanora T88, Verano S92XSalamanca S75 y Gálvez M87XVerano S92. Los genotipos se sembraron en el ciclo otoño-invierno de 2008-2009 en el Campo Experimental Bajío del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), México. El diseño experimental fue bloques completos al azar con dos repeticiones por tratamiento. Las variables fueron el tiempo de amasado, la estabilidad al amasado, la tolerancia al sobre amasado, la fuerza de la masa y la relación tenacidad/extensibilidad. Los alelos de GAPM 1 y 2* del locus Glu-A1 así como 7+9 y 17+18 del Glu-B1, de la cruza Rebeca F2000XBacanora T88, se asociaron con características que favorecieron la fuerza de la masa y su extensibilidad. En la cruza Verano S92XSalamanca S75, las GBPM, c y e de Glu-A3 se clasificaron como variantes de gluten medio fuerte con buena extensibilidad y comportamiento similar en los alelos g y h de Glu-B3. Los alelos 2* de Glu-A1 y b de Glu-B3, de la cruza Gálvez M87XVerano S92, superaron la fuerza del gluten de su contraparte 1 y e, respectivamente, y la variante c del locus Glu-D3 se clasificó como de gluten medio fuerte y la b como de gluten débil. Los seis alelos evaluados en esta cruza mostraron buena extensibilidad. Mediante la recombinación de las variantes alélicas de GAPM y GBPM es posible derivar combinaciones de gluteninas específicas para favorecer la calidad de los productos de panadería, galletería, tortillería y repostería.
Palabras clave: Trigo harinero, variantes alélicas, gluteninas de alto y bajo peso molecular, calidad de la masa.
Abstract
]]> The dough strength and extensibility of bread wheat (Triticum aestivum L.) depends partly on the alleles of high molecular weight glutenins (HMWG) and low molecular weight glutenins (LMWG) in flour. The objective of this research was to identify the effect of eleven allelic variants on dough quality of recombinant Fg lines, derived from Rebeca F2000XBacanora T88, Verano S92XSalamanca S75 and Gálvez M87XVerano S92. Genotypes were sown at the Experimental Field Bajio of the Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agricolas y Pecuarias (INIFAP), Mexico in the summer-winter cycle 2008-2009. The experimental design was randomized complete blocks with two replications per treatment. The variables were kneading time, stability to kneading, tolerance to over-kneading, dough strength and tenacity/extensibility relationship. The alleles of HMWG 1 and 2* of locus Glu-A1 as well as 7+9 and 17+18 of Glu-B1, of the cross Rebeca F2000XBacanora T88, were associated with characteristics favoring the dough strength and its extensibility. In the cross Verano S92XSalamanca S75, the LMWG, c and e of Glu-A3 were classified as variants of medium-strong gluten with good extensibility and similar behavior in alleles g and h of Glu-B3. The alleles 2* of Glu-A1 and b of Glu-B3, of the cross Gálvez M87XVerano S92, exceeded the gluten strength of its counterpart 1 and e, respectively, and the c variant of locus Glu-D3 was classified as medium-strong gluten and b as weak gluten. The six alleles evaluated in this cross showed good extensibility. By recombination of allelic variants of LMWG and HMWG is possible to derive combinations of specific glutenins to favor the quality of cookie, bread and tortilla-making products and for baking pastries.Key words: Bread wheat, allelic variants, high and low molecular weight glutenins, dough quality.
INTRODUCCIÓN
Las características industriales de la masa, fuerza y extensibilidad, y la calidad del producto final (panes, galletas, pasteles y tortillas) derivados del trigo harinero (Triticum aestivum L.) son determinadas parcialmente por la cantidad de proteína (Park et al., 2006), la presencia de variantes alélicas de las proteínas gluteninas y gliadinas, y la relación glutenina/gliadina (Sissons, 2008). La cantidad de proteína es significativamente afectada por las condiciones del cultivo, mientras que los alelos de gluteninas y gliadinas y la relación glutenina/gliadina son determinadas fundamentalmente por el genotipo (Triboi et al., 2000).
