Ciencia de los alimentos

 

Genotipos de maíz (Zea mays L.) con diferente contenido de aceite y su relación con la calidad y textura de la tortilla

 

Oil content in maize (Zea mays L.) genotypes and its relationship with quality and texture of tortilla

 

María G. Vázquez-Carrillo^1* , David Santiago-Ramos¹, Yolanda Salinas-Moreno¹, Julio López-Cruz², Ma Carmen Ybarra-Moncada², Alejandro Ortega-Corona³

 

¹ Laboratorio de Calidad de Maíz, Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), Campo Experimental Valle de México. Km. 13.5 Carretera Los Reyes-Texcoco. 56250. Coatlinchan, Texcoco, Estado de México. *Autor responsable: (gricelda_vazquez@yahoo.com) (david_san_18@hotmail.com) (yolysamx@yahoo.com).

² Departamento de Ingeniería Agroindustrial, Universidad Autónoma Chapingo. Km. 38.5 Carretera México-Texcoco. 56230. Chapingo, Estado de México.

³ Campo Experimental Valle del Yaqui, Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP). Calle Dr. Norman E. Borlaug, Km. 12, Col. Valle del Yaqui, Cajeme, Sonora. 85000. Sonora, México.

 

Recibido: mayo, 2013.
Aprobado: febrero, 2014.

 

Resumen

La textura de las tortillas es un indicador fundamental de su calidad. La relación entre el contenido de aceite del grano de maíz (Zea mays L.) y la textura de las tortillas es poco conocida; sin embargo, la presencia del aceite mejora significativamente la firmeza y masticabilidad de este alimento. El objetivo del presente estudio fue evaluar la composición química del grano de maíces con contenido diferente de aceite y determinar la relación entre el contenido de aceite y la calidad y textura de las tortillas recién elaboradas y almacenadas durante 24, 48 y 72 h a 4 °C. En este estudio se usaron maíces con endospermo normal (MEN), con contenido alto de aceite (ACA) y de alta calidad proteínica (ACP). El diseño experimental fue completamente al azar con ocho tratamientos y dos repeticiones; con los datos se realizó un análisis de varianza y las medias se compararon con la prueba de Tukey (p≤0.05). El análisis de los resultados muestra que los maíces ACA presentaron el porcentaje mayor de aceite (x=5.9 %). Las tortillas elaboradas con los maíces ACA fueron de textura más suave y con mayor elongación recién elaboradas y durante el periodo de almacenamiento, respecto a los otros maíces; su contenido de lisina (x=3.13 %) y triptófano (x=0.6075 %) fue inferior a las tortillas de maíces ACP (x=3.98 % y 0.846 %). La población amarilla (PAN) de ACA destacó por su contenido alto de aceite y suavidad de las tortillas. Todos los genotipos cumplen los requerimientos de la industria de la masa y la tortilla.

Palabras clave: calidad de grano, calidad proteínica, elongación, lípidos, Zea mays L.

 

Abstract

The texture of tortillas is a key indicator of their quality. The relationship between the oil content of corn (Zea mays L.) grain and the texture of tortillas is little known; however, the presence of oil significantly improves the strength and chewiness of this food. The aim of this study was to evaluate the chemical composition of grain corns with different oil content and determine the relationship between the oil content and the quality and texture of freshly prepared and stored tortillas for 24, 48 and 72 h at 4 °C. In this study normal endosperm corns (MEN), and corns with high oil content (ACA) and high protein quality (ACP) were used. The experimental design was completely randomized with eight treatments and two replications; the data was used to carry out an analysis of variance and means were compared with the Tukey's test (p≤0.05). The analysis of the results shows that ACA corns had the highest percentage of oil (x= 5.9 %). Tortillas made with ACA corns had softer texture and large elongation when they are freshly prepared and during the storage period than the rest of the corns; their lysine content (x=3.13 %) and tryptophan (x=0.6075 %) was lower than tortillas of ACP corns (x= 3.98 % and 0.846 %). The yellow population (PAN) of ACA stood out for its high oil content in tortillas and softness. All genotypes fulfill the requirements of the masa and tortilla industry.

Key words: grain quality, protein quality, elongation, lipids, Zea mays L.

