Fitociencia

 

Variables fisicoquímicas y calidad de fritura de clones de papa desarrollados para los Valles Altos de México

 

Physicochemical variables and frying quality of potato clones developed for the highlands of México

 

M. Gricelda Vázquez-Carrillo¹*, David Santiago-Ramos¹, M. Carmen Ybarra-Moncada², O. Ángel Rubio-Covarrubias³, M. Armando Cadena-Hinojosa⁴

 

¹ Laboratorio de Calidad de Maíz, Campo Experimental Valle de México-INIFAP. 56230. Chapingo, Estado de México. *Autor responsable: (gricelda_vazquez@yahoo.com), (david_san_18@hotmail.com).

² Ingeniería Agroindustrial. Universidad Autónoma Chapingo. 56230. Chapingo, Estado de México. (ycydrive@gmail.com).

³ Campo Experimental Toluca-INIFAP. Conjunto SEDAGRO, Domicilio conocido, 52140. Metepec, Estado de México. (rubio.oswaldo@inifap.gob.mx).

⁴ Campo Experimental Valle de México-INIFAP. 56250. Coatlinchan, Texcoco, Estado de México. (cadena.mateo@inifap.gob.mx).

 

Recibido: Junio, 2012.
Aprobado: Octubre, 2012.

 

Resumen

Los cultivares de papas producidos en lugares altos y fríos, como en la zona Centro de México, generalmente tienen contenidos de azúcares reductores altos, que impiden su uso para la elaboración de hojuelas fritas. El objetivo de esta investigación fue determinar las variables fisicoquímicos y de calidad para fritura de 35 clones de papa desarrollados para los Valles Altos de México y cuatro cultivares comerciales (Alpha, Lupita, Malinche y Montserrat) producidos en el ciclo primavera-verano 2009 a 3500 msnm en Raíces, Zinacantepec, Estado de México. El diseño experimental fue completamente al azar. En tubérculos se evaluó peso específico, materia seca, almidón, azúcares reductores y color de pulpa. En frituras se determinó rendimiento, color y fracturabilidad. Los resultados se analizaron con un análisis de conglomerados y discriminante canónico. Se identificaron cuatro clones sobresalientes: 02-4, 02-4R, 99-4 y 02-93, por su calidad buena para la industria de papas fritas. Mostraron contenido bajo de humedad y azúcares reductores, contenido alto de materia seca, almidón, peso específico y rendimiento alto de hojuelas fritas con excelente fracturabilidad y color. Los otros clones y cultivares tuvieron contenido alto de azúcares reductores, sensibilidad al oscurecimiento no enzimático y variables de calidad inferiores a los demandados por la industria. Las correlaciones altas entre variables permitieron generar unas ecuaciones lineales con posible utilidad para el programa de mejoramiento genético de papa del INIFAP, para predecir estas variables sin necesidad de realizar análisis químicos.

Palabras clave: azúcares reductores, calidad de fritura, color, Solanum tuberosum L.

 

Abstract

Potato cultivars produced in high and cold places, such as the zone of Central México, generally have high contents of reducing sugars, preventing their use for the elaboration of potato chips. The objective of this study was to determine the physicochemical variables and the frying quality of 35 potato clones, developed for the highlands of Mexico, and four cultivars (Alpha, Lupita, Malinche, and Montserrat) produced in the spring-summer cycle of 2009, at 3500 m above sea level at Raíces, Zinacantepec, in the Estado de México. The experimental design was a completely randomized. In tubers specific gravity, dry matter, starch, reducing sugars, and flesh color were evaluated; in chips, yield, color, and fracturability. The results were analyzed, based on cluster analysis and canonical discriminant analysis. Four clones, 02-4, 02-4R, 99-4, and 02-93, were identified, outstanding by their good quality for chip industry. They showed low content of moisture and reducing sugars, high contents of dry matter, starch, specific gravity, and high yield of chips with excellent fracturability and color. The remaining clones and cultivars had important content of reducing sugars, susceptibility to non-enzymatic browning, and lower quality variables than those demanded by industry. The high correlations between variables allowed generating several linear equations with possible utility for the INIFAP Potato Genetic Improvement Program in order to predict these variables without the need of conducting chemical analyses.

