Tesis que presentaBenjamín Barrales Gámez

Para obtener el título de

Ing. En Desarrollo Sustentable en eco-biología

Director de tesis:Dr. Axel Tiessen Favier

Rafael J. García Chilchotla, Puebla; febrero, 2016

UNIVERSIDAD INTERSERRANA DEL ESTADO DE PUEBLA-CHILCHOTLA 

Caracterización físico-química de híbridos de maíz azul del Proyecto Vitamaíz y su uso potencial en la industria nixtamalera

Asesor externo:Ing. Edgar Adalberto Cubedo Ruiz

Asesores internos:Ing. Marcelina Ortiz MedelIng. Everardo Luna CaricioIng. Gregorio Caricio Coscatl

"El invento del maíz por los mexicanos, sólo es

comparable con el invento del fuego por el hombre".

(Octavio Paz Lozano 1914-1998)

Contenido de la presentación

Introducción

Hipótesis

Objetivos

Materiales y métodos

Resultados

Conclusiones

El maíz como modelo de estudio

1.- Dispersión a nivel mundial.

2.- Investigación publica y privada.

3.- Múltiples productos de cría.

Ghebremichael et al., 2009; CIMMYT, 2015

Introducción

Distribución de colectas de maíces nativos de México

Muñoz, 2003; Márquez, 2007; Perales y Golicher, 2011; CONABIO, 2011

Desarrollo de variedades de maíz mejoradas

Propiedades

físicas

Propiedades nutracéuticas

Alto rendimiento

Beneficios a la salud humana:

• Antioxidantes

• Precursor vitamina A

• Anticancerígena

• Adquisición de agudeza visualDong et al., 2007; Grace et al., 2009; Shih et al., 2010

Proyecto Vitamaíz

Beneficios del programa:

• Estándares agronómicos• Estándares legales• Propiedades nutracéuticas del grano

Método de conversión génica

Su distribución se encuentra por todo el país con 78,

852 establecimientos entre molinos y tortillerías o

ambas modalidades.

1. Industria de maíz/tortilla

Industria del maíz nixtamalizado

NOM-187-SSAI-SCFI-2002; Salinas et al., 2003; SIAP, 2012

Características físicas del grano requeridas:

Índice de flotación (≥ 40 %)

Peso hectolítrico (≥ 74 kg/hL)

2. Industria de las harinas nixtamalizadas1 MASECA2 MINSA3 HARIMASA4 CARGILL5 MOLINOS ANAHUAC

NMX-FF-034-2001-SCFI/P-1; NMX-FF-034/1-SCFI-2002; Salinas et al., 2003; Salinas, 2004; Pons, 2004

Industria del maíz nixtamalizado

Características físicas del grano requeridas:

Índice de flotación (≤ 40 %)

Pedicelo (≤ 2 %)

Pericarpio (≤ 5.5 %)

Germen (≤ 13 %)

Peso hectolítrico (≥ 74 kg/hL)

3.- Industria de la molienda

Molienda en seco Molienda en húmedo

González, 1995; Alexander, 1987; Figueroa et al., 2003; NMX-FF-034/2-SCFI-2003; Aragón et al, 2012

Industria del maíz nixtamalizado

Características físicas del grano requeridas:

Índice de flotación (≥ 70 %)

Peso de mil semillas (≥ 370 %)

Densidad (≥ 1.2 g/cm³)

Hipótesis

Los genotipos híbridos de grano azul del proyecto Vitamaíz obtenidos a través del

mejoramiento genético, adquirieron las características de calidad requeridas para su uso

en la industria del maíz nixtamalizado a diferencia de los maíces criollos de color azul

que algunas veces no alcanzan los requerimientos para la industria de la transformación.

Objetivos

Objetivo general:

Evaluar el uso potencial para la industria del maíz nixtamalizado de los híbridos de maíz azul del

proyecto Vitamaíz mediante la caracterización de sus propiedades físico-químicas.

Objetivos específicos: Determinar las características físicas del grano: peso hectolítrico, densidad, peso mil semillas, dureza,

componentes del grano por disección y color.

Determinar las características físicas de la harina del grano: capacidad de absorción de agua, rendimiento de

masas y rendimiento de tortilla.

Determinar la composición química de las harinas del grano crudo: antocianinas, proteína, aminoácidos libres,

azúcares solubles y almidón.

Evaluar las propiedades térmicas de las harinas.

Clasificar los materiales para su uso en la industria del maíz nixtamalizado.

Materiales y métodos

Material Biológico • Valle de Banderas, Nayarit• Coordenadas geográficas 20°47´05.29” LN y 105°14

´33.61” LO, altitud 45 msnm.

• Cuatro genotipos criollos de Irapuato, Gto.

• Cuatro genotipos criollos raza tabloncillo.

