Ciencia de los alimentos

 

Diferencias reológicas de la masa de trigo en líneas recombinantes. II. Relación con combinaciones de los Loci Glu–1 y Glu–3

 

Rheological differences of wheat dough in recombinant lines. II. Relationship with Loci Glu–1 and Glu–3 combinations

 

Eliel Martínez–Cruz¹, Eduardo Espitia–Rangel²*, H. Eduardo Villaseñor–Mir², José D. Molina–Galán¹, Ignacio Benítez–Riquelme¹, Amalio Santacruz–Varela¹, R. Javier Peña–Bautista³

 

¹ Genética. Campus Montecillo. Colegio de Postgraduados. 56230. Montecillo, Estado de México.

² Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. Campo Experimental Valle de México. 56230. Chapingo, Estado de México. * Autor responsable: (espitia.eduardo@inifap.gob.mx).

³ Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo. 56130. El Batán, Texcoco, Estado de México.

 

Recibido: Enero, 2010.
Aprobado: Julio, 2010.

 

RESUMEN

Las gliadinas y gluteninas de alto y bajo peso molecular (GAPM y GBPM) son el componente genético que definen en cierta medida la fuerza y extensibilidad (reología) de la masa. El objetivo del presente trabajo fue evaluar el efecto de las combinaciones de GAPM y GBPM sobre la reología del gluten de 98 líneas F₆, obtenidas de Rebeca F2000 × Verano S91 y Gálvez M87 × Bacanora T88, y los progenitores. Los genotipos se sembraron en Roque, estado de Guanajuato, en el ciclo primavera–verano 2008. En muestras de las harinas se evaluaron variables asociadas con la fuerza y la extensibilidad de masa en el mixógrafo (tiempo de amasado, estabilidad al amasado, tolerancia al sobreamasado) y el alveógrafo de Chopin (fuerza general de la masa, W y la relación tenacidad–extensibilidad, P/L). Para efectuar el análisis, las progenies se agruparon de acuerdo con combinaciones de GAPM y GBPM. En la cruza Rebeca F2000 × Verano S91, la combinación Glu–1: 2*, 17 +18, 5+10 con Glu–3: c, h, b se caracterizó por tener gluten medio fuerte y extensible, lo cual también caracterizó a la combinación de Rebeca F2000 (1, 17+18, 5+10, c, g, b). La combinación 2*, 17+18, 2+12, e, g, b de las líneas recombinantes similares a Verano S91 se agrupó como de gluten débil y extensible. Las combinaciones recombinantes derivadas de la cruza Gálvez M87 × Bacanora T88 se clasificaron como de gluten medio fuerte a fuerte y extensible por su W y P/L. La combinación 1, 17+18, 5+10 b, h, c, que corresponde a Gálvez M87, fue la de mayor fuerza de la masa. La combinación 1, 7+9, 5+10, c, j, c, mostró características favorables de gluten a pesar de tener la presencia de la translocación 1B/1R, lo cual indica que es posible aminorar su efecto negativo a través del fitomejoramiento. Se concluye que existen combinaciones específicas de GAPM y GBPM que favorecen la calidad (fuerza y extensibilidad) de la masa.

Palabras clave: Triticum aestivum L., combinaciones de gluteninas, reología del gluten.

 

ABSTRACT

Gliadins and glutenins of high and low molecular weight (HMWG and LMWG) are the genetic component, defining to certain degree dough strength and extensibility (rheology). The objective of the present study was to evaluate the effect of HMWG and LMWG combinations on gluten rheology of 98 F₆ lines, obtained from Rebeca F2000 × Verano S91 and Gálvez M87 × Bacanora T88 and progenitors. The genotypes were sown at Roque, state of Guanajuato, in the spring–summer cycle 2008. In flour samples, variables associated with strength and extensibility of dough were assessed in mixograph (kneading time, kneading stability, tolerance to over–kneading) and Chopin alveograph (general strength of the dough, W and elasticity–extensibility relationship, P/L). In order to conduct analysis, progenies were grouped according to HMWG and LMWG combinations. In the cross Rebeca F2000 × Verano S91, combination Glu–1: 2*, 17+18, 5+10 with Glu–3: c, h, b was described by having half–strong and extensible gluten, which also described the combination of Rebeca F2000 (1, 17+18, 5+10, c, g, b). The combination 2*, 17+18, 2+12, e, g, b of the recombinant lines similar to Verano S91 were grouped as weak and extensible gluten. The recombinant combinations derived from the cross Gálvez M87 x Bacanora T88 were classified as of half–strong to strong and extensible gluten by its W and P/L. Combination 1, 17+18, 5+10 b, h, c, which corresponds to Gálvez M87 was the one of greatest dough strength. Combination 1, 7+9, 5+10, c, j, c, showed favorable gluten properties despite presence of translocation 1B/1R, which indicates that it is possible to reduce its negative effect through plant improvement. It is concluded that there are specific HMWG and LMWG combinations that favor dough quality (strength and extensibility).