Key words: reducing sugars, frying quality, color, Solanum tuberosum L.

 

INTRODUCCIÓN

El cultivo de la papa (Solanum tuberosum L.) en México es de gran importancia económica y social, sobre todo en regiones como los estados del noroeste y centro (Santiago y García, 2001). El 77 % de la producción de papa en el país se destina al consumo fresco, 15 % a la industria de la fritura y 8 % para semilla (Parga et al., 2009). Uno de los principales problemas para los productores de papa es la enfermedad punta morada de la papa (PMP), que disminuye los rendimientos (30 a 95 %) y la calidad comercial de la semilla y el tubérculo debido al pardeamiento interno de los tubérculos (Alarcón et al., 2009) que se intensifica al freir las papas son freídas (Munyaneza et al., 2007). Esta enfermedad se distribuye en las principales zonas productoras de papa del país (Orona et al., 2009). La incidencia de la PMP en el Estado de México depende de la altura; los lugares altos y fríos tienen la menor incidencia de esta enfermedad (Cadena et al., 2003; Rubio et al., 2006). Es un cultivo sembrado más en zonas de clima templado y frío, lo que induce la acumulación de azúcares en el tubérculo (Yuanyuan et al., 2009); por tanto no son aptos para su procesamiento como papas fritas. En alturas superiores a 3200 m disminuye la población del psílido de la papa y por lo tanto la enfermedad (Yuanyuan et al., 2009). Además de las dificultades usuales relacionadas con las plagas y enfermedades, los productores de papa de la región Centro de México también se enfrentan a problemas abióticos, como deficiencias de agua, heladas y granizo. Ante los cambios de las condiciones climáticas, los productores de papa toman diferentes medidas, según la vulnerabilidad de la región, como el abandono de las tierras, cambio de cultivo o cambio de las zonas de producción (Hijmans, 2003). Por esta razón el Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), a través del Programa Nacional de Papa, se ha enfocado al mejoramiento genético y desarrollo de genotipos con productividad agronómica alta y que se adapten a las condiciones agroclimáticas de los Valles Altos del Centro de México.

La calidad externa de los tubérculos de papa está determinada por el cultivar, efecto del ambiente, deformaciones de los tubérculos, forma, tamaño y color de la piel y pulpa (Stark y Love, 2003). La calidad interna está determinada por la composición química del tubérculo. Los componentes más importantes para la industria de las papas fritas son los contenidos de almidón, materia seca y azúcares reductores (glucosa y fructosa) (Andrade, 1997). Los principales factores que determinan la aceptabilidad y calidad de las papas fritas son la textura, el color y el sabor. El color es afectado principalmente por la formación de colores pardos debido a la reacción de Maillard, que se produce por la reacción de los azúcares reductores, principalmente D-glucosa, y algún aminoácido libre, en la papa principalmente asparragina (Pedreschi, 2009).

El objetivo del estudio fue evaluar las variables fisicoquímicas y la calidad de fritura de nuevos clones de papa desarrollados por el INIFAP.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

Se evaluaron 35 clones y cuatro cultivares comerciales. Los genotipos fueron identificados como se muestra en el Cuadro 1.

Estos clones fueron evaluados durante 3 años en la comunidad de Raíces y en el Campo Experimental de Metepec, Estado de México. De 450 clones se seleccionaron los sobresalientes por mejor rendimiento en ambas localidades pero también los clones con mayor precocidad y con mejores características del tubérculo. En esta última variable se dio preferencia a clones con tubérculos de piel lisa, ojos superficiales y forma bien definida: redonda, oblonga o alargada. El rendimiento fue el primer factor de selección; así, los clones con rendimiento mayor que la variedad Fianna, la cual fue el testigo, pasaron el primer tamiz de selección. Los rendimientos fueron muy variables en cada año, dependiendo de la condiciones climáticas, de la incidencia de enfermedades y de las características de los suelos donde fueron sembrados. El rendimiento de los clones seleccionados siempre fue mayor que la media del Estado de México, la cual es 25 t ha^-1. La selección clonal de todos los clones incluidos en este estudio, se inició en 2006 en la comunidad de Raíces, Zinacantepec, Estado de México. Los clones provienen de cruzamientos por varias generaciones entre genotipos del INIFAP y variedades comerciales. La cruza que predomina es la Tollocan con Alpha, cuya progenie tiene la clave que inicia con 02 en la nomenclatura especificada en los clones incluidos en este estudio. Todos los clones tienen un progenitor derivado de la especie silvestre Solanum demissum, la cual tiene resistencia contra el tizón tardío de la papa (Phytophthora infestans) (Pérez et al., 2007).