• Un genotipo criollo raza blandito.

Controles

• 30 híbridos de maíz azul F2 del Proyecto “VITAMAÍZ”.

Metodología

Caracterización física del grano

Caracterización física de las

harinasCaracterización térmicas de las

harinas Caracterización química del grano• Componentes del grano

(disección).• Color.• Densidad.• Peso de mil granos.• Peso Hectolítrico.• Índice de flotación.

• Inicio de gelatinización

del almidón.• Finalización de

gelatinización de

almidón.

• Capacidad de absorción

de agua.• Rendimiento de masa.• Rendimiento de tortilla.

• Antocianinas totales.• Proteína.• Almidón.• Azúcares solubles totales.• Aminoácidos totales.

Análisis estadístico

n=(75 semillas) x genotipoPrueba Tukey HSD= 0.05; Líneas superior de cada barra=±error estándar.

≤5.5% NMX-FF-034-2001-SCFI/P-1

n=(75 semillas) x genotipoPrueba de Tukey HSD=0.05; Líneas superior de cada barra =±error estándar. ≤13 % NMX-FF-034-2001-SCFI/P-1

ResultadosCaracterización física del grano

E01 E03 E05 E07 E09 E11 E13 E15 E17 E19 E21 E23 E25E27

E29 E31 E33 E35 E37 E390

1

2

3

4

5

6

Porcentaje de pericarpio en híbridos y controles evaluados

Genotipos

Porc

enta

je d

e pe

ricar

pio

(%)

E01 E03 E05 E07E09 E11 E13 E15 E17 E19 E21 E23 E25 E27 E29

E31 E33 E35 E37 E390

2

4

6

8

10

12

14

Porcentaje de germen en híbridos y controles eva-luados

Genotipos

Porc

enta

je d

e ge

rmen

(%)

n=(300 semillas) x genotipo Prueba Tukey HSD= 0.05; Líneas superior de cada barra=±error estándar.

≤40 % NMX-FF-034/1-SCFI-2002 ≥40 % NOM-187-SSAI-SCFI-2002 ≥70 % NMX-FF-034/2-SCFI-2003

n=(1000 semillas) x genotipo Prueba Tukey HSD=0.05; Líneas superior de cada barra=±error estándar.

≥370 g NMX-FF-034/2-SCFI-2003

E01 E03 E05 E07 E09 E11 E13E15 E17 E19 E21 E23 E25

E27 E29 E31 E33 E35 E37E39

0

100

200

300

400

500

600

700

800

 Peso de mil semillas en híbridos y controles evaluados

Genotipos

Peso

de

mil

sem

illas

(g)

E01 E03 E05 E07 E09 E11 E13 E15 E17 E19 E21 E23 E25E27 E29 E31 E33 E35 E37 E39

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Índice de flotación híbridos y controles evaluados

Genotipos

Índi

ce d

e flo

taci

ón (%

)

a

o

a

x

n=(750 gramos) x genotipoPrueba Tukey HSD=0.05; Líneas superior de cada barra=±error estándar.

≥1.2 g/cm³ NMX-FF-034/2-SCFI-2003

Escala Hunter Lab: L* Mide la luminosidad de la muestra , con valor de 0 para opaca y 100 para blanca . Prueba Tukey HSD 0.05; Líneas negras superior de cada barra=±error estándar. (Solo se muestran algunas letras)

E01 E03 E05 E07 E09 E11 E13 E15 E17 E19 E21 E23 E25 E27E29 E31 E33 E35 E37 E39

0

10

20

30

40

50

60

70

Luminosidad en híbridos y controles evaluados

Lum

inos

idad

(L)

Genotipos

f

E01 E03 E05 E07E09 E11 E13 E15 E17 E19 E21 E23 E25 E27 E29 E31 E33 E35 E37 E39

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

Densidad del grano en híbridos y controles eva-luados

Genotipos

Den

sida

d de

l gra

no (g

/cm

³)

a

Industria Maíz/Tortilla

Entrada PedigreePH

Kg/hLIF%

E24. VM311xVM321 ✓ ✓E28 VM327xVM321 ✓ ✓E31 Azul Semi Mejorado ✓ ✓E32 Rojo Pozolero ✓ ✓E33 Blanco Pozolero ✓ ✓E35 Negro Tabloncillo ✓ ✓E37 Bofito Pinto Blando ✓ ✓E38 Serrano Rojo Tab. ✓ ✓E39 Pinto Amarillo Tab. ✓ ✓