Key words: Triticum aestivum L., glutenin combinations, gluten rheology.

 

INTRODUCCIÓN

De acuerdo con la clasificación de la calidad de la masa, en México se producen principalmente variedades de gluten fuerte y extensible (grupo 1), gluten medio fuerte y extensible (grupo 2), gluten débil y extensible (grupo 3); en pocas ocasiones se podría producir trigo de gluten tenaz poco extensible (grupo 4) (Salazar, 2000). Las propiedades reológicas (fuerza y extensibilidad) de la masa son parcialmente afectadas por las variantes alélicas de gluteninas de alto y bajo peso molecular (GAPM y GBPM) (He et al., 2005). En algunas variedades mexicanas se han identificado los alelos de GAPM, así como su efecto en las características reológicas de la masa y en el volumen de pan (Martínez et al., 2007a; Martínez et al., 2007b). En líneas recombinantes derivadas de la cruza entre las variedades Rebeca F2000 × Baviacora M92 y Rebeca F2000 × Gálvez M87 hay una amplia variación en los parámetros reológicos asociados con la presencia de ciertos alelos de GAPM y GBPM (Martínez et al., 2007b).

Sin embargo, las propiedades viscoelásticas (reológicas) de las masas, relacionadas directamente con las propiedades del gluten, están determinadas por combinaciones diversas de GAPM, GBPM y gliadinas. Por tanto, es necesario conocer los efectos que las diferentes combinaciones de alelos de gluteninas y gliadinas ejercen sobre las propiedades del gluten, para entender mejor cuáles combinaciones de subunidades o variantes alélicas resultan en trigos de buenas propiedades reológicas y, consecuentemente, buena calidad de panificación.

El complejo Glu–3 que codifica para las GBPM se asocia significativamente con la extensibilidad de la masa (Peña et al., 2004). Sin embargo, se desconoce el efecto de combinaciones específicas de GBPM y GAPM en las características de fuerza y extensibilidad de la masa. Por ello, el objetivo de esta investigación fue analizar el efecto de las combinaciones de GAPM y GBPM en las propiedades de fuerza y extensibilidad de la masa de líneas F derivadas de variedades pertenecientes a grupos contrastantes de calidad de gluten.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

Material vegetal y su evaluación en campo y laboratorio

Se usaron 98 líneas F₆, derivadas por descendencia de una sola semilla, por cruza y sus progenitores, provenientes de Rebeca F2000 (grupo 1) × Verano S91 (grupo 3) y Gálvez M87 (grupo 2) × Bacanora T88 (grupo 4). Los materiales se sembraron en Roque, estado de Guanajuato, México, en el ciclo primavera–verano 2008/2009. El diseño experimental fue de bloques completos al azar con dos repeticiones y la unidad experimental consistió de cuatro surcos (3 m largo) con una separación de 30 cm entre surcos.

Las muestras de grano de cada línea se molieron en un molino Brabender Quadramat Jr. (C.W. Brabender OHG, Alemania) usando un cernido a través de dos mallas de diámetros 183 μm y 129 μm para obtener harina refinada con base en el método 26–50 de la AACC (AACC, 2005), en el Laboratorio de Calidad Industrial de Trigo del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT), Estado de México. En ese laboratorio también se realizó el análisis electroforético de los progenitores y de cada línea para caracterizarlos por sus GAPM y GBPM, así como los análisis reológicos de las masas.

Las variables de amasado (tiempo de amasado, estabilidad al amasado y tolerancia al sobre amasado) se determinaron en el mixógrafo de Swanson (National Mfg., Lincoln, NE, EE.UU.), en 35 g de harina refinada con el método 54–40A de la AACC (2005). Valores altos en tiempo de amasado y estabilidad así como valores bajos en tolerancia al sobre amasado indican mayor fuerza de la masa. Las propiedades de fuerza y extensibilidad de la masa se determinaron en un Alveógrafo de Chopin (Trippette & Renaud, Francia), con el método 54–30A (AACC, 2005) usando 50 g de harina refinada. Del alveograma se calculó la fuerza general de la masa (W × 10^–4 J) y la relación de tenacidad/extensibilidad (P/L). Las variedades de trigo harinero en México con base a los parámetros de W y P/L del gluten, se clasifican en: Grupo 1, valores mayores a 300 × 10^–4 J y de P/L < 1; Grupo 2, valores de W de 200 a 300 x 10^–4 J y P/L < 1; Grupo 3, gluten débil y extensible con valores de W menores a 200 × 10^–4 J y P/L < 1; y Grupo 4 de gluten tenaz poco extensible con valores de P/L > 1.2.