Los tubérculos se produjeron en el ciclo primavera-verano 2009, bajo condiciones de temporal en Raíces, a 3500 msnm, según las recomendaciones para la producción de papa en Valles Altos (Rubio et al., 2000). La precipitación media anual en el área es 850 mm y la temperatura media anual 7.8 °C. Los clones fueron generados por el Programa Nacional de Papa del INIFAP. Alpha fue considerada como testigo porque es la más cultivada por la mayoría de los productores del Estado de México (Pérez et al., 2007). Se seleccionaron tubérculos uniformes en tamaño, forma, color, y libres de daños físicos y patógenos, los cuales fueron lavados e identificados. Estos tubérculos fueron sometidos a evaluaciones fisicoquímicas y de calidad de fritura.

Características fisicoquímicas

Las determinaciones se hicieron en cuatro tubérculos tomados al azar. El peso específico se determinó por el método de soluciones salinas de densidades variables (Burton, 1989); el porcentaje de humedad se determinó por el método 934.06 de la AOAC (2000). El contenido de materia seca se determinó por pérdida de humedad (Hasbún et al., 2009). Se evaluó la susceptibilidad al pardeamiento enzimático (Gil et al., 2005), cada tubérculo se cortó transversalmente para determinar el color en pulpa, inmediatamente después del corte y 30 min después. se usó un colorímetro Hunter Lab, Mini Scan XE Plus (Modelo 45/0-L, USA) que da los valores de luminosidad (L*), a* y b*; la luminosidad es un variable de 0 a 100, donde 0 es un color negro y 100 el color blanco; la variable "a* va del color rojo al verde, los valores positivos son rojos y los negativos verdes; la variable "b*" va de azul a amarillo, los valores positivos son amarillos y los valores negativos son azules; en ambos casos el cero es neutro (McGuire, 1992). Los valores de a* y b* sirven para determinar el ángulo de tono "hue" (hue = tan^-1 [b*/a*]) que es el espectro de colores y, está entre 0 y 360°; y la pureza de color "croma" (croma= [a² + b²]^1/2), variables que ubican el color del material en el plano dentro de las diferentes tonalidades del color rojo (0°), amarillo (90°), verde (180°) y azul (270°) (McGuire, 1992). La cuantificación de glucosa, fructosa y sacarosa se realizó por el método enzimático (Scholes et al., 1994) y el almidón por el método descrito por Galicia et al. (2009).

Elaboración de las papas fritas

El proceso usado fue el descrito por Hasbún et al. (2009), el grosor de las hojuelas fue de 1.2 mm. En una freidora doméstica (T-FAL, modelo FF100652, China) se calentó aceite vegetal comestible a 180 °C, en el que se vertieron las rodajas, permaneciendo durante 3 min (Hasbún et al., 2009). Para eliminar un poco del aceite absorbido por las rodajas, previo escurrido, se coloraron sobre bandejas con papel para absorber el aceite adherido dentro de un deshidratador (Excalibur, modelo ED-700, USA) con corriente de aire durante 30 min, se sacaron y se pesaron.

Evaluación de la calidad de las frituras

El rendimiento de las hojuelas se calculó con la fórmula: rendimiento (%) = (peso de la fritura/peso inicial del tubérculo) 100. Como variable de textura se evaluó la fracturabilidad, que determina el grado de crujencia o la fuerza necesaria para que el material se fracture, usando un texturómetro (Brookfield, modelo CT3 25k, USA), y un aditamento de acero inoxidable de 3.5 cm de longitud con una punta esférica de ½" de diámetro, cuyo desplazamiento fue de 1 mm s^-1, con una distancia de penetración de 3 mm. La hojuela frita se colocó sobre una base con perforación central circular de 2.5 cm de diámetro. Se evaluaron 10 hojuelas de papa fritas por cada tubérculo. Los resultados se expresan en g fuerza (g_f) requeridos para fracturar la rodaja. El color de las hojuelas fritas se determinó con un colorímetro Hunter Lab, Mini Scan XE Plus (Modelo 45/0-L, USA), como lo describe Hasbún et al. (2009). El color de las frituras se evaluó con n la carta de color recomendada por el Centro Internacional de la Papa (CIP) (Bonierbale et al., 2010), con una escala del 1 al 5, donde 1 es un color amarillo aceptable y 5 es un color amarillo muy oscuro o marrón.