 

INTRODUCCIÓN

El maíz (Zea mays L.) es el cereal de producción mundial mayor; en México, de 2009 a 2012 se produjeron y consumieron, en promedio, 21 y 29 millones t año^-1 (USDA, 2013). En México, 91.4 % de la producción de maíz es maíz blanco, 8.0 % maíz amarillo y 0.6 % maíces de diferentes colores y palomeros (SIAP, 2013). El principal destino del maíz en México es la elaboración de alimentos tradicionales, principalmente tortillas, de las cuales las blancas son preferidas; pero ha aumentado el consumo de tortillas de maíz amarillo y azul debido a su contenido de compuestos antioxidantes (Utrilla-Coello et al., 2009; Mendoza-Díaz et al., 2012). En México, la tortilla es el segundo producto más importante en la canasta básica de consumo y se calcula que en 2010 el consumo diario por persona en las zonas rurales fue 217.9 g, y en las zonas urbanas 155.4 g, lo que refleja la importancia de este producto en la alimentación de la población (SE-DGIB, 2012).

La textura de las tortillas es un indicador fundamental de su calidad; los consumidores prefieren tortillas suaves por lo que la industria busca mejorar esta variable para cumplir con esta exigencia (Gasca-Mancera y Casas-Alencáster, 2007; Platt-Lucero et al., 2012). La influencia del tipo de endospermo del maíz sobre la textura de las tortillas fue estudiada por Osorio-Díaz et al. (2011) y encontraron que los maíces con endospermo duro o vítreo producen tortillas con una textura más rígida que las elaboradas con maíces de endospermo harinoso y dureza intermedia. La calidad y textura de las tortillas es afectada por los componentes del pericarpio y el germen (Martínez-Bustos et al., 2001), las prolaminas (Sánchez et al., 2007) y por la relación amilosa-amilopectina (Salinas et al., 2003).

La relación entre el contenido de aceite del grano de maíz y la textura de las tortillas es poco conocida. Al respecto, la firmeza y masticabilidad de las tortillas mejoró significativamente en aquellas cuyo contenido de aceite fue 4.3-4.4 %, comparado con las que contenían menos de 2 % de aceite (Vidal-Quintanar et al., 2001) y, además, las características fisicoquímicas y de textura de las tortillas fueron mejores con la adición de 0.5 % de lípidos no polares a la harina de maíz nixtamalizada (Arámbula-Villa et al., 2001). El aceite disminuye la retrogradación del almidón e incrementa la vida de anaquel del producto debido a la formación del complejo amilosa-lípidos (Putseys et al., 2010), lo cual se observó en productos de panificación donde la adición de ciertos lípidos o surfactantes modifica la textura y prolonga la vida de anaquel del pan (Biliaderis, 1991; Eliasson y Wahlgren, 2004).

Los lípidos se pueden transformar mediante los procesos de rancidez hidrolítica y rancidez oxidativa, en compuestos que afectan la calidad de las harinas y las tortillas; sin embargo, es posible prevenir esas reacciones indeseables mediante el uso de aditivos, ácidos y antioxidantes principalmente (Rollow, 2002; Martínez-Flores et al., 2004; Shobha et al., 2011). Adicionalmente, el acomplejamiento de los lípidos con la amilosa y otros compuestos, la alta actividad de agua de las tortillas, el pH alcalino y el almacenamiento en refrigeración constituyen una barrera para el deterioro de los lípidos (Lehtinen, 2003).

En 2004, el Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), con sede en el CIRNO-CENEB, Ciudad Obregón, Sonora, inició un proyecto de mejoramiento genético con el propósito de generar maíces con contenido alto de aceite (7-8 %), mediante una selección recurrente por medios hermanos en varias poblaciones de maíz (Preciado-Ortíz et al., 2013). El objetivo del presente estudio fue evaluar la calidad y composición química del grano de maíces con diferente contenido de aceite y determinar la relación entre el contenido de aceite y la calidad y textura de las tortillas recién elaboradas y durante su almacenamiento a 4 °C.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

Germoplasma

Las muestras del estudio se produjeron en el ciclo de cultivo primavera-verano 2009, en dos campos experimentales del INIFAP (Cuadro 1). En el campo experimental Valle del Yaqui en Ciudad Obregón, Sonora, el clima es subtropical árido cálido, temperatura media anual de 31.0 °C y precipitación media anual de 277 mm; la densidad de siembra fue de 65 000 plantas ha^-1, en condiciones de riego y fertilización de 250N-100P-00K. El campo experimental de Cotaxtla, Veracruz, presenta clima cálido húmedo, con temperatura media anual de 25 °C y precipitación de 1400 mm; la densidad de plantación fue 62 500 plantas ha^-1 bajo condiciones de secano y fertilización de 161N-46P-00K.