Con base en su movilidad electroforética en geles de poliacrialamida y condiciones de pH básico, las gluteninas se clasifican como de peso molecular alto (GAPM) de 70-90 kDa y bajo (GBPM) de 20-45 kDa, y las gliadinas se dividen en α, β, γ y ω, por su movilidad en geles de poliacrilamida en condiciones de pH ácido (D'Ovidio y Masci, 2004). Hay estudios que caracterizan e identifican el efecto de las GAPM, GBPM y gliadinas sobre la calidad de la masa (Sissons, 2008), y se describen combinaciones específicas de alelos de GAPM 1, 17 + 18, 5 + 10 y GBPM b, h, c las cuales se asocian con mayor calidad panadera debido a su efecto favorable sobre la fuerza y extensibilidad de la masa, mientras que combinaciones 2*, 17+ 18, 2+ 12, de GAPM y e, g ,b de GBPM presentan gluten débil (Martínez-Cruz et al., 2010) adecuadas en la fabricación de galletas. Entonces, los alelos específicos de gluteninas que conforman las combinaciones afectan la fuerza y extensibilidad de la masa, y es importante determinar el efecto de cada variante alélica para identificar combinaciones de gluteninas que generen harinas para un uso industrial específico. Por lo tanto, el objetivo de esta investigación fue identificar el efecto de alelos de GAPM y GBPM, de trigos harineros, sobre la fuerza y extensibilidad de la masa.
MATERIALES Y MÉTODOS
En este estudio se usaron los progenitores Rebeca F2000XBacanora T88, Verano S92XSalamanca S75 y Gálvez M87XVerano S92, así como 98 líneas F6 por cada cruzamiento derivadas por descendencia de una sola semilla de F2 a F6. Los genotipos se sembraron en el Campo Experimental el Bajío (CEBAJ) en Roque, estado de Guanajuato, México, durante el ciclo otoño-invierno de 2008-2009. El diseño experimental fue bloques completos al azar con dos repeticiones y la unidad experimental fue de cuatro surcos de 3 m de longitud con una separación de 30 cm.
La harina refinada se obtuvo usando un molino de laboratorio (Brabender, Quadrumat Senior, C. W. Brabender OHG, Alemania) con un cernido a través de dos mallas (diámetros 183 μm y 129 μm) en el Laboratorio de Calidad Industrial de Trigo del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT). Mediante el mixógrafo de Swanson (National Mfg. Co., EE.UU.) se determinó el tiempo de amasado (min), la estabilidad al amasado (min) y la tolerancia al sobre amasado (mm) usando 35 g de harina refinada con el método 54-40A de la AACC (2005). La fuerza (WX10-4 J) y la relación de tenacidad/extensibilidad (PL, 0.1-6.0) de la masa se calculó del alveograma, el cual se obtuvo en el Alveógrafo de Chopin (Tripette & Renaud, Francia), usando 50 g de harina refinada con el método 54-30A de la AACC (2005). Mediante las variables alveográficas (W y PL), las masas se catalogan así: 1) con PL se agrupan en balanceado (PL=1.1), extensible (PL<1) y tenaz (PL>1.2); 2) con W se clasifican en masas fuertes mayores de 300X10-4 J, masas medias fuertes de 200X 10-4 J a 300X10-4 J, y masas débiles menores de 200X 10-4 J.
]]> Las proteínas GAPM y GBPM se separaron mediante electroforesis a partir de una muestra de 40 mg de harina integral en geles de 14 % de acrilamida con pH 8.5, aplicando 9 mA por gel durante 17 h, usando dodecilsulfato de sodio como agente desnaturalizante (Peña et al., 2004). Los loci Glu-Al, Glu-Bl y Glu-Dl que codifican para las GAPM se nombraron con el método descrito por Payne y Lawrence (1983), mientras que las GBPM codificadas por los loci Glu-AA3 y Glu-B3 se identificaron de acuerdo con Singh et al. (1991), Jackson et al. (1996) y Branlard et al. (2003), y para el locus Glu-D3 se utilizó la nomenclatura propuesta por Branlard et al. (2003).Análisis de los datos
Para cruzas se realizó un análisis de varianza general de las variables, luego se efectuó otro análisis de la fuente de variación genotipos para obtener los cuadrados medios por combinación y locus, y las medias se compararon con la prueba de Tukey (p≤ 0.05) con el procedimiento GLM (SAS Institute, 2002) para identificar las diferencias entre loci.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la cruza Rebeca F2000X Bacanora T88 se observaron diferencias significativas para todas las variables estudiadas entre combinaciones así como para los loci Glu-A1 y Glu-B1 (Cuadro 1). Lo anterior indica que las variantes alélicas presentes en estos loci se asociaron de manera diferencial con la fuerza y la extensibilidad de la masa, lo cual concuerda con lo encontrado por Martínez-Cruz et al. (2012).
En la cruza Rebeca F2000X Bacanora T88, los alelos 2* y 7 + 9 superaron a 1 y 17 + 18 en tiempo de amasado, estabilidad al amasado y tolerancia al sobre amasado (para tolerancia al sobre amasado valores menores indican mayor fuerza de la masa) (Cuadro 2). Estos resultados concuerdan con los de Jin et al. (2013) quienes asociaron al alelo 17 + 18 con efectos favorables sobre las características de amasado en el mixógrafo. Las cuatro variantes se clasificaron como de masas fuertes por sus valores de W>300X10-4 J. Los alelos 1 y 17 + 18 favorecieron la extensibilidad debido a su PL menor a uno, mientras que 2* y 7+ 9 la disminuyeron por su PL de 1.2, pero los cuatro alelos mostraron características de fuerza y extensibilidad apropiadas para la industria de la panificación. Esto concuerda con lo reportado por Wrigley (2003), quien asoció estos cuatro alelos con efectos favorables sobre la fuerza y con altos volúmenes de pan.