Análisis estadístico

Los datos obtenidos se sometieron a un análisis multivariado para obtener grupos de clones con características semejantes. Se realizó un agrupamiento basado en las distancias estadísticas cuadradas con los datos estandarizados; el método para elaborar del dendrograma fue el de la mínima varianza de Ward (Johnson, 2000). La altura de corte para definir grupos se determinó con base en el criterio cúbico de conglomerados (CCC) y la pseudoestadística T² (PST2). Para corroborar la pertinencia de los grupos y determinar las variables responsables de esta agrupación, se realizó un análisis discriminante canónico.

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se realizaron dos agrupaciones, una en función de las características fisicoquímicas y otra en función de la calidad de fritura.

Características fisicoquímicas

Los genotipos se agruparon en cuatro conglomerados en función de las variables fisicoquímicas (peso específico, materia seca, almidón, humedad, glucosa, fructosa y sacarosa). El análisis discriminante mostró diferencias (p<0.0001) entre las medias de las funciones discriminantes, por lo que los grupos formados fueron altamente significativos. Dos funciones discriminantes describieron el 87.55 % de la variabilidad de los datos empleados con una participación individual de 61.77 y 25.78 %. La estructura total canónica, que indica el peso de las variables originales sobre las variables canónicas generadas, mostró que todas las variables tuvieron responsabilidad en la formación de los grupos.

Esto significó que los genotipos con valores altos positivos de la variable discriminante canónica 1 (VDC1) presentan una expresión alta en peso específico, materia seca y almidón y un contenido de humedad, glucosa y fructosa bajo. Respecto a la VDC2, valores altos positivos representan genotipos con un contenido alto de sacarosa. La ubicación de los 39 materiales en el espacio bidimensional (Figura 1) permite visualizar la agrupación en función de las características fisicoquímicas del tubérculo.

Los grupos dos (14 genotipos) y tres (nueve genotipos) son semejantes por su peso específico, contenido de materia seca, almidón alto y su contenido bajo de humedad, glucosa y fructosa. Los grupos uno (14 genotipos) y cuatro (dos genotipos) se caracterizan por su peso específico, contenido de materia seca y almidón bajos y por un mayor contenido de humedad, glucosa y fructosa. Tomando como referencia la VDC2, el grupo tres y cuatro tienen un contenido alto de sacarosa, contrario a los grupos uno y dos (Figura 1). Los valores medios de grupo para cada variable fisicoquímica se muestran en el Cuadro 2.

En el grupo tres se concentraron los genotipos con el mayor peso específico medio (1.076), pero los clones 02-129 (G), 02-4 (K) y 02-59 (P) del grupo dos presentaron un peso específico (1.086, 1.082 y 1.080) adecuado para la industria de papas fritas, que exige valores superiores a 1.080 (Andreu y Da Silva, 2007). El peso específico es un factor de calidad influenciado por condiciones climáticas como la temperatura, tipo de suelo, disponibilidad de agua y fertilización. Pero todos los genotipos fueron cultivados en el mismo lugar y bajo las mismas condiciones, por lo que las diferencias entre materiales en esta variable son estrictamente varietales, ya que la heredabilidad de esta característica es de moderada a alta (Jansky, 2009).