El análisis electroforético de GAPM y GBPM se realizó con el método de Peña et al. (2004). Las GAPM (loci Glu–Al, Glu–B1 y Glu–Dl) se identificaron con base en la nomenclatura propuesta por Payne y Lawrence (1983) y las GBPM (loci Glu–A3 y Glu–B3) de acuerdo con Singh et al. (1991), Jackson et al. (1996) y Branlard et al. (2003). Para el locus Glu–D3 se usó la nomenclatura propuesta por Branlard et al. (2003). Los genotipos agrupados en las diferentes combinaciones de GAPM y GBPM fueron aquellos que no mostraron loci heterogéneos, es decir presencia de otro alelo en el mismo locus.

Análisis de los datos

Se realizó un análisis de varianza general para ambas cruzas (Rebeca F2000 × Verano S91 y Gálvez M87 × Bacanora T88) para las variables estudiadas. Para cada cruza se realizó un análisis de varianza adicional para obtener los cuadrados medios respectivos por combinación. La prueba de Tukey (p<0.05) se usó para comparar medias (procedimiento GLM, SAS Institute, 2002).

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En los Cuadros 1 y 2 se presentan las combinaciones de GAPM y GBPM en las que se agruparon las líneas derivadas de las cruzas Rebeca F2000 × Verano S91 y Gálvez M87 × Bacanora T88. En la cruza Gálvez M87 × Bacanora T88 se observan combinaciones que presentan el alelo j en Glu–B3, el cual es conocido como la translocación 1B.1R que codifica para proteínas secalinas. Dicha translocación consiste en el remplazo del brazo corto del cromosoma 1B del trigo por el brazo corto 1R del centeno (Secale cereale). Genotipos de trigo harinero que presentan la translocación en su genoma se asocian con amplia adaptación y alto rendimiento (Rajaram y Braun, 2008); sin embargo, desfavorece la fuerza y extensibilidad de la masa (Liu et al., 2005).

Entre las combinaciones de las cruzas hubo diferencias altamente significativas para la mayoría de las variables evaluadas, excepto para la relación tenacidad–extensibilidad (P/L)). Además, las combinaciones dentro de cada cruza mostraron diferencias significativas para las todas las variables, lo cual indica que las propiedades reológicas de la masa son afectadas por la composición de GAPM y GBPM (Cuadro 3) y concuerda con lo reportado por Tabiki et al. (2006) y Meng et al. (2007).

Cruza Rebeca F2000 × Verano S91

Para tiempo de amasado y estabilidad al amasado las combinaciones 2*, 17+18, 2+12, e, h, b similares a Verano S91 se asociaron con valores bajos (Cuadro 4), mientras que las combinaciones de gluteninas análogas a las de Rebeca F2000 fueron superiores en estas variables. Para tolerancia al sobreamasado, las combinaciones 1, 17+18, 5+10 c, g, b, semejantes a Rebeca F2000 mostraron los valores más bajos, indicativos de mayor fuerza de la masa, pero los genotipos similares a Verano S91 presentaron valores más altos propios de gluten débil (Cuadro 4). Lo anterior concuerda con Peña et al. (2004) quienes indican que combinaciones con los alelos 5+10 en Glu–D1 y h en Glu–B3 se asocian con estas características de amasado.

La mayoría de las combinaciones similares a Rebeca F2000 (1, 17+18, 5+10, c, g, b) se clasificaron como masas fuertes y extensibles por su W > 300 × 10^–4 J y su P/L < 1 (Figuras 1 y 2). Wesley et al. (1999) reportan resultados similares para genotipos que presentan los alelos 1, 17+18, 5+10 (loci Glu–A1, Glu–B1 y Glu–D1) y c en Glu–A3; mientras que Peña et al. (2004) indican que genotipos con los alelos 5+10 en Glu–D1, y g o h en Glu–B3, se asocian a mayor fuerza del gluten; para el alelo g Meng et al. (2007) señalan resultados similares. Por tanto, genotipos con estas combinaciones alélicas son aptos para la industria de la panificación mecanizada y obtener pan de caja, así como en mezclas con variedades de trigo de gluten débil para aumentar su fuerza. Además, la combinación 2*, 17 +18, 5+10 c, h, b se clasificó como de gluten medio fuerte y extensible, debido a su W de 200 a 300 × 10^–4 J y su P/L < 1, cuyas características de la masa son adecuadas para elaborar pan en la industria semimecanizada o manual.