En la cruza Verano S92XSalamanca S75 se encontraron diferencias significativas entre combinaciones para todas las variables estudiadas, mientras que los alelos de Glu-A3 no afectaron diferencialmente la fuerza y la relación tenacidad/extensibilidad (Cuadro 3). Además, el efecto de los alelos en Glu-B3 fue diferente excepto para tiempo de amasado, lo cual concuerda con lo reportado por Ito et al. (2011).
De los alelos identificados en los loci Glu-A3 y Glu-B3 en la cruza Verano S92XSalamanca S75, el alelo c superó a e en sus características de amasado, lo cual es similar a lo reportado por Hernández et al. (2012), quienes asociaron al alelo Glu-A3 con tiempos cortos de amasado en el mixógrafo. Las variantes g y h de Glu-B3 mostraron características de amasado similares, excepto para estabilidad al amasado donde el alelo g superó a h, lo que concuerda con Zhang et al. (2012), quienes asociaron al alelo g con valores más altos de volumen de sedimentación y volumen de pan. Con base en la fuerza de la masa los cuatro alelos se asociaron con gluten medio fuerte por su W>200X10-4 J y favorecieron la extensibilidad de la masa por sus valores de PL menores a la unidad (Cuadro 4).
Hubo diferencias significativas entre combinaciones derivadas de la cruza Gálvez M87XVerano S92 para las variables estudiadas, excepto para la relación tenacidad/extensibilidad. Los alelos del locus Glu-A3 afectaron diferencialmente todas las variables estudiadas, aunque las variantes de Glu-A1 y Glu-D3 no mostraron efectos distintos sobre la fuerza de la masa y la relación tenacidad/extensibilidad (Cuadro 5), pero sí para las variables de amasado, lo cual concuerda con lo reportado por Li et al. (2010).
]]> En la cruza Gálvez M87XVerano S92 los alelos 2*, b y c superaron en tiempo de amasado, estabilidad al masado y tolerancia al sobre amasado a su contraparte 1, e y b. Con base en sus valores de fuerza de la masa y la relación tenacidad/extensibilidad, las variantes 1 y 2* de Glu-A1, así como b y c de Glu-D3 se caracterizaron por presentar valores similares. Numéricamente los alelos 2* y c se clasificaron por su W> 200X10-4 J como de gluten medio fuerte, mientras que 1 y b se asociaron a gluten débil por su W<200X10-4 J (Cuadro 6). Estos resultados son similares a los reportados por Martínez-Cruz et al. (2011) quienes asociaron el alelo b de Glu-D3 con masas fuertes. En el locus Glu-A3 el alelo b se clasificó como de gluten medio fuerte por lo que superó a la variante e, la cual se asoció con masas débiles, corroborando el reporte de Zhang et al. (2012), y Hernández et al. (2012) quienes asociaron al alelo e de Glu-A3 con menor fuerza de la masa. Con base en su gluten medio fuerte y extensibilidad favorable las variantes 2*, b y c pueden usarse para favorecer la calidad panadera, mientras que los alelos 1, e y b por su gluten débil y extensible son apropiados para la elaboración de productos de galletería.Los alelos 1 y 2* del Glu-A1 identificados en los cruzamientos Rebeca F2000XBacanora T88 y Gálvez M87XVerano S92 se asociaron a valores diferentes de fuerza de la masa (Cuadro 2 y Cuadro 6), lo cual puede deberse al uso de distintos progenitores así como a la presencia de diversas gliadinas, las cuales no fueron identificadas en este estudio.
CONCLUSIONES
Las variantes alélicas de los loci Glu-A1, Glu-B1, Glu-A3, Glu-B3 y Glu-D3 afectaron en forma diferente las características de calidad industrial de la masa. Las variantes alélicas 1 y 2* de Glu-A1; 7+ 8 y 17 + 18 de Glu-B1; g, h y b de Glu-B3; y c de Glu-D3, favorecieron la fuerza y extensibilidad de la masa por lo cual deben ser parte de las combinaciones de gluteninas para el mejoramiento genético de la calidad panadera en México. Y las variantes e de Glu-A3 y b de Glu-D3 podrían usarse para mejorar la calidad galletera.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen al CONACYT (Proyecto: 146788) el financiamiento para la publicación de la presente investigación.
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