Industria de la molienda en Seco y Húmedo

Entrada PedigreeIF

% PMSg

Densidad g/cm³

E12. MzDTP831xVM451   ✓ ✓E13 MzDTPY1212xVM451   ✓ ✓E31 Azul Semi Mejorado ✓   ✓E32 Rojo Pozolero ✓ ✓  E33 Blanco Pozolero ✓ ✓  E34 Blanco Hibrido   ✓ ✓E36 Negro Elotero   ✓ ✓E37 Bofito Pinto Blando ✓ ✓  E39 Pinto Amarillo Tab. ✓ ✓  

Industria de Harinas Nixtamalizadas

Entrada PedigreePericarpio

% Germen

% IF

% PH

Kg/hLE02 VM496xVM311 ✓ ✓ ✓E03 VM496xVM451   ✓ ✓ ✓E04 VM492axVM451 ✓ ✓ ✓ ✓E05 MzDTP222xVM311 ✓ ✓ ✓ ✓E06 MzDTP222xVM321 ✓ ✓ ✓ ✓E09 MzDTP411xVM321 ✓ ✓ ✓ ✓E11 MzDTP831xVM321 ✓ ✓ ✓ ✓E12 MzDTP831xVM451 ✓ ✓ ✓ ✓E15 MzLPSF86xVM321 ✓ ✓ ✓ ✓E16 MzLPSF86xVM451 ✓ ✓ ✓ ✓E17. VMLPSF103xVM451 ✓ ✓ ✓ ✓E18 VM254xVM311 ✓ ✓ ✓ ✓E19 VM254xVM321 ✓ ✓ ✓ ✓E20 VM321xVM311 ✓ ✓ ✓ ✓E21 VM492xVM311 ✓ ✓ ✓ ✓E22 VM492xVM321 ✓ ✓ ✓ ✓E23. VM492xVM451 ✓ ✓ ✓ ✓E25 VM311xVM451 ✓ ✓ ✓ ✓E26 VM490xVM311 ✓ ✓ ✓ ✓E29. VM327xVM451 ✓ ✓ ✓ ✓E30 VM338xVM311   ✓ ✓ ✓E34 Blanco Hibrido ✓ ✓ ✓ ✓

Clasificación para uso potencial de los genotipos estudiados

Simbología: IF=Índice de Flotación; PH=Peso Hectolítrico; PMS=Peso de mil semillas; Parámetro cumplido.✓

Conclusiones parcialesCaracterización física del grano

1.- Veintiún híbridos Vitamaíz presentaron características PH, IF, % germen y % pericarpio apropiadas para la industria

de las harinas nixtamalizadas. Por lo que se podría obtener botanas, frituras y sémola

2.- Los híbridos Vitamaíz MzDTP831xVM451 [E12] y MzDTPY1212xVM451 [E13], y los controles [E31, E32, E33, E34,

E36, E37 y E39] presentaron características cercanas al óptimo requerido por la industria de la molienda. Por lo que se

podrían obtener harinas, dextrosa, glucosa y salvado.

4.- Los híbridos Vitamaíz VM311xVM321 [E24] y VM327xVM321 [E28], y los controles [E31, E32, E33, E35, E37, E38

y E39] presentaron características físicas de PH e IF óptimas para la industria de maíz/tortilla.

Caracterización térmica de la harina

n=(3 muestras de masa) x genotipo Prueba Tukey HSD 0.05; Líneas superior de cada barra=±error estándar (Sólo se muestran algunas letras) Inicio de gelatinización de almidón Final de gelatinización de almidón.

n=(3 muestras de harina) x genotipo Prueba Tukey HSD 0.05; Líneas superior de cada barra=±error estándar. (Solo se muestran algunas letras)

E01 E03 E05 E07 E09 E11 E13 E15 E17 E19 E21 E23 E25 E27 E29 E31 E33 E35 E37 E390

10

20

30

40

50

60

70

80

Inicio y final de gelatinización de almidón

Genotipos

Gra

dos

Cen

tígra

dos

(°C

)

a

l

E01 E03 E05 E07E09 E11 E13 E15 E17 E19 E21 E23 E25 E27 E29 E31 E33 E35 E37 E39

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

Energía eléctrica necesaria para la gela-tinización del almidón

Genotipos

Ener

gía

eléc

trica

(W/h

r)

aa

j

i

Caracterización física de la harina

n= (12 tortillas) x genotipo Prueba Tukey HSD 0.05; Líneas superior de cada barra=±error estándar. (Solo se muestran algunas letras)

n= (3 muestras de masa) x genotipo Prueba Tukey HSD 0.05; Líneas superior de cada barra=±error estándar. (Solo se muestran algunas letras)

E01 E03 E05E07 E09 E11 E13 E15 E17 E19 E21 E23 E25 E27 E29 E31 E33 E35 E37 E39

0

0.5

1

1.5

2

2.5

Rendimiento de masa de híbridos y controles

Genotipos

Ren

dim

ient

o m

asa

(kg

mas

a/kg

har

ina)

E01 E03 E05E07 E09 E11 E13 E15 E17 E19 E21 E23

E25 E27 E29 E31 E33E35 E37 E39

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

Rendimiento de tortilla en híbridos y contro-les

Genotipos

Ren

dim

ient

o to

rtilla

(kg

torti

lla/k

g m

asa)a

i

a

p

1.- Los maíces de endospermo suave (controles) requieren un gasto de energía eléctrica en promedio de 4 W/hr

para la gelatinización del almidón. Por el contrario, la mayoría de los híbridos de grano azul Vitamaíz requieren en

promedio 2 W/hr, que los hace adecuados para la industria de las harinas nixtamalizadas.