 

Análisis físicos y químicos

Las variables evaluadas fueron el índice de flotación (IF) (Vázquez-Carrillo et al., 2011) y el porcentaje de germen en grano (Salinas y Vázquez, 2006); en grano entero y tortilla se analizó el contenido de proteína por el Método 46-11 (AACC, 2000), lisina, triptófano y almidón con las metodologías de Galicia et al. (2012) y aceite por el Método 7.044 (AOAC, 1990).

 

Calidad de nixtamal y tortillas

La nixtamalización consistió en la cocción de 100 g de maíz con 0.7 g de Ca(OH)₂ y 200 mL de agua, y el tiempo de nixtamalización se asignó de acuerdo con el IF: IF= 0-12 % 45 min, IF =13-38 % 40 min, IF = 39-62 % 35 min, IF = 63-87 % 30 min, IF = 88-100 % 25 min. Al finalizar el cocimiento el grano reposó 16 h, luego se lavó con 200 mL de agua y se molió en un molino de piedras hasta obtener una masa de textura fina (Vázquez-Carrillo et al., 2011). La elaboración de las tortillas, la evaluación del porcentaje de sólidos en nejayote (agua de cocción) y el pericarpio retenido en el nixtamal se realizó de acuerdo con los métodos descritos por Salinas y Vázquez (2006).

Las tortillas se enfriaron en servilletas de tela y se guardaron en bolsas de polietileno para su evaluación. En tortillas recién elaboradas (2 h) y almacenadas 24, 48 y 72 h a 4 °C, se determinó humedad por el método 44-10 (AACC, 2000), y la fuerza máxima de rompimiento por tensión y elongación se midió con el texturómetro Brookfield^® (Modelo CT3, Middleboro, MA, USA).

 

Análisis estadístico

El diseño experimental fue completamente aleatorizado, con ocho tratamientos y todas las evaluaciones se hicieron con dos repeticiones. Con los resultados se realizó un análisis de varianza, se compararon las medias con la prueba de Tukey (DSH; p≤ 0.05) y se efectuó un análisis de correlación simple utilizando SAS para Windows, versión 9.0.

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Características físicas y composición química del grano

Diferencias altamente significativas (p≤0.01) entre maíces se observaron en las características físicas del grano y su composición química (Cuadro 2). Los maíces ACA tuvieron dureza mayor y el HAzul fue el más suave (Cuadro 2). Salinas et al. (2010) reportan que el maíz blanco para elaboración de tortillas con el método tradicional, debe tener un IF≤ 50 %, límite que mantuvieron todos los genotipos evaluados. En el grano de maíz, el aceite se encuentra principalmente en el germen, y cuando su tamaño incrementa, también aumenta el contenido de aceite y mejora la calidad de la proteína debido a que está constituido principalmente por albúminas y globulinas con un balance adecuado de aminoácidos (Lambert et al., 1998). El porcentaje de germen en grano fue similar (p>0.05) en los maíces ACA, ACP y H-431 (Cuadro 2), y a los reportados por Billeb y Bressani (2001) y Vázquez et al. (2012) para maíces de endospermo normal y ACP. El híbrido HAzul presentó el porcentaje menor de germen (Cuadro 2). En el mismo año de evaluación, los mismos genotipos cultivados en Celaya, Guanajuato, presentaron un contenido de germen mayor en PAB, similar en PAN y menor en PBB y PBN (Preciado-Ortíz et al., 2013), respecto a los encontrados en este estudio; estas diferencias se atribuyen al efecto de la interacción genotipo-ambiente. No se encontró relación entre el contenido de aceite en grano y la proporción de germen.