Las combinaciones 2*, 17+18, 2+12, e, g, b, y 2*, 17+18, 2+12, e, h, b, de las líneas recombinantes y las similares a Verano S91 se clasificaron como de gluten débil por su W < 200 × 10^–4 J (Figura 1), lo cual concuerda con Gobaa et al. (2008) quienes reportan que genotipos con los alelos 2+12 en Glu–D1 y b en Glu–D3 disminuyen la fuerza del gluten. Estas propiedades de fuerza del gluten son las adecuadas para elaborar productos en la industria galletera y de repostería.

Todas las combinaciones de la progenie presentaron masas extensibles (P/L<1), contrario a los valores de los progenitores que mostraron masas balanceadas (P/L = 1.1) (Figura 2). Esto puede deberse a la recombinación de gliadinas, proteínas no identificadas en este estudio, las cuales favorecen la extensibilidad (disminuyen el P/L) de la masa (Khatkar et al., 2002).

Cruza Gálvez M87 x Bacanora T88

Las combinaciones derivadas de Gálvez M87 × Bacanora T88 que tendieron a elevar el tiempo de amasado, la estabilidad al amasado y disminuir los valores de tolerancia al sobreamasado fueron 1, 17 + 18, 5+10, b, h, c, y 1, 7+9, 5+10, b, j, b, y están relacionadas con una mayor fuerza de la masa. En esta última combinación ocurrió a pesar de la presencia de la translocación 1B.1R Sin embargo, las combinaciones translocadas, 2*, 7+9, 5+10 c, j, b, semejantes a Bacanora T88, mostraron tiempos cortos de amasado y estabilidad, así como valores altos de tolerancia al sobreamasado, todas características propias de masas débiles (Cuadro 5). Ello concuerda con lo encontrado por Liu et al. (2005), quienes indican que la presencia del alelo j es característico de estas masas.

La mayoría de las combinaciones derivadas de la cruza Gálvez M87 × Bacanora T88 se clasificaron como de gluten medio fuerte–extensible y fuerte–extensible por su W y P/L (Figuras 3 y 4), y la combinación 1, 17+18, 5+10 b, h, c (progenitor Gálvez M87) mostró la mayor fuerza de la masa. Genotipos con estas combinaciones son apropiados para usarse en la industria de la panificación mecanizada y semimecanizada o manual.

Respecto a las combinaciones translocadas, la mayoría se clasificó como de gluten débil y, según Meng et al. (2007), la presencia del alelo j en Glu–B3 disminuye la fuerza y la extensibilidad de la masa, provocando masas no panificables. Sin embargo, hubo combinaciones que mostraron gluten medio fuerte, como la combinación 1, 7+9, 5+10, c, j, c, y de acuerdo a su tipo de gluten se pueden usar en la industria de la panificación artesanal o manual. Lo anterior concuerda con Lelley et al. (2004), Nishio et al. (2007) y (Gobaa et al., 2008) quienes reportan que el efecto negativo del alelo j puede aminorarse dependiendo de la presencia de variantes de GAPM y GBPM que favorezcan la calidad reológica de la masa, es decir, de la acumulación de alelos favorables de GAPM como 1 o 2* en Glu–A1 y 5+10 en Glu–D1 (Martín et al., 2001; Pingping et al., 2007), así como la variante c de GBPM en los loci Glu–A3 y Glu–D3 (Gobaa et al., 2008).

La combinación recombinante 2*, 7+9, 5+10, c, j, b, idéntica al progenitor Bacanora T88, presentó valores de P/L menores a 1, contrario a lo expresado por esta variedad que mostró el valor más alto (P/L = 2; Figura 4), lo cual significa masas impropias para la industria de la panificación. La disminución en el valor de P/L de las líneas recombinantes, puede atribuirse al posible efecto favorable de las α, β, ω, γ–gliadinas sobre la extensibilidad de la masa.

 

CONCLUSIONES

La combinación 1, 17+18, 5+10 b, h, c fue la de mayor fuerza de la masa en las dos cruzas. La combinación 2*, 17+18, 2+12, e, g, b se asoció a masas de gluten débil y extensible. En ambas cruzas se obtuvieron combinaciones que favorecieron la extensibilidad de la masa, a pesar del carácter tenaz de Verano S91 y Bacanora T88. La combinación 1, 7+9, 5+10, c, j, c asociada a la translocación mostró características de gluten medio fuerte y extensible, lo cual muestra que el efecto de la translocación depende del fondo genético en el cual se evalúa. Lo anterior indica que mediante la recombinación es posible derivar líneas con combinaciones de GAPM y GBPM que expresen la fuerza y extensibilidad de la masa específica para la industria galletera y de panificación.

 

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen al CONACYT el financiamiento parcial (Proyecto: 067698) para la presente investigación.

 

LITERATURA CITADA

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