Álvarez y Canet (2009) afirman que el contenido de materia seca está altamente correlacionado con el peso específico y éste a su vez depende en gran medida del contenido de almidón; al igual que el peso específico la acumulación de almidón es una característica varietal (Jansky, 2009). Los tubérculos destinados a la elaboración de hojuelas fritas debe tener un contenido de materia seca superior al 20 % (Hasbún et al, 2009). Los clones que presentaron más de 20 % de materia seca fueron los del grupo tres, coincidiendo con aquellos que presentaron el mayor peso específico (r=0.92**) (Cuadro 2). Un peso específico y contenido de materia seca alto permite que los tubérculos sean menos susceptibles a la ruptura cuando hierven, debido a que los gránulos de almidón al absorber agua se hinchan. Además cuando se hornean o fríen son más carnosos y tienen mejor aspecto que los tubérculos con bajo contenido de materia seca. Durante el freído, el espacio que ocupa el agua es substituido por el aceite; así, los tubérculos con mucha agua, es decir alto contenido de humedad (Cuadro 2) y menor peso específico, absorben más aceite (Aguilera, 1997). Catorce clones del grupo uno y dos del grupo cuatro presentaron un contenido de humedad muy alto y bajo contenido de materia seca, inaceptables en un tubérculo destinado al proceso de freído.

Cantos et al. (2002) usaron la luminosidad (L*) para definir la susceptibilidad de distintos cultivares de papa al pardeamiento enzimático cuando el tubérculo se corta y se expone al oxígeno. Así, en el presente estudio, al evaluar esta variable en dos tiempos diferentes, se observó una disminución de hasta 8 % en la luminosidad en clones como el 02-18 (J), mientras que en los clones 5-10 (Y) y 02-95 (W) prácticamente no se manifestó pardeamiento enzimático en el mismo tiempo, (Figura 2).

Los valores de hue y croma no mostraron variaciones significativas (datos no mostrados); además, en papa fresca no se consideran para evaluar el oscurecimiento enzimático y sólo indican las distintas tonalidades de color amarillo característico de la pulpa de papa (Gil et al., 2005). El oscurecimiento de la pulpa debida al pardeamiento enzimático está relacionado principalmente con la actividad de polifenoloxidasas que catalizan la oxidación de compuestos fenólicos a quinonas, con la transformación a pigmentos oscuros. Así, genotipos con una disminución drástica de su luminosidad no son aptos para su uso industrial ni para el consumo en fresco.

El contenido de azúcares reductores (glucosa y fructosa) está altamente relacionado con el color de las papas fritas, debido a que con las altas temperaturas utilizadas en el freído, aquéllos se unen a aminoácidos formando compuestos marrón-oscuro por la reacción de Maillard (Pedreschi, 2009). La industria requiere cultivares con contenidos menores al 0.1 % del peso fresco y valores mayores a 0.33 % son inaceptables (Andrade, 1997). En este caso sólo los genotipos agrupados en el grupo dos presentaron contenidos de azúcares reductores inferiores a los límites. La evaluación de la calidad es la prueba definitiva para saber si los tubérculos son aptos para su industrialización como papas fritas.

Calidad de fritura

Un segundo análisis de conglomerados se realizó con el fin de clasificar a los materiales en función de la calidad de las papas fritas (rendimiento, fracturabilidad y color), y se formaron cuatro conglomerados. El análisis discriminante canónico mostró diferencias altamente significativas (p< 0.0001) entre los grupos. Se determinó que dos funciones discriminantes describieron 97.73 % de la variabilidad de los datos, con una participación individual de 81.19 y 16.54 %. La estructura total canónica determinó que la VDC1 se correlacionó positivamente con la variable color en la escala CIP y negativamente con las variables luminosidad, hue y fracturabilidad. La VDC2 se correlacionó positivamente con valores altos de rendimiento y croma (Figura 3).

Los clones con la mejor calidad de frituras se ubicaron en el grupo tres (Figura 2): 02-4 (K), 02-4R (M), 02-93 (V) y 99-4 (i), lo que significa que presentaron las mejores características de procesamiento en este estudio (Cuadro 3).

El rendimiento de hojuelas fritas varió entre 24.0 y 32.4 % (clones 02-73 [S] y 02-129 [G]), y los genotipos en el grupo dos tuvieron el mayor rendimiento. De acuerdo con Borruey et al. (2000), el rendimiento en la elaboración de hojuelas fritas debe oscilar entre 25 y 33 %, los rendimientos altos se atribuyen a un contenido elevado de materia seca (r=0.92**) y peso específico alto, lo cual concuerda con los resultados obtenidos en el presente estudio porque 9 de los 16 genotipos en el grupo dos presentaron el mayor contenidos de materia seca y un peso específico alto.