Los maíces ACA exhibieron los porcentajes mayores de aceite (= 5.8 %) y destacó la PAN (Cuadro 2) cuyo contenido fue semejante a lo informado por White y Weber (2003) para maíces ACA. El siguiente genotipo con el mayor contenido de aceite fue HAzul, y el contenido menor de aceite fue para H-431 y los maíces ACP (Cuadro 2). Estos resultados son superiores a los reportados por Vázquez et al. (2011) de un contenido promedio de aceite de 4.9 % para maíces criollos y 3.5 % para híbridos.

Los granos de maíces ACP mostraron un contenido de proteína estadísticamente inferior al de los otros genotipos. El contenido mayor de proteína en el grano fue para los maíces ACA, H-431 y HAzul. Entre los maíces ACA destacaron PBN y PAB por su contenido alto de proteína (mayor a 13.0 %), y estos resultados pueden atribuirse al tamaño mayor del germen, lo que también aumenta el contenido de proteína (White y Weber, 2003), o bien a la concentración mayor de zeínas en el endospermo, lo que explica la dureza del grano, ya que de acuerdo con Kljak et al. (2011) estas proteínas están íntimamente relacionadas con la vitreosidad y dureza del grano. Según Vázquez et al. (2012), el contenido de proteína depende en gran medida de la interacción genotipo-ambiente; el contenido mayor de proteína en los híbridos ACA y de endospermo normal respecto a los ACP se debe a la dosis mayor de fertilización con nitrógeno aplicada a los primeros durante su cultivo.

El contenido de almidón fue mayor en los maíces ACP (Cuadro 2). El contenido menor de almidón de los maíces ACA obedece a que por cada 1 % de aumento en aceite, el almidón se reduce 1.25 % (Dudley y Lambert, 1992). El contenido bajo de almidón de los genotipos de endospermo normal respecto de los ACP se debe a que a mayores densidades de población se reduce el contenido de almidón debido a que se limita la capacidad de crecimiento del endospermo y se reduce el número de células y los gránulos de almidón formados (Vázquez et al., 2013). Adicionalmente, las temperaturas altas durante el desarrollo del cultivo influyeron en la acumulación de este componente en el genotipo HAzul. El genotipo H-431 es resistente a la sequía por lo que sólo fue afectado por la densidad de plantación.

Las correlaciones entre aceite y proteína (r=0.33), aceite y almidón (r= 0.39) y almidón y proteína (r= 0.84**), son semejantes a las informadas por Dudley y Lambert (1992). Esto implica que durante el mejoramiento genético con énfasis en la mayor producción de aceite, el contenido de almidón se puede reducir.

 

Contenido de aceite, proteína y almidón de tortillas

Diferencias altamente significativas (p≤0.01) se detectaron entre maíces en el contenido de aceite, almidón y proteína en las tortillas. El proceso de nixtamalización y la elaboración de las tortillas indujo pérdidas de aceite desde 18.2 hasta 40.3 %, valores menores a los informados por Almeida-Domínguez et al. (1998). Los maíces ACA presentaron la pérdida mayor de aceite, pero sus tortillas tuvieron contenido mayor de aceite respecto a las de los otros maíces. Los maíces ACP tuvieron las menores pérdidas (Cuadro 3).

Las pérdidas se atribuyen a la hidrólisis de los lípidos en la solución alcalina, lo cual favorece su solubilización en el nejayote, o bien, pueden reaccionar con el ion calcio formando materiales insaponificables que no pueden ser extraídos eficientemente con los solventes usados, por lo que sus contenidos en las tortillas se reducen significativamente (Martínez-Flores et al., 2006). Las tortillas de maíces ACA presentaron, en promedio 4.03 % de aceite y las de maíz ACP 3.6 %, valores superiores a los reportados por Vázquez et al. (2012) para maíces de Valles Altos.

Las tortillas de los maíces HAzul y PAN mostraron contenido de proteína estadísticamente superior a los otros genotipos (Cuadro 3); en los demás maíces la proteína se redujo por efecto de la transformación a tortillas. Los genotipos PBN y PAB, ambos ACA, tuvieron la pérdida mayor (3.3 %) de proteína. Durante la transformación de grano a tortilla se observó un aumento significativo en el contenido de almidón debido a la concentración de compuestos al perderse principalmente pericarpio durante la nixtamalización. Las tortillas con menos incremento de almidón fueron las de maíces ACP y PAN, en tanto que en las de HAzul el almidón aumentó en 9.4 %, lo cual se asocia con la mayor pérdida de pericarpio del nixtamal (Cuadro 5).