2.- El mayor rendimiento de masa se obtuvo en los materiales utilizados como controles. Éstos están constituidos

por un endospermo suave que permite que las harinas se hidraten mejor.

3.- Once de los híbridos Vitamaíz presentaron rendimiento de tortilla superior comparado con los controles.

Ciertas propiedades como la textura dura y presencia de gránulos de almidón compactos evitan la pérdida de

humedad durante el troquelado y la cocción de la tortilla.

Conclusiones parcialesCaracterización térmica de las harinas

Caracterización química del grano

E01 E03 E05E07 E09 E11 E13 E15 E17 E19 E21 E23 E25 E27 E29 E31 E33 E35 E37 E39

0

50

100

150

200

250

300

350

Antocianinas totales en híbridos azules y con-troles

Genotipos

Ant

ocia

nina

s to

tale

s (µ

g C

iani

dina

/mg

PS)

E01 E03 E05 E07 E09 E11 E13 E15 E17 E19 E21 E23 E25 E27 E29 E31 E33 E35 E37 E390

500

1,000

1,500

2,000

2,500

3,000

3,500

4,000

Almidón en híbridos y controles

Genotipos

Alm

idón

(µm

olG

luco

sa/g

PS)

n= (3 Replicas) x genotipoPrueba Tukey HSD 0.05; Líneas superior de cada barra=±error estándar. (Solo se muestran algunas letras)

n= (3 Replicas) x genotipo Prueba Tukey HSD 0.05; Líneas superior de cada barra=±error estándar. (Solo se muestran algunas letras)

a

q qq

q

a

l

E01 E03 E05 E07 E09 E11 E13 E15 E17 E19 E21 E23 E25 E27 E29 E31 E33 E35 E37 E390

5

10

15

20

25

Proteína en híbridos y controles

Genotipos

Prot

eína

(µg/

gFW

)

l

E01 E03 E05 E07 E09 E11 E13 E15E17 E19 E21 E23 E25 E27 E29 E31 E33

E35 E37 E390

5

10

15

20

25

Aminoácidos totales en híbridos y controles

Genotipos

Am

inoá

cido

s (m

MLe

u/gP

S)n= (3 Replicas) x genotipo Prueba Tukey HSD 0.05; Líneas superior de cada barra=±error estándar. (Sólo se muestran algunas letras)

n= (3 Replicas) x genotipo Prueba Tukey HSD 0.05; Líneas superior de cada barra=±error estándar. (Sólo se muestran algunas letras)

aa

n

1.- Los híbridos Vitamaíz VM490xVM311 [E26] y VM327xVM451 [E29] presentaron contenidos de

antocianinas superiores a todos los genotipos evaluados con (320 µgCianidina/mgPS). Además, de poseer

un rendimiento de grano de 7.7 y 8.5 toneladas por hectárea respectivamente.

2.- Los genotipos híbridos Vitamaíz analizados presentaron variación en el contenido proteína y almidón a

comparación del grupos de los controles (criollos).

3.- El contenido de glucosa, fructosa, sacarosa presentaron variación entre los genotipos evaluados.

Conclusiones parcialesCaracterización bioquímica del grano

1.- Con base en la hipótesis de este trabajo se concluye que los materiales evaluados si adquirieron características físicas del grano como (dureza, porcentajes de pericarpio, germen, pedicelo y peso de mil semillas) lo que les permite ser destinados a industrias específicas del maíz nixtamalizado.

2.- Se detectaron híbridos Vitamaíz con variación en las características físicas del grano, lo que permite aprovechar para elaborar diferentes productos como tortillas por la nixtamalización tradicional (intermedia-dura) y harinas nixtamalizadas para obtener botanas (alta dureza).

3.- Se identificaron genotipos híbridos Vitamaíz [E26] VM490xVM311 y [E30] VM327xVM451 con alto contenido de antocianinas a comparación de los controles pigmentados.

4.- Los genotipos híbridos Vitamaíz presentaron variabilidad en el contenido de glucosa, fructosa, sacarosa y almidón al igual que los genotipos controles (criollos).

Conclusiones generales

A quienes me debo:

Dr. Andrés Estrada Luna