El color de las papas fritas es una variable de calidad muy importante y en gran medida el resultado de la reacción de Maillard que depende del contenido de azúcares reductores y aminoácidos, la temperatura y tiempo de freído (Pedreschi et al., 2004). Dado que en esta investigación se usó la misma temperatura y tiempo de freído, los resultados se atribuyen al contenido de azúcares reductores. Los genotipos del grupo tres presentaron el color de hojuelas fritas más aceptable (amarillo claro), debido a sus valores bajos de la escala del CIP, valores altos de luminosidad y valores altos de hue (tonalidad más amarilla); los materiales restantes tuvieron un color oscuro. El color, resultado de la ausencia de la reacción de Maillard en estos cuatro clones [02-4 (K), 02-4R (M), 02-93 (V) y 99-4 (i)], se debe a que presentaron el contenido menor de azúcares reductores en el grupo 3 (Figura 1). Los demás genotipos del grupo tres (Figura 1), entre ellos el testigo Alpha, presentaron un contenido de azúcares reductores bajo, pero el color de las frituras resultó oscuro, lo que podría explicarse por la posible presencia de un contenido alto de otros compuestos. Según Rodríguez et al. (1997), los azúcares reductores no explican completamente el desarrollo de color en papas fritas cuando su contenido en los tubérculos es bajo, como en este caso. Se ha mostrado que compuestos como el ácido ascórbico y los fenoles reaccionan también con los aminoácidos durante el freído produciendo finalmente colores oscuros en las frituras (Rodríguez y Wrosltad, 1997). La correlación entre el contenido de azúcares reductores y el color de las frituras en la escala CIP y la luminosidad fue r=0.88** y r=0.91**, y se generó una ecuación lineal (% azucares reductores= -0.0125L* + 0.8484) mediante la cual se puede inferir el contenido de azúcares reductores en el tubérculo a partir de una prueba de fritura en la que se evalúe L*.

La textura es uno de los atributos sensoriales de mayor importancia para la aceptación de las papas fritas y su crujencia está relacionada con el contenido de sólidos totales. Muestras con un contenido de sólidos muy bajo y con alto contenido graso tienen poca crujencia y son más pegajosas (Kita, 2002). En el presente estudio, la fracturabilidad varió de 184.0 a 480.8 g_f y los clones del grupo tres mostraron los valores más altos (Cuadro 3). Considerando que estos clones contienen un porcentaje de materia seca alto (Figura 1) y los clones del grupo uno mostraron los menores, las diferencias en textura se atribuyen al contenido de sólidos totales, resultados similares a los reportados por Hasbún et al. (2009).

No obstante las bajas temperaturas en Raíces, (3500 msnm), destacaron los clones 02-4 (K), 02-4R (M), 02-93 (V) y 99-4 (i) por su buena calidad de fritura. Por sus características fisicoquímicas y calidad de fritura sobresalientes se muestran en el Cuadro 4 y Cuadro 5.

Gracias a las correlaciones altamente significativas entre peso específico y materia seca (r = 0.92**), peso específico y almidón (r= 0.90**), materia seca y almidón (r= 0.92**), y a la cantidad de muestras se generaron ecuaciones que pueden ser útiles para el programa de mejoramiento genético de papa del INIFAP, por que con estas variables se podrían inferir otras. Las ecuaciones fueron: % materia seca = 299.6 (peso específico) -301.95; % almidón (BH) = 234.98 (peso específico)-237.07; % almidón (BS) = 0.8461 (% materia seca) - 1.6778.

 

CONCLUSIONES

Cuatro clones: 02-4 (K), 02-4R (M), 02-93 (V) y 99-4 (i), se identificaron con características fisicoquímicas y calidad de fritura aceptable. Los clones con peso específico mayor también tuvieron rendimiento mayor de papas fritas, lo que se relacionó significativamente con su contenido alto de almidón, pero no fueron los de mejor color y fracturabilidad. La luminosidad es buena para definir la susceptibilidad de los tubérculos al pardeamiento enzimático cuando son cortados. El contenido de azúcares reductores influyó en gran medida en el color de las hojuelas fritas. Los resultados indican que es posible desarrollar genotipos que se adapten a las condiciones climáticas de producción de los Valles Altos de México y cumplan con la calidad exigida por la industria.

 

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