 

Contenido de lisina y triptófano en grano y tortilla

Los genotipos ACP tuvieron el contenido mayor de lisina y triptófano en el grano y las tortillas (Cuadro 4). En los maíces ACP y HEN los contenidos de lisina y triptófano están acordes con lo informado por Ortega et al. (1986) y Vázquez et al. (2012). Los maíces ACA tienen calidad mayor de proteína (mayor contenido de lisina y triptófano) que los maíces con endospermo normal debido a que presentan contenido mayor de proteína en el germen (Dado, 1999). Esto fue comprobado porque los maíces ACA tuvieron 2.0 y 21.6 % más triptófano y lisina que los HEN. El contenido de ambos aminoácidos en los maíces ACA es similar al reportado para este tipo de maíces (Eggum et al., 1985; Dado, 1999).

Durante el procesamiento del maíz por nixtamalización, molienda y cocción de las tortillas, el contenido de lisina y triptófano puede ser afectado. En este estudio las pérdidas de lisina del grano a la tortilla fueron 0.36 a 18.60 %, y el genotipo PAN tuvo la mayor pérdida. Las tortillas de los maíces ACP tuvieron 11.3 % más triptófano que las de ACA y HEN. Las pérdidas de triptófano fueron 4.32 a 21.47 % y las mayores pérdidas fueron para HAzul y PBB (21.2 % en promedio); pérdidas similares de estos aminoácidos fueron reportadas por Vázquez et al. (2012). Los aumentos ligeros en el contenido de lisina, de grano a tortilla en H-Azul, PAB y H-519C se deben a que el proceso de nixtamalización disminuye la solubilidad de la fracción de zeinas (nutricionalmente pobre) y aumenta la de las glutelinas (ricas en lisina y triptófano), lo que aumenta la disponibilidad de ambos aminoácidos (Martínez-Flores et al., 2002).

 

Calidad de nixtamal y tortillas

Hubo diferencias estadísticamente significativas (p≤ 0.01) entre genotipos en las variables pericarpio retenido por el nixtamal, sólidos en el nejayote, y humedad de las tortillas a las 2, 24, 48 y 72 h.

La suavización rápida del pericarpio facilita la penetración del agua, y su eliminación durante el lavado del nixtamal. La pérdida excesiva de pericarpio puede disminuir las propiedades texturales de la masa y las tortillas debido a la eliminación de las gomas naturales (Martínez-Bustos et al., 2001). El pericarpio retenido en el nixtamal de maíces PBN y V556AC fue estadísticamente superior al retenido en los demás genotipos. Los HEN retuvieron menos pericarpio (Cuadro 5) y perdieron más sólidos (r=— 0.91**, p≤ 0.01).

En la industria de la masa y la tortilla (IMT) se prefieren los maíces cuyo nixtamal retenga más de 30 % de pericarpio (Salinas et al., 2010), y todos los maíces en este estudio cumplen este requisito. Los genotipos H-431, HAzul y los ACA amarillos tuvieron la mayor pérdida de sólidos, respecto a los ACP y los ACA blancos, lo cual se atribuye a la cantidad menor de pericarpio retenido en el grano de nixtamal. Todos los materiales presentaron pérdidas de sólidos menores al 5.0 % estipulado en la norma NMX-FF-034/1-SCFI-2002 (SE-DGN, 2002) para maíces para producción industrial de tortillas. La humedad de las tortillas se correlaciona con su textura, y tortillas con reducida humedad tienden a ser rígidas y quebradizas (Almeida-Domínguez et al., 1998). Sin embargo, en el presente estudio no se encontró una relación directa entre el contenido de humedad y la fuerza de tensión y elongación de las tortillas en ninguno de los cuatro tiempos de evaluación. Las tortillas de los genotipos evaluados tuvieron porcentajes de humedad en el intervalo informado por Vazquez et al. (2012), pero fueron menores a los reportados por Billeb y Bressani (2001), lo que se atribuye a la excesiva dureza de los granos. Las tortillas de los maíces ACA, tuvieron mayor estabilidad en humedad durante el almacenamiento; en algunos casos la humedad aumentó ligeramente a las 24 y 48 h (PBB, PAN, PAB y V556AC) (Cuadro 4) debido principalmente a la condensación del vapor agua que liberan las tortillas dentro de la bolsa de polietileno, al pasarlas de la temperatura ambiente (±24 °C) a la temperatura de refrigeración durante el almacenamiento. Las tortillas del H-431 tuvieron la pérdida mayor de humedad durante el almacenamiento (Cuadro 5).

 

Relación entre el contenido de aceite y la textura de la tortilla

Uno de los factores más importantes para la aceptación de la tortilla por los consumidores es la textura, entre más blanda y suave sea una tortilla, el trabajo necesario para su masticación será menor, lo cual es variable de buena calidad (Gasca-Mancera y Casas-Alencáster, 2007); asimismo, se prefieren las tortillas que al recalentarse recuperan su flexibilidad. El efecto benéfico del contenido de aceite en la textura de las tortillas fue claro. Las tortillas elaboradas con los maíces ACA, con un mayor contenido de aceite, requirieron menos fuerza para romperse en los cuatro tiempos de evaluación es decir, éstas fueron más suaves que las del resto de los maíces (Figura 1A); de manera similar la elongación aumentó con el contenido de aceite (Figura 1B).

Las tortillas más suaves se obtuvieron de los maíces ACA. Vázquez et al. (2011) también encontraron que los genotipos con mayor contenido de aceite presentaron la menor fuerza de tensión en sus tortillas. En maíces mejorados de endospermo normal y en criollos con alto contenido de germen y aceite, esta relación no es clara ya que en los estudios reportados sólo hay un análisis del contenido de aceite en grano y parte de este aceite se pierde durante el proceso de nixtamalización.

El contenido de aceite de las tortillas se correlacionó negativamente con la fuerza requerida para romperlas a las 2, 24, 48 y 72 h después de almacenadas (p≤ 0.01): r= 0.86, r= 0.75, r= 0.67 y r= —0.61. La disminución en el valor de la correlación se atribuye a la pérdida de suavidad y flexibilidad de la tortilla al enfriarse durante el almacenamiento, debido a la formación de una estructura rígida causada por la retrogradación del almidón y asociación con proteínas, fibra y otros componentes químicos (Agama-Acevedo et al., 2011). La pérdida de suavidad durante el almacenamiento se manifestó con un incremento de la fuerza requerida para romper las tortillas (tensión); sin embargo, el comportamiento respecto a su contenido de aceite se mantuvo. Al respeto, Arámbula-Villa et al. (2001) afirmaron que durante el proceso térmico alcalino los lípidos interactúan con las moléculas de amilosa afectando las propiedades fisicoquímicas del almidón (Putseys et al., 2010), pero no evitan la pérdida de agua de las tortillas, aspecto observado en estos materiales (Cuadro 5).

En tortillas el proceso de rancidez no representa un problema debido al pH alcalino (> 7.0) que éstas presentan y los lípidos se encuentran en un complejo con la amilosa y otros compuestos que impiden el acceso rápido de las enzimas. Además, la alta actividad de agua y almacenamiento en refrigeración son una barrera para el deterioro de los lípidos (Lehtinen, 2003).

 

CONCLUSIONES

Con los maíces de mayor contenido de aceite se produjeron tortillas más suaves recién elaboradas y 72 h después de almacenadas en refrigeración. La nixtamalización provocó pérdidas de lípidos en todos los maíces, pese a esto con los maíces ACA se obtuvieron tortillas con mayor contenido de aceite y proteína y fueron las más suaves y con elongación mayor. Las tortillas de maíces de alta calidad proteínica tuvieron el contenido mayor de triptófano y lisina sobresaliendo el genotipo V-556AC. La cantidad de lisina en tortilla de maíces de alto contenido de aceite fue similar al genotipo H-519C. Además, con híbridos ACA es posible obtener tortillas de buena calidad y textura suave, y su valor nutricional es mejor comparado con los maíces de endospermo normal y bajo contenido de aceite.

 

LITERATURA CITADA

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